岩心成像录井教材2文档格式.docx
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岩心成像可完成石油行业各种地质矿藏的实时分析和开发、智能化采集、分析岩心图像、永久性保存岩心信息。
具有减少石油岩心的管理成本及人为原因、自然风化等因素造成的岩心信息资料损失和环保的显著作用。
实现科学管理、分析岩心。
另外，它可减轻录井技术人员的劳动强度，增强录井施工的安全性，预防各种事故的发生，提高经济效率，降低岩心的保存和管理成本，并给钻井工程、地矿分析提供有效的工程和地质资料。
其次、科学的管理岩心和合理的石油各种地质矿藏开采对地质资源、自然环境的保护和推动国民经济的发展起到一个重要的作用。
由于远程传输网络的使用，使高素质人力资源得以充分利用，为岩心的管理、分析提供了保证。
科学化管理和分析岩心将成为现实。
而且通过网络可以达到所有的地质资料资源共享。
岩心成像扫描可分为以下工作方式
1.固定式：
岩心扫描仪固定在岩心库，有专门的岩心扫描工作台，岩心扫描仪一般比较大，平时不搬动，可以扫描1米长的岩心。
一般可以与岩心库管理系统、岩心图像管理系统、岩心图像网络发布系统等配合使用。
2.车机分离式：
便携式岩心扫描仪体积较小，平时放在专用箱子里面，使用时用面包车或者其他小型货车运送到目的地，然后开箱取出岩心扫描仪开始工作。
计算机采用工控机或者笔记本电脑。
岩心扫描仪在使用时，通过在使用地获取220V交流电源。
特点：
岩心扫描仪设备小巧、并可和笔记本电脑配合使用，安装运输方便，适应性强。
无需专车运送。
3.车机一体式：
对指定车辆进行改装，把岩心扫描仪、计算机安装固定在车里，在使用时，将车开到使用地，外接220V交流电源，将岩心拿到车上即可扫描。
优点：
全部设备安装在车上，配套功能齐全，即扫即走。
二、技术原理
2.1采集原理
建立岩心图像数据库的首要工作是采集具有高保真度的岩心图像数据（规则柱状岩心的外表面图像数据、剖开面图像数据、不规则或破碎岩心的平面图像数据）。
移动方向（垂直方向）的图像精度（分辨率）取决于步进电机的运动速度及精度。
相对静态方向（水平方向）的图像精度（分辨率）取决于3-CCD摄像头的精度（单通道CCDSensor的数量）。
采集视域的大小取决于3-CCD摄像头的精度及要求的采集分辨率（DPI）。
计算公式：
S（视域宽度）=Q（3-CCD摄象头的精度）/P（采集分辨率DPI）*2.54（单位：
cm）。
假设采集头一次能够采集到一个象素的图像，当采集岩心剖开面或不规则岩心平面时，整理好不规则岩心或摆放好剖开面岩心并保持不动，采集头由步进电机驱动从右向左移动，要求的分辨率不同，采集头的移动速度也不同，这样一次可以采集到一条象素线，一条象素线采集完成后电机驱动采集头步进一个象素大小的距离，准备采集第二条象素线，步进一个象素大小的距离取决于采集所要求的分辨率。
在采集过程中只要保持采集速度和采集头移动速度一致以达到最好的采集效果。
如此从右向左采集直到完成采集时设定的采集长度。
当采集规则岩心的外表面图像时，在驱动岩心旋转的滚辊上摆放在岩心，然后保持采集头不动，而让步进电机驱动滚辊使岩心从里向外以特定的速度转动。
要求的分辨率不同，岩心转动的速度也不同，这样一次可以采集到一条象素线，一条象素线采集完成后电机驱动滚辊使岩心转动一个角度，岩心转动角度取决于采集时所要求的分辨率。
在采集过程中只要保持采集速度和岩心转动速度一致达到最好的采集效果。
如此从里向外转动岩心直到完成采集时设定的直径。
由于岩心的长短不一样，当岩心的长度大于采集头的视域宽度时，同一块岩心就必须要分为多次采集，这样就会得到多幅图像。
为了保持图像的完整性，也便于专业技术人员分析、研究，必须将它们拼接到一起成为一幅图像。
由于很难保证每幅图像都是从岩心的同一条母线开始的，所以必须提供一种方便实用的拼接方法，在岩心图像编辑软件中提供了将多幅图像拼接到一起的方法，在这种方法中要求采集的每段岩心图像在沿岩心圆周方向没有重复部分，即为精确的360度圆周，而沿岩心轴向必须有重复部分，为将两段图像拼接到一起提供拼接基准点，如果基准点选的越准确，拼接图像效果就越好，并且完全可以做到无缝拼接。
2.2控制原理
采用最新的MCS-51单片机控制技术。
