用双能x射线计算机断面显像技术估算岩样的有效原子序数和体积密度的方法
【专利摘要】本发明提供一种用X射线计算机断层显像技术估算岩样或钻井岩心等物体的有效原子序数和体积密度的方法。该方法能有效地补偿CT扫描数据判读中的误差，并能产生与实际体积密度值相比具有较低剩余误差的体积密度值以及与物理观测结果一致的体积密度-有效原子序数趋势。
【专利说明】用双能X射线计算机断面显像技术估算岩样的有效原子序数和体积密度的方法
[0001]本专利申请根据35U.S.C§ 119(e)的规定要求于2011年6月26日提交的在先美国临时专利申请61/511，600的权益，该临时专利申请通过完整引用结合在此。
【技术领域】
[0002]本发明涉及数字岩石物理学领域，尤其涉及一种估算岩样的有效原子序数和/或体积密度的方法。
【背景技术】
[0003]钻井岩心的密度和有效原子序数测量值对矿藏工程师很有价值。体积密度给出孔隙度指征，而有效原子序数提供矿物学指征。
[0004]有多种方式可以估算密度和有效原子序数，包括:
[0005]可以从岩井提取实物样品，通过对样品称重来测量密度，计算样品的体积，并简单地把重量除以体积。
[0006]可以使用测井工具估算密度和有效原子序数。使用伽马射线技术根据伽马射线辐射穿过钻井岩心中的岩石时的吸收量来估算密度和有效原子序数。
[0007]使用X射线CT扫描器测量两个不同能级的X射线衰减然后使用测量值计算密度和有效原子序数，从而估算出密度和有效原子序数。
[0008]在上世纪七十年代，X射线记算机断层扫描器(CT扫描器)开始用于医学显象。在上世纪八十年代，这些扫描器被应用于从钻井(岩心)提取的岩样。与伽玛射线测井仪相比，CT扫描器具有分辨率更高的优点，并且不像伽玛射线测井仪那样易受环境条件的影响。另外，CT扫描器产生样品中岩石特性的三维分布数据，而测井仪仅能提供一维分布数据。
[0009]Wellington 和 Vinegar (Wellington, S.L.和 Vinegar, H.J., "X 射线计算机化断层显像〃，〃石油技术杂志〃，1987)回顾了 CT扫描器在地球物理学方面的使用。X射线的衰减取决于电子密度(体积密度)和有效原子序数。
[0010]
【权利要求】
1.一种估算至少一种目标物体的体积密度和/或有效原子序数的方法，包括: 1.对两种或更多参考物体和三种或更多标定物体进行扫描， ?.使用从参考物体和标定物体获得的扫描值获得体积密度误差和有效原子序数之间的函数关系， ii1.对所述目标物体和所述三种或更多标定物体进行扫描， iv.获得所述目标物体的未修正密度和有效原子序数， V.利用从参考物体获得的体积密度误差和有效原子序数之间的函数关系获得所述目标物体的体积密度修正值和有效原子序数，和 v1.利用体积密度修正值获得修正后的体积密度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，目标物体是孔隙体。
3.如权利要求1所述的方法，其中，目标物体是岩样。
4.如权利要求1所述的方法，其中，目标物体是钻井岩心。
5.一种估算目标物体的体积密度的方法，包括从具有已知体积密度和/或有效原子序数的一组物体确定体积密度误差函数，然后使用体积密度误差函数调整具有未知体积密度和原子序数的物体的体积密度的未修正估算值。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标物体是固体。
7.如权利要求1所述的方法，其中，目标物体是液体或含有液体。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标物体是从钻井位置、推荐的钻井位置、地下位置、或地上位置获得的。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述扫描是CT扫描。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述扫描是双能X射线CT扫描。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述两种或更多参考物体是岩样、钻井岩心样品、部分钻井岩心样品、或具有已知体积密度的其它物体。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述三种或更多标定物体具有彼此不同的有效原子序数和/或体积密度。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述三种或更多标定物体中的至少一种标定物体含有液体。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述三种或更多标定物体中的至少一种标定物体包括固体。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述三种或更多标定物体中的至少一种标定物体是矿物材料、聚合物材料或水溶液。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体是石英、特氟隆和水。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述扫描是使用扫描器完成的，其中，所述扫描器能够移动，以扫描目标物体、参考物体和标定物体。
