用于扫描岩石面孔率的设备及方法
【专利摘要】本发明提出了一种用于扫描岩石面孔率的设备，属于年代学领域。其中岩石的孔隙中填充有荧光物质，所述设备包括：能够沿竖直方向上下移动的载物台；在载物台的上方依次从下至上布置的物镜透镜、偏光镜和聚焦透镜；布置在偏光镜一侧的能够移动的激光扫描单元；在聚焦透镜的上方依次从下至上布置的荧光入射孔板和光电信号放大器，光电信号放大器能够接收来自被激光激活的荧光物质的荧光信号并将其转换为电信号；控制处理单元，其能够控制载物台的上下移动，控制激光扫描单元的工作，接收并处理来自光电信号放大器的电信号。本发明还提出了相应的方法。根据本发明的设备和方法，可以精准、方便地观测岩石面孔率。
【专利说明】用于扫描岩石面孔率的设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于扫描岩石面孔率的设备，属于石油钻井领域。本发明还涉及一种用于扫描岩石面孔率的方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，在测试岩石面孔率时，通常采用普通光学显微镜观察岩石薄片，再通过普通相机成像或者肉眼观察的方式，在划定区域范围内确定孔隙的面积，再经过计算得到观测岩样的面孔率。
[0003]这种方法得到的结果受仪器和人的影响，误差较大；同时，岩石储层中的孔喉特征参数的测定只能采用间接测量的方式进行，无法得到岩石中真实的孔喉特征参数。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是解决现有的岩石面孔率测量误差大以及无法得到岩石中真实的孔喉特征参数的问题。本发明提供了设备和相关的方法。
[0005]为了实现本发明的目的，本发明提出了一种专用于岩石样本观测的设备，该设备利用激光光源激发置于岩石内部孔隙中的荧光物质，通过使得该设备的物镜与会聚透镜的共焦点处于岩样内部，实现岩样内部点的清晰成像；通过设计激光光源的平面扫描，即可完成岩样内部一个切平面的完整图像，图像数据经过计算机软件的处理，可以完成面孔率的准确计算。
[0006]本发明提出了一种用于扫描岩石面孔率的设备，其中所述岩石的孔隙中填充有荧光物质，所述设备包括:能够沿竖直方向上下移动的载物台，用于放置岩石样品；在载物台的上方依次从下至上布置的物镜透镜、偏光镜和聚焦透镜，物镜透镜的一个焦平面处于岩石样品内部的观测剖面中；布置在偏光镜一侧的能够移动的激光扫描单兀，激光扫描单兀发射的激光能够经偏光镜和物镜透镜投射到岩石样品的观测剖面上；在聚焦透镜的上方依次从下至上布置的荧光入射孔板和光电信号放大器，聚焦透镜的一个焦点位于荧光入射孔板的孔中，光电信号放大器能够接收来自被激光激活的荧光物质的荧光信号并将其转换为电信号；控制处理单元，其能够控制载物台的上下移动，控制激光扫描单元的工作，接收并处理来自光电信号放大器的电信号。
[0007]在一个实施例中，载物台的移动距离处于KT1微米量级。如此能够保证测量的精度。
[0008]在一个实施例中，激光扫描单元能够移动并使激光对岩石样品的整个观测剖面进行扫描。
[0009]在一个实施例中，来自光电信号放大器的电信号转换成数字信号存储在控制处理单元中。
[0010]在一个实施例中，控制处理单元能够通过绘制岩石样品的观测剖面的图像来计算岩石面孔率的值。
[0011]其中，通过设计岩样载物台的上下方向的微动机构，可以改变激光扫描的层面，得到岩样不同层面的完整图像，之后通过计算机三维成像软件的组合实现三维成像，再通过分析软件对得到的三维成像进行分析，就可以得到真实的岩样中孔喉特征参数。