控制步进电机的精确定位、YXCJ岩、矿芯图象高分辨率采集分析仪的行程控制、计算机通过COM口进行智能化采集
2.3光学成象原理
焦点（focus）与光轴平行的光线射入凸透镜时，所有的光线聚集在一点后，再以锥状的扩散开来，这个聚集所有光线的一点，就叫做焦点。
焦点示意图
景深及计算，在焦点前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深，即：
在被摄主体（对焦点）前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深。
被摄体的前后纵深，呈现在底片面的影象模糊度。
景深示意图
景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离而变化。
对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大。
δ
——
容许弥散圆直径
f
镜头焦距
F
镜头的拍摄光圈值
L
对焦距离
ΔL1
前景深
ΔL2
后景深
ΔL
景深
FδL2
前景深ΔL1=
——————
（1）
f2+FδL
后景深ΔL2=
（2）
f2-FδL
2f2FδL2
景深ΔL=
ΔL2+ΔL2
=
f4-F2δ2L2
从
（1）和
（2）可以看出，后景深>
前景深。
任何物体的成象都是由于光的反射、折射、衍射
反射示意图
折射示意图
衍射示意图
2.4白平衡校正原理
为了提高采集人员的工作效率及人为对颜色认识的误差，同时减少环境光源（如自然光、强日光灯等）对采集岩心图像色彩效果的影响。
通过对大量不同颜色的岩心、岩石在相同光源、相同采集分辨率精度下采集所得到的采集图像数据RGB值进行模拟分析，利用RGB色彩系统与YcbCr色彩系统的转换，运用图像的灰度线性变化、灰度阈值变换、离散余弦变换等图像处理技术。
得出了适应于岩心岩屑颜色的图像色彩自校正模型。
白平衡是一个很抽象的概念，最简单的理解就是让白色所成的像依然为白色，如果白是白，那其他景物的影像就会接近人眼的色彩视觉习惯。
调整白平衡的过程叫做白平衡调整，白平衡调整在前期设备上一般有三种方式：
预置白平衡、手动白平衡调整和自动跟踪白平衡调整。
通常按照白平衡调整的程序，推动白平衡的调整开关，白平衡调整电路开始工作，自动完成调校工作，并记录调校结果。
如果掌握了白平衡的工作原理，那么使用起来会更加有的放矢，得心应手。
白平衡的工作原理：
HF-YXCJ采集头内部有三个ＣＣＤ电子耦合元件，他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线，在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的，为１：
１：
１的关系，白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。
比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是２：
１（蓝光比例多，色温偏高），那末白平衡调整后的比例关系为１：
２：
２，调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少，增加了绿和红的比例，这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像，蓝、绿、红的比例才会相同。
也就是说如果被调校的白色偏一点蓝，那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大，同时增加绿和红的比例，使所成影像依然为白色。
三、岩心图像的信息采集技术
岩心扫描成像信息管理系统是以岩心扫描成像为核心的软硬件一体化网络信息系统。
本系统以永远保持新鲜岩心形态、改革旧的岩心管理模式、观察方式，并通过图像分析提供相应地质分析资料为宗旨。
将在白光、荧光下的圆柱岩心与剖面岩心的表面图像，通过高分辨率的平动与转动扫描成像装置将真实图像摄入计算机并存入数据库，通过计算机能对岩心图像进行沉积层理、粒度、裂缝、孔洞、荧光含量等进行定量分析，用岩心图像对测井研究提供最直接的对比校正依据，应用荧光图像对含油成分进行面积定量计算。
