Разработка метода определения толщин и концентраций многокомпонентных объектов с использованием рентгеновских спектральных характеристик тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Черемисин, Алексей Николаевич

• Черемисин, Алексей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черемисин, Алексей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА МНОГОФАЗНЫХ СРЕД. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Особенности рентгеновских ме годов регистрации. Схемы рентгенографии. Терминология. Классификация.

1.2. Источники рентгеновского излучения.

1.3. Спектральные характеристики источников, детекторов рентгеновского излучения и объектов исследования.

1.4. Оборудование и методы для исследования фильтрационных процессов в пористых средах.

1.5. Схемы фильтрации помех.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОЛИЧЕСТВЕННОГО РЕНТГЕНОВСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОСТИ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Экспериментальная установка для исследования фильтрационных параметров пористых сред в условиях, приближенных к пластовым.

2.3. Разработка метода цифровой фильтрации рассеянного излучения.

2.4. Разработка метода количественного рентгеновского анализа для исследования фильтрационных процессов в пористых средах.

2.5. Результаты экспериментов по определению фильтрационных параметров пористых сред.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РЕНТГЕНОВСКОГО КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ

3.1. постановка задачи.

3.2. методика получения двух снимков в разных областях спектра за одну вспышку

3.3. Выбор импульсных источников рентгеновского излучения для количественного анализа многофазных сред при импульсной рентгенографии.

3.4. характеристики применяемых импульсных источников излучения.

3.5. Используемый детектор рентгеновского излуче! шя (1масеРьате).

3.6. Результаты статических экспериментов с импульсными рентгеновскими аппаратами и тестового динамического эксперимента.

3.7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода определения толщин и концентраций многокомпонентных объектов с использованием рентгеновских спектральных характеристик»

Объект исследования - многокомпонентные объекты.

Предмет исследования - количественный анализ многокомпонентных объектов с использованием рентгеновских спектральных характеристик.

Актуальность работы. Россия занимает одну из лидирующих позиций по разведанным запасам углеводородного сырья, однако следует отметить постоянное ухудшение их структуры. Большей частью эти запасы классифицируются, как трудноизвлекаемые, и сосредоточены в залежах, характеризующихся сложным геологическим строением, низкой и ультранизкой проницаемостью, высокой вязкостью нефти, осложненным наличием разломов, активных подошвенных вод и газовых шапок. Эффективная разработка таких залежей, относящихся к категории многокомпонентных объектов, не может быть обеспечена традиционными технологиями строительства и эксплуатации скважин и требует широкого применения новых методов нефтедобычи, способных обеспечить повышенную производительность скважин, интенсивные темпы отбора и высокую конечную нефтеотдачу. Усовершенствовать технологию разработки того или иного пласта и повысить ее эффективность позволяет гидродинамическое моделирование процессов вытеснения нефти и газа. Ключевыми параметрами для построения гидродинамической модели нефтегазовых месторождений являются экспериментальные данные по многофазной фильтрации нефти, газа и воды. Точное определение распределения насыщенности в таких экспериментах позволяет улучшить достоверность данных по фазовым проницаемостям и, следовательно, достоверность модели фильтрации в пласте.

Анализ методов измерения насыщенности образцов горных пород в лабораторных условиях, таких как оптические, резистивные, томографические и др., показал, что наиболее полно предъявляемым требованиям удовлетворяет рентгеновский метод определения водо-, газо- и нефтенасыщенности. Преимуществом рентгеновского метода перед другими является возможность измерения пространственного распределения насыщенности в образцах горной породы. Метод является бесконтактным, поскольку флюидонасыщен-ность определяется по величине поглощения рентгеновского излучения, при этом коэффициенты поглощения излучения веществом не зависят от внешних факторов, таких как пластовое давление и температура. Однако в экспериментальных установках для исследования фильтрационных параметров пористых сред, как правило, применяется простая линейная или экспоненциальная модель поглощения рентгеновского излучения. Используются также специальные фильтры для приближения рентгеновского излучения источника к монохроматическому. Такие методы существенно снижают точность измерений и требуют большого количества калибровок, которые не всегда можно выполнить, не нарушая природу исследуемых процессов.

За последние годы существенно возрос интерес к изучению быстропро-текающих процессов. Это обусловлено необходимостью снижения затрат при добыче углеводородного сырья, при производстве космической и авиационной техники, в энергетике, химии, горнодобывающей промышленности, современном машиностроении.

В связи с этим, актуальную роль приобретают методы динамического не-разрушающего контроля быстропротекающих процессов, что, в свою очередь, требует разработки методов количественного определения толщин и концентраций многокомпонентных объектов. Важное место в ряду методов динамического неразрушающего контроля занимает импульсная рентгенография, используемая для исследования процессов в специфических условиях, таких как: процессы, недоступные для оптических приборов из-за сильной фоновой засветки, непрозрачности или дисперсности среды - быстропро-текающие процессы детонации, взрыва кумулятивных зарядов; высокоскоростного удара, взаимодействия поверхности твердого тела с мощными потоками вещества и излучения, кавитации, впрыска топлива в камеру сгорания; регистрация ударных волн в твердых телах, жидкостях и газах; наблюдение искровых разрядов в веществе, пламени, порошках, тумане, дыму, пене.

