生成多孔岩石样本的三维微型模型的制作方法

优先权声明

本申请要求于2015年4月30日递交的美国专利申请no.14/700,408的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

本说明书涉及流体微型模型的制造。

背景技术：

多孔介质中互溶流体的多相流动由孔隙尺度过程所确定。流体流动的孔隙水平观测以及油气捕集机制可被用作估计在更大尺度上的多孔介质中的流体行为的工具。这样的观测也可以提供对孔隙网络模型的验证和对流体流动的直接数值模拟。

为了制造微型模型，通常使用利用光刻技术的玻璃或硅晶片的蚀刻。利用这些方法，基本上二维孔隙网络被以某个均匀厚度来蚀刻，而在第三个维度中几乎没有连通或没有连通。因此，目前的微型模型不能完全捕获储集岩的连通性，因为这些岩石在三维上而不是在二维上表现出连通性。

技术实现要素：

一般来说，本文档描述三维流体微型模型的制造。

在第一方面，方法包括：由计算机设备获取具有孔隙网络的岩石样本的剖面的图像，由所述计算机设备将所述图像变换为二进制矩阵，由所述计算机设备基于所述二进制矩阵的一个或更多个统计矩的集合以及所述岩石样本的模拟来生成第一随机层的第一表示，由所述计算机设备基于所述集合和所述岩石样本的模拟来生成第二随机层的第二表示，所述第二表示不同于所述第一表示，由所述计算机设备布置所述第一表示和所述第二表示，使得所述第一随机层和所述第二随机层被布置为模拟所述岩石样本的三维模型的相邻层，以及由所述计算机设备将所述第一表示和所述第二表示的所述布置作为模拟所述岩石样本的三维模型的相邻层来提供。

各种实现可以包括以下特征中的一些、全部或者都不包括。布置所述第一表示和所述第二表示还可包括：在所述计算机设备的控制下，将模拟所述岩石样本的三维模型形成为模拟所述岩石样本的物理三维流体微型模型，所述形成可以包括基于所述第一表示形成包括孔隙网络的第一物理微型模型层，以及基于所述第二表示形成包括孔隙网络的与所述第一物理微型模型层相邻的第二物理微型模型层。形成模拟所述岩石样本的物理三维流体微型模型可以包括使用三维打印机来形成。形成所述第一物理微型模型层还可以包括：由所述计算机设备将所述第一表示作为第一命令群集提供给所述三维打印机，以及由所述三维打印机将所述第一物理微型模型层打印为物理三维打印模型中的第一打印层；以及至少形成所述第二物理微型模型层还可以包括：由所述计算机设备将所述第二表示作为第二命令群集提供给所述三维打印机，以及由所述三维打印机将所述第二物理微型模型层打印为所述物理三维打印模型中的第二打印层。布置所述第一表示和所述第二表示还可以包括：由所述计算机设备基于所述集合将所述第一表示和所述第二表示布置为计算机生成的三维表示，所述计算机生成的三维表示包括模拟所述岩石样本的计算机生成的三维孔隙网络。该方法还可以包括：由所述计算机设备识别所述计算机生成的三维表示的至少一个外边界，以及从所述外边界去除孔隙。该方法还可以包括：在所述计算机生成的三维表示中包括注入端口或生产端口中的至少一个。该方法还可以包括：通过向所述计算机生成的三维表示内的三维孔隙网络的分布应用移动平均，变换所述计算机生成的三维表示的异质程度。该方法还可以包括：由所述计算机设备确定所述二进制矩阵的一个或更多个统计矩的集合。所述集合可以包括统计平均值和统计协方差中的一个或更多个。

在第二方面，非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令能够由处理设备执行以执行包括以下各项的操作：由计算机设备获取具有孔隙网络的岩石样本的剖面的图像，由所述计算机设备将所述图像变换为二进制矩阵，由所述计算机设备基于所述二进制矩阵的一个或更多个统计矩的集合以及所述岩石样本的模拟来生成第一随机层的第一表示，由所述计算机设备基于所述集合和所述岩石样本的模拟来生成第二随机层的第二表示，所述第二表示不同于所述第一表示，由所述计算机设备布置所述第一表示和所述第二表示，使得所述第一随机层和所述第二随机层被布置为模拟所述岩石样本的三维模型的相邻层，以及由所述计算机设备将所述第一表示和所述第二表示作为模拟所述岩石样本的三维模型的相邻层来提供。

