岩石与其他材料的孔隙结构可经由显微镜而确认并进行数字仿真，以决定流经材料的流体的特性。为了决定延伸范围上的孔隙渗透性，即使在操作小型模型时，一些揭露的方法具体实施例取得样品的三维的孔隙/基质模型；测量以子体积尺寸为函数的孔隙度相关参数变化的分布；测量以子体积尺寸为函数的连接性相关参数；至少部分基于所述孔隙度相关参数变化的分布与所述连接性相关参数，导出以子体积尺寸为函数的可达孔隙度范围；选择提供最大可达孔隙度范围的子体积尺寸；找出与所述最大可达孔隙度范围相关联的渗透性数值；及显示以孔隙度为函数的所述渗透性数值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请案主张由Giuseppe De Prisco和Jonas Toelke在2013年8月21日所申请的美国非临时申请案第13/972，772号(名称为“”)的优先权，所述非临时申请案主张由Giuseppe De Prisco在2012年8月23日所申请的美国临时申请案第61/692，541号(名称为“”)的优先权，这些文献都藉由引用形式而并入本文。
技术介绍
电子显微镜给科学家与工程师提供了对其工作的材料有更佳了解的一种方式。在高度放大下，可明显看到许多材料(包含岩石与骨骼)都具有允许流体流动的多孔微结构。此种流体流动通常受到高度关注，例如在地下油气层(hydrocarbon reservoirs)中。因此，就材料的流动相关特性而言，已经花费了大量心力来特征化材料，包括孔隙度、渗透性，以及这两者之间的关系。科学家一般是在实验室中在样品上施以有压力差范围的选择的流体。这类测试通常需要数周，并且充满难度，包括需要高温、压力与流体体积、泄漏与设备故障的风险、以及不精确的初始条件。(与流动相关的测量通常不仅与施加的流体和压力有关，还与样品的历史有关。此实验应该要以天然状态的样品开始，但一旦样品已经从它的原始环境中移除，即难以达到这个状态。)因此，业界已经转以数字岩石分析，以快速、安全且可重复的方式来特征化材料的流动相关特性。可取得及使用材料孔隙结构的数字代表来特征化材料的流动相关特性。然而，数字代表的尺寸通常被证明是一项重要的因子，原因在于过小的模型无法作为实体材料的代表，且过大的模型将消耗不适当的计算资源量而仅产生极少效益或无额外效益。在某些例子中，模型的尺寸是由设备限制所决定的，且必须对模型做最佳的利用。会需要使数字岩石模型的尺寸优化，并使可从数字岩石模型导出的信息量最大化。【附图说明】因此，本文揭露了数字岩石分析系统与方法，可于延伸的孔隙度范围中测量渗透性。在图中:图1显示了一种示例性的高分辨率聚焦离子束与扫描式电子显微镜。图2显示了一种示例性的高性能计算网络。图3A显示了一种示例性的样品体积表示。图3B显示了一种用于执行样品分析的示例性的坐标系统。图4显示了划成切片的模型区域的示例性的部分。图5A显不了一种子体积孔隙度的不例性的分布。图5B至图5C显示了孔隙度相关参数变化的示例性的分布。图6显不了分布矩(moment)对子体积尺寸的相关性。图7A显示了利用随机定位的次达西(sub-Darcian)子体积而导出的示例性的孔隙度-渗透性趋势。图7B显示了藉由以条件概率定位子体积而导出的示例性的孔隙度-渗透性趋势。图8是示例性的分析方法的流程图。然而，应理解的是，在图中与下述详细说明内容中所提出的特定具体实施例并不限制本专利技术。相反的，它们为具有通常技艺者提供了基础，以辨别涵盖于如附权利要求范畴内的替代例形式、等效例与其他修饰例。【具体实施方式】在上下文中，图1提供了一种高分辨率聚焦离子束与扫描式电子显微镜100的示例说明，高分辨率聚焦离子束与扫描式电子显微镜100具有观察室102，材料样品是放置在观察室102中。计算机104耦接至观察室仪器以控制测量程序。计算机104上的软件经由具有一个或多个输入设备106 (例如键盘、鼠标、游戏杆、光笔、触摸板或触控屏幕)和一个或多个输出装置108 (例如显示器或打印机)的用户接口而与用户互动。为进行高分辨率成像，观察室102—般是被抽空空气与其他气体。电子束或离子束会在整个样品表面上光栅化以得到高分辨率影像。此外，可增加离子束能量以研磨清除样品薄层，由此取得多个深度处的样品影像。这些影像在被堆栈叠时提供了待得样品的三维影像。作为许多可能性中的一个示例性的实例，某些系统可在10纳米分辨率下进行40x40x 40微米立方体的成像。