[发明专利]使用数字岩石物理成像由岩石样品来评估岩石属性的方法和系统

说明书

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2012年5月18日提交的在先美国临时专利申请61/649,099的优先权，在此通过参考将其整体并入本文。

背景技术

本发明通常涉及数字岩石物理学领域，并且尤其涉及使用适合应用于小尺寸岩石样品如正常钻井作业中返回地表的钻屑或其它多孔介质、以及通过3D体积分析也可能无法最佳地满足速度和体积的要求的应用的数字岩石物理学技术来评估诸如绝对渗透率、相对渗透率、地层因数(formation factor)、弹性和毛细管压力值中的一种以上等的岩石属性值的方法。

对复合属性如绝对渗透率的理解对于理解地表下岩石中的烃类的迁移性可以是至关重要的。这牵涉到理解在地质时期中油向暗色岩(traps)的历史迁移，并且对钻井设计(well planning)、完井设计(completion design)和储层评价具有直接的商业意义。

传统上，绝对渗透率例如已经用渗透仪迫使流体穿过岩石样品并且记录得到的流体通量和压降来测定。然而，此类获得信息的尝试实质受样品的形状和大小制约并且通常不能良好地适于按照及时的方式提供有质量的信息。

数字岩石物理学提供用于有效地表征岩石样品的结构和组成的一些最有效的机会。天然岩石样品(典型地，岩心)的数字图像可以用X射线计算机断层成像扫描(CT扫描)、聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM扫描)、磁共振成像、或者包括磁共振成像以及显微层析或显微放射技术的其它应用的通常能够有用地进行分辨和数字化的其它成像技术而获得。

样品制备的类型可以取决于使用的摄像方法和使用的图像扫描仪器的类型。例如，可以将岩石样品清洗、成形、制作标本或者另外为了摄像而制备。例如，此类制备可以例如包括切削、研磨、成形铣削(shaping milling)、聚焦离子束抛光、其它改变技术岩石的大小和形状的技术、或者适合于确保物理样品位于扫描器的视野内部并且在扫描期间不移动的任意组合。

这些3D体积可以通过例如Toelke,J.等人(2010)，“Computer simulations of fluid flow in sediment:From images to permeability,”The Leading Edge(January 2010),68-74(下文中，“Toelke(2010)”出版物)以及Dvorkin等人的美国专利8,081,802B2(下文中，‘802’专利)中讨论的技术而分解。

然后，可以用所得到的3D分解体积来评估、建模或仿真重要属性的值，参见，例如，Dvorkin,J.等人(2011),“Relevance of computation rock physics,”Geophysics,76(5),E141-E153(下文中，“Dvorkin 2011”出版物)。Toelke(2010)讨论了将Lattice-Bolzmann方案应用于Navier-Stokes方程(即，Lattice-Bolzmann方法或者“LBM”)作为绝对渗透率k的3D分析方案。LBM方案对运动中的颗粒穿过3D空间的动量进行建模并且要求3D体积分析。

3D扫描应用于钻屑(drill cuttings)的可能限制在于：通常很多钻屑尺寸不适于直接3D扫描，这并非是不平常的。并且，取决于地岩层和钻井程序的特定性，可能存在循环至地表的高百分比的钻屑对直接3D研究构成挑战的时刻。此外，本发明人已经意识到存在如下的情况：绝对渗透率、相对渗透率、地层因数、弹性和毛细管压力的一种以上的评估值会很有用，但是考虑到数据采集期望的速度、效率和剪切质量(sheer massiveness)，即使伴随当前分解体积分析中应用的数字岩石物理学的速度和效率也证明是次优选的。此外，虽然存在大量的摄像装置，但是对于在数字岩石物理学中的应用，FIB-SEM最常用且容易利用。并且该技术特别地能够承担前述挑战。

Nur等人的美国专利6,516,080公开了使用2D图像构建模拟的3D分解体积。然而，通过3D研究而过度服务(overserved)的应用可能受到在能够开始分析之前合成3D分解体积所需要的额外步骤所阻碍。对此，Nur等人的使用2D图像构建模拟的3D体积与在先的岩石的3D图像构建对计算一些复合的岩石属性如渗透率是必要的的想法是一致的。