各种实现可以包括以下特征中的一些、全部或者都不包括。布置所述第一表示和所述第二表示可包括：在所述计算机设备的控制下，将所述三维模型形成为模拟所述岩石样本的物理三维流体微型模型，所述形成可以包括基于所述第一表示形成包括孔隙网络的第一物理微型模型层，以及基于所述第二表示形成包括孔隙网络的与所述第一物理微型模型层相邻的第二物理微型模型层。将所述三维模型形成为模拟所述岩石样本的物理三维流体微型模型可以包括：由所述计算机设备将所述第一表示作为第一命令群集提供给所述三维打印机，以及由所述三维打印机将所述第一物理微型模型层打印为物理三维打印模型中的第一打印层；以及至少形成所述第二物理微型模型层还可以包括：由所述计算机设备将所述第二表示作为第二命令群集提供给所述三维打印机，以及由所述三维打印机将所述第二物理微型模型层打印为所述物理三维打印模型中的第二打印层。布置所述第一表示和所述第二表示还可以包括：由所述计算机设备基于所述集合将所述第一表示和所述第二表示布置为计算机生成的三维表示，所述计算机生成的三维表示包括模拟所述岩石样本的三维孔隙网络，以及由所述计算机设备通过向所述计算机生成的三维表示内的三维孔隙网络的分布应用移动平均，变换所述计算机生成的三维表示的异质程度。操作还可以包括：由所述计算机设备识别所述计算机生成的三维表示的至少一个外边界，以及从所述外边界去除孔隙。操作还可以包括：由所述计算机设备确定所述二进制矩阵的一个或更多个统计矩的集合，其中所述集合包括统计平均值和统计协方差中的一个或更多个。

在第三方面，系统包括三维制造器、图像处理模块、变换模块、层生成模块和布置模块。图像处理模块被配置为获取具有孔隙网络的岩石样本的剖面的图像；变换模块被配置为将所述图像变换成二进制矩阵，并确定所述二进制矩阵的一个或更多个统计矩的集合，所述集合包括统计平均值和统计协方差中的一个或更多个；层生成模块被配置为：基于所述集合和所述岩石样本的模拟生成第一随机层的第一表示，以及基于所述集合和所述岩石样本的模拟来生成第二随机层的第二表示，所述第二表示不同于所述第一表示；布置模块被配置为：布置所述第一表示和所述第二表示，使得所述第一随机层和所述第二随机层被布置为模拟所述岩石样本的三维模型的相邻层，以及将所述第一表示和所述第二表示提供给3d制造器以制造为模拟所述岩石样本的物理三维流体微型模型。所述物理三维流体微型模型包括第一物理微型模型层和第二物理微型模型层，所述第一物理微型模型层包括基于所述第一表示的孔隙网络，所述第二物理微型模型层包括基于所述第二表示的孔隙网络，所述第二物理微型模型层与所述第一物理微型模型层相邻。

各种实施例可以包括以下特征中的一些、全部或者不包括。所述布置模块可以是三维打印机，所述第一表示可以被呈现为针对所述三维打印机的第一命令群集，用于打印为所述物理三维流体微型模型中的第一打印层，以及所述第二表示可以被呈现为针对所述三维打印机的第二命令群集，用于打印为所述物理三维流体微型模型中的第二打印层。所述布置模块还可被配置为：基于所述集合将所述第一表示和所述第二表示布置为计算机生成的三维表示，所述计算机生成的三维表示包括模拟所述岩石样本的三维孔隙网络；以及识别所述计算机生成的三维表示的至少一个外边界，并且从所述外边界去除孔隙。所述布置模块还可被配置为：基于所述集合将所述第一表示和所述第二表示布置为三维表示，所述三维表示包括模拟所述岩石样本的三维孔隙网络，以及通过向所述三维表示内的三维孔隙网络的分布应用移动平均，变换所述三维表示的异质程度。