上述系统仅为可用以使样品成像的其中一种示例性技术。穿透式电子显微镜(TEM)与三维断层X射线穿透式显微镜是可用以取得样品的数字模型的另外两种技术。不管影像是如何获得的，下述内容都适用，只要分辨率足够揭露样品的孔隙结构即可。样品的来源(例如在岩石形成样品的例子中)并不受特别限制。举例而言，对于岩石形成样品而言，样品可为侧壁芯、整体芯、钻肩、露头采石样品或可提供适当样品以供使用本专利技术方法进行分析的其他样品来源。图2为较大系统200的实例，可在所述系统200中使用扫描式电子显微镜100。在所述较大系统200中，个人工作站202是经由局域网络(LAN) 204而耦接至扫描式电子显微镜100。LAN 204进一步使扫描式电子显微镜100、个人工作站202、一个或多个高性能计算平台206、以及一个或多个共享储存装置208 (例如，RAID、NAS、SAN等)之间互相通信。高性能计算平台206 —般是使用多个处理器212，每一个处理器212都耦接至区域内存214。内部总线216提供了多个处理器(通过区域内存)与网络接口 220之间的高带宽通信。驻留在内存214中的并行处理软件能使多个处理器以加速方式共同地中断及执行待执行的任务、依需要存取共享的储存装置208以传送结果及/或取得输入数据与中间结果。一般而言，使用者会使用个人工作站202 (例如，桌上型或膝上型计算机)来与所述较大系统200互动。在个人工作站202的内存中的软件会使它的一个或多个处理器通过用户接口而与用户互动，让使用者可以例如制作或执行软件以处理扫描式电子显微镜得到的影像。对于具有小量计算需求的任务而言，软件可于个人工作站202上执行，而有计算需求的任务则优选地于高性能计算平台206上运行。图3A是由扫描式电子显微镜100获得的影像302。这个三维影像是由三维体积单元(三维像素)构成，每一个三维像素都具有表示在那个点处的样品的组成的数值。图3B提供了数据体积402的坐标系统，其中x_、y_与z_轴在该体积的一个角落处交错。在所述数据体积内，定义有子体积404。所示的子体积404是具有边长为a的正立方体，但可替代地使用其他形状的子体积，例如具有与整体数据体积相同形状的平行六面体、球体、或四面体。期望(但非必须要)可通过特征维度(例如直径或边长)缩放的所选择子体积形状。可使用从原点至子体积上固定点处的位移向量408以在数据体积402内的任何位置406定义子体积404。同样的，可在每一个子体积内定义且定位次子体积。举例而言，图4绘示了分为切片502的子体积，这些切片502与流动方向垂直(在这个例子中，是Z-轴)。一种特征化样品孔隙度结构的方式是确定整体参数值，例如孔隙度。影像经过处理以将每一个三维像素分类为代表基质的孔隙或一部分，从而得到孔隙/基质模型，其中每一个三维像素由单一比特来表示，所述单一比特是表示在该点处的模型是基质材料或孔隙空间。接着可利用直接计数过程来确定样品的总孔隙度。依据Hilfer提出的区域孔隙度理论(Hilfer发表于1996年的期刊《物理化学发展》第XCII卷第299-424页的“多孔性介质的传输与松弛现象”以及Biswal、Manwarth与Hilfer发表于1998年的期刊《物理A))的第255卷第221-241页的“多孔性介质的三维区域孔隙度分析”)，当已知子体积尺寸时，在模型中的每一个可能的子体积的孔隙度会被决定，并且以直方图的形式表示(见，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种渗透性决定方法，包括：取得样品的三维孔隙/基质模型；测量以子体积尺寸为函数的孔隙度相关参数变化的分布；测量以子体积尺寸为函数的连接性相关参数；至少部分基于所述孔隙度相关参数变化的分布与所述连接性相关参数，导出以子体积尺寸为函数的可达孔隙度范围；选择提供最大可达孔隙度范围的子体积尺寸；找出与所述最大可达孔隙度范围相关联的渗透性数值；及显示以孔隙度为函数的所述渗透性数值。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱塞佩·德普里斯科，乔纳斯·托克，
申请(专利权)人：英格染股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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