[0012]本发明的另一方面，提出了一种扫描岩石面孔率的方法，包括:步骤1:将荧光物质置于岩石样品的孔隙中；步骤2:将岩石样品置于根据本发明的设备的载物台上，通过控制处理单元调节岩石样品到物镜透镜的距离，使物镜透镜的焦平面处于所期望的岩石样品的观测剖面中；步骤3:通过控制处理单元控制激光扫描单元工作，使激光经偏光镜、物镜透镜聚焦到所述物镜透镜的位于岩石样品的观测剖面中的焦点处；步骤:4:若所述焦点处的岩石样品为孔隙，则入射激光激发荧光物质发出荧光信号，通过所述光电信号放大器接收所述荧光信号，所述光电信号放大器将所获得的荧光信号转换成电信号传递到控制处理单元；步骤5:通过所述激光扫描单元的运动使入射激光扫描岩石样品的整个观测剖面；步骤6:经控制处理单元处理后得到所需要的面孔率数据和岩石储层孔喉特征参数。
[0013]在一个实施例中，在步骤I中，将荧光物质溶解到环氧树脂中后放入容器中，然后把待测岩石样品放入所述容器中使其完全浸入环氧树脂中，把容器密封后通过改变容器的内容积实现内部压力升高，将溶有荧光剂的环氧树脂灌注到岩石样品的孔隙中，然后取出岩石样品用于成像测试。
[0014]在一个实施例中，荧光物质为玫瑰红色。
[0015]在一个实施例中，通过在竖直方向上上下移动载物台，获得岩石样品的不同的观测剖面的图像，通过控制处理单元将不同的观测剖面的图像组合以得到岩石样品的三维成像。
[0016]在一个实施例中，在步骤4中，来自荧光物质的荧光透过物镜透镜、偏光镜后经聚焦透镜聚集到荧光入射孔板的孔中，并通过荧光入射孔板的孔进入光电信号放大器。
[0017]根据本发明的发明方法和设备与现有的岩石面孔率测试方法和设备相比，测量准确、操作简单。载物台、激光发射器以及光电信号放大器三个机构通过控制处理单元相互配合，可以精确地进行岩样三维成像，并准确描述岩石储层孔喉特征。
[0018]上述技术特征可以各种技术上可行的方式组合以产生新的实施方案，只要能够达到本发明的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0020]图1示意性显示了根据本发明的用于扫描岩石面孔率的设备50，其中还示意性显示了光线的传播；
[0021]图2示意性显示了荧光入射孔板6的小孔的作用。
[0022]在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0023]下面将参照附图来详细地介绍本发明。
[0024]图1示意性显示了根据本发明的用于扫描岩石面孔率的设备50。
[0025]设备50包括载物台I，用于放置岩石样品2，载物台I在竖直方向上可以实现上下的微动。这可以通过为载物台I设置微动机构来实现。
[0026]参照图1，在载物台I上方由下至上布置有物镜透镜3、偏光镜4及聚焦透镜5。为了进行观测，使得物镜透镜3的焦点处于岩石样品2内部，物镜透镜3的焦平面即所观测的剖面。
[0027]荧光入射孔板6间隔一定距离地安装于聚焦透镜5上方。而聚焦透镜5的焦点位于荧光入射孔板6的透光孔中。
[0028]光电信号放大器7安装于突光入射孔板6上方,突光入射孔板6的透光小孔与光电信号放大器7的光线入口对齐。
[0029]参照图1的左手侧，偏光镜4的左侧设置有激光扫描单元，激光扫描单元包括激光入射孔板9、扫描机构10和激光发射器11。激光入射孔板9和扫描机构10均连接于激光发射器11。扫描机构10能够带动激光发射器11和激光入射孔板9运动，使得入射激光扫描整个岩石样品2的观测剖面。
[0030]激光发射器11产生的激光通过激光入射孔板9上的小孔投射在偏光镜4上，激光通过偏光镜4反射到物镜透镜3，而后经物镜透镜3汇聚到位于岩石样品2内部的物镜透镜3的焦点14 (见图2)处。
[0031]根据本发明的设备50还包括计算机系统8 (即控制处理单元)。上述载物台I的运动方向、运动距离大小由计算机系统8来控制并提供动力；激光扫描单元的发射与扫描的指令同样由计算机系统8控制并提供动力；光电信号放大器7获得的荧光信号最终传递给计算机系统8处理，然后得到所需要的面孔率数据和岩石储层孔喉特征参数。