在附图和以下描述中阐述了一个或更多个实现的细节。本公开的其他特征和优点将通过说明书和附图以及权利要求而变得显而易见。

附图说明

图1是示出用于制造流体微型模型的系统的示例的示意图。

图2是应用了机器图像处理的多孔介质样本的切片的示例图像。

图3示出模拟多孔介质样本的随机层的示例表示的群集。

图4是随机层的示例性表示中的两个示例性表示的示意图，该随机层被3d制造器布置为模拟岩石样本的相邻层。

图5是使用3d流体微型模型的示例测试系统的示意图。

图6是用于创建模拟多孔介质样本的3d流体微型模型的示例过程的流程图。

图7是可用于执行本文档中描述的过程的通用计算机系统的示例的示意图。

具体实施方式

本说明书描述了用于制造模拟具有三维孔隙连通性的多孔介质(例如，诸如油和/或气捕集地下岩石)的流体微型模型的系统和技术。一般来说，对多孔岩石的切片进行成像和处理，以确定描述样本中岩石和孔隙的尺寸和分布的数学模型。然后，使用数学模型来创建多个二维阵列，作为对岩石样本的薄的剖面(section)进行模拟的层的计算机模型。多个这样的二维阵列被堆叠以生成三维计算机模型。在每个二维阵列中，二进制值是随机变化的。这种随机变化在三维计算机模型中随机地分布多孔性和无孔性，导致三维计算机模型具有与储集岩的互连性近似的互连性。使用诸如3d打印机之类的三维(3d)制造器来产生这些模型的物理实施例，将一层形成在另一层之上，以创建对原始岩石样本进行模拟的具有3d孔隙连通性的物理模型。在物理模型的形成中使用透明材料，以使得流体流动实验在所产生的3d网络内的直接可视化。

本文描述的系统和技术可以提供以下一个或更多个优点。首先，系统可以提供孔隙网络的完整表征。其次，系统可以提供可再现的孔隙网络模型。第三，系统可以提供具有代表现实的垂直变化的孔隙网络模型，该现实是在大致二维的微型模型中不可用的特征。第四，系统可以提供在异质性中具有不确定性的物理表现的孔隙网络模型，这可以增强对不确定性对流体流动实验的影响的理解。第五，系统可以提供对流体和岩石相互作用的控制，因为待模拟岩石的性质是已知的，并且可以由具有该岩石的性质的材料来制成3d模型。

图1是示出用于制造3d流体微型模型的系统100的示例的示意图。获得多孔岩石或其它多孔材料的样本102(例如，含有地下多孔岩层(如berea砂岩)的气或油的岩心样本)。样本102被切片，如线104所示，以获得切片106。在视觉上，对薄的剖面的制备导致样本102的3d流动空间降低为二维近似。在一些实现中，切片106的创建可以使得一些连续的孔隙被制成不连续的，而一些新的连续的流动路径可能被创建。在一些实施例中，样本102可以填充有环氧树脂以充分填充样本102内的所有空隙空间(例如，以在切片之前稳定孔隙网络的结构)。

切片106在显微镜108下放大，以揭示穿过切片106上岩石和孔隙的尺寸、位置和分布的细节。在一些实现中，可以通过改变显微镜的焦距来在创建薄的剖面之前确定样本102的孔隙构造。例如，显微镜分析可以用在大约2.5厘米长1.5厘米高(近似于berea样本中的3d孔隙系统)的berea砂岩样本剖面上。

相机110捕捉切片106的放大细节的一个或更多个图像。图像被提供给处理系统120进行处理和变换。处理系统120包括图像处理模块122。图像处理模块122包括计算机可读介质，该计算机可读介质存储可由处理器执行以执行操作的指令。图像处理模块122被配置为接收切片106的放大视图的数字化图像，例如由相机110捕获的图像。在一些实施例中，切片106可以包括在切片之前用环氧树脂填充的岩石和空隙部分的剖面，并且环氧树脂可以被染色，是不透明的或者以其他方式在视觉上不同于剖面。例如，空隙可以填充有不透明的环氧树脂以防止相机对焦平面之下的岩石剖面进行成像。在另一个示例中，空隙可以填充有具有样本102中所不存在的颜色(例如蓝色或黄色)的环氧树脂，从而使得空隙在视觉上与无孔区域能够更加区分开。

在一些实施例中，可以使用其他技术对切片106或样本102成像。例如，可以使用x射线、计算断层摄像术(ct)扫描、超声波或可以用于识别样本102内的多孔和无孔区域的任何其他适当形式的成像来对样本102成像。

图像处理模块122将图像处理成二进制矩阵以供变换模块124进行变换。变换模块124包括计算机可读介质，该计算机可读介质存储可由处理器执行以执行操作的指令。在一些实现中，图像处理模块122可以对图像执行阈值操作，例如将图像从彩色或灰度图像变换为黑白图像(例如，表示无孔岩石区域和多孔岩石区域的二进制1和0的阵列)。在一些实现中，图像处理模块122可以执行其他图像处理功能，例如滤波、锐化、柔化、边缘增强、亮度或光谱曲线的调整、图像分辨率的增强或降低、掩蔽或这些操作和/或任何其他适当的图像处理操作的组合。例如，与样本102具有不同的颜色的环氧树脂可以填充空隙，并且作为区分切片106内的多孔区域和无孔区域的处理的一部分，可以将滤色器应用于切片106的图像。将在图2的描述中讨论已处理的示例图像。

