一种X射线透射装置的制作方法

一种x射线透射装置
技术领域
1.本实用新型涉及油田开发技术领域，特别是涉及一种x射线透射装置。


背景技术：

2.x射线透射成像技术在油气田开发实验中已广泛应用，其中，在岩心驱替实验中，可以利用x射线穿透岩石后所形成的图像分析岩心内部流体的流动特点、分布状况等等，进而研究驱油方式、效果评价等。
3.在实验室内岩心模型通常有直径2.5cm以上的圆柱状岩心、方形/矩形截面的长方体模型等，由于岩心驱替实验通常要满足高温高压条件(50℃以上，大于1mpa)，因而要实现驱替实验必须在岩石模型外面形成保护空间，即需要外在装置(岩心夹持器)。由于x射线透射效率受物体密度和厚度的影响很大，透射量成指数型递减，所以岩心夹持器的设计也必须满足相关条件。
4.通常岩心驱替实验的岩心夹持器由钢制材料制成，以满足耐压要求。因为金属对x射线的阻挡作用，必须改用既能透射x射线又能提供耐压的材料，目前peek、碳纤维等材料能较好的实现替代作用。受结构设计影响，岩心夹持器外形呈不规则形状。例如两端压盖部分较中间管状部分粗。
5.在岩心驱替实验中，x射线透射成像装置通常采用医用ct，其空间直径可达50cm以上，满足岩石模型较大的尺寸变化范围。医用ct采用环形转动，边发射边接收x射线的方式对内部物体进行扫描。若为中心对称型的岩心夹持器，则形成的图像质量较好。而非中心对称型的岩心夹持器，图像通常产生线条形干扰(伪影)，这是因x射线通过的组件密度分布不均匀引起的。例如：在考虑重力因素影响的驱替研究中，需要在垂直截面中分析流体分布状态，x射线通过后，伪影严重，获取的图像无法分析，参见图10所示。图10中除对角方向的明显线条外，均匀岩心显示的图像也呈环状结构，显然是错误的。若在岩心横截面扫描，则图像是均匀圆形，岩心图像均匀。
6.公开号为us4893504a的美国专利公开了“method fordetermining capillary pressure and relative permeabilityby imaging”即通过成像确定毛细管压力和相对渗透率的方法，该方案虽然公开了能够通过成像原理对岩石结构的实验方法，但是，并没有给出如何降低伪影的措施和方法。
7.为获得均匀的岩心图像，申请公布号为cn 104502374 a的中国专利公开了一种岩心ct扫描射线硬化的校正方法，获取待扫描岩心，将待扫描岩心置于填注筒体中，在填注筒体外包覆一个背景装置，背景装置为球体或者圆柱体，背景装置包括一个腔体，腔体用于盛放填注筒体，腔体的内表面和填注筒体的外表面相匹配，但是，该方案中认为岩心填注筒体与背景装置采用相同的材料才能达到最佳的去伪影效果，然而，实际上并非如此，其去伪影效果不佳。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种x射线透射装置，以解决上述现有技术存在的问题，在岩心夹持器的外部包围弥补装置，设置弥补装置选用材料的x射线透射ct值为岩心夹持器选用材料的x射线透射ct值的0.3-0.4倍，能够使得x射线透射截面的密度分布更为均匀，显著的提高成像效果，从而能够更好的分析岩石模型内部流体的流动特点、分布状况等。
9.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
10.本实用新型提供一种x射线透射装置，包括岩心夹持器、包围在所述岩心夹持器外部的弥补装置以及支撑并保持所述岩心夹持器成竖向的承载装置，所述岩心夹持器位于所述弥补装置的中部，所述弥补装置的竖向截面为圆形，所述圆形的圆心能够与ct机的扫描中心重合，所述弥补装置选用材料的x射线透射ct值为所述岩心夹持器选用材料的x射线透射ct值的0.3-0.4倍。
11.优选地，所述弥补装置为封闭环形的圆板形结构，所述圆板形结构的厚度大于或等于所述岩石模型的直径，所述圆板形结构的直径大于或等于所述岩心夹持器的最大截面对角线长度。
12.优选地，所述弥补装置与所述岩心夹持器间的间隙小于5mm。
