發(fā)布時間：2021-11-16 06:47

　　巖石是一種天然的多孔介質(zhì),在地下深處通常飽和著各種流體。地層里的巖石通常由骨架、孔隙和飽和流體三類要素構(gòu)成。這三類要素的不同組分和組成方式主要受沉積環(huán)境和沉積過程等因素的影響,所有這些因素影響著巖石的宏觀物理性質(zhì)。在化石能源的開采過程中,一般需要測試巖石的孔隙度、滲透率和飽和度三種關(guān)鍵性質(zhì),通常采用的手段有孔滲實驗、測電阻率、超聲測速等。但這些手段只能反映巖石宏觀的物理性質(zhì)和流體飽和度,并不能從微觀解釋巖石的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)。而數(shù)字巖石模型分析可以彌補傳統(tǒng)物理實驗的不足,通過數(shù)字信號重構(gòu)巖石復雜的微觀結(jié)構(gòu),為巖石物理學研究提供了一個新手段。本文以人造砂巖為研究對象,利用微米CT按一定的微分尺度對巖石進行逐層掃描,得到直觀反映巖石孔隙微觀結(jié)構(gòu)的圖像;再結(jié)合圖像處理技術(shù),提取巖心的微觀單元結(jié)構(gòu),并建立具有真實孔隙結(jié)構(gòu)特征的三維數(shù)字巖心模型,將掃描得到的模擬信號模型轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;最后針對數(shù)字信號模型采用Garboczi提出的有限元計算方法,得到應力應變關(guān)系,再利用各向同性胡克定律計算聲波在巖石中的傳播速度。本文通過LIGGGHTS軟件建模,用數(shù)學形態(tài)法模擬流體在巖石內(nèi)部的不同分布方式。用有限元... 

【文章來源】：中國石油大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

楓丹白露砂巖的數(shù)字巖心模型(引自斯坦福大學)

第2章CT掃描巖心成像12第2章CT掃描巖心成像CT儀器主要分為：（1）基于X射線發(fā)生器CT成像方法，分辨率在幾十微米~幾微米，這一分辨率水平已能充分滿足一般規(guī)模顆粒、孔隙及流體空間特征的研究需要。MartinJ.Blunt（2013）[60]通過造影對多個巖石類型做成像比對，各自成像分辨率控制到2.65μm左右的水平；（2）由同步加速機成像技術(shù)可知，該技術(shù)獲得的結(jié)果分辨率高于第一種，該技術(shù)的優(yōu)勢在于能夠獲得微孔隙（尺寸小于1μm）存在情形下相對準確的孔隙成像結(jié)果。澳大利亞國立大學借助其自制微型CT掃描工具，于2004年獲得了圖1.2所示的研究成果。由該成果可知，其所獲得的數(shù)字巖心圖像達到了不高于2μm的分辨率水平，最大視域和體素數(shù)分別達到55mm和2048×3。ClaudioMadonna[61]則獲得了掃描視野相對較小但分辨率水平為0.38μm的貝雷砂巖、楓丹白露砂巖成像結(jié)果。除上述方法之外，SEM、TEM、FIB-SEM等成像方法也表現(xiàn)出可靠的精度水平，納米級別的成像精度已能夠充分滿足研究需要。如果想得到的分辨率越高，所需測量的樣品就越小，并且掃描的視域也就越小，所測量的樣品也就越微觀，非均質(zhì)性就越強，同時測量的時間也會隨著分辨率的增加而增加。在目前的無損檢測領(lǐng)域，儀器成像技術(shù)得到了良好應用，在研究分析材料孔隙度、速度、電阻率及滲透率等問題方面也發(fā)揮了積極作用，極大提升了相關(guān)研究的科學水平。（a）分辨率5.6μm（b）分辨率3.04μm圖1.2澳大利亞國立大學XCT實驗室應用自制的微CT掃描系統(tǒng)得到的砂巖和碳酸鹽巖Fig.1.2SandstoneandcarbonaterocksfromtheNationalUniversityofAustralia"sXCTlaboratoryusingaself-mademicro-CTscanningsystem

第2章CT掃描巖心成像14圖2.1CT掃描成像原理Fig.2.1CTscanningimagingprinciple微米CT的工作原理如下：Micro-CT設(shè)備的核心構(gòu)成元件為X射線發(fā)生器、探測器、旋轉(zhuǎn)臺等。在掃描前，預熱X射線發(fā)生器（時間大約45分鐘），發(fā)射波長是基本相同的錐形光；掃描時將切割好的圓柱狀樣品放于旋轉(zhuǎn)臺上，關(guān)門倉門，調(diào)節(jié)參數(shù)，盡可能提高分辨率，使樣品圖像清晰；調(diào)節(jié)好參數(shù)后，開始掃描。在掃面過程中，當經(jīng)過物體時，在物體結(jié)構(gòu)與成分的影響下，X射線將發(fā)生復雜的物理變化過程，產(chǎn)生特定的光電效應、電子對效應、康普頓效應等，各效應所形成的能量將在輻射的過程中發(fā)生吸收效應而衰減，衰減結(jié)果將由檢測器進行接收并以投影圖像的形式在計算機上進行顯示和保存。在旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的過程中，每隔特定角度將獲得一張樣品投影照片，在完成周圈旋轉(zhuǎn)之后獲得若干圖像并完成掃描處理。樣品密度的差異與組分的差異將使其呈現(xiàn)出不同的射線吸收能力。通常情況下，樣品密度與其射線吸收能力正相關(guān)，與灰度圖片不同區(qū)域的亮度水平正相關(guān)（由0-255表示顯示顏色由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨�。一般在巖石樣品的掃描圖中，黑色表示孔隙，白色為硬度較高的礦物（如黃鐵礦、石英等）。射線衰減情況可以通過以下公式進行描述：()10I=Iexpx,ydl(2.1)在上述公式中，當X射線穿進巖心之后，其強度將由I0衰減為I1，μ（x,y）代表二維層面的巖心衰減系數(shù)分布函數(shù)，dl表示射線在巖心中走過的路徑，在X射線穿越礦物的過程中，其衰減情況會因巖石組分、結(jié)構(gòu)的差異而有所差異，因此，函數(shù)μ（x,y）的結(jié)果能夠?qū)ζ鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)進行描述。對于CT掃描而言，可借助以下公式對其投影值進行計算：

【參考文獻】：
期刊論文
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