Высокоразрешающий рентгеновский микротомограф Procon X-Ray CT-MINI
Описание
Высокоразрешающий рентгеновский
микротомограф ProCon X-Ray CT-MINI
Высокоразрешающий рентгеновский микротомограф ProCon X-Ray CT-MINI (сайт производителя) предназначен для количественного и качественного исследования внутренней структуры широкого спектра материалов и веществ, включая жидкости, металлы, горные породы, искусственные и композитные материалы.
Общий вес томографа составляет 570 кг. Габариты прибора 1300x850x600 мм.
Прибор имеет жесткое основание (монолитная гранитная плита) для практического устранения влияния температурного дрейфа и прецизионной установки рентгенооптических и других компонентов системы внутри прибора, обеспечивающее точность и стабильность измерений во всем диапазоне рабочего пространства.
Внутри предусмотрена конструктивная схема с вертикальным размещением керна для исследований: максимальная высота загружаемого образца – 200 мм, максимальный диаметр загружаемого образца – 200 мм. Максимальный вес загружаемого образца 5 кг.
Оптическая схема томографа позволяет достигать расстояния от трубки до объекта в 335 мм.
Для этого в конструкцию встроена система прецизионного позиционирования (манипулятор).
При этом детектор имеет возможность движения перпендикулярно главной оси системы в диапазоне +/-25 мм.
Манипулятор позволяет осуществлять вращение образца вокруг своей оси на 360 градусов с точностью воспроизводимости углового положения в 1.5 угл.сек.
Высокоразрешающая микрофокусная рентгеновская трубка закрытого типа имеет регулируемый диапазон выходного напряжения от 20 кВ до 90 кВ, регулируемый диапазон тока от 10 мкА до 160 мкА. Максимальная выходная мощность трубки 8 Вт. Наименьший размер фокального пятна 5 мкм.
Высокочувствительный рентгеновский детектор с низким уровнем шума с количеством пикселей 2940х2304 шт.
Размер пикселя 49.5 мкм. Размер активной (чувствительной) области 146х114 мм.
Для управления томографом и сканирования имеется рабочая станция на базе ОС Windows.
Программное обеспечение для управления и сканирования XTom предусматривает следующие функции:
- управление всеми компонентами системы;
- автоматическая калибровка детектора и рентгеновского источника;
- настраиваемый графический интерфейс пользователя;
- опции сценариев для мультисканирования;
- настраиваемые шаблоны измерений;
- опция быстрого сканирования для продолжительности сканирования <20 секунд;
- реконструкция трехмерных массивов данных;
- экспорт в стороннее программное обеспечение;
- различные параметры фильтра и коррекции.
Для реконструкции и визуализации используется рабочая станция:
операционная система Windows 10;
процессор Intel Xeon 4110;
128 Гб ОЗУ;
видеокарта Nvidia Quadro RTX 4000.
Программное обеспечение для реконструкции, визуализации и обработки изображений VGStudio (сайт производителя) включает следующие функции:
- математическая модель реконструкции данных КТ на базе метода FBP (filtered back-projection), реализованная посредством языка программирования Python, обладающая различными алгоритмами фильтрации (Ramlak, Shepp-Logan, Hamming);
- автоматическая загрузка параметров реконструкции на основании данных сканирования;
- возможность реконструкции осевого и спирального сканирования;
- автоматическая коррекция геометрических артефактов сканирования (смещение образца, смещение оси вращения);
- автоматическая коррекция физических артефактов сканирования (эффект «упрочнения пучка», streak-артефакты, кольцевые артефакты);
- определение и изменение области реконструкции;
- визуализация эффектов коррекции артефактов на предварительно реконструированных данных в "live"-режиме;
- визуализация результатов реконструкции данных.
Обработка и цифровой анализ 3D изображений выполняются средствами специализированного ПО Geodict Math2Market GmbH (сайт производителя).
Возможности ПО включают многомасштабную обработку трехмерных изображений, визуализацию, определение характеристик материалов и оптимизацию рабочих процессов; моделирование свойств материалов, в том числе пород-коллекторов.
Состав программного обеспечения Geodict:
- базовый модуль;
- модуль обработки трехмерных изображений и импорта/загрузки исходных данных,
- модуль характеристики геометрических свойств порового пространства и минеральных фаз;
- модуль определения абсолютной проницаемости и расчета поля потока жидкости,
- модуль моделирования кривых капиллярного давления.
Методики исследований
- Неразрушающее получение 3D изображения внутреннего объема исследуемого материала для количественного и качественного анализа.
- Проведение цифрового анализа структуры горных пород по экспериментальным данным микротомографических исследований.
