JP2017503692A - 岩石特性の直接数値シミュレーションのためのサンプル準備装置 - Google Patents

岩石特性の直接数値シミュレーションのためのサンプル準備装置 Download PDF

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Abstract

岩石の特性のデジタル数値シミュレーションに関連して有用であるような、サンプル準備装置、および、そのような装置を使用して岩石サンプルを準備する方法である。開示されている装置は、固定可能に装着されるダイヤモンドワイヤーカッターを含む。３つの線形並進ステージが、試料ホルダーに連結されている。並進ステージのうちの１つが、カッティングワイヤーの面に対して平行な方向に試料を移動させる。他の２つの並進ステージは、互いに異なる方向に試料を移動させ、また、一緒に作動させられるときに、カッティングワイヤーの面から外れた方向に、短い距離にわたってワイヤーに向かって試料を前進させる。短い断片的な線形カットが試料の中に生成され、小さい断面を有する所望の形状のサンプルを提供する。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０１３年１２月３０日に出願された仮出願第６１／９２１，７９７号の優先権を主張し、それは、参照により本明細書に組み込まれている。
連邦政府による資金提供を受けた研究または開発の記載
[0002]適用なし。
[0003]本発明は、材料のサンプルの物理的特性の実験室分析の分野にある。本発明の実施形態は、高分解能トモグラフィーおよび直接数値シミュレーションを介する分析に適切な岩石サンプルを得るための装置および方法に関する。
[0004]地下の岩石層の材料の特性の知識は、地中の炭化水素貯留層を評価し、貯留層に関する開発戦略を立てるために重要である。伝統的に、対象の岩石層のサンプルは、物理的特性または石油物理的特性とも称される材料特性を決定するために、物理的な実験室テストを受ける。しかし、このテストは、一般に時間がかかり高価である。たとえば、物理的な岩石サンプルのある特性の測定は、サンプルの十分な水飽和を必要とし、それは岩石の透水性が低い場合には極端に長い時間がかかる可能性がある。結果が適時に利用可能でないだけでなく、これらのテストは、実験の期間の間中、実験室機器を必然的に占有し、そのことでサンプルのスループット、ひいては合理的な時間内に測定できるサンプルの数が限られる。分析結果の適時性を改善し、それによって開発サイクルを加速させること、また、分析されるサンプルの数を増加させ、分析結果の統計的信頼を改善することが望ましい。
[0005]岩石のデジタルイメージからの材料特性の直接数値シミュレーションは、岩石サンプルの材料特性を決定するための最近の技術である。このアプローチによれば、岩石サンプルからＸ線トモグラフィックイメージがとられ、そのサンプルを表すデジタルイメージボリューム（ｉｍａｇｅ ｖｏｌｕｍｅ）を作り出す。次いで、コンピューター計算実験がデジタルイメージボリュームに適用されて物理的なメカニズムをシミュレートし、物理的なメカニズムから岩石の物理的特性が測定され得る。多孔性、絶対的な透水性、相対的な透水性、地層係数、および弾性率のような岩石の特性を、直接数値シミュレーションを使用して決定することができる。とりわけ、直接数値シミュレーションは、対応する物理的な測定に必要とされるよりも実質的に短い時間フレームの中で、タイトガスサンドまたは炭酸塩のような、難しい岩石タイプの材料特性を評価することができる。加えて、この技術によれば、物理的な実験に類似している数値的条件をコンピューターシミュレーションソフトウェアによって即座に適用することができるので、テスト機器が長い期間にわたって占有されることがない。
[0006]岩石サンプルのトモグラフィックイメージの品質は、材料特性の評価の精度において、必然的に重要な要因である。Ｘ線トモグラフィーは、入射エネルギーの材料成分による減衰の差の検出に基づいている（たとえば、石基部分ｖｓ孔隙部分、または岩石組成間の差）。材料特性の正確な評価を得るためには、この減衰値が岩石の構造および材料を正確に表すことが重要である。「線質硬化（ｂｅａｍ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）」によるアーチファクト、または不規則な形状の岩石サンプル中における低エネルギー光子の優先的吸収は、トモグラフィックイメージの精度を劣化させる。より具体的には、線質硬化は、光吸収、散乱、および、Ｘ線の減衰に関連する光電効果のメカニズムによってもたらされる。低エネルギーのＸ線は、これらのメカニズムによって、高エネルギーのＸ線よりも大きく影響を及ぼされことから、サンプルを通過するときに平均エネルギーが増加するという点でビームが「硬化する」と言われる。サンプルの形状は、この線質硬化をサンプルの中の位置ごとに変化させうる。サンプルの断面が、たとえば円形などのように規則的な形状を有する場合、減衰データの後処理がこれらの不均一な線質硬化の効果を容易に補償する。しかし、サンプルが不規則な断面を有する場合、あるいは可変の厚さ（たとえば、多角形断面）を有する場合、この後処理は、不可能でないとしても、より困難である。線質硬化が適正に補償されない場合、デジタルイメージボリュームは、岩石の材料特性を正確に表さない可能性がある。
[0007]トモグラフィックイメージ品質に影響を及ぼす別の要因は、イメージの分解能、すなわち、イメージングによって識別可能な細部の最小サイズである。イメージ分解能は、取得システムの構成要素の特質、およびそれらのサンプルに対する空間的な構成によって左右される。断面サンプルサイズは、イメージ分解能に影響を与える。その理由は、最小ボクセルサイズが、取得されたイメージの最大横寸法をその最大横寸法を表現する検出器ピクセルの数で除算した値に対応しているからである。したがって、最大横寸法が比較的に小さい（たとえば、２ｍｍ）サンプルは、より高いイメージ分解能、または、より小さいボクセルサイズでイメージ化できる。また、イメージボリューム「視野」は、十分な照明の下で岩石の最大想定ボリュームをカバーできる（すなわち、サンプルが常に検出器の視野の中にあり続ける）ように最大化されることが重要である。
[0008]これらの要因のすべてを考慮すると、比較的に小さい直径（たとえば、２ｍｍから３ｍｍのオーダー）の岩石の円筒形状のサンプルが、最新技術を使用する直接数値シミュレーションのための高品質のトモグラフィックイメージを得るために最適な断面形状およびサイズを提供するということがわかる。これらの小さい円筒形状のサンプルは、線質硬化が最小化され、また補正可能である規則的な形状の断面、改善された分解能のためのより小さいサイズのボクセル、および十分な照明の下での良好な視野を提供する。
[0009]加えて、円筒形状のサンプルの軸方向の寸法における長さも重要であるということがわかった。サンプルの最大想定軸方向延長が、螺旋状のイメージ取得システムによって連続的にイメージ化される材料のボリュームを最大化し、また標準的な（円形の）イメージ取得システムの幾何学形状のためのサンプル準備および設置のための時間を節約することがわかった。特に、粗い粒子で不均質な岩石のケースについて、サンプルがとられた地層を統計的に表すイメージ化ボリュームを得るために、イメージ化される材料のボリュームは最大化されるべきである。
