[发明专利]使用颗粒接触模型估计岩石的机械性能的系统和方法

说明书

用于分析岩石样本以确定岩石样本的机械性能的方法包括：(a)分割与岩石样本的图像相对应的数字图像体积。另外，该方法包括：(b)划分数字图像体积以将数字图像体积中的多个体素与岩石样本的多个颗粒相关联。此外，该方法包括(c)：确定多个体素中彼此相邻的体素，以识别颗粒之间的多个接触界面。此外，该方法包括：(d)使用在对应颗粒‑颗粒界面处的相邻体素确定接触界面中的每个接触界面的接触面积。该方法还包括：(e)确定多个颗粒中的每个颗粒与每个相邻颗粒所具有的接触界面的数量。此外，该方法包括：(f)基于多个颗粒中的每个颗粒的接触界面的数量和接触界面中的每个接触界面的接触面积确定岩石样本的一个或多个机械性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月22日提交的且标题为“Systems and Methods ForEstimating Mechanical Properties of Rocks Using Grain Contact Models(使用颗粒接触模型估计岩石的机械性能的系统和方法)”的美国临时专利申请No.62/688912的优先权，所述美国临时专利申请通过引用并入本文中，如同其全文被复制一样。

背景技术

在碳氢化合物生产中，获得岩层的岩石物理性能的准确的地表下估计对于评估岩层中包含的碳氢化合物体积以及制定从岩层中提取碳氢化合物的策略是重要的。传统上，使岩层样本(诸如来自岩心样本或钻屑)经受物理实验室测试，以测量岩石物理性能，诸如渗透率、孔隙率、地层因数、弹性模量等。这些测量值中的一些需要长时间段，取决于岩石本身的性质，在一些情况下延伸超过几个月。用于进行这些测量的装备也可能相当昂贵。

由于直接测量岩石物理性能所需的成本和时间，可以应用“直接数值模拟”技术来有效地估计岩石样本的物理性能，诸如孔隙率、绝对渗透率、相对渗透率、地层因数、弹性模量等，所述岩石样本包括来自不同岩石类型(诸如致密气砂或碳酸盐)的样本。根据该方法，例如借助于计算机断层(CT)扫描来获得岩石样本的三维断层图像。三维图像体积中的体素被“分割”(例如，通过“阈值化”它们的亮度值或通过另一种方法)以将岩石基质与空隙空间区分开。然后执行流体流动或其他物理行为(诸如弹性或电导率)的直接数值模拟，从中可以导出孔隙率、渗透率(绝对和/或相对)、弹性性能、电气性能等。可以应用多种数值方法来求解或近似模拟适当行为的物理方程。这些方法包括Lattice-Boltzmann、有限元、有限差分、有限体积数值方法等。

发明内容

本文公开了用于分析粒状岩石样本以确定岩石样本的一个或多个机械性能的方法的实施例。在一个实施例中，该方法包括分割与岩石样本相对应的图像的数字图像体积。另外，该方法包括划分数字图像体积以将数字图像体积中的多个体素与岩石样本的多个颗粒相关联。此外，该方法包括确定多个体素中彼此相邻的体素，以识别颗粒之间的多个接触界面。此外，该方法包括使用在对应的颗粒-颗粒界面处的相邻体素来确定接触界面中的每个接触界面的接触面积。该方法还包括确定多个颗粒中的每个颗粒与每个相邻颗粒所具有的接触界面的数量。此外，该方法包括基于多个颗粒中的每个颗粒的接触界面的数量和接触界面中的每个接触界面的接触面积来确定岩石样本的一个或多个机械性能。