将二进制矩阵提供给变换模块124。变换模块124被配置为处理二进制矩阵以获得描述二进制矩阵的统计矩。在一些实现中，变换模块124可以将二进制矩阵变换为从二进制矩阵中的1和0的二进制分布获得的统计平均值、协方差和/或其他统计特性。例如，变换模块124可以处理切片106的图像，并确定切片106包括55％的多孔区域和45％的无孔区域，并且平均孔隙大小为0.25mm，标准偏差为0.050mm。_

统计矩被层生成模块126用来生成至少第一随机薄剖面(例如，第一层)的第一表示(例如，第一模型)和第二随机薄剖面(例如，第二层)的第二表示(例如，第二模型)。层生成模块126包括计算机可读介质，该计算机可读介质存储可由处理器执行以执行操作的指令。每个表示标识了它所表示的随机薄剖面内的多孔子区域和无孔子区域的分布。该分布是根据统计距确定的。继续之前的示例，在该示例中，变换模块124可以确定切片106包括10％多孔区域和90％无孔区域，并且平均孔隙大小为0.010mm，标准偏差为0.002mm，在这样的示例中，层生成模块126可将第一表示和第二表示生成为具有大约10％多孔子区域和大约90％无孔子区域的两个不同(例如，随机化)分布，其中大约68％(例如一个标准偏差)的孔隙的尺寸范围从0.20毫米到0.30毫米。在一些实现中，可以使用多点统计技术来生成不同的表示或层。

布置模块128至少布置第一表示和第二表示，使得第一随机层和第二随机层被布置为模拟岩石样本102的相邻层。布置模块128包括计算机可读介质，该计算机可读介质存储可由处理器执行以执行操作的指令。例如，第一表示和第二表示通常可以表示三维模型的二维切片，且布置模块128可以布置这些切片以创建三维模型。由于每个层都具有模拟切片106的2d分布的孔隙2d分布，所得到的三维模型可以具有对样本102的3d分布进行模拟的孔隙3d分布。

在一些实现中，布置模块128可以将至少第一表示和第二表示布置为3d表示。例如，布置模块128可以将第一表示的基本上的2d模型变换(例如，挤压(extrude))为厚度大致小于其宽度和长度的第一3d层表示，并且将第二表示的基本上的2d模型变换(例如，挤压(extrude))为厚度大致小于其宽度和长度的第二3d层表示。布置模块128可将第一3d层表示和第二3d层表示布置为具有两个相邻3d层的厚度的3d模型中的相邻层。可以通过类似的方式添加基于切片106的附加层，以创建甚至具有更大组合厚度的3d模型。

系统100还包括3d打印机140或其他形式的3d制造器。在图示的示例中，3d打印机140是用于形成物理3d对象的增材制造设备，其中主要可以使用增材处理(additiveprocesses)来在计算机控制下铺设连续的材料层。然而，在一些实施例中，减材制造(例如机械加工)技术、其他沉积技术(例如立体光刻)、侵蚀技术、挤压技术、模制技术或这些技术的组合和/或任何其它适当的制造工艺。

处理系统120将第一表示和第二表示提供给3d打印机140，以制造为3d流体流动微型模型160。3d打印机基于第一表示沉积物理3d层150a，并基于第二表示在物理3d层150a的顶部沉积物理3d层150b。在一些实现中，可以将附加表示提供给3d打印机，以沉积为附加层来形成3d流体流动微型模型160。

在一些实现中，处理系统120可以将第一表示和第二表示作为3d模型提供给3d打印机140。例如，处理系统120可以将包括第一表示和第二表示的3d变换成用于3d打印机140的命令群集。处理系统120可以将整个命令群集提供给3d打印机140，或者处理系统120可以将命令群集的子集流传输给3d打印机140，例如直到3d打印机140中的命令缓冲区的容量。

在一些实现中，处理系统120可以向3d打印机140分别提供第一表示和第二表示。例如，处理系统120可以将第一表示变换成3d打印机140的命令群集，3d打印机140可以将其沉积为物理3d层150a。处理系统120然后可以将第二表示变换成3d打印机140的命令群集，3d打印机140可以将其沉积在物理3d层150a的顶部上的物理3d层150b。在一些实现中，可能不需要一次向3d打印机140提供用于多于一层的命令，因为之前的表示已经被形成为物理层，并且直到当前层完成为止，随后的表示都可能与打印处理不相关。

图2是应用了机器图像处理的多孔介质样本的切片的示例图像200。在一些实现中，图像200可以是图1的切片106的图像。图像200示出了多孔区域202(例如，孔隙)的群集和无孔区域204(例如，岩石)的群集。