并通过Internet/Intranet实现图文资料共享，同时向广大科研工作者提供图文数据库查询和Web远程图像访问。
岩心图像的信息采集软件系统技术主要有：
岩心图像采集、图像及信息录入、数据库管理、网络传输、图像定量分析与识别、图像处理与压缩。
该系统功能齐全、操作方便。
它集科研、应用管理于一体，涉及岩心图像采集、录入、处理、分析、综合柱状图及测井曲线绘制、图像压缩、三维重建等方面完整地实现了岩心图文信息资料的永久保存、综合管理、定量分析处理、远程浏览查询等多种功能是用于石油地质行业综合应用系统。
3.1岩心扫描管理系统
岩心扫描系统实现岩心的白光平扫、白光滚扫等功能。
扫描分辨率可调、精度高。
系统操作简便。
扫描后得到的图片以及相关信息可通过该系统存入数据库，便于岩心图像信息采集软件系统中其余软件调用。
岩心扫描系统包括：
1.岩心扫描系统包括白光平动、滚动采集软件系统，提供了白平衡、手动拼接、自动拼接、裁剪、过程控制、对比度、饱和度等功能。
2.扫描图像录入数据库。
3.岩心相册系统，用于管理和组织岩心。
4.三维重建显示系统。
5.图文综合数据库管理及浏览系统，在局域网上对图文信息进行录入、编辑、管理、查询、显示、打印等。
不同井同层岩心多种方式的对比显示，能对整井或某一井段图像进行连续显示，能绘制综合柱状图，对于滚动图像可以进行立体三维旋转显示，能以不同的角度、不同的速度进行三维显示，能对显示的一个或多个回次的岩心柱状图进行整体旋转，以便观察其任何一个位置的柱状图，能对其中的某一个位置的图像进行旋转并可保存相应的面，以便于整体对齐观察，能查看柱状图中的任何一个位置图像的原图及相关地质信息，能显示单幅图像及其相关地质信息，能定制柱状图显示格式并保存。
3.2岩心图像处理系统
岩心图像处理系统
通过运用图像处理、数学分析、石油地质等相关知识，基于岩心图像的孔洞、裂缝、荧光、层理等专项分析与评价。
提供了从图像处理、参数测定、参数统计分析、报表输出、以及以WORD格式输出报表等一系列的功能。
分析系统功能有：
1.岩心图像预处理与增强。
2.裂缝、孔洞、荧光、层理等地质目标自动提取。
3.提取相关的地质分析目标增强。
4.相关地质参数自动计算（长度、宽度、倾角、面积、长短轴、层理类型等）。
5.按组系对裂缝数据统计，并作出玫瑰图。
6.统计参数（面密度、线密度、面孔率、含油面积、最大间距、最小间距、层形参数、孔隙度、渗透率等）。
7.按孔洞面积、大小，累计直方图。
8.按荧光级别统计、分类。
9.地质评价（连通性，有效性，含油情况等）
10.分析结果图文报表。
Word报表生成。
11.分析数据存入图文数据库。
3.3辅助系统
岩心图像三维显示系统
可实现滚动图像的三维重建、恢复，并能够按要求旋转、放大和缩小。
使用像素图像处理技术，可使岩心外表面图像圆柱形查看，并可以精细显示和按度数旋转。
图像拼接校正系统
在图像扫描过程中，由于岩心呈圆柱体状态，平面扫描会由此产生图像边部失真，色彩有时也有细微变化，为保证拼图不缺失，每幅图在扫描时都予留出重叠部分供剪裁拼图用。
拼接、剪裁及校正技术就是用来去掉扫描图像重复部分，进行图像色彩调节，左右对齐图像，桶形失真校正，并修改数据库相应记录。
沉积构造图像-知识库系统
按照标准的层理、构造分类方法，显示每一类的特征、模型、典型图像、知识描述。
符号库系统
方便用户查询、浏览地质符号，也即是一个地质符号的百科全书。
测井曲线转换显示系统
能将多种测井格式数据自动转换成自定义二进制数据文件，同时对转换后的测井曲线数据加以显示。
测井曲线矢量化系统
能够处理多种格式的测井曲线图像，并且能从多条曲线中自动识别和提取指定的曲线，从而获得该曲线的矢量化数据。
该软件具有高精度、高速度、易操作和良好的人工交互界面等优点，能同步录入必要的曲线参数信息，并且在多用户情况下各用户的数据文件互不干扰，有利于进行多用户的数据整合。
四、岩心图像信息资料的应用
本系统采用国际先进的计算机处理、计算机网络、图像处理等技术，实现了岩心图文资料及相关地质资料的综合管理、分析、处理等功能。
该系统主要功能：
岩心图像库及管理、岩心综合信息库管理、岩心图文综合柱状图数据加载、岩心图文综合柱状图网络发布、岩心图文综合柱状图模板、岩心图文浏览、岩心图像三维显示、岩心相册发布等。
4.1岩心图文综合柱状图数据加载