[0010]これらの要因を組み合わせて考慮すると、小さい断面（たとえば、３ｍｍ未満）および比較的に長い軸方向長さ（たとえば、１０ｍｍよりも大きい）の円筒形状の岩石サンプルは、従来のイメージ取得システムを使用する直接数値シミュレーションのためのトモグラフィックイメージングにとって望ましい。これらの幾何学的な要件を満たすことは、対象の地下層から得られる大きいサンプル（たとえば、コアサンプル、ドリルカッティングなど）からサンプルを切り出し、その後にイメージ化することを余儀なくさせる。
[0011]これらの幾何学的な要件に加えて、正確な直接数値シミュレーションは、サンプリングされる地層の材料の完全性が、イメージ化されるサンプルの中で維持されることを必要とする。より具体的には、サンプルの準備によって、サンプルボリュームの縁部から粒状材料が除去されるべきではなく、以前に存在しなかった粒子または石基の破砕が生じるべきではなく、サンプル周縁において粒子が緩解されるべきではなく、それ以外にも、粒子形状または孔隙特性が変形するべきではない。このことは、岩石の個々の粒子を貫通する、クリーンで直接的で非破壊的なカッティングを必要とする。
[0012]従来から、イメージングに適切な小さい円筒形状のサンプルを得るために、岩石のボリュームのコアリングが、一般に「コアビット」と称される中空のドリルビットを用いた掘削によって実施されてきた。このコアリング技法は、いくつかの岩石タイプから、直径が４ｍｍ程度に小さいサンプルを信頼性高く得るのに適切であるということがわかっている。しかしながら、より小さい直径において、このアプローチは、岩石の粒子を剥離させ、または破砕して、サンプルを破壊するする傾向がある。加えて、このようなコアリングは、特定の岩石タイプ、とりわけ圧密度が高くない粒状材料または堆積材料を含有する岩石には不適切であるということが分かった。
[0013]また、従来のコアビットは、得られる細い円筒形状のサンプルの軸方向の長さが限定されている。典型的には、５ｍｍのオーダーのコアビットによって得られるコアサンプルの最大軸方向長さは３ｍｍである。上記に述べられているように、特に螺旋状のイメージ取得システムとともに使用するためには、５ｍｍよりも有意に長いイメージングのためのサンプルを得ることが望ましい。
[0014]直接数値シミュレーションのコンテクストにおけるトモグラフィックイメージングのためのサンプルの準備に対する別の従来のアプローチは、ダイヤモンドディスクソーを用いた岩石のカッティングである。このアプローチは、そのカット縁部におけるサンプルの劣化を最小化した上で、軸方向の寸法に沿って小断面の比較的長いサンプルを得ることが可能である。しかし、ディスクソーは、単に２次元の平面に沿ってカットできるだけなので、準備されたサンプルは、長方形断面を有することとなる。これは、サンプルの中で入射エネルギーが進行する距離が不均一であることによる線質硬化と、線質硬化の補償によって不可避的に生じる、イメージ化されたボリュームの著しい損失をもたらす。たとえば、直方体の（ｐａｒａｌｌｅｌｐｉｐｅｄ）サンプルによってもたらされるイメージボリュームは、同寸法の円筒形状のサンプルから得られるボクセルの約６０％しか含まない。直方体のサンプル形状によってもたらされる他の不利益は、フローセルまたは圧力セルとのサンプルの不十分な適合性、および、「対象の領域」（ＲＯＩ：ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）評価を実施することができないことを含む。
[0015]さらなる背景技術として、ダイヤモンドワイヤーソーを使用して顕微鏡のためのサンプルを準備することが、当技術分野で知られている。従来のダイヤモンドワイヤーソーの１つの例は、さまざまなグリットサイズの工業用ダイヤモンドが埋め込まれた、細いステンレス鋼ワイヤーを使用する。カッティングモーションは、往復式または単方向のどちらでもありうる。これらの従来のダイヤモンドワイヤーソーの例は、Ｗｅｌｌ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｗｉｒｅ Ｓａｗｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なものを含む。
[0016]本発明の実施形態は、トモグラフィックイメージングに関連して使用するために、きわめて小さい断面直径を有する岩石の円筒形状のサンプルを得るための装置および方法を提供する。
[0017]本発明の実施形態は、サンプルの材料完全性をそれほど劣化させることなく、さまざまな岩石タイプからサンプルを得ることができる、装置および方法を提供する。
[0018]本発明の実施形態は、構造的な完全性を維持するためにエポキシ含浸のような技法を必要とすることなく、圧密が不十分な岩石からサンプルを得ることができる、そのような装置および方法を提供する。
[0019]本発明の実施形態は、円筒形状の断面、長方形断面、および多角形断面のものを含む、いくつかの断面形状のうちのいずれか１つのサンプルを得ることができる、装置および方法を提供する。
[0020]本発明の実施形態の他の目的および利点は、添付図面とともに以下の明細書を参照する当業者にとって明らかになるであろう。
[0021]本発明の実施形態は、ワイヤーカッター装置の中へ実装されうる。ワイヤーカッター装置は、テーブルと、ワイヤー供給ドラムと、ワイヤー供給ドラムから鉛直方向に離れているガイディングローラーとを含む。ガイディングローラーおよびワイヤー供給ドラムのそれぞれは互いに平行な軸をそれぞれ有する。ワイヤーカッター装置は、ワイヤー供給ドラムおよびガイディングローラーに巻回され、ワイヤー供給ドラム延びてガイディングローラーを回ってワイヤー供給ドラムに戻るカッティングワイヤーを含む。ワイヤー供給ドラムとガイディングローラーとの間のカッティングワイヤーの平行な長さ部分がカッティング面を画定する。ワイヤーカッター装置は、カッティングワイヤーによってカットされる材料の試料を保持するためのホルダーと、テーブルに対して相対的に移動可能な複数の並進ステージとを含む。複数の並進ステージは、ホルダーに連結され、カッティング面に対して実質的に平行なフィード方向に移動可能であるフィード並進ステージと、ホルダーに連結され、フィード方向に対して角度を有する第１の方向に移動可能である第１の並進ステージと、ホルダーに連結され、フィード方向に対して角度を有する第２の方向に移動可能である第２の並進ステージとを含む。
[0022]また、本発明の実施形態は、岩石サンプルをカットする方法の中へ実装されうる。方法は、ワイヤーソーを作動させてワイヤー供給ドラムからガイディングローラーに巻回されたカッティングワイヤーを前進させるステップであって、ワイヤー供給ドラムとガイディングローラーとの間を往復するカッティングワイヤーの鉛直長さ部分がカッティング面を画定するステップと、岩石の試料の縁部から出発点へパスを切り込むステップと、次に、第１および第２の並進ステージのいずれかまたは両方を作動させてカッティング面に対して平行でない方向に試料を直線的に進めるステップとを含む。カッティング面に対して平行でない方向に試料を直線的に進めるステップの後、方法は、次に、カッティングワイヤーが実質的に真っ直ぐになるまで試料を進めることを止めるステップと、上記の薄めるステップおよび止めるステップを複数回繰り返して試料において閉じた形状を切り出すステップであって、閉じた形状がサンプルの周縁を画定するステップとを伴う。次に、パスに沿って試料を引き抜いてもよい。