图像200例如被图像处理模块122和变换模块124处理为二进制矩阵250。在图示的示例中，二进制矩阵250被表示为黑白图像，其中每个二进制“1”由黑色像素表示，并且每个二进制“0”由白色像素表示。

一般来说，图像200是彩色或灰度图像，该彩色或灰度图像被应用了一个或更多个图像处理步骤(例如，阈值处理、边缘检测、亮度/对比度调整、锐化、模糊)，以获得具有代表性的黑白图像，在该黑白图像中，多孔子区域表现为白色子区域252的群集，而无孔子区域表现为黑色子区域254的群集。例如，可以检查图像200中的像素，以将像素的亮度等级与阈值亮度等级进行比较。具有等于或大于阈值的亮度级别的像素可以由二进制值“1”表示，并且具有小于阈值的亮度级别的像素可以由二进制值“0”表示。

图3示出对多孔介质样本进行模拟的随机层的示例表示310a-310l的群集300。在一些实现中，表示310a和310b可以分别表示图1的物理3d层150a和150b。

基于从样本的图像(例如，图2的图像200)确定的统计矩的群集，(例如，由层生成模块126)生成群集300中的表示310a-310l。例如，图像200可以被确定为具有x的平均孔隙大小和y的协方差，并且层生成模块126可以生成群集300，使得每个表示310a-310l具有伪随机的孔隙分布(孔隙具有大约x的平均孔隙大小和大约y的协方差)，并且使得每个表示310a-310l可以与群集300中的其他表示310a-310l中的至少一些表示不同。

在一些实现中，层生成模块126可以在表示310a-310l包含在群集300中之前或之后对其进行修改。在一些实现中，层生成模块126可以识别表示310a-310l的一个或更多个外边界，并且以边界层320来闭合在识别出的外边界的预定深度内出现的孔隙的任何表示(例如，将二进制0转换为二进制1)。在一些实现中，通过闭合在外边界处或附近出现的孔隙，可以防止孔隙网络允许流体从外边界流出，例如模拟所选择的地质层，防止大气压力影响实验，防止环境空气进入孔隙网络。

图4是随机层的示例性表示中的两个示例性表示的示意图400，该随机层被图1的3d打印机140布置为对岩石样本进行模拟的相邻层。在所示示例中，图3的表示310a和310b被提供给3d打印机140。例如，图1的布置模块128可以将表示310a、310b作为在与3d打印机140兼容的通信协议中格式化的命令群集来提供。

3d打印机140将表示310a形成为物理3d层450a。在一些实施例中，物理3d层450a可以是图1的物理3d层150a。一般而言，无论在从其生成表示310a的2d二进制矩阵中的何处找到二进制“1”，3d打印机140都将打印细丝材料(filamentmaterial)沉积在物理3d层中的对应位置，并且无论在从其生成表示310a的2d二进制矩阵中的何处找到二进制“0”，3d打印机140都将留下未填充的空隙。得到的物理3d层450a将具有填充和空隙的孔隙网络，该填充和空隙根据从样本102确定的统计矩来分布。

然后，3d打印机140将表示310b形成为物理3d层450b。在一些实施例中，物理3d层450a可以是图1的物理3d层150a。物理3d层450b被形成为与物理3d层450b相邻(例如，在其之上)。物理3d层450a和相邻物理3d层450b进行组合，变成3d流体流动微型模型460的两层。附加表示310a-310l可以由3d打印机140形成到3d流体流动微型模型460的附加层中。在一些实现中，3d流体流动微型模型460可以是3d流体流动微型模型160。

在一些实现中，布置模块128可以在3d打印机140进行制造之前修改表示310a-310l和/或对应的3d表示。在一些实现中，布置模块128可以识别3d表示的一个或更多个子区域(例如3d表示的一个或更多个外边界)，并且闭合在识别出的子区域内出现的任何孔隙表示(例如，将二进制1转换为二进制0)。例如，通过闭合在外边界处或附近出现的孔隙，可以防止孔隙网络允许流体从所得到的3d流体流动微型模型的外边界流出，例如模拟所选择的地质层，防止大气压力影响实验，防止环境空气进入孔隙网络。在一些实现中，可通过其他方式闭合外边界附近的孔隙。例如，可以在表示310a-310l的边缘之外添加附加的二进制0(例如，以在堆叠表示310a-310l时形成基本上坚固的z轴屏障)，和/或一个或更多个附加的坚固(例如，全零)表示可被添加为群集中的第一个和/或最后一个表示(例如，以形成3d流体流动微型模型的基本上坚固的顶层和底层)。在另一示例中，所制造的3d流体流动微型模型可以在制造之后用密封剂涂覆。

