ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЗАПИСИ И ОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ БУРОВЫХ КЕРНОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N21/88 

Изобретение относится к оборудованию для записи и обработки цифровых изображений буровых кернов, взятых из подземных геологических формаций. Запись и обработку следует понимать как цифровое фотографирование и цифровую запись вместе с обработкой, демонстрацией и статистическим анализом этих изображений посредством соответствующего оборудования и средств программного обеспечения для обработки данных.

При выполнении буровых работ на нефть и газ часто берут такие образцы, как буровые керны, из формаций, которые могут содержать нефть и/или газ. Буровые керны подвергают разным исследованиям для определения нефтефизических свойств формаций, из которых взяты керны; имеются в виду нефтефизические свойства, относящиеся к пористости, проницаемости, размеру гранул и гранулометрическому составу, соотношениям песка и глины и также к количественному определению основных минералов в песчанике.

Ранее делали простые цветные фотографии в масштабе 1:5, 1:4 и иногда 1: 2, выполненные в виде пластин буровых кернов при видимом и ультрафиолетовом свете.

Для облегчения обработки этих фотографий обычно берут большое число образцов, сканируют их ручным сканером и хранят в электронных регистрах (цифровых) данных.

В настоящее время отсутствуют способы, которые используют фотографии или запомненные данные для вычисления (предсказания) свойств буровых кернов. Недостаток, присущий такому фотографированию и ручному сканированию, заключается в том, что цифровые изображения, выполненные ручным сканером, не имеют неограниченной длины и обычно представлены в одном фиксированном формате (масштабе). Помимо этого, качество пленки и процессы проявления отличаются друг от друга, так как обычно в обработке буровых кернов участвует много обслуживающих компаний. Разные компании используют разные аппараты, разное качество пленки и разные условия освещения. Кроме этого, качество фотографий со временем ухудшается.

Перепечатка (составление новых сообщений) приводит к снижению качества фотографий. Кроме того, преобразование в цифровую форму фотографий этим ручным способом зависит еще от следующих факторов:
оборудование (тип сканера/разрешающая способность),
качество фотографии (позитив или негатив),
формат фотографии (1:5, 1:4, 1:2).

В связи с этим качество сканированной вручную цифровой фотографии является неудовлетворительным для анализа изображения и предсказания нефтефизических параметров. К тому же ручное сканирование представляет собой дополнительную и трудоемкую промежуточную операцию.

В патенте США 4852182 раскрыто устройство для анализа образцов кернов, выполненных в виде пластин, в котором в качестве приемника отраженного от образца излучения используется цифровая камера, соединенная с компьютером. С помощью этого устройства осуществляют запись цифровых изображений геологических образцов (кернов), выполненных в виде пластин, в котором изображение записывают непосредственно с бурового керна с помощью цифровой камеры, при этом осуществляют относительное перемещение через равные интервалы камеры и керна, а цифровые записанные данные направляют в компьютер для последующей обработки и записи.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание оборудования, обеспечивающего возможность предсказывания нефтефизических параметров буровых кернов, взятых при бурении на нефть или газ, на основе анализа цифрового изображения.

Этот технический результат достигается тем, что оборудование для записи и обработки цифровых изображений буровых кернов, выполненных в виде пластины, содержащее цифровую камеру, источник света и компьютер для преобразования информации в цифровую форму, обработки и запоминания цифровых данных и автоматической установки цифровой камеры в заданное положение, согласно изобретению, содержит рамную конструкцию со столом для крепления выполненного в виде пластины бурового керна, цифровая камера размещена вместе с источником света над столом на общей каретке, выполненной с возможностью перемещения по рельсам, выполненным в верхней части рамной конструкции, для постоянного излучения света под углом относительно бурового керна источник света содержит два источника дневного света и два источника ультрафиолетового света, и все указанные источники света выполнены с возможностью изменения угла падения света.

Каретка может быть выполнена с возможностью перемещения посредством шнека, приводимого в движение шаговым электродвигателем, управляемым с помощью компьютера.