[0023]本発明の一実施形態に従って構成されているサンプル準備装置の立面図である。 [0024]本発明の上記の実施形態による、図１の装置の並進ステージおよび試料ホルダーの斜視図である。 [0025]本発明の上記の実施形態に従って構成されているサンプル準備装置の平面図である。 [0026]本発明の一実施形態による、サンプルを準備する方法を図示するフロー図である。 [0027]本発明の上記の実施形態による、図４の方法のさまざまな段階における図１の装置の試料およびカッティングワイヤーサブシステムの概略図である。 本発明の上記の実施形態による、図４の方法のさまざまな段階における図１の装置の試料およびカッティングワイヤーサブシステムの概略図である。 本発明の上記の実施形態による、図４の方法のさまざまな段階における図１の装置の試料およびカッティングワイヤーサブシステムの概略図である。 本発明の上記の実施形態による、図４の方法のさまざまな段階における図１の装置の試料およびカッティングワイヤーサブシステムの概略図である。 本発明の上記の実施形態による、図４の方法のさまざまな段階における図１の装置の試料およびカッティングワイヤーサブシステムの概略図である。 [0028]本発明の上記の実施形態による、図４の方法のある段階において大きい試料からカットされるサンプル周縁の概略的な平面図である。 [0029]本発明の一実施形態による岩石サンプルの分析の方法を図示するフロー図である。
[0030]本発明が、その実施形態すなわち、サンプルが取得された岩石の特性のデジタル数値シミュレーション分析において使用するための岩石サンプルを準備する装置および方法の中へ実装されるものとして説明される。本発明がそのような用途において特に有益であろうことが意図されるためである。しかしながら、本発明は、本明細書で説明されている用途以外の他の用途においても有用および有益であろうことが意図される。したがって、以下の説明は、単なる例として提供されており、請求の範囲に記載されているような本発明の真の範囲を限定することは意図されていないということが理解されるべきである。
[0031]本発明の背景技術に関連して上記に議論されているように、本発明の実施形態は、岩石サンプルを取得すること、および、直接数値シミュレーションによるそれらの分析に関する。したがって、本発明の実施形態は、石油およびガスの探査および生産において重要な地下層から岩石サンプルを取得する際に特に有益であろうことが意図される。より具体的には、サンプルが取得される岩石は、炭化水素（石油、天然ガスなど）および水のような資源を抽出するために用いられるような地上掘削システムまたは海洋掘削システムによってアクセスされる地層に対応することが意図される。当技術分野では基本的であるように、石油およびガスの生産操業の最適化は、このような地下岩石層の構造および物理的特性によって大きく影響を受ける。本発明の実施形態に従って得られるサンプルは、それらの地層属性を理解する際に有用である。
[0032]以下の説明から明白になるであろうように、本発明の実施形態は、より具体的には、地下から過去に回収された対象の岩石のより大きいサンプルから、岩石の小さいサンプルを得ることに関する。明確性を考慮し、本明細書において、岩石のより大きいサンプルは「試料」と称され、試料から得られる岩石の小さいサンプルは「サンプル」と称されるであろう。個々の用語「試料」および「サンプル」によって、いかなる言外の意味も意図されてはいない。むしろ、これらの個々の用語の使用は、単に、本発明に従って得られる小さいサンプルを、より大きいサンプル（そこから小さいサンプルが得られる）から区別することだけを意図している。
[0033]従来のダイヤモンドワイヤーカッターは、石油物理的特性分析のために取得される岩石のサンプルを含むサンプルの準備のために使用されている。そのような従来のダイヤモンドワイヤーカッターの例は、Ｗｅｌｌ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｗｉｒｅ Ｓａｗｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な３２４２ダイヤモンドワイヤーカッターである。しかしながら、本発明に関連して、３２４２ダイヤモンドワイヤーカッターのような従来のワイヤーカッターは、円筒形状のサンプル、とりわけ、小さい断面直径（＜１０ｍｍ）を備える円筒形状のサンプルの準備に必要とされるような湾曲したパスでカットすることが容易に可能なものではないということがわかっている。この制約の１つの理由は、これらの従来のカッターにおけるカッティングワイヤーの配置が、一般的に、ワイヤー供給ドラムとガイディングローラーとの間で鉛直方向に走っており、せん断力がカッティングワイヤーに印加されることを許容しないからである。このような従来のワイヤーカッターにおいて、せん断力は、カッティングワイヤーがワークピースの中で動きが取れなくなること、またはカッティングワイヤーがガイディングローラーから外れてしまうことにつながる可能性がある。加えて、ダイヤモンドカッティングワイヤーは、カッティング中に、加えられる力に応じた曲率、およびワークピース材料の加工長さで湾曲するので、均質なカットは、１つの方向、すなわちフィード方向だけに得られる。また、３２４２ダイヤモンドワイヤーカッターのような従来のダイヤモンドワイヤーカッターは、ワークピースに対するカッティングワイヤーの移動において単一の自由度だけを提供する。たとえば、３２４２ダイヤモンドワイヤーカッターは、ワークピースの固定された位置を維持し、許容される移動は、ワークピースに向かう、およびワークピースから離れるカッティングワイヤーの移動だけである。この従来のダイヤモンドワイヤーカッターによって提供されるこの単一の自由度は、一方向性のカットを余儀なくさせる。
[0034]図１は、本発明の実施形態によるサンプル準備装置１０の構造を示している。以下の説明から明らかになるように、サンプル準備装置１０は、対象の岩石のより大きい試料から、所望の断面の小さいサンプルを得ることが可能である。所望の断面は、典型的に円形であるが、多角形のような他の形状でもある。岩石試料を地下から採取する方法、および試料の物理的な形態は、様々に変化する可能性があることが意図されている。本発明の実施形態に関連して有用である岩石試料の例は、ホールコアサンプル、サイドウォールコアサンプル、露頭サンプル、ドリルカッティング、ならびにサンドパックおよびセメンテッドパックのような、実験室で作製される人工の岩石サンプルを含む。
[0035]図１に示されている本発明の実施形態において、サンプル準備装置１０は、装置１０の他の構成要素のための安定したベースを提供するテーブル１１を含む。ワイヤー供給ドラム１２は、そのモーターエンクロージャー１１Ｍを介してテーブル１１に装着されており、その軸の周りに回転するようにモーター駆動される。この実施形態では、ガイディングローラー１４が、ワイヤー供給ドラム１２の鉛直下方の位置で、軸がワイヤー供給ドラム１２の軸に対して平行になるようにテーブル１１に取り付けられている。ダイヤモンドカッティングワイヤー１３は、図示されているようにワイヤー供給ドラム１２の周りに巻き付けられ、ガイディングローラー１４を回ってワイヤー供給ドラム１２に戻る。ワイヤー供給ドラム１２に対するガイディングローラー１４の鉛直方向の相対位置は調節可能であり、カッティングワイヤー１３において所望の緊張状態を維持するための張力デバイスを提供する。従来の構造のカッティングワイヤー１３、たとえば、約６０μｍグリットおよび直径約３００μｍのダイヤモンド含浸ワイヤーが、典型的な対象の岩石のサンプル準備に適切である。当然ながら、カッティングワイヤーのグリットおよび直径は、サンプル材料に従って変動してもよい。