13.优选地，所述承载装置包括贯穿所述弥补装置的横杆以及支撑所述横杆的竖杆，所述横杆分布在竖向设置的所述岩心夹持器的两侧且延伸到ct机扫描腔外，所述横杆贯穿所述弥补装置的位置采用与所述弥补装置相同的材料，所述竖杆设置在所述ct机扫描腔外。
14.优选地，所述岩心夹持器包括岩心筒以及分别设置在所述岩心筒两端的上端盖和下端盖，所述上端盖中部设置有注入口，所述下端盖中部设置有产出口，所述注入口和所述产出口分别连通所述岩心筒的岩心腔。
15.优选地，所述岩心夹持器采用peek材料，所述弥补装置采用环氧树脂材料。
16.优选地，所述横杆贯穿所述弥补装置的位置采用环氧树脂材料，所述横杆的两端部采用铝合金材料。
17.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.(1)本实用新型在岩心夹持器的外部包围弥补装置，设置弥补装置选用材料的x射线透射ct值为岩心夹持器选用材料的x射线透射ct值的0.3-0.4倍，能够使得x射线透射截面的密度分布更为均匀，显著的提高成像效果，从而能够更好的分析岩石模型内部流体的流动特点、分布状况等；
19.(2)本实用新型弥补装置为包围在弥补装置外部的封闭环形的圆板形结构，厚度大于或等于岩石模型的直径，直径大于或等于岩心夹持器的最大截面对角线长度，也就是说，岩石模型能够完全放置于弥补装置中，能够形成规则的外部结构，从而进一步提高弥补装置分布的均匀性，避免承载装置以及弥补装置局部密度不均对于成像的影响，保证x射线透射的均匀性；
20.(3)本实用新型承载装置包括贯穿弥补装置的横杆以及支撑横杆的竖杆，通过横杆和竖杆组成的承载装置对弥补装置进行支撑，并且横杆贯穿弥补装置的位置采用与弥补装置相同的材料，能够避免横杆对于弥补装置的局部影响，同时，改变了将弥补装置直接放置在承载台上的方式，能够制作封闭环形的弥补装置，进一步的提高成像效果。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为岩心夹持器结构示意图；
23.图2为岩心夹持器与弥补装置装配后示意图；
24.图3为图2的侧视图；
25.图4为x射线透射装置整体结构示意图；
26.图5为密度均匀物体扫描示意图；
27.图6为密度均匀物体网格内ct值特点示意图；
28.图7为非中心对称物体扫描示意图；
29.图8为非中心对称物体网格内ct值特点示意图；
30.图9为非中心对称物体采取弥补方法后的网格示意图；
31.图10为没有设置弥补装置出现伪影的示意图；
32.图11为设置有弥补装置消除伪影的示意图；
33.其中，1、岩心夹持器；11、上端盖；111、注入口；12、下端盖；121、产出口；13、岩心筒；131、岩心腔；2、弥补装置；21、固定孔；3、承载装置；31、横杆；32、竖杆；4、ct机；41、ct机扫描腔；5、x射线源；6、射线接收板；7、岩石模型。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.本实用新型的目的是提供一种x射线透射装置，以解决现有技术存在的问题，在岩心夹持器的外部包围弥补装置，设置弥补装置选用材料的x射线透射ct值为岩心夹持器选用材料的x射线透射ct值的0.3-0.4倍，能够使得x射线透射截面的密度分布更为均匀，显著的提高成像效果，从而能够更好的分析岩石模型内部流体的流动特点、分布状况等。
36.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
37.如图1～4所示，本实用新型提供一种x射线透射装置，包括岩心夹持器1、包围在岩心夹持器1外部的弥补装置2以及支撑并保持岩心夹持器1成竖向的承载装置3，其中，岩心夹持器1可以为本领域在进行x透射实验时所采取的常规的岩心夹持器1，根据实际应用情况，其本身可以根据需要满足的实验相关需求而设置成非中心对称的结构；弥补装置2可以为圆柱形结构，也可以为球形结构，能够使得岩心夹持器1中的岩石模型7被弥补装置2完全覆盖，此处所说的完全覆盖指的是，弥补装置2设置在x射线源5与射线接收板6之间(可以参考图5、7、9)，x射线在照射到岩石模型7之前首先经过弥补装置2；承载装置3可以为承载台，也可以为支撑架等结构，以能够支撑岩心夹持器1并使其保持竖向状态(满足考虑重力因素