До сих пор считалось невозможным использовать неявную информацию согласно данному изобретению ввиду ее огромной усложненности, если способ количественного определения основывался бы на дедуктивной модели для генерации комбинации света/тени из физических "первых принципов". Данное изобретение исходит из инвертированной формулировки проблемы. Поскольку комбинацию света и тени характеризуют эмпирически, то эту усложненную двухмерную комбинацию преобразуют в другие формы более простых одномерных векторных представлений, которые гораздо легче включить в методику статистического снятия характеристик (PLS-многомерное снятие характеристик); и поэтому возможно будет снимать характеристики известных нефтефизических параметров песчаника непосредственно с помощью этих новых неявных представлений. Основным и самым важным фактором этого способа является последовательное применение обычных текстурных операторов анализа изображения с новой осуществляемой методологией для характеристирования комплексных измеряющих последовательностей - МИУ (Методика измерения угла). МИУ-способ описан в литературе, но до настоящего времени он использовался только в геоморфологических работах, которые совершенно отличны от этой новой области применения - Технологическая Станция Оценки Формации (ТСОФ). Возможность непосредственной корреляции видеоизображения и вследствие этого Установки Предсказания НефтеФизических Параметров на основе Видеоизображения (ПНФПВ) концепции ТСОФ относится непосредственно к этому новаторскому новому сочетанию особого освещения поверхности песчаника, выявления текстуры, полученной комбинации света и тени, линеаризации полученного изображения текстуры для МИУ-анализа, вместе с окончательным PLS-многомерным снятием характеристик в сравнении с лабораторными измерениями желательных параметров песчаника.

Данное изобретение далее изложено на одном примере его выполнения со ссылкой на чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 изображает вид спереди оборудования для записи и обработки цифровых изображений буровых кернов, согласно изобретению;
фиг.2 - вид сбоку оборудования, показанного на фиг.1.

Оборудование, согласно данному изобретению, показанное на фиг.1 и 2, содержит рамную конструкцию 1 со столом 2 для крепления выполненного в виде пластины бурового керна 10, цифровую камеру 9 и источники 7, 8 света, автоматическую систему управления и эксплуатации, содержащую компьютер 6 и шкаф 5 управления и переключения.

Рамная конструкция 1 предпочтительно изготовлена из алюминиевого профиля, и ее габариты должны быть достаточными для обеспечения устойчивой, без вибрации, работы. Стол 2 прикреплен к рамной конструкции 1 и, как упомянуто выше, выполнен с возможностью крепления бурового керна 10 на расстоянии, которое является постоянным относительно цифровой камеры 9. Стол 2 должен быть удлиненным, чтобы можно было работать с буровыми кернами с минимальной длиной 3 метра.

Цифровая камера 9 является цифровой видеокамерой с высокой разрешающей способностью, например, типа "захвата кадра", и размещена на каретке 11, которая с возможностью перемещения опирается на рельс (не показан) посредством рельсовой системы (не показана) в верхней части 3 рамной конструкции. Шнек приводят в движение шаговым электродвигателем 4, который преимущественно может иметь 200 шагов на один оборот. Если шаг шнека составляет 5 мм на один оборот, то это обеспечивает перемещение ("линейная разрешающая способность"), равное 0,025 мм на один шаг двигателя.

Каретка 11, кроме камеры 9, оборудована двумя лампами 8 дневного света и двумя светильниками 7 ультрафиолетового света, выполненными с возможностью освещать образец керна во время записи изображений. Источники света при этом перемещаются вместе с камерой во время записи изображений. Таким образом условия освещения сохраняют постоянными вдоль бурового керна. Нужно указать, что каждый из источников света выполнен и управляется таким образом, что буровой керн можно освещать симметрично и несимметрично под разными углами падения поступающего света. При записи изображений только с целью показа буровых кернов будут использовать симметричное освещение под углом 20-60^o. Изображения, которые записывают для использования в статистическом анализе, получают при использовании асимметричного освещения под углом падения 5-30^o, чтобы получить наиболее оптимальную комбинацию света и тени при записи изображений.

Всеми функциями управляют посредством компьютера 6, который обеспечивают программой для установки камеры 9 в заданное положение, снятия характеристик, функций записи, запоминания данных, сращивания изображений и пр. Все электрические компоненты, такие как реле, предохранители и электрические соединения между компьютером и аппаратурой частью оборудования (двигатель и освещение), выполнены в шкафу 5 управления и переключения.

Оборудование работает следующим образом. Каретку 11 вместе с камерой 9 и источниками 7, 8 освещения перемещают по рельсу в верхней фиксированной части 3 рамной конструкции в пошаговом порядке. Камера 9 записывает одно изображение на одном шаге бурового керна 10, прикрепленного к столу 2 ниже.