18.如权利要求1所述的方法，其中，所述扫描是使用扫描器完成的，其中，目标物体、参考物体和标定物体在固定式扫描仪中通过。
19.如权利要求1所述的方法，其中，所述参考物体和/或目标物体位于托盘上。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体与参考物体和/或目标物体相邻。
21.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体与目标物体和/或至少一种参考物体接触。
22.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体与参考物体和/或目标物体相邻，但是不与参考物体或目标物体接触。
23.如权利要求21所述的方法，其中，所述标定物体附着到所述托盘上，或通过其它方式被所述托盘固定就位。
24.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体在所述参考物体或所述目标物体周围等距分布。
25.如权利要求1所述的方法，其中，所述参考物体和所述目标物体在同一次扫描中被扫描。
26.如权利要求1所述的方法，其中，所述参考物体和所述目标物体被顺次扫描。
27.如权利要求1所述的方法，其中，所述一种或多种参考物体和所述目标物体被单独扫描。
28.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体在每种标定物体的每个横截面上具有足够的体元，可实现对扫描值进行高效地平均处理。
29.如权利要求1所述的方法，其中，每种标定物体在被扫描的每个截面上具有300个或更多体元。
30.如权利要求1所述的方法，其中，每种标定物体在被扫描的每个截面上具有400至1000个体元。
31.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体为圆形或半圆形。
32.如权利要求1所述的方法，其中，各种标定物体的形状和/或尺寸彼此不同。
33.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体具有彼此一致的尺寸和形状。
34.如权利要求1所述的方法，其中，所述标定物体具有足够的长度，因而在所述参考物体或所述目标物体的任何扫描过程中，每种标定物体始终是扫描的一部分。
35.如权利要求1所述的方法，其中，每种所述标定物体不含原子量与原子序数比大于2.1的元素。
36.如权利要求1所述的方法，其中，每种所述标定物体在所述扫描的某个分辨率水平上是均一的。
37.如权利要求1所述的方法，其中，每种所述标定物体在0.2毫米以下的分辨率水平上是均一的。
38.如权利要求1所述的方法，其中，在参考物体和目标物体的扫描过程中，使用相同的标定物体。
39.如权利要求1所述的方法，其中，参考物体具有在尺寸和形状上与所述目标物体相似或相同的横截面。
40.如权利要求1所述的方法，其中，所述参考物体为圆形或半圆形。
41.如权利要求1所述的方法，其中，步骤1.和步骤iii可按任何顺序执行。
42.如权利要求1所述的方法，其中，所述未修正密度和/或有效原子序数基于所述目标物体扫描的每片平均值。
43.如权利要求1所述的方法，其中，修正后的体积密度基于使用所述体积密度修正值修正的所述扫描的每片平均值。
44.如权利要求1所述的方法，其中，所述未修正密度和/或有效原子序数基于目标物体的整体扫描的平均值。
45.如权利要求1所述的方法，其中，修正后的体积密度基于使用所述体积密度修正值修正的整体扫描的平均值。
46.如权利要求1所述的方法，其中，使用从参考物体和标定物体获得的扫描值获得体积密度误差与有效原子序数之间的函数关系的步骤包括: 1.在X射线CT扫描器中扫描参考物体和标定物体，和 ?.记录从X射线CT扫描获得的高CT值和低CT值，和 ii1.在参考物体和标定物体的每个X-Y平面上对高CT值和低CT值进行平均处理，和 iv.使用标定物体的已知体积密度和有效原子序数和它们各自的CT值计算体积密度误差和有效原子序数之间的函数关系。
47.如权利要求1所述的方法，其中，利用从参考物体获得的体积密度误差和有效原子序数之间的函数关系获得目标物体的体积密度修正值和有效原子序数的步骤包括绝对体积密度修正和/或相对体积密度修正。
48.如权利要求1所述的方法，其中，利用体积密度修正值获得修正后体积密度的步骤包括应用绝对体积密度 修正值和/或相对体积密度修正值。
【文档编号】G01N9/24GK103718016SQ201280037280
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2011年7月26日
【发明者】N.德治 申请人:因格瑞恩股份有限公司