- Характеристика геометрических свойств порового пространства и минеральных фаз материала
- Определение общей, связанной и изолированной пористости
- Идентификация и определение геометрических свойств отдельных пор и распределения пор по объему (ориентация, координационное число, размеры кластеров пор, параметры Минковского и проч.).
- Вычисление пути перколяции (связности) через поровое пространство.
- Исследование распределения твердого материала в сегментированных трехмерных изображениях или моделях.
- Определение пространственной неоднородности, плотности, информации о структуре, связанных компонентах.
- Вычисление абсолютной проницаемости и расчет поля потока жидкости через материал.
- Моделирование однофазных полей потока в томографических изображениях.
- Вычисление полей проницаемости и потока жидкости путем решения уравнений Навье-Стокса-Бринкмана с использованием методов конечных объемов на геометриях с 109 ячейками и более.
- Визуализация полей давления и скорости по данным моделирования.
- Моделирование кривых капиллярного давления
- Моделирование распределения двухфазного потока флюидов (жидкость или газ) в поровом пространстве образца посредством алгоритма, основанного на морфологии пор.
- Моделирование различных процессов насыщения и дренажа. Опция использования динамической морфологии пор для расчета кривых капиллярного давления.
- Вычисление относительной проницаемости по каждому из флюидов в рассчитанных точках кривой капиллярного давления для каждой из фаз.
Типовые работы и оказываемые услуги
Анализ внутренней структуры и физических свойств материалов, в том числе горных пород
- Визуализация 3D изображения внутреннего объема исследуемого материала.
- Определение исходной трещиноватости, кавернозности, неоднородности материала, получение информации о связанных компонентах.
- Анализ распределения трещин при разрушении (раскрытости и связности).
- Определение общей, связанной и изолированной пористости
- Проведение гранулометрического и порометрического анализа материала.
- Проведение гранулометрического анализа продуктов разрушения. (например, вынесенного песка из коллектора).
- Вычисление пути перколяции (связности) через поровое пространство.
- Оценка абсолютной и относительной проницаемости и расчет полей потока флюидов через материал. Визуализация полей давления и скорости по данным моделирования.
- Моделирование кривых капиллярного давления.
- Моделирование различных процессов насыщения и дренажа. Опция использования динамической морфологии пор для расчета кривых капиллярного давления.
- Многомасштабная обработка трехмерных изображений, визуализация, определение характеристик материалов и оптимизация рабочих процессов.
Сервисные услуги для нефтегазовых компаний
- Анализ и описание внутренней структуры пород-коллекторов до и после геомеханических испытаний.
- Описание неоднородности состава породы, дефектов, трещин, напластования.
- Определение пористости и проницаемости коллекторов.
- Гранулометрический состав зерен матрицы и продуктов разрушения (выносимого песка).
- Анализ изменения фильтрационных свойств пород-коллекторов после геомеханических испытаний.
- 3D визуализация порового пространства, трещин, путей движения флюида в коллекторе.
- Анализ процессов насыщений и дренажа.
Перечень оборудования
Наименование
оборудования | Основные
характеристики | Изготовитель |
|---|
| Высокоразрешающий рентгеновский микротомограф ProCon X-Ray CT-MINI |
Предназначен для количественного и качественного исследования внутренней структуры широкого спектра материалов и веществ, включая жидкости, металлы, горные породы, искусственные и композитные материалы. |
ProCon X-Ray GmbH |
| Рабочая станция для управления томографом и сканирования |
Рабочая станция на базе ОС Windows. Программное обеспечение для управления и сканирования XTom предусматривает следующие функции:
- управление всеми компонентами системы;
- автоматическая калибровка детектора и рентгеновского источника;
- реконструкция трехмерных массивов данных;
- экспорт в стороннее программное обеспечение;
- различные параметры фильтра и коррекции.
|
|
| Рабочая станция для реконструкции и визуализации |
Рабочая станция на базе ОС Windows; процессор Intel Xeon 4110; 128 Гб ОЗУ; видеокарта Nvidia Quadro RTX 4000.
- Программное обеспечение для реконструкции, визуализации и обработки изображений VGStudio включает следующие функции:
- Математическая модель реконструкции данных КТ на базе метода FBP (filtered back-projection), обладающая различными алгоритмами фильтрации (Ramlak, Shepp-Logan, Hamming)
- Возможность реконструкции осевого и спирального сканирования
- Автоматическая коррекция геометрических артефактов сканирования
- Автоматическая коррекция физических артефактов сканирования (эффект «упрочнения пучка», streak-артефакты, кольцевые артефакты)
- Визуализация результатов реконструкции данных
- ПО Geodict Math2Market GmbH для обработки и цифрового анализа 3D изображений
|
|
Регламент доступа к оборудованию
Освоение правил пользования лабораторным оборудованием, методик работы сборки, реконструкции и обработки 3D снимков, методик работы в выбранном ПО для анализа и моделирования, получение разрешительных документов на выполнение работ.