В большинстве перечисленных выше случаев рентгеновская диагностика применяется преимущественно для качественного изучения процесса, при этом используется только малая часть информации, содержащейся в рентгеновском изображении.

В связи с этим создание новых методов определения концентраций и толщин многокомпонентных объектов является актуальной задачей, решаемой в диссертации.

Цель исследования - разработка рентгеновского метода определения толщин и концентраций многокомпонентных объектов, обеспечивающего повышенную точность, путем разработки алгоритмов, учитывающих точные спектральные характеристики источника излучения, рентгеновских спектров ослабления исследуемых веществ и спектра поглощения детектора.

Задача исследования — повышение точности рентгеновского метода определения толщин и концентраций исследуемых веществ в широких пучках с использованием подробных рентгеновских спектров измерительного тракта. Этапы исследования.

1) Проведен анализ процессов, происходящих в измерительном тракте рентгеновского сканера; существующих методов и оборудования для количественного рентгеновского анализа многофазных сред; имеющихся в литературе данных о свойствах и спектральных характеристиках исследуемых веществ, источников и детекторов рентгеновского излучения.

2) Создан рентгеновский стенд для исследования процесса фильтрации при течении многофазных жидкостей в пористых средах.

3) Создан и реализован алгоритм количественного определения водо- и неф-тенасыщенности горной породы при фильтрации воды/нефти и нефти/газа, в основе которого лежит расчет насыщенности горной породы с учетом спектральных характеристик рентгеновского излучения, позволяющего проводить количественное определение насыщенности в широких пучках.

4) Проведены теоретическое обоснование и экспериментальная проверка способа количественного определения насыщенности горной породы при двухфазной и трехфазной фильтрации.

5) Разработанный алгоритм количественного рентгеновского исследования многофазных сред адаптирован к изучению быстропротекающих процессов. Исследование включало: а) определение неоднородности в диаграмме направленности и интенсивности вспышки для импульсных рентгеновских аппаратов, обоснование причин возникновения неоднородностей; б) экспериментальное определение спектров импульсных аппаратов; в) проведение тестового взрывного эксперимента. Фактический материал, методы исследования и аппаратура.

Теоретической основой решения поставленных задач являются законы, взаимодействия рентгеновского излучения с веществом. При построении математической модели измерительного тракта учитывались спектральные характеристики веществ поглотителей, источника и детектора рентгеновского излучения. Интерполяция исходных данных для расчета, таких как спектр излучения рентгеновского источника, зависимость от энергии излучения коэффициента ослабления и поглощения излучения для исследуемых веществ и коэффициента поглощения рентгеновского излучения для детектора, проводилась с помощью кубических сплайнов.

Цифровая фильтрация рассеянного излучения проводилась методом перехода в область фурье-образов, после расчета в этой области выполнялось обратное преобразование Фурье. При этом использовалось быстрое дискретное прямое и обратное преобразование Фурье.

Для проверки предложенной методики количественного рентгеновского анализа проводились модельные эксперименты со ступенчатыми клиньями из различных материалов, клиньями, наполненными водным раствором К1 и нефтью. Линейная аппроксимация зависимости расчетной толщины от экспериментально определяемой выполнялась методом наименьших квадратов. Мера статистической зависимости оценивалась по коэффициенту парной корреляции Пирсона.

В случае, когда рентгеновское излучение ослабляется одним веществом, минимум функционала определялся методом деления отрезка пополам (в результате численных расчетов установлено, что ^(х,) имеет один минимум на интересующем интервале). В случае нескольких веществ задача поиска минимума функционала решалась методом перебора.

Для проверки предложенного способа количественного определения во-донасыщенности и нефтенасыщенности в пористой среде проводились лабораторные исследования образцов керна Южно-Черемшанского месторождения. Один из основных методов исследования - моделирование пластовых условий (давление, температура) в лаборатории при фильтрации флюидов через образцы горной породы. Проведен сравнительный анализ измерений водонасыщенности в пластовых условиях двух образцов горных пород, которые были выполнены разработанным рентгеновским способом и методом выпаривания (прямой и достоверный метод измерения насыщенности, не позволяющий проводить измерения в процессе эксперимента). Результаты различались не более чем на 2 %.

Достоверность полученных выводов подтверждена многочисленными экспериментами и совпадением результатов лабораторных испытаний и численных расчетов с использованием разработанной математической модели, которая учитывает спектральные характеристики исследуемых веществ, источника и детектора рентгеновского излучения и в основе которой лежат законы взаимодействия рентгеновского излучения с веществами.

Защищаемые научные результаты.

1) Рентгеновский метод определения толщин и концентраций многокомпонентных объектов, учитывающий подробные спектральные характеристики источника, спектры ослабления исследуемых материалов и спектр поглощения детектора излучения, который позволяет повысить точность определения насыщенности пористых сред при минимальном количестве калибровок. Его реализация на установке для исследования фильтрации многофазной жидкости в пористых средах.

