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技术方案

提供有效表征钻探烃类储层形成的井眼时穿过的岩石的方法。可获得具有与井眼的特定区域相关的采集起源的岩石样品，对该样品扫描以获得分解成表征为孔隙和表征为矿物基质的像素并限定它们之间的边界的2D数字图像。可将为了应用于2D分解图像环境而修正的变换关系例如Kozeny-Carman方程用于计算可以是绝对渗透率、相对渗透率、地层因数、弹性、体积模量、剪切模量、纵波速度、剪切速度、电阻率或毛细管压力的目标岩石属性的评估值，并使用评估值表征井眼区域的岩石。这为快速并有效地开发大量的直接表征岩石的延伸区域的数据提供了机会，该岩石不管是否穿过此井或相关井的井眼。还提供用于进行上述方法的计算机系统、计算机可读介质和程序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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 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。
技术介绍
本专利技术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、成形纟先削（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,，'Geoph ysics，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（艮P, 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，本专利技术人已经意识到存 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 夕卜，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。 本研究者已经意识到存在对非常有效的方法的需要，以获得来自如钻屑的普通样 品源的如绝对渗透率、相对渗透率、地层因数、弹性和毛细管压力的一种以上等的流体输送 属性的质量评估值，并且在不需要建立、合成或另外获得3D体积的严苛条件下应用数字岩 石物理学。本研究者已经进一步意识到这种能力能够对收集并使用表征给定井内的地层和 从来自邻近井或另外视为相同走向的多地层的更完整采集的绝对渗透率评估提供重要的 新机遇。此外，速度和效率的要求给出了优选可应用于宽范围的岩石以将实际应用中的校 准工作降到最小的非常鲁棒性的方法的启示。
技术实现思路
本专利技术的特征为使用二维（2D)图像来评估应用于数字岩石物理学的岩石样品的 目标岩石属性，如绝对渗透率、相对渗透率、地层因数、弹性、体积模量、剪切模量、弹性波 速、电阻率或者毛细管压力。 本专利技术的另一特征在于利用如绝对渗透率、相对渗透率、地层因数、弹性、体积模 量、剪切模量、弹性波速、电阻率或者毛细管压力等的目标岩石属性的评估值有效地表征在 钻含烃储层开发的井眼时穿过的岩石的方法。 为了实现这些和其它优点，并且根据本专利技术的目的，如本文所体现并广泛描述的， 本专利技术一部分涉及一种用于根据2D数字岩石物理学的应用来评估岩石样品的目标岩石属 性的方法，包括以下步骤：扫描岩石样品以获得所述岩石样品的2D数字图像；分解所述数 字图像以产生具有表征为孔隙的像素和表征为矿物基质的像素并限定孔隙和矿物基质的 相交处的边界的数字2D分解图像；根据所述分解图像得出作为简单孔隙几何形状的函数 的岩石属性P 1-Pi的值；以及采用为了应用于2D分解图像环境而修正的变换关系，来计算根 据2D分解图像得出的作为简单孔隙几何形状的函数的所述目标岩石属性的评估值。 本专利技术还涉及一种使用目标岩石属性的评估值有效地表征钻探烃类储层形成的 井眼时所穿过的岩石的方法，包括以下步骤：获得具有与井眼的特定区域相关的采集起源 的岩石样品；扫描岩石样品以获得所述岩石样品的2D数字图像；分解所述数字图像以产生 具有表征为孔隙的像素和表征为矿物基质的像素并限定孔隙和矿物基质的相交处的边界 的2D分解图像；采用为了直接应用于2D分解图像环境而修正的变换关系，来计算目标岩石 属性的评估值；以及使用根据2D分解图像直接得出的目标岩石属性的评估值来表征井眼 区域的岩石。 