在一些实现中，布置模块128可以在由3d打印机140进行制造之前通过添加一个或更多个流体端口(例如流体端口462)来修改表示310a-310l和/或对应的3d表示。例如，流体端口462可以是可从其将流体引入到3d流体流动模型460中的注入端口，或者流体端口462可以是流体可以从其流出3d流体流动模型460的生产端口。

在一些实现中，布置模块128可通过以下方式在3d打印机进行制造之前修改表示310a-310l和/或对应的3d表示：通过向三维表示内的三维孔隙网络的分布应用移动平均，变换3d表示的异质程度。例如，根据从切片106确定的统计矩，各个表示310a-310l中的每一个表示可以使它们的孔隙分布在大致xy平面上，但是在所得到的表示310a-310l的3d装配的z维度上的孔隙分布(例如，作为3d装配的层)可能不一定要反映样本102的统计矩。例如，与样本102相比，所得到的3d装配内的一些子区域可能过于密集(例如，太多的无孔材料)，而一些子区域可能过度稀疏(例如太多孔隙)。装配模块128可将移动平均或其它适当的变换算法应用于所得到的3d装配中的二进制1和0的分布，以更均匀地重新分布3d表示和所得到的制造出的3d流体流动微型模型内的空隙和填充。

图5是使用3d流体微型模型的示例测试系统500的示意图。系统500包括3d流体流动微型模型560。在一些实施例中，3d流体流动微型模型560可以是图1的3d流体流动微型模型160或图4的3d流体流动微型模型460。泵510促使来自癸烷储存器520、卤水储存器522、储油器524的流体和/或任何其它适当的流体通过入口端口530流入3d流体流动微型模块560中。

泵510促使流体流入3d流体流动微型模块560的孔隙网络(未示出)中，如箭头570所示。孔隙网络对多孔材料(例如样本102)进行模拟。3d流体流动微型模型560由基本上透明的材料形成。当流体流过形成在透明材料中的孔隙网络时，流体的运动可从3d流体流动微型模型560的外部观察到。

显微镜580和相机590的群集被配置成当流体流过3d流体流动微型模块560的孔隙网络时捕获3d流体流动微型模型560的一个或更多个视图以及流体的一个或更多个视图。在一些实施例中，显微镜580和相机590可被配置为基本上同时从多个角度捕捉图像的群集。在一些实施例中，可以处理3d流体流动微型模型560的从多个角度拍摄的多个图像，以创建3d流体分布模型(例如，可以被存储以供以后检查的计算机模型或模拟)。在一些实施例中，可以布置(例如，按顺序排列)多个3d流体分布模型以创建3d流体流动模型(例如，可以存储以供以后检查的流体流动的动态计算机模型或模拟)。

在一些实施例中，因为3d流体流动微型模型560包括模拟多孔材料(例如样本102)的孔隙网络，所以通过3d流体流动微型模型560的流体流动可以模拟流体流过采样的多孔材料。在一些实施例中，因为3d流体流动微型模型560可以由基本上透明的材料形成，所以可以观察到流体通过孔隙网络的流动(例如，不像已采样的多孔材料，其可能是不透明的)。由此，可以观察到对通过已采样的多孔(不透明)材料的流体的3d流动的近似。

图6是用于创建模拟多孔介质样本的3d流体微型模型的示例过程600的流程图。在一些实现中，过程600可以由图1的系统100执行。

在610处，获取具有孔隙网络的岩石样本的剖面的图像。例如，相机110可以对样本102的切片106进行成像。然后可以将图像提供给处理系统120。在一些实现中，图像可以由图像处理模块122处理以增强或以其他方式准备图像以供进一步处理。

在620处，图像被变换成二进制矩阵。例如，变换模块124可将图2的图像200的像素的亮度值或其它属性与预定阈值进行比较以产生二进制矩阵250。在二进制矩阵(例如，阵列)内与所获取的图像中的像素的位置相对应的位置处，具有等于或大于阈值的值的像素可各自由二进制“1”表示。在二进制矩阵内与所获取的图像中的像素的位置相对应的位置处，具有小于阈值的值的像素可各自由二进制“0”表示。在一些实现中，二进制矩阵可以被可视化为黑色和白色2d图像，其中多孔子区域显现为白色子区域252的群集，而无孔子区域显现为黑色子区域254的群集。

在630处，基于二进制矩阵的一个或更多个统计矩的集合以及岩石样本的模拟来生成第一随机层的第一表示。例如，变换模块124可处理二进制矩阵250内的二进制1和0的分布，以确定统计平均值、协方差或它们的组合和/或样本102内多孔子区域和无孔子区域的分布的任何其他适当的数学(例如统计)描述。层生成模块126然后可以利用基于统计矩的集合的填充和空隙的伪随机分布来创建第一表示(例如图3的表示310a)，由此模拟切片106中的填充和空隙的分布。