[0036]装置１０の中のテーブル１１、ワイヤー供給ドラム１２、およびガイディングローラー１４は、３２４２ダイヤモンドワイヤーカッターのような従来のダイヤモンドワイヤーカッターにおいて提供されるものと同様の構成要素である。本発明の実施形態によれば、モーターエンクロージャー１１Ｍは、テーブル１１と一体型であってもよく、あるいはテーブル１１に取り付けられている別個のモジュールであってもよい。３２４２ダイヤモンドワイヤーカッターの従来の動作では、モーターエンクロージャーがテーブルに対して相対的に移動して、カッティングワイヤーを試料まで前進させる。しかしながら、本発明の実施形態によれば、モーターエンクロージャー１１Ｍが別個のモジュールである場合でも、モーターエンクロージャー１１Ｍは、図１に示されているように、固定された位置においてキャップスクリュー２３およびブラケット２５によってテーブル１１に装着されている。また、キャップスクリュー２３およびブラケット２５の別の対が、図１におけるモーターエンクロージャー１１Ｍの他方の側にも存在している。モーターエンクロージャー１１Ｍは、テーブル１１に対して固定された位置にあるので、ワイヤー供給ドラム１２およびガイディングローラー１４、ひいてはカッティングワイヤー１３は、テーブル１１に対して固定された位置にある。
[0037]その一方で、本発明の実施形態によれば、ワークピース、すなわち、そこから岩石サンプルが切り出される図１の試料１５が、固定された位置に維持されているカッティングワイヤー１３に対して複数の自由度で移動可能であるように、装置１０が構成されている。図１に示されている装置１０において、テーブル１１の上のポジショニングテーブル２１の位置は、ポジショニングテーブル２１内のトラックに沿って調節され、次いで固定スクリュー２２によって適切な位置に固定される。いずれの場合でも、ポジショニングテーブル２１は、ひとたび調節および設定されると、サンプル準備の間はテーブル１１に対して適切な位置に固定されたままであることが意図されている。
[0038]本発明のこの実施形態によれば、ポジショニングプレート２１には３つの線形並進ステージ１８、１９、２０が連結されている。より具体的には、この例における線形並進ステージ１８、１９、２０は、モジュール式の位置決めステージであり、互いに積層された様式で取り付けられている。全体的に図１に示されているように、および、より詳細に図２に示されているように、ｙ−並進ステージ１８がポジショニングテーブル２１に取り付けられており、ｘ−並進ステージ１９がｙ−並進ステージ１８に取り付けられており、ｆ−並進ステージ２０がｘ−並進ステージ１９に取り付けられている。
[0039]本発明のこの実施形態では、並進ステージ１８、１９、２０は、当技術分野で知られているような従来の線形並進ステージである。たとえば、並進ステージ１８、１９、２０のそれぞれは、固定されたプレートに（たとえば、ボルトによって）装着可能であるステージ本体部と、アクチュエーターの制御の下でトラックまたはレールに沿って単一の方向に移動可能であるキャリッジとを有するように構成され得る。図２および図３は、並進ステージ１８、１９、２０にそれぞれ連結されているマイクロメーターアクチュエーター１８ａ、１９ａ、２０ａを示している。並進ステージ１８、１９、２０のそれぞれによってもたらされる移動の方向が、図２および図３の中で、それぞれ「ｙ」、「ｘ」、および「ｆ」の矢印によって示されている。並進ステージ１８、１９、２０として使用するのに適切な好適の線形並進ステージの例は、Ｎｅｗｐｏｒｔ Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｌｔｄ．から入手可能な、ＢＭ１７．５１マイクロメーターアクチュエーターを備えるＭ−ＵＭＲ８．５１手動並進ステージである。
[0040]図１および図２に示され、上記で説明されているようなモジュール式の並進ステージ１８、１９、２０の例に関して、ｙ−並進ステージ１８のステージ本体部はボルトなどによってポジショニングプレート２１に固定されており、ステージ本体部およびポジショニングプレート２１に対するキャリッジの移動は図２に示されているｙ方向に沿う。この例において、ｘ−並進ステージ１９のステージ本体部はボルトなどによってｙ−並進ステージ１８のキャリッジに固定されており、ステージ本体部およびｙ−並進ステージ１８のキャリッジに対するキャリッジの移動は図２に示されているｘ方向に沿う。この例では、ｆ−並進ステージ２０が並進ステージ１８、１９に対して垂直方向に装着されるように、Ｌ字形状のプレート２６がｘ−並進ステージ１９のキャリッジに装着され、ｆ−並進ステージ２０のステージ本体部がボルト２７によってプレート２６に装着されている。ｆ−並進ステージ２０のキャリッジのステージ本体部に対する、つまりｘ−並進ステージ１９のキャリッジに対する移動は、図２に示されているｆ方向に沿う。
[0041]この実施形態では、これまで説明されているように、および、以下でさらに説明されるように、ガイディングローラー１４は、ワイヤー供給ドラム１２とガイディングローラー１４との間のカッティングワイヤー１３のパスが実質的に鉛直方向になるように、ワイヤー供給ドラム１２に対して垂直方向に変位させられる。本構成では、ｘ−並進ステージ１９、ｙ−並進ステージ１８、およびｆ−並進ステージ２０の進行の方向は、すべて、カッティングワイヤー１３の鉛直方向のパスによって画定されるカッティング面に直交する水平面の中にある。しかしながら、ガイディングローラー１４は、ワイヤー供給ドラム１２に対して垂直方向以外の方向に変位させられてもよいことが意図されている。たとえば、ガイディングローラー１４は、カッティングワイヤー１３のパスが水平方向に移動するように取り付けられてもよい。その場合、ｘ−並進ステージ１９、ｙ−並進ステージ１８、およびｆ−並進ステージ２０は、それぞれの移動方向が水平面に直交する鉛直方向の平面にあるように回転させられるであろう。当然ながら、垂直方向および水平方向以外の配向も、この実施形態に関連して意図されている。
[0042]モジュール式の並進ステージ１８、１９、２０のうちの２つ以上と置き換えられる統合型の並進ステージを含む、他のタイプの並進ステージが代替的に使用されうることが意図されている。あるいは、並進ステージ１８、１９、２０のうちの１つまたは複数には、示されているようなマイクロメーターアクチュエーター１８ａ、１９ａ、２０ａの代わりに、モーター付きのアクチュエーターが設けられてもよい。また、サンプル準備装置１０は、所望に応じて、アクチュエーター１８ａ、１９ａ、２０ａがモーター付きであるこの代替的なアプローチにおいて、事前にプログラムされたシーケンスに従ってこれらのアクチュエーター１８ａ、１９ａ、２０ａを制御することができるコンピューターまたは他のプログラム可能なコントローラーを含んでもよく、一貫した繰り返し可能な仕方で、試料１５からのサンプルのカッティングを自動化することも意図されている。この実施形態では、ｘ−並進ステージ１９およびｙ−並進ステージ１８は互いに直交しており、従って互いに対して実質的に垂直な方向に移動可能であるキャリッジを有している。その理由は、そのような構成が効率的な制御を促進させると考えられるからであり、さらに、所望に応じて、これらの並進ステージが、代替的に互いに対して垂直以外の角度で配向させられてもよいことが意図されている。