2) Метод цифровой фильтрации вклада в детектируемый сигнал от рассеянного излучения с использованием аппаратной функции, позволяющий увеличить точность измерений распределения насыщенности в широком пучке излучения.

3) Технические решения по созданию рентгеновского тракта регистрации для определения фильтрационных параметров пористой среды при пластовых условиях.

4) Метод количественного рентгеновского анализа для исследования быс-тропротекающих процессов, учитывающий подробные спектральные характеристики источника, спектры ослабления исследуемых материалов и спектр поглощения детектора.

Научная новизна, личный вклад.

1) На основе анализа существующего оборудования и методов рентгеновского анализа, автором реализована оригинальная методика количественного анализа многокомпонентных объектов с учетом точных спектральных характеристик источника излучения, спектров ослабления исследуемых веществ и спектра поглощения детектора, превосходящая по точности существующие аналоги, а именно: а) создан метод цифровой фильтрации вклада в детектируемый сигнал от рассеянного излучения с использованием аппаратной функции, позволяющий более точно определять концентрации и толщины в широком пучке; б) разработан метод определения нефтегазонасыщенности пористой среды, позволяющий определять насыщенность образца с погрешностью определения водонасыщенности не хуже 2 %; в) разработанные алгоритмы реализованы в программных продуктах.

2) Разработан рентгеновский тракт для определения насыщенности образца при исследовании фильтрационных параметров пористых сред при условиях, приближенных к пластовым, который позволяет определять насыщенность образца с абсолютной погрешностью определения водонасыщенности не хуже 2 %.

3) Разработанный метод количественного рентгеновского анализа толщин и концентраций многокомпонентных объектов, учитывающий подробные спектральные характеристики источника, спектры- ослабления исследуемых материалов и спектр' поглощения детектора излучения, адаптирован для получения количественной оценки пространственного распределения веществ при исследовании быстропротекающих процессов.

Практическая значимость результатов.

Показана возможность повышения точности количественного рентгеновского анализа за счет учета подробных спектральных характеристик источника рентгеновского излучения, спектров ослабления исследуемых веществ и спектра поглощения детектора рентгеновского излучения без усложнения тракта регистрации.

На базе разработанных методик, алгоритмов, программ и технических решений создан рентгеновский тракт регистрации для определения насыщенности пористой среды. Рентгеновская система регистрации используется в установке, которая позволяет исследовать образцы нефтенасыщенной породы диаметром 30 мм и длиной составного образца до 1 м, создавать давление всестороннего обжима до 700 атм, давление жидкости до 350 атм и определять распределение насыщенности двухфазной жидкости (нефть, вода) в образце с абсолютной погрешностью не хуже 2 %. Созданная установка передана в ОАО «ТомскНИПИНефть» и используется для определения фильтрационных параметров образцов нефтеносной породы.

Разработанная методика измерения коэффициентов относительной фазовой проницаемости при совместной фильтрации воды и нефти в пластовых условиях, включающая алгоритм количественного определения водонасы-щенности, используется лабораторией физики пласта ОАО «ТомскНИПИ-нефть» при анализе данных, полученных на рентгеновской фильтрационной установке ПИК-2003/АЭИ.

Организациями НОЦ ЮКОС-Новосибирск и ЗАО «Геологика» произведён ряд установок по измерению фазовых проницаемостей образцов горной породы с применением разработанных рентгеновских методик сканирования и обработки данных. Эти установки, работающие в организациях ТомскНИ-ПИНефть и ООО «ПечорНИПИнефть», созданы в России впервые. По сравнению с зарубежными аналогами, измеряющими одномерное распределение плотности, они позволяют проводить измерения двух- и трехмерных распределений концентраций. Представление работы.

Основные результаты диссертационной работы обсуждались на объединенном семинаре взрывных отделов ИГиЛ СО РАН, на научных сессиях ИГиЛ, включены в число важнейших результатов ИГиЛ СО РАН. Представлялись в докладах: «Метод количественного анализа динамики многофазных сред с использованием спектральных характеристик рентгеновского излучения» (XV Международная конференция по использованию синхротронного излучения, г. Новосибирск, 2004 г); «Researching the dynamics of movement of gas-liquid mixture in a porous medium by means of low-angle tomography» (V International Conference on Multiphase Flow, Иокогама, Япония, 2004 г.); «Method of the quantitative analysis of multiphase flows with use of spectral characteristics of an Х-radiation» (V International Conference on Multiphase Flow, Иокогама, Япония, 2004 г.); «Проблемы количественного анализа динамики быс-тропротекающих процессов в многофазных средах с помощью импульсной рентгенографии» («Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны», Международная конференция «IX Харитоновские тематические научные чтения», РФЯЦ ВНИИЭФ, г. Саров, 2007 г.); «Изучение характеристик BaFBriEu ImagePlate детектора в зависимости от дозы, спектра импульсного рентгеновского излучения и числа сканирований» (XVII Международная конференция по использованию синхротронного излучения, г. Новосибирск, 2008 г); «Экспериментальное исследование цифровой импульсной радиографии быстропротекающих процессов с помощью BaFBr:Eu ImagePlate детектора» («Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны», Международная конференция «XI Харитоновские тематические научные чтения», РФЯЦ ВНИИЭФ, г. Саров, 2009 г.). Публикации по теме диссертации