本专利技术还涉及一种使用评估的绝对渗透率值k有效地表征钻探烃类储层形成的 井眼时所穿过的岩石的方法，包括以下步骤：获得具有与井眼的特定区域相关的采集起源 的岩石样品；扫描岩石样品以获得所述岩石样品的2D数字图像，其中所述扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于根据2D数字岩石物理学的应用来评估岩石样品的目标岩石属性的方法，包括以下步骤：扫描岩石样品以获得所述岩石样品的2D数字图像；分解所述数字图像以产生具有表征为孔隙的像素和表征为矿物基质的像素并限定孔隙和矿物基质的相交处的边界的数字2D分解图像；根据所述分解图像得出作为简单孔隙几何形状的函数的岩石属性P1‑Pi的值；以及采用为了应用于2D分解图像环境而修正的变换关系，来计算根据2D分解图像得出的作为简单孔隙几何形状的函数的所述目标岩石属性的评估值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.18 US 61/649,0991. 一种用于根据2D数字岩石物理学的应用来评估岩石样品的目标岩石属性的方法， 包括以下步骤： 扫描岩石样品以获得所述岩石样品的2D数字图像； 分解所述数字图像以产生具有表征为孔隙的像素和表征为矿物基质的像素并限定孔 隙和矿物基质的相交处的边界的数字2D分解图像； 根据所述分解图像得出作为简单孔隙几何形状的函数的岩石属性P1-Pi的值；以及 采用为了应用于2D分解图像环境而修正的变换关系，来计算根据2D分解图像得出的 作为简单孔隙几何形状的函数的所述目标岩石属性的评估值。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标岩石属性是绝对渗透率、相对渗透率、 地层因数、弹性、体积模量、剪切模量、纵波速度、剪切速度、电阻率或者毛细管压力。3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标岩石属性是绝对渗透率。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过得出完全为简单孔隙几何形状的函数的变 换来修正为了应用于2D分解图像环境而修正的变换关系。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，进一步包括设置步骤，其中在所述设置步骤中获 得一个以上的复合属性的值，所述值适合应用于研究中的至少一类岩石，以及所述为了应 用于2D分解图像环境而修正的变换关系仅采用根据2D分解图像所获得的值作为简单孔隙 几何形状的函数。6. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述目标岩石属性是绝对渗透率，其中所述为了 应用于2D分解图像环境而修正的变换关系进一步包括Kozeny-Carman方程并且该修正进 一步包括将迂曲度的复合属性转换为简单孔隙几何形状的一个以上的函数。7. 根据权利要求6所述的方法，其中，将迂曲度的复合属性转换为简单孔隙几何形状 的一个以上的函数的步骤进一步包括： 获得将迂曲度的上界限定为简单孔隙几何形状的函数的关系； 获得将迂曲度的下界限定为简单孔隙几何形状的函数的关系；以及 在设置步骤中对限定迂曲度的上界和下界的关系进行校正。8. 根据权利要求7所述的方法，其中， 校正之后限定迂曲度的上界的关系包括：τ= 0· 4476Φ<2,以及 校正之后限定迂曲度的下界的关系包括：τ=0· 4038(1+Φ-1)。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所采用的Kozeny-Carman方程包括：其中，根据分解图像得出作为简单孔隙几何形状的函数的岩石属性P1-Pi的值的步骤 包括获得孔隙率和比表面积值的评估值；以及 采用修正的变换关系的步骤进一步包括：求出迂曲度的上界和下界，并将所计算出的 值代入Kozeny-Carman方程以限定k+和k_的评估值。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，采用为了应用于2D分解图像环境而修正的变换 关系的步骤进一步包括：将限定迂曲度的上界和下界的关系代入Kozeny-Carman关系，使 得绝对渗透率的界限包括：11. 根据权利要求5所述的方法，其中， 所述为了应用于2D分解图像环境而修正的变换关系进一步包括Kozeny-Carman方 程，并且该修正进一步包括将迂曲度的复合属性转换为简单孔隙几何形状的一个以上的函 数； 根据分解图像得出作为简单孔隙几何形状的函数的岩石属性P1-Pi的值的步骤包括获 得孔隙率和比表面积的评估值；以及 在设置步骤中获得一个以上的复合属性的值的步骤包括针对一组样品在设置中获得 渗透孔隙率Φρ的值，所述获得的方法包括从包含以下操作的一个以上的组中进行选择：通 过将扩大/侵蚀算法应用于2D分解图像的计算，计算代表该组的样品的3D数字体积的不 相连孔隙的区域的孔隙率，另外分析数字数据集；以及分析在绝对渗透率变成零时针对所 述孔隙率的相关物理数据集。12. 