[0032]在一个实施例中，根据本发明的计算机系统8包括控制系统、成像系统和分析系统，载物台I通过电缆和信号缆与计算机系统8连接，得到微动信号与动力；激光扫描单元(包括扫描机构10、激光发射器11和激光入射孔板9)通过电缆和信号缆与计算机系统8连接，得到扫描运动与激光发射的信号，并且从计算机系统8获得动力；光电信号放大器7通过电缆和信号缆与计算机系统8连接，信号缆把得到的光电信号传到计算机成像系统，得到待测岩样的各个扫描平面的光切平面图像，并经过计算机处理，得到待测岩样的三维成像；电缆使光电信号放大器7从计算机系统8得到动力。
[0033]图2显示了荧光入射孔板6的孔的作用示意图，只有焦平面13上的点14所发出的光16才能透过荧光入射孔板6的孔。焦平面13以外的点12所发出的光线15在荧光入射孔板6的平面上是离焦的，因此绝大部分无法通过荧光入射孔板6上的孔。因此，焦平面13上的观察目标点14呈现亮色，而非观察点12则作为背景呈现黑色，以此方式反差增加、图像清晰。在成像过程中，荧光入射孔板6的孔的位置始终与物镜透镜3的焦点14呈现一一对应的关系。
[0034]本发明还提出了一种用于扫描岩石面孔率的方法。
[0035]在检测中，首先将例如玫瑰红的荧光物质溶解到环氧树脂中，然后将其放入特定的容器中，之后把待测岩样2放入使其完全浸入环氧树脂中。把容器密封后通过改变容器的内容积实现内部压力升高，将溶有荧光剂的环氧树脂灌注到岩样的孔隙中，然后取出岩样磨制岩样薄片，用于设备50的成像测试。
[0036]将制备好的岩样薄片2放置在载物台I上，启动计算机系统8，按照要求调节好岩样2表面到物镜透镜3的距离，使物镜透镜3的焦平面处于期望观测的岩石样品剖面中，然后通过计算机系统8控制扫描机构10和激光发射器11工作。
[0037]激光发射器11发射的激光通过激光入射孔板9上的小孔入射到偏光镜4上，偏光镜4把入射的激光反射到物镜透镜3，并且激光透过物镜透镜3汇聚到焦点14上。
[0038]如果焦点14处是孔隙，则被溶有玫瑰红荧光物质的环氧树脂充填，荧光物质在激光的照射下发出荧光16。荧光16经过物镜透镜3和偏光镜4，然后通过聚焦透镜5汇聚到荧光入射孔板6上的孔处，之后荧光通过该孔到达光电信号放大器7。
[0039]荧光信号经过光电信号放大器7转变成电信号，例如通过信号缆传递到计算机系统8。以此方式，岩样2内部的特征就转变成数据信号储存在计算机系统8中。
[0040]如果焦点14所在位置处不是孔隙，则没有荧光传递，则岩石内部的特征以另外一种数据信息储存。
[0041]通过扫描机构10带动激光发射器11和激光入射孔板9运动，实现入射激光在的岩石样品2的整个观测剖面上的扫描。通过计算机系统8控制扫描系统工作，则整个焦平面13上的信息全部会以数据信号的形式存储在计算机系统8中，然后通过计算机系统8中的成像系统软件，就可以绘制焦平面13的图像，在经过数据分析软件，就可以精确地计算出面孔率的值。
[0042]通过计算机系统8控制载物台I上下运动，就可以改变焦平面13的位置，再启动激光扫描单元和计算机系统8的成像功能，可以得到另一个切平面的图像。若干多的切平面成像经过计算机系统8处理，可以合成岩样2的三维图像。
[0043]在一个实施例中，由于载物台I每次运动的距离可以小至零点几微米，因此通过所得到的三维图像可以真实准确地观察到2微米左右的孔隙，从而能够真实地反映岩石储层的孔喉基本特征。
[0044]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【权利要求】