По результатам выполненных исследований опубликовано 6 работ, из них в ведущих научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией, - 2 (журналы: «Прикладная механика и техническая физика» - 1 статья; «Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section А» - 1 статья), в материалах международных научных конференций - 4. Список публикаций по теме диссертации:

1. Eugene I. Palchikov, Aleksey N. Cheremisin, Alexander I. Romanov. Method of the quantitative analysis of multiphase media with the use of spectral characteristics of an X-radiation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2005. V. A 543 (2005) P. 317-321.

2. Биченков E. И., Пальчиков E. И., Сухинин С. В., Черемисин А. Н., Романов А. И., Романюта М. А., Селезнев К. С. Новые рентгенографические методики визуализации и измерения гидродинамических параметров течения в непрозрачных гетерогенных средах // Прикладная механика и техническая физика. 2005. №6. С. 159-170.

3. Alexey S. Besov, Anton G. Skripkin, Yurii A. Schemelinin, Eugene I. Palchi-kov, Alexey N. Cheremisin, Dmitry Yu. Mekhontsev. Researching the dynamics of movement of gas-liquid mixture in a porous medium by means of low-angle tomography // Proceedings of ICMF-2004. Fifth International Conference on Multiphase Flow. (Yokohama, Japan, May 30 - June 4, 2004) / Y. Matsumoto, K. Hishida, A. Tomiyama, K. Mishima and S. Hosokawa. (Eds). CD-ROM Proceedings. Paper No 140.

4. Aleksey N. Cheremisin, Eugene I. Palchikov, Alexander I. Romanov. Method of the quantitative analysis of multiphase flows with use of spectral characteristics of an X-radiation // Proceedings of ICMF-2004. Fifth International Conference on Multiphase Flow. (Yokohama, Japan, May 30 - June 4, 2004) / Y. Matsumoto, K. Hishida, A. Tomiyama, K. Mishima and S. Hosokawa. (Eds). CD-ROM Proceedings. Paper No 575.

5. E. И. Пальчиков, Алексей H. Черемисин. Проблемы количественного анализа динамики быстропротекающих процессов в многофазных средах с помощью импульсной рентгенографии // Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны: тр. междунар. конф. «IX Харитоновские тематические научные чтения» / ред. A.JI. Михайлов. Саров: РФЯЦ ВНИИЭФ, 2007. С. 675-680.

6. Е. И. Пальчиков, В. И. Кондратьев, А. Д. Матросов, Е. В. Голиков, А. Н. Черемисин. Экспериментальное исследование BaFBr:Eu ImagePlate детектора для цифровой импульсной радиографии быстропротекающих процессов // Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные

I волны: тр. междунар: конф. «XI Харитоновские тематические научные i чтения» / ред. АЛ. Михайлов. Саров: РФЯЦ ВНИИЭФ, 2009. С. 672-678.

Личный вклад автора в совместные работы включает:

• реализацию алгоритма количественного рентгеновского анализа для исследования фильтрационных процессов в пористых средах, а именно: о разработку математического алгоритма количественного рентгеновского анализа многофазных сред, учитывающего подробные спектральные характеристики исследуемых материалов, источника и детектора излучения, который позволяет повысить точность определения насыщенности пористых сред при минимальном количестве калибровок; о разработку способа цифровой фильтрации рассеянного излучения, позволяющего увеличить точность измерений распределения насыщенности в широком пучке излучения; о создание программных средств для обработки экспериментальных данных и количественный расчет насыщенностей образцов по полученным рентгеновским снимкам с применением метода цифровой фильтрации рассеянного излучения;

• разработку рентгеновского тракта регистрации для определения фильтрационных параметров пористой среды в условиях, приближенных к пластовым;

• составление схемы проведения экспериментов и проведение самих экспериментов на экспериментальной установке;

• разработку способа количественного рентгеновского анализа толщин и концентраций многофазных сред для исследования быстропротекающих процессов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из оглавления, введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 156 страницах, содержит 65 рисунков и 10 таблиц. Библиография включает 90 наименований.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю кандидату технических наук, доценту Пальчикову Евгению Ивановичу (Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева). За плодотворные дискуссии и творческое взаимодействие при выполнении исследований автор выражает благодарность Биченкову Евгению Ивановичу, Скрипкину Антону Геннадьевичу, Романову Александру Ивановичу и Бесову Алексею Сергеевичу.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе после литературного обзора систематизированы методы количественного анализа многофазных сред. Сформулированы основные задачи диссертации.

Во второй главе описаны разработанные методы количественного рентгеновского анализа для исследования фильтрационных характеристик пористых сред в условиях, приближенных к пластовым, описаны разработанные математические модели для расчета концентраций фильтрующихся веществ, предложен метод цифровой фильтрации рассеянного излучения для получения количественной картины распределения фильтрующихся веществ в двумерном изображении.