[0043]本発明のこの実施形態では、試料１５（図１に示されている）が試料ホルダー１６によって保持されており、試料ホルダー１６は垂直方向の調節プレート１７およびブラケット構造２８によってｆ−並進ステージ２０に取り付けられている。試料ホルダー１６は、カッティング工程の間に試料１５をしっかりと保持するための顎部または別のタイプのクランピング構造を含むことが意図されている。鉛直方向の調節プレート１７は、試料ホルダー１６、したがって試料１５の鉛直方向の位置の調節を可能にする。本発明のこの実施形態では、試料ホルダー１６のｆ−並進ステージ２０への固定された連結、および並進ステージ１８、１９、２０の積層された配置は、並進ステージ１８、１９、２０のうちの１つまたは複数による並進が対応する方向における試料１５の移動をもたらすことを可能にする。
[0044]図１および図２と組み合わせて、図３の平面図に示されているように、ｆ−並進ステージ２０による並進のｆ方向は、ワイヤー供給ドラム１２からガイディングローラー１４を回って戻るカッティングワイヤー１３が形成する２つのパスによって画定されるカッティング面に対して実質的に平行であることが意図されている。本発明の実施形態によれば、以下でさらに詳細に説明されるように、ｆ方向に沿う試料１５の並進は、ワイヤー１３に向けて試料１５を前進させるために、および、ワイヤー１３から試料１５を引き抜くために利用される。カッティング工程の残りの部分の間、とりわけ試料１５から切り出されるサンプルを画定する閉じた形状のカッティングにおいて、試料１５の並進は、ｘ−並進ステージ１９およびｙ−並進ステージ１８によって制御されるであろう。
[0045]本発明のこの実施形態によれば、装置１０は、ｘ方向およびｙ方向において自由度を提供し、それは、岩石試料からさまざまな任意の断面形状のサンプルを切り出すことを可能にする。そして、以下で詳細に説明されるように、本発明の実施形態による装置１０の動作は、非常に小さい断面直径のサンプルのカッティングを可能にし、したがってイメージ化されるボリュームの中のボクセルサイズを低減させ、それは直接数値シミュレーションを介して導き出される材料特性評価の精度を改善する。
[0046]ここで、図５ａから図５ｅの概略図と組み合わせて、図４を参照すると、本発明の実施形態に従って岩石の試料からサンプルを準備する装置１０の動作が、ここで説明されることとなる。上記で説明されているように、試料１５は、いくつかの従来の方式のうちのいずれか１つで取得される。石油およびガス産業のコンテクストにおいて、試料１５は、典型的には探査井または生産井の掘削から取り出され、ホールコアサンプル、サイドウォールコアサンプル、露頭サンプル、およびドリルカッティングに由来するものでありうる。あるいは、試料１５は、サンドパックまたはセメンテッドパックのような、実験室で作製される人工岩石サンプルから作り出されてもよい。本発明の実施形態によれば、試料１５を構成する岩石の性質は、砂岩のような、圧密が少なく材料および構造的に頑丈な材料、粘土、ならびに、高度に圧密されていない他の粒状材料または堆積材料を含む、極めて幅広い範囲にありうる。
[0047]本発明のこの実施形態において、サンプル準備工程２００は、試料１５が試料ホルダー１６に配置され、試料ホルダー１６によって保持される工程３０から開始される。試料ホルダー１６が１対の顎部を含む例に関して、工程３０は、それらの顎部の中に試料１５を固定することからなる。多くの場合、試料１５から円筒形状のサンプルを切り出すことが望まれ、その場合は試料１５が平坦な上部表面および底部表面を有すること、および回収されるサンプルの所望の長さに対応する厚さを有することが望ましい。図５ａに示されているように、試料１５は、掘削工程から得られる準備されたコアサンプルに関して典型的であるように、円筒形状（すなわち、ディスク形状）を有しうる。
[0048]試料ホルダー１６に配置されると、工程３２において、サンプル１５は、図５ａに示されているようにカッティングワイヤー１３の所望の場所に位置決めおよび配向させられる。試料１５の鉛直方向の位置は、鉛直方向の調節プレート１７によって調節される。ディスク形状の試料１５の場合に関していえば、平坦な表面がカッティングワイヤー１３に対して垂直になるように最適に配向され、円筒形状のサンプルを作り出す。工程３４において、ｆ−並進ステージ２０は、その移動がカッティングワイヤー１３によって画定されるカッティング面に対して平行になるように整合させられる。図５ａを参照すると、カッティングワイヤー１３は、ワイヤー供給ドラム１２から、下方に離れたガイディングローラー１４を回って延び、また戻る２つの鉛直長さ部分１３ｄ、１３ｕを有するものとして示されている。鉛直長さ部分１３ｄ、１３ｕは、互いに対して実質的に平行であり、本明細書においてカッティング面と称される平面を画定する。この例では、ワイヤーソーに関して典型的であるように、モーター１１Ｍは、カッティングワイヤー１３のカッティングモーションが往復式となるように動作する。あるいは、ローラー１４は、所望に応じて第２のワイヤー供給ドラムに置き換えられてもよい。上記に説明されている装置１０の例において、工程３４におけるｆ−並進ステージ２０の位置合わせは、（並進ステージ１８、１９、２０が装着されている）ポジショニングプレート２１をテーブル１１に対して移動させ、固定スクリュー２２を締めてポジショニングプレート２１を適切な場所に固定することによって、達成されることが意図されている。ｆ−並進ステージ２０を、並進がカッティング面に対して平行となるように適正に位置合わせすることは、試料１５がワイヤー長さ部分１３ｄにせん断力を付与することなく、所望の長さにカットされることを確実にする。位置合わせ工程３４は、最適には、試料１５を可能な限りワイヤー長さ部分１３ｄの近くに置き、それによってｆ−並進ステージ２０の移動量限界の多くの部分が試料１５の中にある。また、初期には、並進ステージ１８、１９のアクチュエーター１８ａ、１９ａが、両方向に最大移動量をもたらすことができるようにそれぞれ中間値に設定されることが有用でありうる。
[0049]工程３６において、ｆ−並進ステージ２０が（アクチュエーター２０ａを介して）作動させられ、カッティングワイヤー長さ部分１３ｄに向けて、カッティングワイヤー長さ部分１３ｄに対抗して試料１５を前進させる。この試料１５のｆ方向だけにおける並進は、図５ｂに示されているようにワイヤー長さ１３ｄを湾曲させるが、この湾曲はワイヤー長さ部分１３ｄ、１３ｕによって画定されるカッティング面の中にあり、したがってカッティングワイヤー１３に加えられるせん断力は最小である。それゆえ、工程３６のカッティングは、所望に応じて「ノンストップで」実施することができる。いずれにしても、工程３６は、所望の長さのパスが試料１５に切り込まれるまで継続する。より具体的には、このパスは、試料１５の周縁から、カットされるサンプルの周縁が始まる試料１５の中のポイントまで延びることが意図されている。