Камера 9, которая может иметь разрешающую способность до 4400 х 3400 точек, записывает изображения цифровым способом и передает их электронным способом по кабелю 12 в компьютер 6. Разработанное на месте программное обеспечение для компьютера 6, которое далее здесь описываться не будет, управляет двигателем и синхронизирует управление им с работой камеры 9 и освещения. На основе таким образом записываемых данных относительно положения камеры 9 и условий освещения изображения бурового керна 10 совмещают электронным способом в длинное изображение, которое как таковое вместе с записями множества буровых кернов может представлять геологическую структуру по всей скважине. Составленные таким образом изображения запоминают в компьютере и их могут распространять или выдавать пользователям или заказчикам на жестких дисках, магнитных лентах или оптических дисках.

Кроме упомянутого программного обеспечения для записи, обработки и запоминания цифровых изображений разработано также программное обеспечение для визуализации изображений буровых кернов на мониторе данных и также программное обеспечение для статистического анализа преобразованных в цифровую форму изображений.

Программное обеспечение для отображения на мониторе изображений является разработанной на месте программой, которая демонстрирует 24-разрядные изображения бурового керна на мониторе данных. Эта программа может работать с изображениями и формата TIFF, и формата BMP. Изображения могут электронным способом совмещать и отображать на мониторе в виде неограниченного непрерывного изображения (например, всей скважины). Демонстрация изображений таким способом основывается на новой методике, которая называется "сегментированное считывание файла" и является способом быстрой визуализации цифровых изображений, которые выходят за пределы пространства, имеющегося на мониторе данных. Сегменты изображения считывают из файла в буферные запоминающие устройства посредством фоновой обработки. Этим типом загрузки управляют, исходя из самых последних перемещений пользователя в данном изображении. Этот способ предполагает, что примерно в 90% всех случаев будет иметься достаточный объем сегментов изображения в запоминающем устройстве, чтобы охватить ту часть изображения, которую желает видеть пользователь. Это обеспечивает существенно более быструю визуализацию изображений в сравнении с обычными способами, основывающимися на считывании данных непосредственно из файла. Кроме этого, данная программа может демонстрировать скоррелированные по глубине и правильно масштабированные данные диаграмм геофизических исследований скважины из файла рядом с преобразованным в цифровую форму изображением. При изменении изображения эти диаграммы автоматически масштабируют сообразно с изображением.

Эта программа может работать в 4 следующих режимах:
одно изображение + три диаграммы геофизических исследований скважины;
два изображения + две диаграммы геофизических исследований скважины;
три изображения.

Масштабирование одного изображения в масштабе 4:1 и 8:1.

Что касается программного обеспечения для статистического анализа, то благодаря применению небольшого угла, асимметричного освещения буровых кернов, теперь возможно получать такую комбинацию света и тени в изображениях, которую можно использовать для вычисления и предсказания с помощью средств программного обеспечения следующих параметров: средний размер гранул и гранулометрический состав, пористость, проницаемость, основная минералогия.

Количественное определение свойств будет зависеть от отражения видимого света и/или от того, что диагностическим и определяющим количество образом будет создана комбинация света и тени.

Оборудование для записи и обработки цифровых изображений буровых кернов, выполненных в виде пластины, содержит цифровую камеру, источник света и компьютер для преобразования информации в цифровую форму, обработки и запоминания цифровых данных и автоматической установки цифровой камеры в заданное положение. Оборудование также содержит рамную конструкцию со столом для крепления выполненного в виде пластины бурового керна. Цифровая камера размещена вместе с источником света над столом на общей каретке, выполненной с возможностью перемещения по рельсам, выполненным в верхней части рамной конструкции, для постоянного излучения света под углом относительно бурового керна. Источник света содержит два источника дневного света и два источника ультрафиолетового света, и все указанные источники света выполнены с возможностью изменения угла падения света. Техническим результатом является возможность предсказывания нефтефизических параметров буровых кернов на основе анализа цифровых изображений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оборудование для записи и обработки цифровых изображений буровых кернов, выполненных в виде пластины, содержащее цифровую камеру, источник света и компьютер для преобразования информации в цифровую форму, обработки и запоминания цифровых данных и автоматической установки цифровой камеры в заданное положение, отличающееся тем, что содержит рамную конструкцию со столом для крепления выполненного в виде пластины бурового керна, цифровая камера размещена вместе с источником света над столом на общей каретке, выполненной с возможностью перемещения по рельсам, выполненным в верхней части рамной конструкции, для постоянного излучения света под углом относительно бурового керна, источник света содержит два источника дневного света и два источника ультрафиолетового света и все указанные источники света выполнены с возможностью изменения угла падения света. 2. Оборудование по п. 1, отличающееся тем, что каретка выполнена с возможностью перемещения посредством шнека, приводимого в движение шаговым электродвигателем, управляемым с помощью компьютера.