В третьей главе обсуждаются особенности применения количественного рентгеновского анализа многофазных сред в исследованиях быстропроте-кающих процессов, а также разработанной методики получения двух изображений в разных областях спектра за одну вспышку; результаты применения методики в статическом и динамическом случаях.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Черемисин, Алексей Николаевич

3.7. Выводы

Для регистрации динамики быстропротекающих процессов предложена методика, позволяющая получать за одну вспышку два снимка в разных областях спектра и использовать описанную в гл. 2 методику количественного рентгеновского анализа многофазных сред в импульсной радиографии.

Проведены количественные оценки неоднородностей вспышки и диаграммы направленности для двух типов импульсных источников излучения. Показано, что источник на основе трубки с игольчатым анодом дает большую неоднородность по диаграмме направленности излучения. При дистанции фокус - детектор около 0,5 м и расстоянии между детекторами 3 см неоднородность составляла до 10-15 % от вспышки к вспышке, тогда как для трубки, работающей «на прострел» она была менее 1 %. Это связано с конструкцией анода трубки с игольчатым анодом и факельным характером эмиснофора не превышала 2 мР.

Рис. 62. Подрыв детонатора. сии на катоде. Несмотря на то, что вспышки для трубки, работающей «на прострел», могли различаться по яркости на 20-30 % (из-за стохастического взрывного характера эмиссии), однородность диаграммы была очень высокой. Таким образом, для трубки, работающей «на прострел», флуктуации диаграммы направленности излучения от вспышки к вспышке в 30 раз меньше, чем дня трубки с игольчатым анодом. Поэтому трубка, работающая «на прострел», лучше подходит для количественного анализа быстропротекаю-щих процессов.

Проведена серия экспериментов по съемке тест-объектов на люминофоры с памятью (1та§еР1а1е) на основе ВаРВпЕи с использованием пяти различных импульсных рентгеновских аппаратов с рабочими напряжениями от 100 до 600 кВ. Для всех используемых источников импульсного рентгеновского излучения построены кривые ослабления для четырех материалов тест-объектов; получены значения коэффициентов ослабления и приведены характерные энергии в спектрах излучения аппаратов после фильтрации на тест-объектах. Значительная часть квантов, соответствующая максимуму в спектре излучения аппаратов, имеет энергию, значительно меньшую максимально возможной при данном рабочем напряжении аппарата. Показано, что после первого сканирования значительная часть информации остается на люминофоре и учет результатов повторного сканирования позволяет улучшить динамический диапазон и соотношение сигнал/шум изображения. Проведен тестовый взрывной эксперимент.

Решением обратной задачи с учётом точных спектральных характеристик детектора и калибровочных сред на основе экспериментальных измерений определены спектры излучения импульсных рентгеновских аппаратов с холодным катодом, что позволяет использовать эти источники для количественного анализа быстропротекающих процессов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработан, реализован и экспериментально проверен алгоритм количественного определения фазового состава многофазных сред с помощью рентгенографии при нескольких рабочих напряжениях на рентгеновской трубке, который учитывает спектральные характеристики исследуемых веществ, источника и детектора рентгеновского излучения.

Алгоритм количественного рентгеновского анализа позволяет проводить измерения насыщенности в образце с точностью не хуже 2 %. Рентгеновская методика определения пористости с применением изображений сухого и полностью заводнённого образцов имеет сходимость со стандартными методами не хуже 1.4%.

2. В работе реализована процедура цифровой фильтрации сигнала от вклада рассеянного излучения с использованием аппаратной функции рассеяния на малом фрагменте образца и фурье преобразования, которая повышает точность количественных измерений на 1 - 2 порядка без применения коллиматоров и растров и позволяет работать с двумерными рентгеновскими изображениями.

3. Разработан рентгеновский тракт регистрации, который позволяет использовать схему двумерного сканирования для количественного определения пространственного распределения насыщенности пористой при пластовых условиях, то есть при высоких давлениях и температурах, а также строить томографические сечения для детального изучения распределения насыщенности и структуры потока в объеме образца.

Созданный тракт рентгеновской регистрации совместно с реализованными алгоритмами измерения количественного состава многофазных сред и способом цифровой фильтрации вклада рассеянного излучения используются в разработанной установке для определения фазовых проницаемостей образцов нефтеносной породы в пластовых условиях (то есть при высоких давлениях и температуре), которая по параметрам гидравлической системы (схема работы гидравлической системы - замкнутый и разомкнутый циклы, давление обжима - до 700 атм, поровое давление - до 250 атм, скорость прокачки жидкости - до 30 мл/мин, температура - до 150 °С, разрешение ультразвуковой ячейки - 0,36 мл) не уступает аналогичным установкам, а по точности определения насыщенности образцов превосходит в 2 раза используемое в настоящие время зарубежное рентгеновское оборудование, и в 4 раза общепринятый резистивный метод определения насыщенности.