影响的驱替研究)。岩心夹持器1位于弥补装置2的中部，弥补装置2的竖向截面为圆形，由于岩心夹持器1竖向放置，也就是说，岩心夹持器1位于弥补装置2的竖向截面的中部，圆形的圆心能够与ct机4的扫描中心重合，此时，x射线源5沿着弥补装置2的径向照射到岩石模型7上。通过弥补装置2的设置，改变了x射线照射方向的岩心夹持器1的密度，即采用中心对称的密度均匀化方法，对岩心夹持器1扫描截面进行密度增补处理，以消除x射线透射过程中的伪影，解决了密度不均匀物体的成像质量难题。进一步的，弥补装置2选用材料的x射线透射ct值为岩心夹持器1选用材料的x射线透射ct值的0.3-0.4倍，例如，岩心夹持器1可以采用peek、碳纤维等材料，相应的弥补装置2根据岩心夹持器1的材料进行选择。本实用新型在岩心夹持器1的外部包围弥补装置2，设置弥补装置2选用材料的x射线透射ct值为岩心夹持器1选用材料的x射线透射ct值的0.3-0.4倍，能够使得x射线透射截面的密度分布更为均匀，显著的提高成像效果，从而能够更好的分析岩石模型7内部流体的流动特点、分布状况等。
38.弥补装置2为封闭环形的圆板形结构，圆板形结构的厚度大于或等于岩石模型7的直径，圆板形结构的直径大于或等于岩心夹持器1的最大截面对角线长度，也就是说，岩石模型7设置在圆板形结构的幅面范围内，且被弥补装置2在x射线所在平面内全面包围，岩石模型7能够完全放置于弥补装置2中，进而能够形成规则的外部结构，从而进一步提高弥补装置2分布的均匀性(相对于岩心夹持器1需要放置在承载台上，而设置开环结构的弥补装置2来说)，避免承载装置3以及弥补装置2局部密度不均对于成像的影响，保证x射线透射的均匀性。
39.弥补装置2与岩心夹持器1间的间隙小于5mm，如果间隙过大，间隙内充满的是空气，而空气的密度要小于弥补装置2以及岩心夹持器1的密度，因此，间隙过大会影响弥补装置2的密度均匀化效果，合理的间隙大小设置能够保证密度均匀化效果，保证成像效果。
40.如图2～4所示，承载装置3可以包括贯穿弥补装置2的横杆31以及支撑横杆31的竖杆32，在弥补装置2上设置有固定孔21，固定孔21分布在岩心夹持器1的两侧，例如每侧设置两个固定孔21，如果为了提高承载能力和固定效果，还可以设置多个固定孔21，横杆31穿过固定孔21实现对弥补装置2的支撑，进而实现对岩心夹持器1的支撑。根据固定孔21的设置位置，此时横杆31分布在竖向设置的岩心夹持器1的两侧，横杆31延伸到ct机扫描腔41外，与设置在ct机扫描腔41外的竖杆32连接，形成支撑弥补装置2和岩心夹持器1的承载装置3，需要说明的是，虽然此处定义为竖杆32，竖杆32不仅仅局限于杆状结构，也可以为框架型的支架、带支撑座的圆盘等等结构形式，根据需要竖杆32还可以能够在竖直方向调整高度，或在底部增加或减少垫块的方式调整支撑高度，以能够调整弥补装置2的中心与ct机4的扫描中心之间的关系。另外，横杆31贯穿弥补装置2的位置采用与弥补装置2相同的材料，从而能够避免设置不同材料的横杆31后对于弥补装置2的局部影响，同时，改变了将弥补装置2直接放置在承载台上的方式，能够制作封闭环形的弥补装置2，进一步的提高成像效果。
41.如图1所示，岩心夹持器1可以包括岩心筒13以及分别设置在岩心筒13两端的上端盖11和下端盖12，岩心筒13可以为圆筒状结构，上端盖11和下端盖12可以通过螺纹连接或者法兰连接的方式连接在岩心筒13上。上端盖11中部设置有注入口111，下端盖12中部设置有产出口121，注入口111和产出口121分别连通岩心筒13的岩心腔131，并且，注入口111和产出口121还可以设置有封堵装置或连接相应的实验管路和设备。
42.岩心夹持器1可以采用peek材料，此时，弥补装置2可以采用环氧树脂材料，环氧树脂的x射线透射ct值(ct
pl
)约为peek材料的x射线透射ct值(ct
peek
)的0.3-0.4倍，即ct
pl
≈(0.3-0.4)ct
peek
。