1.用于扫描岩石面孔率的设备，其中所述岩石的孔隙中填充有荧光物质，所述设备包括: 能够沿竖直方向上下移动的载物台，用于放置岩石样品； 在所述载物台的上方依次从下至上布置的物镜透镜、偏光镜和聚焦透镜，所述物镜透镜的一个焦平面处于所述岩石样品内部的观测剖面中； 布置在所述偏光镜一侧的能够移动的激光扫描单元，所述激光扫描单元发射的激光能够经所述偏光镜和所述物镜透镜投射到所述岩石样品的观测剖面上； 在所述聚焦透镜的上方依次从下至上布置的荧光入射孔板和光电信号放大器，所述聚焦透镜的一个焦点位于所述荧光入射孔板的孔中，所述光电信号放大器能够接收来自被激光激活的荧光物质的荧光信号并将其转换为电信号； 控制处理单元，其能够控制所述载物台的上下移动，控制所述激光扫描单元的工作，接收并处理来自所述光电信号放大器的电信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述载物台的移动距离处于10—1微米量级。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述激光扫描单元能够移动并使激光对岩石样品的整个观测剖面进行扫描。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的设备，其特征在于，来自所述光电信号放大器的电信号转换成数字信号存储在所述控制处理单元中。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制处理单元能够通过绘制所述岩石样品的观测剖面的图像来计算岩石面孔率的值。
6.通过根据上述权利要求中任一项所述的设备扫描岩石面孔率的方法，包括: 步骤1:将荧光物质置于岩石样品的孔隙中； 步骤2:将岩石样品置于所述设备的载物台上，通过控制处理单元调节岩石样品到物镜透镜的距离，使物镜透镜的焦平面处于所期望的岩石样品的观测剖面中； 步骤3:通过控制处理单元控制激光扫描单元工作，使激光经偏光镜、物镜透镜聚焦到所述物镜透镜的位于岩石样品的观测剖面中的焦点处； 步骤:4:若所述焦点处的岩石样品为孔隙，则入射激光激发荧光物质发出荧光信号，通过所述光电信号放大器接收所述荧光信号，所述光电信号放大器将所获得的荧光信号转换成电信号传递到控制处理单元； 步骤5:通过所述激光扫描单元的运动使入射激光扫描岩石样品的整个观测剖面； 步骤6:经控制处理单元处理后得到所需要的面孔率数据和岩石储层孔喉特征参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤I中，将荧光物质溶解到环氧树脂中后放入容器中，然后把待测岩石样品放入所述容器中使其完全浸入环氧树脂中，把容器密封后通过改变容器的内容积实现内部压力升高，将溶有荧光剂的环氧树脂灌注到岩石样品的孔隙中，然后取出岩石样品用于成像测试。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述荧光物质为玫瑰红色。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的方法，其特征在于，通过在竖直方向上上下移动所述载物台，获得岩石样品的不同的观测剖面的图像，通过所述控制处理单元将不同的观测剖面的图像组合以得到岩石样品的三维成像。
10.根据权利要求6到9中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤4中，来自荧光物质的荧光透过物镜透镜、偏光镜后经所述聚焦透镜聚集到所述荧光入射孔板的孔中，并通过所述荧光入射孔板的孔进入所述光电信号放大器。
【文档编号】G01N15/08GK104181089SQ201310192414
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2013年5月22日
【发明者】康志江, 李彤, 赵艳艳, 张允 , 崔书岳 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院