根据权利要求11所述的方法，其中，迂曲度是复合属性，并且将迂曲度的复合属性 转换为简单孔隙几何形状的一个以上的函数的步骤进一步包括： 获得并校正限定迂曲度的上界作为简单孔隙几何形状的函数的关系，该关系包括： τ=0· 4476(Φ_ΦρΓ12 获得并校正限定迂曲度的下界作为简单孔隙几何形状的函数的关系，该关系包括： τ= 0. 4038(1+(φ-φρ)_1). 〇13. 根据权利要求12所述的方法，其中， 根据2D分解图像得出作为简单孔隙几何形状的函数的岩石属性P1-Pi的值的步骤包括 获得孔隙率和比表面积的评估值；以及 采用修正的变换关系的步骤进一步包括：求出迂曲度的上界和下界，并将所计算出的 值代入Kozeny-Carman方程以限定k+和k_的评估值。14. 根据权利要求12所述的方法，其中，采用为了应用于2D分解图像环境而修正的变 换关系的步骤进一步包括将限定迂曲度的上界和下界的关系代入Kozeny-Carman关系，使 得绝对渗透率的界限包括：15. 根据权利要求11所述的方法，其中，所采用的Kozeny-Carman方程包括：其中，根据分解图像得出作为简单孔隙几何形状的函数的岩石属性P1-Pi的值的步骤 包括获得孔隙率、比表面积和粒度的评估值。16. 根据权利要求11所述的方法，其中，采用修正的变换关系的步骤进一步包括：求出 迂曲度的上界和下界，并将所计算出的值代入Kozeny-Carman方程以限定k+和k_的评估 值。17. 根据权利要求1所述的方法，其中，根据具有转换为简单孔隙几何形状的函数的至 少一个复合属性的原始表达来修正为了应用于2D分解图像环境而修正的变换关系。18. 根据权利要求1所述的方法，其中，采用为了应用于2D分解图像环境而修正的变换 关系的步骤进一步包括：使用将束缚水饱和度的复合参数处理作为简单孔隙几何形状的函 数的Timur's方程的修正。19. 根据权利要求18所述的方法，其中，处理束缚水饱和度的步骤包括： 使用束缚水饱和度与从包括晶粒直径、比表面积或者毛细管直径的一个以上的组中所 选择的简单孔隙几何形状的属性的关系。20. -种使用目标岩石属性的评估值有效地表征钻探烃类储层形成的井眼时所穿过的 岩石的方法，包括以下步骤： 获得具有与井眼的特定区域相关的采集起源的岩石样品； 扫描岩石样品以获得所述岩石样品的2D数字图像； 分解所述数字图像以产生具有表征为孔隙的像素和表征为矿物基质的像素并限定孔 隙和矿物基质的相交处的边界的2D分解图像； 采用为了直接应用于2D分解图像环境而修正的变换关系，来计算目标岩石属性的评 估值；以及 使用根据2D分解图像直接得出的目标岩石属性的评估值来表征井眼区域的岩石。21. 根据权利要求20所述的方法，其中，所述目标岩石属性是绝对渗透率、相对渗透 率、地层因数、弹性或者毛细管压力。22. 根据权利要求20所述的方法，其中： 所述目标岩石属性是绝对渗透率，以及 采用为了直接应用于2D分解图像环境而修正的变换关系来计算绝对渗透率的评估值 的步骤进一步包括：采用修正为被限于根据2D分解图像直接计算绝对渗透率的评估值的 简单孔隙几何形状的变量的Kozeny-Carman方程。23. 根据权利要求22所述的方法，其中，扫描岩石样品以获得2D数字图像的步骤包括： 使用从包括聚焦离子束扫描电子显微镜、X射线断层成像法、同步加速器、显微断层成像法 和显微放射学的组中所选择的一种以上的扫描系统。24. 根据权利要求22所述的方法，其中，采用修正的Kozeny-Carman方程的步骤进一步 包括： 基于以下关系来评估绝对渗透率的最小值k_:k_= 2. 4957(Φ5Vs2) 其中，将孔隙率Φ评估为2D分解图像中的孔隙像素数除以像素的总数；以及 将比表面积s评估为孔隙和固体基质的相交处的边界的长度除以2D分解图像的面积。25. 根据权利要求24所述的方法，其中，采用修正的Kozeny-Carman方程的步骤进一步 包括： 将绝对渗透率k的评估值限制在评估的最小值1和评估的最大值k+之间；以及 基于以下关系来评估绝对渗透率的最大值k+: k+= 3· 0665 [Φ5/s2 (1+Φ)2];以及 将绝对渗透率k的评估值限制在评估的最小值1和评估的最大值k+之间。26. 根据权利要求20所述的方法，其中，使用所计算出的根据2D分解图像直接得出 的目标岩石属性的评估值来表征岩石的步骤包括：在遍及所关注地带的多个位置处进行采 样，以在对于钻探程序而言有用的时间范围中产生对于限定所关注地带的边界而言有用的 具有连续性的评估值。27. 根据权利要求20所述的方法，其中，使用根据2D分解图像直接得出的目标岩石属 性的评估值来表征岩石的步骤包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰克·德沃尔金，瑙姆·德尔吉，
申请(专利权)人：领英股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US