[0050]工程３６に続いて、試料１５からのサンプルの周縁の切り出しが工程３８において開始され、アクチュエーター１８ａ、１９ａのうちの１つまたは両方の作動が、ｘ−およびｙ−並進ステージ１８、１９のうちのいずれかまたは両方をそれぞれ移動させ、これが所望のサンプル周縁に従って短い距離にわたって試料１５を移動させる。本発明の実施形態によれば、ｘ−およびｙ−並進ステージ１８、１９のうちのいずれかまたは両方によって結果として生じる並進は、一般的に、ワイヤー長さ部分１３ｄ、１３ｕによって画定されるｆ方向カッティング面から外れるため、ワイヤー長さ部分１３ｄに対抗してせん断力が加えられる。しかし、これらのせん断力の影響は、工程３８において試料１５が移動させられる距離および速度を限定することによって最小化できる。たとえば、工程３８における並進の距離は非常に短く、たとえば上記に参照されているモデル３２４２ダイヤモンドワイヤーカッターに基づく装置１０の例に関して、わずか約１００μｍにすぎない。ワイヤー供給ドラム１２からのカッティングワイヤー１３のフィード速度は、試料１５の組成、カッティングワイヤー１３の厚さ、および試料１５の移動に関する並進距離などを含む、いくつかの要因に依存するであろう。たとえば、砂岩試料１５をカットするために、約１００μｍの直径のカッティングワイヤー１３が最大約５０μｍ／秒の速度でフィードされてもよい。カッティングワイヤー１３が太くなればなるほど、より高い最大フィード速度が可能になりうる。いずれにしても、本明細書を参照する当業者は、適切なフィード速度、ならびにカッティングワイヤーの種類および直径を容易に決定することができることが意図されている。最大並進距離および最大ワイヤーフィード速度のこれらの制約は、鉛直方向からのワイヤー長さ１３ｄの曲率を限定するため、せん断力を限られたものにするであろう。
[0051]工程３８の短い平行移動の後に、試料１５の移動は、工程４０において、少なくとも最小の時間の長さにわたって停止され、カッティングワイヤー長さ部分１３ｄが真っ直ぐの方向に戻るのを可能にする。工程４０のこの待機時間の間に、カッティングワイヤー長さ１３ｄは工程３８の並進の長さに沿って試料１５から材料を除去するように作用し、そうするにつれて真っ直ぐになり、結果としてこの配置においてカッティングワイヤー長さ部分１３ｄは鉛直方向に戻る。カッティングワイヤー長さ部分１３ｄが実質的に真っ直ぐになるための工程４０の待機時間は、石油およびガスのコンテクストにおける対象のほとんどの岩石材料に関して、少なくとも約３秒から最大約５秒までの範囲の程度であることが意図されている。圧密が不十分なサンプルに対する手段として従来から行われているように、試料１５が損傷を低減させるためにエポキシで含浸させられている場合、この待機時間はずっと長くなり、たとえば数分もの長さになる可能性もある。待機工程４０は、カッティングワイヤー１３の健全性を維持するのに有益であるだけでなく、試料１５の深さの全体にわたる真っ直ぐのカットを結果として生じさせ、したがって、最終的に取り出されるサンプルの形状を良好に制御することがわかる。この待機時間の終わりに、並進工程３８および待機工程４０の組合せは、試料１５の中の短い線形距離の切り出しをもたらす。
[0052]判断４１において、ユーザーは、ここまでで最後に実行された線形カットが試料１５の中に閉じた形状を完成したかという点において、試料１５から切り出されるサンプルの周縁が完成したか否かを判断する。そうでない（判断４１が「いいえ」である）場合、ｘ−並進ステージ１８およびｙ−並進ステージ１９のうちのいずれか、または両方の短い距離の動作によって工程３８が繰り返される。試料１５における近似的な円形の切り出しの場合、連続する並進工程３８のそれぞれの方向は、その前に実行された工程の方向とは異なる方向になるであろう。あるいは、本発明の実施形態による装置１０およびその動作は多角形断面を切り出すためにも使用されうるが、その場合、工程３８の次に実行される工程の並進は、前に実行された工程の方向と同じ方向であってもよい。一方、待機工程４０は、ワイヤー長さ部分１３ｄが材料をカットおよび除去し、真っ直ぐになって鉛直方向に戻ることを可能にするために再び実行される。続いて、判断４１においてサンプルの全周がカットされたと判断されるまで、上記のような工程３８、４０が繰り返される。
[0053]図５ｃは、本発明の実施形態に従って繰り返された工程３８、４０の結果として生じる、いくつかの断片的な線形カットの後の試料１５を概略的に示している。図５ｃに示されている工程の段階では、円形断面の一部分がカッティングワイヤー１３によって画定されている。図５ｆは、サンプルのこの部分的なカッティングをさらに詳細に平面図で示している。図５ｆに示されているように、パス５０は、工程３６において、試料１５の外側表面からポイント５１までカットされたものである。工程３８、４０の細かい線形カットは、ポイント５１からカット５２１によって開始し、この例では反時計回りの方向にカット５２２、５２３などを形成するように繰り返される。（それぞれのカット５２の端点は、説明の目的のために強調されているが、実際には、試料１５の中に存在しないであろう。）
[0054]図４に示されているように、所望に応じて、工程３８、４０によって形成される線形カットの繰り返しの間に、１つまたは複数のポイントにおいて、随意的な接着剤工程４２が実施されてもよい。工程４２では、カットが完了したときにサンプルが落ちないように、たとえば周縁の約４分の３がカットされた後に、すでにカットされたサンプルの周縁の一部に沿って接着剤が塗布される。また、工程４２において塗布されるこの接着剤の存在は、周縁のカットが完了に近づいているときに、サンプルが試料１５から時期尚早に折れて取れることなく、完全に切り出されることを確実にする。
[0055]本発明の実施形態によれば、繰り返される工程３８、４０は、判断４１によって判断されるように、ポイント５１に戻って閉じた形状を形成するまで、同じやり方でカット５２を形成し続ける。工程のこの段階は図５ｄに示されており、サンプルＳは一連の線形カット５２によって形成される閉じた形状によって画定される周縁を有している。この例では、カット５２のそれぞれは、極めて短く、たとえば約１００μｍの長さしかないので、一連のカット５２はディスク形状の試料１５から円筒形状のサンプルを生み出す円５４の良好な近似である。たとえば、１００μｍの約６０回のカットは直径が約２ｍｍの円形を切り出すことができ、それはトモグラフィーおよびデジタル数値シミュレーションのコンテクストにおいて非常に有用であると予想される。
[0056]工程３８、４０による線形カットの繰り返しが完了すると（判断４１が「はい」の結果を返す）、ｘ方向およびｙ方向における並進が停止する。図５ｆの例では、ワイヤー長さ１３ｄはこの時点でポイント５１にある。次いで、工程４４が実行され、カッティング面に対して平行な方向（工程３６の方向とは反対方向）にｆ−並進ステージ２０を動作させることによって、カッティングワイヤー１３から試料１５を（サンプルＳとともに）引き抜く。試料１５の追加的なカッティングは、典型的には、工程４４においてほとんど起こらない、またはまったく起こらないと予想される。
[0057]工程４４に続いて、たとえば、もしあれば工程４２において塗布された接着剤を除去することによって、そうでなければ工程４６において試料１５からサンプルＳを押し出すことによって、サンプルＳは試料１５から取り出される。図５ｅは、工程４４における試料１５のカッティングワイヤー長さ部分１３ｄからの引き抜きに続く、試料１５からのサンプルＳの取り出しを概略的に示している。試料１５は、取り出し工程４６の前または後のいずれかに、試料ホルダー１６から取り除かれていてもよい。あるいは、別のサンプルが同じ試料１５から切り出される場合、試料１５は、（所望に応じて、サンプルＳが接着剤によって試料１５の中に保持された状態で）試料ホルダー１６において再位置決めされ、サンプル準備工程２００が繰り返されてもよい。