岩心图文综合柱状图示反映岩心信息的重要组成部分，它包括加载岩石的相关描述、岩石名称、岩性图例，该井段的测井曲线、地层参数等等。
1.可以任意编辑加载图文信息的道特性，修改道的名称，字体的颜色，字体的大小，风格，道的深度标题高度，刻度列宽度等等参数。
2.根据用户的要求按照不同顺序，不同的风格加载所需要的图文信息，还可以将加载后的综合柱状图打印输出。
3.为了更清晰的看出该柱状图的相关录井信息，还可以为其加一个图头，以形成一个信息完整的综合柱状图。
4.岩心图文信息以数据库的形式管理，安全稳定，可以通过网络的形式进行访问并加载器相应的图文信息。
4.2岩心图像相册查询系统
系统基于先进的微软.Net平台，可配合其余软件实现浏览、查看某一筒次的图像摆放方式，查看全图、三维重建等功能。
岩心相册系统能有效的组织岩心图片，便于工作人员查看和管理岩心。
本系统模拟真实岩心库中岩心的摆放位置，让使用者如同进入真正的岩心库一样，还能够方便、快捷地提取岩心各种资料岩心相册还能方便地查看工作人员感兴趣的某幅图像的全图和信息，实现该幅图像的三维重建，是使用者如同看到真实的岩心一样。
4.3岩心图像综合管理系统
为使用户随时能够直观、方便、全面了解岩心图像信息，建立了一个功能强大的岩心图像库及管理系统，它既能对图文信息进行录入、编辑、管理、查询、显示、打印等，还能对入库图像进行自动拼接，对于滚动图像可以进行立体三维旋转显示，能以不同的角度、不同的速度进行三维显示，能对整井或某一井段图像进行连续显示。
1.图像库的操作：
可以通过图像库管理的形式添加，修改，删除一个或多个图像库的文件。
2.入库后的岩心图像管理：
岩心图像、文字信息的录入及修改，并能对录入的图像进行预处理，如亮度、色度，饱和度的调节等等。
实现图像的拷贝、粘贴、恢复等编辑功能。
3.对于以bmp存储的图像可以转存为多种其它不同的图像文件格式，如jdg格式，gif格式。
4.能实现多种方式的图像信息查询：
按地区、井号、层位、深度、入库时间或多个条件的组合进行查询。
5.岩心图像的对比显示：
对于不同井同一井段的图像进行对比显示，，对于滚动图像可以将其展开图及重建后的三维图像对比显示，对不同井段岩心外表面图像展开连续对比显示，白光荧光图像的对比显示，能自动播放不同深度的岩心图像，很直观，很方便的了解整个井段或整口井岩心图像变化。
6.可以按照自己要求把入库的岩心图像自动按深度拼接在一起，同时添加多种相应的文字信息，并能将其存为图像的形式，可以进行预览并将其打印出来。
7.可调整图像的亮度、对比度、饱和度、色度等，使得处理后的图像特征更清楚，图像更清晰。
8.辅助功能：
联机帮助、当前状态显示、出错警告。
4.4岩心图像Web查询系统
1.能够实现基于局域网、互联网的白光、荧光、滚动图像查询。
2.科研人员能够预约岩心的观察、取样、扫描时间。
3.采用IE浏览操作，本机不需安装专用软件，软件升级在服务器上进行。
4.在线滚动图像三维重建。
5.在线图像处理（放大、缩小、增强等）。
6.权限设定、密码修改。
7.用户留言。
4.5岩心图像远程图文浏览系统
突破局域网限制，可跨越广域网实现柱状图和测井曲线的远程查看，满足了异地用户浏览柱状图和测井曲线的需求。
4.6网络岩心库管理系统
系统根据网络岩心库实际情况，使用数据库技术对网络岩心库进行管理。
操作人员能根据系统中的数据，查询需要的岩心相关信息。
1.可根据数据库的岩心定位数据来确定待观察岩心在网络岩心库中的位置
2.可按井号、层位、井别、取心位置、完钻时间、总井数、总进尺、总心长等方式查询和统计数据。
3.可对网络岩心库管理数据进行录入、修改、删除等操作；
可实现网络岩心库数据库维护、备份和还原。
4.网络岩心库管理数据可转换为表格文件打印出来，同时也可以转换为EXCEL格式文件，方便用户再处理。
5.可通过Web形式浏览查询。
6.系统能对用户录入时常见错误进行及时提示，从而有效地避免错误的产生。
五、采集质量影响的因素
在采集过程中，环境光源对采集岩心图像颜色的影响及人眼对颜色的认识直接影响到采集岩心的质量。
仪器的稳定性也影响图像采集质量。
在工作中，工作人员的工作态度直接影响到岩心的真实还原。
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