在一些实现中，可以通过将多点统计方法应用于切片106的图像以基于原始的薄的剖面图像产生随机实现来确定一个或更多个统计矩的集合。例如，可以使用单一标准方程模拟(snesim)和/或基于过滤器的过程(filtersim)。在一些实现中，snesim方法可被用于从训练图像中读取条件分布。在一些实现中，filtersim过程可接受经调节的数据事件的近似复制，并将训练图像中存在的局部模式分类为具有类似外观的图案的预定数量的箱(bin)。在一些实现中，filtersim过程可以使用线性滤波器来执行该分类，线性滤波器被应用于定义图案的像素数据集。在一些示例中，当要对大量的分类变量(例如，＞4)进行联合模拟时，可以使用filtersim过程，并且当假定较大且多变的训练图像可用的情况下存在预定的少量类别时，可以使用snesim过程。

在640，基于所述集合和岩石样本的模拟来生成第二随机层的第二表示，该第二表示不同于第一表示。例如，层生成模块126然后可以利用基于统计矩的集合的填充和空隙的伪随机分布来创建第二表示(例如表示310b)，从而模拟切片106中的填充和空隙的分布，但该分布不同于表示310a的分布。

在650处，布置第一表示和第二表示，使得第一随机层和第二随机层被布置为模拟岩石样本的三维模型的相邻层。例如，布置模块128可以将每个都是2d二进制阵列的表示310a和310b布置为可以用作3d流体流动微型模型160的3d表示的3d二进制阵列中的两个相邻层。

在660处，将第一表示和第二表示作为模拟岩石样本的三维模型的相邻层来提供。例如，布置模块128可以将第一表示和第二表示作为可被存储、检索和/或编辑的电子数据(例如，计算机生成的三维模型)来单独地或联合地提供。在另一示例中，3d打印机140可以将第一表示和第二表示相邻地提供，作为3d流体流动微型模型160的物理3d层150a和150b。

在一些实现中，可以形成模拟岩石样本的三维流体微观模型，并且所述形成可以包括：基于第一表示形成包括孔隙网络的第一物理微型模型层，以及基于第二表示形成包括孔隙网络的与第一物理微型模型层相邻的第二物理微型模型层。在一些实现中，可以使用3d打印机或其他3d制造器来形成模拟岩石样本的三维流体微观模型。例如，3d打印机160可以用于形成物理3d层450a和物理3d层450b，作为3d流体流动微型模型460的两层。

在一些实现中，形成第一微型模型层可以包括将第一表示作为第一命令群集提供给3d打印机，并且由3d打印机将第一微型模型层打印为三维打印模型中的第一打印层。在一些实现中，形成至少第二微型模型层可以包括将第二表示作为第二命令群集提供给3d打印机，并且由3d打印机将第二微型模型层打印为三维打印模型中的第二打印层。例如，布置模块128可以将表示310a转换为提供给3d打印机160的命令群集，其中所述命令指示3d打印机160制造物理3d层450a。然后，布置模块128可以将表示310b转换为提供给3d打印机160的命令群集，其中所述命令指示3d打印机160制造物理3d层450b。

在一些实现中，可以基于统计距的集合将第一表示和第二表示布置为三维表示，其中，三维表示具有模拟岩石样本的三维孔隙网络。例如，布置模块128可将表示310a-310l中的两个或更多个表示(表示310a-310l中的每一个表示都是2d二进制矩阵)布置为3d二进制矩阵的相邻层。得到的3d二进制矩阵可被用作模拟样本102的虚拟3d模型。

在一些实现中，可以识别三维表示之上或之内的至少一个边界，并且可以从边界去除孔隙。例如，可以识别模拟样本102的3d二进制矩阵的外边界，并且外边界的五个位置内的每个二进制位置可被分别指派代表无孔位置的值“0”，以基本上密封虚拟3d模型的外表面，并使得到的物理3d模型具有基本无孔的外表面。

在一些实现中，注入端口或生产端口中的至少一个可被包括在3d表示中。例如，布置模块128可以修改表示310a-310l和/或添加附加表示以包括流体注入端口(例如流体端口530，流体可在该处被引入到3d流体流动微型模型560)或者生产端口(例如流体端口462，流体可以在该处从3d流体流动微型模块460流出)。