4. Разработан алгоритм количественного рентгеновского анализа для исследования быстропротекающих процессов, учитывающий подробные спектральные характеристики исследуемых материалов, источника и детектора излучения

5. На основе реализованных метода измерения количественного состава многокомпонентных объектов и способа цифровой фильтрации вклада рассеянного излучения создана установка ПИК 2003/АЭИ с трактом рентгеновской регистрации. По точности определения, насыщенности образцов установка превосходит в 2 раза используемое в настоящие время зарубежное рентгеновское оборудование. Установка передана в ОАО «ТомскНИПИ-Нефть» и используется для определения фильтрационных параметров образцов нефтеносной породы.

6. С применением разработанных методик и технических решений впервые создан ряд промышленных рентгеновских установок по измерению фазовых проницаемостей образцов с возможностью измерения двух- и трехмерного распределения концентраций и проведения томографических срезов. Установки используются в нефтяных научно-проектных институтах ОАО «ТомскНИПИНефть», ООО «ПечорНИПИнефть».

7. Проведена количественная оценка неоднородности вспышки и диаграммы направленности для двух типов импульсных источников излучения. Показано, что для трубки, работающей «на прострел», флуктуации диаграммы направленности излучения от вспышки к вспышке в 30 раз меньше, чем для трубки с игольчатым анодом.

8. Решением обратной задачи с учётом точных спектральных характеристик детектора и калибровочных сред определены спектры излучения импульсных рентгеновских аппаратов с холодным катодом, что позволяет использовать эти источники для количественного анализа быстропротекающих процессов.

9. Проведена серия экспериментов по съемке тест-объектов на люминофоры с памятью (ГтадеРМе) с использованием пяти различных импульсных рентгеновских аппаратов с рабочими напряжениями от 100 до 600 кВ. Построены кривые ослабления, получены значения коэффициентов ослабления и приведены характерные энергии в спектрах излучения аппаратов после фильтрации на тест-объектах. Проведен тестовый взрывной эксперимент.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Черемисин, Алексей Николаевич, 2009 год

1. Vinegar Н. X-ray СТ and NMR 1.aging of Rocks // JPT. March, 1956. P.257-259.

2. Sprunt E, Desal K, Coles M, et al. CT-scan-monitored electrical-resistivity measurements show problems achieving homogeneous saturation. SPE Formation Evaluation. 1991. V. 6. No. 3. P.134-140.

3. Tidwell V.C., Glass R.J. X-ray visible light transmition for laboratory measurement of two-dimensional saturation fields in thin-slab systems // Water Resources Research. 1994. V.30, N11. P.2873-2882.

4. Сайт фирмы Coretest. RPXS-841 system рентгеновская установка для измерения фазовых проницаемостей образцов керна, http://www.coretest.com

5. Сайт фирмы Corelab. AXRP-300 system рентгеновская установка для измерения фазовых проницаемостей образцов керна, http://www.corelab.com

6. A. S. Boriskin, A. Ya. Brodsky at al. A Pulsed Low-Hardness X-Ray Source For Radiography in Explosive Experiments // Instruments and Experimental Techniques. 2003. V. 46, N 6. P.824-827.

7. H. S. Park, R.C. Hansson, B.R. Sehgal Continuous High-Speed X-ray Radiography to Visualize Dynamic Fragmentation of Molten Liquid Droplet in Liquid Coolant //Proceedings of PSFVIP-4 June 3-5, 2003, Chamonix, France.

8. Baker, M. C., Bonazza, R., Visualization and measurements of void fraction in a gas-molten tin multiphase system by X-ray absorption // Experiments in Fluids. 1998. V. 25. P.61-68.

9. Clccarelli, G., Investigation of vapor explosions with single molten metal drops in water using flash Xray: Ph.D. Thesis. McGill University, Canada, 1991.

10. Спектры излучения рентгеновских установок: справочник / Васильев В.Н., Лебедев Л.А., Сидорин В.П., Ставицкий Р.В. М.: Энергоатомиздат, 1989. 144 с.

11. National Institute of Standards and Technology. Attenuation and absorption spectra for various media. Gaithersburg, MD, USA. http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/

12. Трапезников А. К. Рентгенодефектоскопия.- M.: Машгиз, 1948. 422 с.

13. Рентгенотехника / под ред. В.В. Клюева М.: Машиностроение, 1980. Кн. 1. 432 с.

14. Рентгенотехника / под ред. В.В. Клюева М.: Машиностроение, 1980. Кн. 2. 384 с.

15. Сайт фирмы «Кодак», www.kodak.com

16. Сайт фирмы «АСК Рентген», www.agfafilms.ru

17. Fuji Computed Radiography (FCR) digital X-ray inspection system. Imaging plates (IP), http://www.fujifilm.com/products/ndt/index.html

18. Сайт фирмы «Marresearch GmbH», www.marresearch.com

19. Сайт фирмы «NDT Durr». http://www.duerr-ndt.de

20. Гурвич A. M., Мягкова M. Г., Рюдигер Ю. Люминесцентная цифровая радиография. М.: Медицинская техника, 1990

21. Панов K.H., Комрачков B.A., Целиков И.С. Рентгенографические исследования процесса взаимодействия ударных и детонационных волн во-взрывчатом веществе // Физика горения и взрыва. 2007. Т. 43 No. 3. С. 132138

22. Панов К.Н., Комрачков В.А., Целиков И.С. Метод исследования кинетики разложения взрывчатого вещества за фронтом ударной волны // Физика горения и взрыва. 2008. Т. 44, No. 6. С.98-106

23. Steenbeck M. Uber ein Verfahren zur Srzeugung intensiver Rontgenlich-tblitze // Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus den Siemens-Werken. 1938. Bd 17, N4. S.363-380.