[0058]以上で説明した本発明の一実施形態によれば、試料１５は工程３６においてｆ−並進ステージ２０によってワイヤー長さ部分１３ｄ、１３ｕのカッティング面に対して平行なｆ方向に前進させられ、その縁部から出発点５１への試料１５のカッティングが止まることなく連続的に行われのため、全体のカッティング時間を最小化することができる。あるいは、試料１５は、サンプルの周縁をカットするために工程３８および４０において実施されるような待機時間を間に挟んだ並進ステージ１８、１９によるｘ方向およびｙ方向における並進によって実施される一連の短い断片的な線形カットによって、カッティング面に対して平行でない方向に延びるパスに沿ってその縁部から出発点５１までカットされてもよい。このような非平行アプローチは、特定のサンプル幾何学形状にとって、または、試料１５の特定の部分を回避しなければならない場合に有用でありうる。
[0059]上記に述べられているように、サンプル準備装置１０は、アクチュエーター１８ａ、１９ａ、２０ａが試料１５を移動させるように動作するシーケンスを制御するコンピューターまたは他のプログラム可能なコントローラーを含むように構成されてもよい。この自動化されたサンプル準備へのアプローチは、断片的なカットのうちの１つの後、次のカットを開始させる前に、適当な待機時間が経過することを確実にするために、とりわけ有用である可能性がある。この自動化された実装形態に関連して、センサーがサンプル準備装置１０において実装され、たとえば試料１５の並進に続いてワイヤー１３ｄが垂直方向に戻る時間を感知し、その後に次のカットの方向への試料１５の並進が開始されてもよいことが意図されている。
[0060]ここで図６を参照して、本発明の実施形態に従って準備されたサンプルから、デジタル数値シミュレーションを使用して材料特性を評価する全体的な工程が説明される。評価工程は、上記で図４および図５ａから図５ｆを参照して説明されたような仕方で実行され、撮像のための１つまたは複数の岩石サンプルを作製する、本発明の一実施形態に係るサンプル準備工程２００から開始される。
[0061]工程２０２において、撮像システムは、工程２００において準備された岩石サンプルの２次元（２Ｄ）または３次元（３Ｄ）のイメージ、または他の適当なイメージ表現を取得する。工程２０２において取得されたイメージおよび表現は、サンプルの内部構造の詳細を含む。工程２０２において使用される撮像装置の例は、所望の分解能のサンプルの内部構造を表すイメージを生成することができる多数のＸ線デバイスのうちの任意の１つに対応するタイプ、構造、または他の属性を有するＸ線コンピューター断層撮影法（ＣＴ）スキャナーである。たとえば、サンプルの複数の２次元（２Ｄ）の断面イメージが取得され、コンピューティングデバイスに転送され、次いでコンピューティングデバイスが、サンプルに対応する３次元（３Ｄ）のデジタルイメージボリュームを構築してもよい。この構築および続く分析を実施するのに適切な従来のコンピューティングデバイスは、所望の動作を実施するために十分な演算能力を有する、たとえば、デスクトップコンピューターまたはワークステーション、ラップトップコンピューター、サーバーコンピューター、およびタブレットコンピューターなど、多数の従来のコンピューターのうちの任意の１つでありうる。
[0062]工程２０２においてサンプルの３次元デジタルイメージボリュームを取得および処理するための特定の従来の技法は、限定することなく、Ｘ線トモグラフィー、Ｘ線マイクロ−トモグラフィー、Ｘ線ナノ−トモグラフィー、集束イオンビーム走査型電子顕微鏡、および核磁気共鳴を含む。
[0063]このイメージボリュームは、典型的に、ボリュームエレメント、または、より一般には「ボクセル」と呼ばれる３次元の規則的なエレメントによって表されており、それぞれが、表された媒体のその場所におけるイメージ化されたサンプルの相対的な材料特性を表す関連の数値または振幅を有している。工程２１０において、コンピューティングデバイスは、サンプルのデジタルイメージボリュームに対してセグメント化または他のイメージ強調技法を実行し、イメージボリュームの中の異なる構成要素を区別し、それに対するラベル付けを行う。たとえば、セグメント化工程２１０は、サンプルの弾性的な特質に影響を与える孔隙および鉱物学的成分（たとえば、粘土および石英）のような、重要な弾性成分を特定してもよい。セグメント化工程２１０は、孔隙、粘土分、粒子接触、ならびに、個々の粒子および鉱物のような材料構成要素を表す、３つ以上の重要な弾性相を特定するために実施されてもよい。工程２１０においてコンピューティングデバイスによって使用される特定のセグメント化アルゴリズムは、所望の分析に従って変更されてもよい。典型的には、いくつかのタイプの「閾値化」が、互いに同様の振幅を有するグループボクセルに適用される。イメージボリュームを強調したり、ノイズを低減させたりするために、当技術分野で知られているような従来のイメージ処理が工程２１０の中に含まれてもよい。
[0064]次いで、工程２２０において、コンピューティングデバイスは、デジタル数値シミュレーションを実施する。典型的には、コンピューティングデバイスは、閾値化されたデジタルイメージボリュームの数値分析によって、サンプルの１つまたは複数の物理的特性を分析する。工程２２０において判断され得る特性は、岩石の体積弾性特性を含む。石油およびガスの探査および生産のコンテクストにおいて、多孔性、地層係数、透水性、相対的な透水性、電気伝導性、および水銀キャピラリーインジェクションのような対象の石油物理的特性が、工程２２０において判断され得る。これらの石油物理的特性は、進行した孔隙の適当な離散化またはメッシュを使用して評価され、適当な数値シミュレーション、たとえば、絶対的な透水性のコンピューター計算に関する単相流体フローの直接数値シミュレーションと組み合わせられてもよい。また、工程２２０におけるこれらの石油物理的特性のうちのいくつかの判断は、有限要素法、有限差分法、有限体積法、格子ボルツマン法、または、任意のさまざまな他の数値的アプローチを使用した数値シミュレーションを必要とするものであってもよい。
[0065]本発明の実施形態による、岩石サンプルを準備する方法、および、そのような準備を実施するための装置は、とりわけ、直接数値シミュレーションのためにＸ線トモグラフィーを受けることとなるサンプルに関して、重要な利益および利点を提供する。本発明の実施形態は、きわめて小さい断面直径、たとえば、３ｍｍ以下の直径を備える円筒形状の岩石サンプルの準備を可能にし、微細な構造的詳細を分解するために必要な、きわめて高い分解能のトモグラフィックイメージングが可能になる。これらのサンプルは、材料完全性または細孔構造を著しく劣化させることなく、圧密が不十分な岩石、あるいは脆い岩石を含む、幅広い範囲のさまざまな岩石タイプから得られる。加えて、本発明の実施形態は、サンプル準備工程における柔軟性を提供し、円形断面、長方形断面、および多角形断面のものを含む多数の断面形状のうちの任意の形状を有するサンプルのカッティングが可能になる。
[0066]本発明は、その実施形態のうちの１つまたは複数に従って説明されてきたが、これらの実施形態の修正例および代替例は、本明細書およびその図面を参照する当業者に明らかであり、そのような修正例および代替例は本発明の利点および利益を得ることが当然ながら意図されている。そのような修正例および代替例は、以下の請求の範囲に記載された本発明の範囲内にあるということが考えられる。

Claims (24)

  1. テーブルと、
    ワイヤー供給ドラムと、
    前記ワイヤー供給ドラムから鉛直方向に離れているガイディングローラーであって、前記ガイディングローラーおよび前記ワイヤー供給ドラムのそれぞれは互いに平行な軸を有する、ガイディングローラーと、