Все работы проводятся при непосредственном участии персонала лаборатории геомеханики ИПМех РАН.
Адрес расположения
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН),
Лаборатория геомеханики
119526, г. Москва, проспект Вернадского, д. 101, корп. 1
Руководители работ
- Зам. директора по научной работе,
д.т.н. Карев Владимир Иосифович
- Зав. лабораторией геомеханики,
д.ф.-м.н. Коваленко Юрий Федорович
Операторы оборудования и исполнители работ
- Младший научный сотрудник,
к.ф.-м.н. Химуля Валерий Владимирович
- Младший научный сотрудник,
Барков Святослав Олегович
Выборочный cписок публикаций, подготовленных с использованием установки
- Химуля В.В., Барков С.О.
Анализ изменения внутренней структуры низкопроницаемых пород-коллекторов средствами компьютерной томографии при реализации метода направленной разгрузки пласта
// Актуальные проблемы нефти и газа.
– 2022. – № 4(39). – С. 27–42.
DOI: 10.29222/ipng.2078-5712.2022-39.art3.
- Химуля В.В., Барков С.О.
Исследование процессов фильтрации и разрушения в породах-коллекторах подземных хранилищ газа с использованием цифрового анализа данных компьютерной томографии
// Ученые записки физического факультета Московского Университета.
– 2023. – № 4. – С. 2340502.
uzmu.phys.msu.ru/abstract/2023/4/2340502/.
- Khimulia V.V., Shevtsov N.I.
Assessment of fracture and pore permeability in rocks by results of x-ray computed tomography
// Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. – Physical and Mathematical Modeling of Earth and Environment Processes
– 2022. – Switzerland: Springer Nature, 2023. – P. 517–526.
DOI: 10.1007/978-3-031-25962-3_52
- Khimulia V.V., Karev V.I.
Micro-ct analysis of fractures and permeability changes in low-permeability rocks after true triaxial loading
// Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. – Physical and Mathematical Modeling of Earth and Environment Processes
– 2022. – Switzerland: Springer Nature, 2023. – P. 451–459.
DOI: 10.1007/978-3-031-25962-3_44
- Khimulia V.V., Barkov S.O., Shevtsov N.I.
Computed tomography analysis of changes in the internal structure of low-permeability rocks when implementing the method of directional unloading of a reservoir
// Proceedings of VIII International Scientific Conference-School for Young Scientists Physical and mathematical modeling of processes in geomedia.
– IPMech RAS Moscow, 2022. – P. 12–14.
- Химуля В.В., Барков С.О.
Анализ изменения внутренней структуры низкопроницаемых пород средствами компьютерной томографии при реализации метода направленной разгрузки пласта
// Актуальные проблемы нефти и газа: Сборник трудов V Всероссийской молодежной научной конференции 20–21 октября.
– Москва: ИПНГ РАН, 2022. – С. 278–281.
- Кукуджанов К.В., Ченцов А.В., Химуля В.В.
О возможности залечивания внутренних трещин в металле сильным импульсным электромагнитным полем (эксперимент)
// Сборник трудов 12-й Всероссийской научной конференции с международным участием им. И.Ф. Образцова и Ю.Г. Яновского.
– Общество с ограниченной ответственностью Сам Полиграфист Москва, 2022. – С. 169–176.
elibrary.ru/item.asp?id=49983644.
- Химуля В.В.
Комплексное изучение процессов деформирования и фильтрации в породах-коллекторах подземных хранилищ газа в условиях сложного нагружения с применением методов рентгеновской томографии
// Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии: тезисы докладов XVII Всероссийской школы-конференции молодых ученых (26 февраля – 6 марта 2023 г., Новосибирск – Шерегеш). Новосиб. гос. ун-т.
– Новосибирск: Новосибирск, 2023. – С. 210–212.
Фото и примеры результатов
Реконструкция в среде VG Studio
Визуальный анализ материала
Получение детальных картин в масштабах зерен и пор
3D визуализация материалов, выделение отдельных составляющих веществ и фаз
Визуализация трещин и других дефектов,
анализ трещиноватости
Анализ неоднородностей и примесей
Моделирование фильтрации
через трещины
Моделирование фильтрации через поровое пространство
Исследование путей перколяции,
извилистости фильтрационных каналов,
связности порового пространства
Исследование полной, открытой, закрытой, тупиковой пористости.
Анализ распределения пор и зерен по размерам
Точечный анализ зерен и пор
Информация на октябрь 2023 г.
Русский
English