在一些实现中，通过向三维表示内的三维孔隙网络的分布应用移动平均，可变换三维表示的异质程度。例如，布置模块128可以处理3d二进制矩阵(其可以是2d(例如，xy)表示310a-310l的z轴布置)，以将移动平均应用于二进制1和0(例如，表示空隙和填充)在3d二进制矩阵内的z轴分布。布置模块128可以基于移动平均来重新分布二进制1和0的z轴分布。

图7是通用计算机系统700的示例的示意图。根据一个实现，系统700可以用于结合方法600描述的操作。例如，系统700可以被包括在图1的任一个或全部处理系统120中。

系统700包括处理器710、存储器720、存储设备730和输入/输出设备740。组件710、720、730和740中的每一个使用系统总线750来互连。处理器710能够处理用于在系统700内执行的指令。在一个实现中，处理器710是单线程处理器。在另一个实现中，处理器710是多线程处理器。处理器710能够处理存储在存储器720中或存储设备730上的指令，以在输入/输出设备740上显示用户界面的图形信息。

存储器720存储系统700内的信息。在一个实现中，存储器720是计算机可读介质。在一个实现中，存储器720是易失性存储单元。在另一个实现中，存储器720是非易失性存储单元。

存储设备730能够为系统700提供大容量存储。在一个实现中，存储设备730是计算机可读介质。在各种不同的实现中，存储设备730可以是软盘设备、硬盘设备、光盘设备或磁带设备。

输入/输出设备740提供系统700的输入/输出操作。在一个实现中，输入/输出设备740包括键盘和/或指向设备。在另一个实现中，输入/输出设备740包括用于显示图形用户界面的显示单元。在另一个实现中，输入/输出设备740可以是3d打印机160。在另一个实现中，输入/输出设备740可以是图1的相机108或图5的相机590中的一个或更多个。

所描述的特征可以在数字电子电路中实现，或者在计算机硬件、固件、软件或其组合中实现。该设备可以实现在有形地包含在信息载体中的计算机程序产品中，例如在由可编程处理器执行的机器可读存储设备中；以及方法步骤可以由执行指令程序的可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行所描述的实现的功能。所描述的特征可以通过在可编程系统上可执行的一个或更多个计算机程序来有利地实现，其中，所述可编程系统包括至少一个可编程处理器，该可编程处理器从数据存储系统、至少一个输入设备以及至少一个输出设备接收数据和指令，以及向其发送数据和指令。计算机程序是一组指令，可以直接或间接地用于计算机中，以执行某种活动或产生某种结果。可以以任何形式的编程语言来编写计算机程序，该编程语言包括：编译或解释语言，并且可以以任何形式来部署计算机程序，包括部署为独立的程序或者部署为适合于用于计算环境的模块、组件、子例程，或者其它单元。

例如，用于执行指令程序的合适的处理器包括通用和专用微处理器以及任何种类的计算机的单一处理器或多个处理器之一。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或者这二者接收指令和数据。计算机的必不可少的元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器。通常，计算机还将包括用于存储数据文件的一个或更多个大容量存储设备，或者可操作地耦合以与其通信；这样的设备包括磁盘(比如内部硬盘和可移动盘)；磁光盘；以及光盘。适合于有形地包含计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失性存储器，例如包括诸如eprom、eeprom的半导体存储设备和闪存设备；磁盘(比如内部硬盘和可移动盘)；磁光盘；以及cdrom和dvd-rom磁盘。处理器和存储器可以由asic(专用集成电路)来补充或者并入到asic(专用集成电路)中。

为了提供与用户的交互，可以在具有显示设备和键盘以及指向设备的计算机上实现这些特征，显示设备例如是用于向用户显示信息的诸如crt(阴极射线管)或lcd(液晶显示器)监视器，指向设备例如是用户可以通过其向计算机提供输入的鼠标或轨迹球。

这些特征可以在包括后端组件(例如数据服务器)的计算机系统中实现，或在包括中间件组件(例如应用服务器或因特网服务器)的计算机系统中实现，或在包括前端组件(例如，具有图形用户界面或因特网浏览器的客户端计算机)的计算机系统中实现，或者上述的任何组合。系统的组件可以通过数字数据通信的任何形式或介质(例如通信网络)来连接。通信网络的示例包括例如lan、wan以及形成因特网的计算机和网络。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常相互远离并且通常通过网络(例如上述网络)进行交互。客户端和服务器的关系通过在相应计算机上运行并且相互具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生。

尽管以上已经详细描述了一些实现，但是其他修改是可能的。例如，附图中描绘的逻辑流程不需要按照所示出的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。另外，可以从所描述的流程中提供其他步骤或者可以消除步骤，并且可以将其他部件添加到所描述的系统或者从所描述的系统移除。因此，其他实现在所附权利要求的范围内。