    前記ワイヤー供給ドラムおよび前記ガイディングローラーに巻回され、前記ワイヤー供給ドラムから延びて前記ガイディングローラーを回って前記ワイヤー供給ドラムに戻るカッティングワイヤーであって、前記ワイヤー供給ドラムと前記ガイディングローラーとの間の前記カッティングワイヤーの平行な長さ部分がカッティング面を画定する、カッティングワイヤーと、
    前記カッティングワイヤーによってカットされる材料の試料を保持するためのホルダーと、
    前記テーブルに対して相対的に移動可能な複数の並進ステージであって、前記複数の並進ステージは、
    前記ホルダーに連結され、前記カッティング面に対して実質的に平行なフィード方向に移動可能であるフィード並進ステージ、
    前記ホルダーに連結され、前記フィード方向に対して角度を有する第１の方向に移動可能である第１の並進ステージ、および
    前記ホルダーに連結され、前記フィード方向に対して角度を有する第２の方向に移動可能である第２の並進ステージ
    を含む、複数の並進ステージと、
    を備える、ワイヤーカッター装置。
  2. 前記第１および第２の方向が、互いに対して実質的に垂直である、請求項１に記載の装置。
  3. 前記ワイヤー供給ドラムおよびガイディングローラーが、前記テーブルに対して固定された位置に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
  4. 前記テーブルに固定可能に取り付けられるポジショニングプレートをさらに備え、
    前記フィード並進ステージならびに前記第１および第２の並進ステージのそれぞれが、前記ポジショニングプレートに対して相対的に移動可能である、請求項１に記載の装置。
  5. 前記ホルダーが、
    前記試料を保持するための顎部と、
    前記顎部に連結される支持部であって、前記フィード並進ステージとともに前記ポジショニングプレートに対して相対的に移動可能であるように前記フィード並進ステージに連結された支持部と
    を含む、請求項４に記載の装置。
  6. 前記ホルダーが、
    前記顎部の前記ポジショニングプレートに対する相対的な鉛直位置を調節するための鉛直調節プレート
    をさらに含む、請求項５に記載の装置。
  7. 前記フィード並進ステージが、
    前記ホルダーの前記支持部および前記ポジショニングプレートに連結された線形並進ステージと、
    前記フィード方向に沿う前記線形並進ステージの動作を制御するために前記線形並進ステージに連結されたアクチュエーターと
    を含み、
    前記第１および第２の並進ステージのそれぞれが、
    前記ポジショニングプレートに連結されている線形並進ステージと、
    前記線形並進ステージの動作を制御するためのアクチュエーターと
    を含む、請求項５に記載の装置。
  8. 前記アクチュエーターのそれぞれが、マイクロメーターアクチュエーターを含む、請求項７に記載の装置。
  9. 前記アクチュエーターのそれぞれが、モーター付きのアクチュエーターを含む、請求項７に記載の装置。
  10. 前記アクチュエーターのそれぞれに連結されたプログラム可能なコントローラーであって、予めプログラムされたシーケンスに従って前記並進ステージを動作させるように前記アクチュエーターを制御するようにプログラムされている、プログラム可能なコントローラー
    をさらに含む、請求項９に記載の装置。
  11. 前記フィード並進ステージ、ならびに前記第１および第２の並進ステージのそれぞれが、モジュール式の並進ステージを含み、
    前記第１の並進ステージが前記ポジショニングプレートに取り付けられ、前記第２の並進ステージが前記第１の並進ステージに取り付けられ、前記フィード並進ステージが前記第２の並進ステージに取り付けられる、請求項７に記載の装置。
  12. 前記フィード並進ステージ、ならびに前記第１および第２の並進ステージのうちの２つ以上が、統合型の並進ステージを含む、請求項７に記載の装置。
  13. ワイヤーソーを作動させてワイヤー供給ドラムからガイディングローラーに巻回されたカッティングワイヤーを前進させるステップであって、前記ワイヤー供給ドラムとガイディングローラーとの間を往復する前記カッティングワイヤーの鉛直長さ部分がカッティング面を画定するステップと、
    岩石の試料の縁部から出発点へのパスを切り込むステップと、
    次に、第１および第２の並進ステージのいずれかまたは両方を作動させて前記カッティング面に対して平行でない方向に前記試料を直線的に進めるステップと、
    次に、前記カッティングワイヤーが実質的に真っ直ぐの配向に戻るまで前記試料を進めることを止めるステップと、
    前記進めるステップおよび前記止めるステップを複数回繰り返して前記試料において閉じた形状を切り出すステップであって、前記閉じた形状がサンプルの周縁を画定するステップと、
    次に、前記パスに沿って前記試料を引き抜くステップと
    を含む、岩石サンプルをカットする方法。
  14. 前記第１および第２の並進ステージが、互いに対して相対的に直交するように配向されている、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記カットするステップが、前記試料を縁部から前記カッティング面に対して平行な方向に進ませることで前記試料に前記出発点までの前記パスをカットするステップを含み、
    前記を引き抜くステップが、前記パスに沿って前記カッティング面に対して平行な方向に前記試料を引き抜くステップを含む、請求項１３に記載の方法。
  16. 前記進めるステップのそれぞれが、約１００μｍ未満の距離にわたって前記試料を線形に進める、請求項１３に記載の方法。
  17. 前記止めるステップのそれぞれが、少なくとも約３秒にわたって実施される、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記閉じた形状が、円形を近似する一連の断片的な線形長さである、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記円形が、約３ｍｍ未満の直径を有している、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記閉じた形状が、多角形である、請求項１６に記載の方法。
  21. 前記進めるステップおよび前記止めるステップの繰り返しが前記閉じた形状を完成させる前に、カットされた形状の少なくとも一部分に接着剤を加えるステップ
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  22. 前記試料が、砂岩を含む、請求項１３に記載の方法。
  23. 前記試料が、少なくとも１つの粘土を含む、請求項１３に記載の方法。
  24. 次に、前記サンプルを前記試料から取り除くステップと、
    トモグラフィーによって、前記サンプルのデジタルイメージボリュームを取得するステップと、
    前記サンプルの１つまたは複数のトモグラフィックイメージに対応する前記デジタルイメージボリュームをセグメント化し、前記デジタルイメージボリュームにおけるボクセルを孔隙または固体材料に関連付けるステップと、
    前記デジタルイメージボリュームに関する実験を数値的にシミュレートして前記サンプルの材料特性を特徴付けるステップと
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
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