24. Klngdon K.H., Tanis-H.E. Experiments with a Condenser Discharge X-ray Tube //Phys. Rev. 1938. V. 53, N 2. P. 128-134.

25. Зюзин В.П., Манакова M.A., Цукерман B.B. Запаянные острофокусные импульсные рентгеновские трубки // ПТЭ. 1958. № I. С.84-87.

26. Александрович Э.Г.-В. Белкин Н.В., Канунов М.А., Разин A.A. Малогабаритная импульсная рентгеновская трубка с самовосстанавливающимся автокатодом // ПТЭ. 1972. № 6. С.198-199.

27. Александрович Э.Г.-В., Белкин Н.В., Дронь H.A., Слоева Г.Н. Малогабаритная импульсная рентгенографическая трубка // ПТЭ. 1974. № 5. С.189-190.

28. Иванов С.А. Рентгеновские трубки для научных исследований, промышленного контроля и технологии. М.: ЦНИИ "Электроника", 1982.48 с.

29. Дронь H.A. Новые рентгеновские трубки для промышленного просвечивания // Электронная техника: научн.-техн. сб. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1979. Вып. 4. С.12-15.

30. Дронь H.A., Слоева H.H., Хромов В.И. Импульсная рентгеновская трубка для медицинской диагностики // Электронная промышленность: научн.-техн. сб. / ЦНИИ "Электроника". 1976. № 4. С.31-32.

31. Абрамян Е.А., Альтеркоп Б.А., Кулешов Г.Д. Интенсивные электронные пучки. Физика. Техника. Применение. М.: Энергоатомиздат, 1984. 232 с.

32. Королёв Ю.Д., Месяц Г.А. Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде. Новосибирск: Наука, 1982. 255 с.

33. Сливков И.Н. Электроизоляция и разряд в вакууме. М.: Атомиздат, 1972. 303 с.

34. Вакуумные дуги. Теория и приложения / под ред. Дж. Лафферти Пер. с англ. М.: Мир, 1982. 426 с.

35. Jamet F., Thomer G. Flash Radiography. Amsterdam: Elsevier Sei. Publ. Corp., 1976. 195 p.

36. Fitch R.A., Howell V.T.S.: Patent Appl. 18136, 1961

37. Fitch R.A., Howell V.T.S. Novel principle of transient high voltage generation // Proc. IEEE Electronics Power Science and General. 1964. Vol. 111. №4. P. 849.

38. Биченков Е.И., Башкатов Т.Ю., Пальчиков Е.И., Рябчун A.M. Обуточнении теоретической модели для спирального генератора высоких напряжений // ЖТФ. 2007. Т. 77, вып. 12. С. 66-72.

39. A.c. 149494 СССР, Кл 21d2, 49. Импульсный трансформатор / Белкин Н.В., Жаркова А.Я. Заявл. 06.09.1961. № 44249/26-9. Бюл. изобрет. 1962. № 16

40. Глушковский М. Е. Быстродействующие амплитудные анализаторы в современной ядерной физике и технике. М.: Энергоатомиздат 1986. 127 с.

41. Вавилов С.П. Импульсная рентгеновская техника. М.: Энергия, 1981. 283 с.

42. Приборы для неразрушашцего контроля материалов и изделий: Справочник/ под ред. В.В. Клюева М.: Машиностроение, 1986. Кн. 1. 488 с.

43. Приборы для неразрушашцего контроля материалов и изделий: Справочник / под ред. В.В. Клюева М.: Машиностроение, 1986. Кн. 2. 352 с.

44. Московский опытно промышленный завод "НефтеКИП". Аппаратура для исследования проницаемости кернов АКМ-"Коллектор". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. АКЖ 2.580.000 ТО. 128 С.

45. В.П. Дыбленко, А.И. Туфанов, Р.Я. Шарифуллин. Фильтрационные эффекты в насыщенных пористых средах при воздействии низкочастотными упругими колебаниями // IX всесоюз. семинар "Динамика многофазных сред" / под ред. В.М. Фомина. Якутск, 1988. С. 86-90.

46. RPSX-841 Relative Permeability System. Operation Manual. Coretest Systems, Inc. 89 p.

47. Tidwell У.С., Glass R.J. X-ray visible light transmition for laboratory measurement of two-dimensional saturation fields in thin-slab systems // Water Resources Research. 1994. V.30, N11. P. 2873-2882

48. Brows D.F. and Davis L.A. Determination of Oil Saturation Distribution in Field Cores by Microwawe Attenuation // Paper SPE 10110 presented at the 1981 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Oct. 8-11.