43.横杆31贯穿弥补装置2的位置可以采用环氧树脂材料，与弥补装置2所采取的材料相同，横杆31的两端部可以采用铝合金材料，铝合金材料具有较强的支撑强度，对x射线的影响也会较小。
44.本实用新型还提供一种x射线透射岩石模型7的方法，该方法中涉及的装置可以采用前文所记载的x射线透射装置，包括以下步骤:
45.将岩石模型7装填在岩心夹持器1内，岩石模型7可以为填砂岩石模型7，也可以为致密的岩石模型7；
46.在岩心夹持器1外部包围设置弥补装置2，弥补装置2可以根据岩心夹持器1的外形进行预制，然后在组装，也可以在岩心夹持器1的外部直接进行浇注，与岩心夹持器1形成一体结构(材料不同)。无论采用哪种方式，均要使得岩心夹持器1位于弥补装置2的中部，并且，岩心夹持器1内的岩石模型7被弥补装置2覆盖(x射线照射的平面内完全覆盖)，弥补装置2选用材料的x射线透射ct值为岩心夹持器1选用材料的x射线透射ct值的0.3-0.4倍；
47.将弥补装置2连同岩心夹持器1一起放置在ct机扫描腔41内，可以直接放置在承载台上，或依靠承载装置3进行支撑固定；安装后，岩心夹持器1保持竖直状态，且弥补装置2的中心与ct机4的扫描中心重合；
48.利用ct机4进行扫描，扫描时，ct机4中的x射线源5透过弥补装置2后照射到岩心夹持器1和岩石模型7。
49.弥补装置2可以为一整体，采用浇筑方法制成。
50.当岩石模型7为填砂岩心时，岩心夹持器1可以采用peek材料，弥补装置2采用环氧树脂材料，其x射线透射ct值(ct
pl
)约为岩心夹持器1采用的peek材料(ct
peek
)的0.3-0.4倍，即ct
pl
≈(0.3-0.4)ct
peek
；
51.当岩石模型7为致密岩石时，在环氧树脂内均匀加入碘化钠试剂，此时，弥补装置2的x射线透射ct值为岩心夹持器1的x射线透射ct值的0.5-0.7倍，即ct
pl
≈(0.5-0.7)ct
peek
。
52.若弥补装置2的材料选用peek材料本身，虽然其仍能一定程度消除伪影，但是其消除效果与(0.5-0.7)ct
peek
接近，且岩石模型7成像对比度明显减小，这与实验目的相违背。
53.本实用新型的原理如下：
54.普通医用类ct机4的ct机扫描腔41直径较大，扫描样品放置于ct机扫描腔41内中心。x射线源5发射x射线，穿透岩心夹持器1及岩石模型7后，透过的射线由射线接收板6接收并成像，根据射线ct值反映岩石模型7内部结构及流体分布等状况。射线穿过密度均匀分布物体和非中心对称物体(即密度分布不均匀)的形态参见图5和图7所示。
55.透射成像是采用网格分析计算方法得到的，网格划分示例参见图6和图8。接收射线的强弱(ct值)受该射线覆盖网格数值的影响，旋转x射线源5和射线接收板6形成n次测量，则对应直线内的网格形成n个方程，求解方程组获得每个网格值(ct值)。
56.在图6中，各组射线值的差异仅反映岩石模型7内的网格差异，岩心夹持器1所覆盖的网格数值基本相同，中心对称分布使计算简化，求解误差小。图6中所示的射线值仅与网格(i，j)、网格(i 1，j 1)和网格(i 2，j 2)相关，其余网格值固定。而对非中心对称物体而
言，不同射线对应的岩心夹持器1所覆盖区域不断变化，图8中所示的射线值不仅与岩心网格(i-1，j-1)与网格(i，j)相关，而且受其余网格值变化值得影响，计算效果变差，实际成像效果见图10所示。
57.本实用新型利用密度均匀分布成像效果及数值计算特点，对非中心对称物体采取弥补欠缺部位密度(ct值)的方法，减少非核心部分(例如岩心夹持器1)对透射射线的干扰。弥补装置2外形为圆形，符合中心对称的特点，整体采用密度均匀的同等材质为宜，参见图9所示。考虑到ct机扫描腔41条件，弥补装置2的x射线透射ct值(ct
pl
)应小于岩心夹持器1的x射线透射ct值(ct
ch
)值。弥补装置2的外径略大于岩心夹持器1最大截面对角线长度，弥补装置2与岩心夹持器1间的空隙小于5mm。
58.利用本实用新型测量并计算的网格数值能消除伪影干扰，清晰反映出岩石模型7的孔隙结构及内部流体分布情况。
59.本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。