[发明专利]一种岩石内部流体饱和度空间分布的定量分析装置及方法

权利要求书

1.一种岩石内部流体饱和度空间分布的定量分析方法，采用一种岩石内部流体饱和度空间分布的定量分析装置进行数据采集，再进行数据分析，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）首先在夹持器中放入经过烘干后、孔隙中不含液体的岩石样品，施加一定的环压和轴压，待稳定后，进行CT扫描，获得第1个三维数据体，D1，像素灰度与对X射线吸收能力正相关；

（2）以一定的流速或一定的压力向岩石样品中注入某种流体或两种流体，待稳定后，进行CT扫描，获得第2个三维数据体，D2，像素灰度与对X射线吸收能力正相关；

（3）对于D1和D2数据体进行三维配准，采用图像配准算法进行D1和D2数据体的三维配准，通过重采样算法，获得D1数据体中各像素点对应的D2值，该数据体命名为D3，即，D1和D3数据体中每个像素对应的是岩石中三维空间中的同一个点；

（4）对D1数据体，以相同覆压状态下氦气测孔隙度为约束，确定孔隙和岩石骨架像素的划分阈值T1，使得划分后的孔隙像素数占岩石总像素数的比例与氦气测孔隙度一致，将D1数据转换为三维二值矩阵，其中孔隙为1，骨架为0；对于D1数据中骨架像素，将D3中相应像素的值设为0；

（5）对于D3数据体，以入口端注入两相流体量和出口端计量的两相流体量之差确定的样品内的流体饱和度为约束，确定两相流体的划分阈值T2，对于D1数据体中取值为1的所有像素，如果D3中对应像素的灰度大于阈值T2，则D1中像素值改为2；

（6）对D1数据，以取值为1或2的像素为孔隙像素，采用中轴-最大球孔隙网络抽提算法，进行孔隙网络抽提，得到若干的孔隙和孔喉，获得孔隙和孔喉的参数和孔隙与孔喉的拓扑连接关系，建立孔隙和孔喉与D1数据体中对应像素的映射关系；

（7）遍历所有的孔隙和孔喉，基于映射关系确定D1数据体中的对应像素，统计其中取值为1的像素个数及总的像素个数，两者之比即为该孔隙/孔喉中对X射线吸收较少的流体的饱和度S1，像素个数乘以像素尺寸的三次方即为该流体占据的体积；1-S1即为该孔隙/孔喉中另一流体的饱和度S2，像素个数乘以像素尺寸的三次方即为另一流体占据的体积；

（8）统计S2分别为从0%到100%、以10%为间隔的孔隙的数量分布，统计沿流动方向和垂直流动方向上S2大于一定值的孔隙数量与总的孔隙数量的比值变化，统计不同形状因子孔隙的S2平均值；

所述一种岩石内部流体饱和度空间分布的定量分析装置，其特征在于，包括X射线三维显微成像系统，

所述X射线三维显微成像系统包括射线源、夹持器、样品台和接收器，所述射线源和接收器相互对应安装；岩石样品设置为圆柱体形状，其安装于X射线穿透的夹持器中，夹持器固定安装在样品台上，通过样品台转动控制夹持器转动；成像时，夹持器随着样品台转动，接收器记录不同角度的图像，通过三维重建算法建立三维数据体。

2.根据权利要求1所述一种岩石内部流体饱和度空间分布的定量分析方法，其特征在于，还设置有岩心流体注入系统，所述岩心流体注入系统在夹持器上分别设有环压加载腔体和轴压加载腔体，环压加载腔体和轴压加载腔体通过柔性管线分别和相应的柱塞泵连接，通过相应的柱塞泵注入流体进行加压；环压加载腔体设有入口和出口，通过恒温循环泵实现环压流体与恒温浴的热交换达到恒温控制。

3.根据权利要求1或2所述一种岩石内部流体饱和度空间分布的定量分析方法，其特征在于，所述夹持器两端设有与岩石连通的柔性管线，上游连接注入泵，注入泵上设有计量计对注入流体进行计量，上游管线与加热带并排被包裹在保温管中，上游管线上设有温度传感器，与恒温控制器联合实现上游管线的恒温控制，柔性管线的上游、下游分别设置压力传感器，通过压力传感器记录岩石上游、下游压力，柔性管线的上游、下游设置有差压传感器，通过差压传感器记录岩石上、下游的压力差，柔性管线的出口通过回压阀依次设置有三相分离器和计量器，通过计量器对出口流体进行多相分离后分别计量，回压阀和柱塞泵连接，通过柱塞泵控制出口压力。

4.根据权利要求1或2所述一种岩石内部流体饱和度空间分布的定量分析方法，其特征在于，所述夹持器采用PEEK、聚酰亚胺或碳纤维材质制备而成，承受围压、轴压和流体压力强度的同时具备X射线穿透性。