49. Vinegar H. X-ray CT and NMR imaging of rocks // JPT. March, 1986. P 257-259.

50. Sprunt E., Desal K., Coles M., et al. CT-scan-monitored electrical-resistivity measurements show problems achieving homogeneous saturation // SPE Formation Evaluation. V. 6, No. 3. P. 134-140, 1991

51. Boyer R, Morgan F. and Muskat M. New Method For Measurement of Oil Saturation in Cores // Trans. AIME. 1947. Vol.170. P. 15-33.

52. Laird A. and Putnam J. Three Component Saturation in Porous Media by X-Ray Technics // Trans. AIME. 1959. Vol. 216. P. 216-220.

53. Maloney D.R., Wegner D.C. and Zomes D.R. Significance of Absorbtion Coefficients When Determining In Situ Core Saturations by Linear X-ray Scans // Paper presented at the 2000 International Symposium of the Society of Core Analysts.

54. Сайт фирмы «Темко». The Linear X-Ray Core Scanning System. http://www.temco.com

55. Сайт фирмы «Винчи-Технолоджис». X-ray relative permeameter XRP500. http://www.vinci-technologies.com

56. Добрынин B.M., Ковалев А.Г., Кузнецов A.M., Черноглазое В.Н.' Фазовые проницаемости коллекторов нефти и газа. М.: ВНИИОЭНГ, 1988.-53 с.

57. ОСТ 39-235-89 Нефть. Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации / Министерство нефтяной промышленности СССР: Введ. 06.02.1989. - 37 с.

58. Plewes D. В. and Vogelstein Е. A scanning system for chest radiography with regional exposure control: Practical implementation \\ Med. Phys. 1983. V. 10, P.655-663

59. Bednarek D. R., Rudin S., Wong R. and Kaczmarek R. Effect of a multiple-scanning beam device and trough filter on scatter in chest radiography // Proc. SPIE 555.1985. P. 13-18

60. Shaw C.-G. and Plewes D. P. Quantitative digital subtraction angiography: two scanning techniques for the correction of scattered radiation and veiling glare // Radiology. V.157. P.247-253. 1985.

61. Boone J. M. Scatter correction algorithm for digitally acquired radiographs: Theory and results // Med. Phys. 1986. V.13. P.319-328.

62. Seibert J. A., Nalcioglu O., Roeck W. W. Deconvolution technique for the improvement of contrast of image intensifiers // Proc. SPIE 314. 1981. P.310-318

63. Floyd C. E., Beatty P. T. and Ravin C. E. Scatter compensation in digital chest radiography using fourier deconvolution // Invest. Radiol. 1989. V.24. P.30-33

64. Wilsey R. B. The intensity of scattered X-rays in radiography // Am. J. Roent. 1921. N 8. P.329-339.

65. Niklason L. T., Sorenson J. A. and Nelson J. A. Scattered radiation in chest radiography//Med. Phys. V.8. P.475-479. 1981.

66. Fujita H., Morishita J., Ueda K., Tsai D. Y., Ohtsuka A. and Fujikawa T. Resolution properties of a computed radiographic system // Proc. SPIE 1090. 1989. P.263-275.

67. Chan H-P. and Doi K. The validity of Monte Carlo simulation in studies of scattered radiation in diagnostic radiology // Phys. in Medicine and Biology. 1983. V.28. P.109- 129.

68. Floyd C. E., Lo J. Y., Chotas H. G. and Ravin C. E. Quantitative scatter measurement in digital radiography using photostimulable phosphor imaging system // Med. Phys. 1991. V.18. P.408-413.

69. Seibert J. A. and Boone J. M. X-ray scatter removal by deconvolution // Med. Phys. 1988. V.15. P.567-575

70. X-ray procedure for removing scattered radiation and enhancing signal-to-noise ratio (SNR): Pat. 5440647 USA

71. Palchikov E.I., Cheremisin Aleksey N., Romanov A.I. Method of the quantitative analysis of multiphase media with the use of spectral characteristics of an X-radiation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A. 2005. V.543 P.317-321.

72. Пальчиков Е.И., Скрипкин А.Г., Щемелинин Ю.А. Визуализация распределения пластовых жидкостей в пористом образце с помощью малоугловой томографии // Вестн. НК Роснефть. 2008. №1. С.42-45.

73. Информация в импульсной рентгенографии / В. Н. Козловский. Сне-жинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 2006. 304 с.

74. Rangayyan R.M. and Gordon R. Streak preventive image reconstruction with ART and adaptive filtering // IEEE Trans. Med. Imag. 1982. V. 1. P. 173178.

75. Flash Radiography. Simultaneous High Contrast and Penetration // HP Techn. Bull. 5952-6701. B-23. P. 1-14.

76. Биченков Е.И., Пальчиков Е.И. Приборы и некоторые методы импульсной рентгенографии быстропротекающих процессов // Физика горения и взрыва. 1997. Т.ЗЗ, N3. С. 159-167.

77. Palchikov E.I., Krasnikov I.Yu. Simple Source of High-voltage Pulses // XII International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics. July 13-18, 2008, Novosibirsk, Russia. P.135.