Анализ петрографических изображений для определения капиллярного давления в пористых средах

Анализ петрографических изображений для определения капиллярного давления в пористых средах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка претендует на приоритет согласно предварительной заявке на патент США №61/447434 от 28 февраля 2011 года под названием "Способы использования анализа петрографических изображений для определения капиллярного давления в пористых средах".

Настоящая заявка также связана с обычной заявкой на патент США под названием "Способ построения цифровых 3D моделей пористых сред с использованием трансмиссионной лазерной сканирующей конфокальной микроскопии и многоточечной статистики", серийный №12/459414 (учетный № патентного поверенного 60.1912-US-NP), поданной 1 июля 2009 года; заявкой на патент США под названием "Способ количественного определения форм отдельных пор, объемов и площадей поверхности с помощью конфокальной профилометрии", серийный №12/459454 (учетный № патентного поверенного 60.1904-US-NP), поданной 1 июля 2009 года; заявкой на патент США под названием "Способ определения характеристик геологического образования при проходке буровой скважины", серийный №12/384945 (учетный № патентного поверенного 60.1818-US-NP), поданной 10 апреля 2009 года; заявкой на патент США под названием "Способ создания числовых псевдокернов с использованием изображений скважины, цифровых образцов пород и многоточечной статистики", серийный №12/384721 (учетный №патентного поверенного 60.1824-US-NP), поданной 8 апреля 2009 года; заявкой на патент США под названием "Масштабируемое цифровое моделирование породы для создания модели коллектора", серийный №13/036770 (учетный № патентного поверенного IS11.0023-US-NP), поданной 28 февраля 2011 года; предварительной заявкой на патент США под названием "Способ определения представительных элементов площадей и объемов в пористой среде", серийный №61/447419 (учетный № патентного поверенного IS11.0045-US-PSP), поданной 28 февраля 2011 года; и предварительной заявкой на патент США под названием "Способы построения цифровых 3D моделей пористой среды с использованием комбинации данных высокого и низкого разрешения и многоточечной статистики", серийный №61/447417 (учетный № патентного поверенного IS11.0024-US-PSP), поданной 28 февраля 2011 года; заявкой на патент США под названием "Способ определения представительных элементов площадей и объемов в пористой среде", учетный № IS11.0045-US-NP патентного поверенного, поданной вместе с настоящей заявкой; и заявкой на патент США под названием " Способы построения цифровых 3D моделей пористой среды с использованием комбинации данных высокого и низкого разрешения и многоточечной статистики", учетный № патентного поверенного IS11.0024-US-NP, поданной вместе с настоящей заявкой. Содержание каждой из упомянутых выше заявок включается в настоящую заявку путем ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Свойства, полученные в результате выполнения специального анализа керна (SCAL), в качестве входной информации поступают на моделирование коллектора. Такие свойства включают распределения размеров тела пор и каналов пор, а также кривые зависимости капиллярного давления. Распределения размера каналов пор обычно вычисляются из лабораторного экспериментального измерения капиллярного давления по нагнетанию ртути (MICP). При идеальных условиях ртуть сначала проникает в поры с самыми большими каналами и заполняет данные поры при относительно постоянном давлении. Давление последовательно увеличивается для того, чтобы ртуть могла проникать в поры со все меньшими размерами каналов и с соответствующими примыкающими к ним телами пор. Измерения в соответствии с процедурой MICP точны, но выполняются медленно, дорого стоят и разрушают образцы. Кроме того, измерения в соответствии с процедурой MICP не используются при размерах каналов пор более 100 мкм, так как такие каналы заполняются при низких давлениях нагнетания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее краткое изложение сущности изобретения приводится для ознакомления с выбором концепций, подробное описание которых затем дается ниже. Настоящее краткое изложение сущности изобретения не предназначено ни для выяснения основных или существенных особенностей заявленного предмета изобретения, ни для использования в качестве вспомогательного средства с целью ограничения объема заявленного предмета изобретения.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения описан способ определения характеристик образца из пористой среды, включающий множество тел пор и множество каналов пор. Данный способ включает такую подготовку образца из пористой среды, что может быть получено его изображение в одной плоскости; получение двухмерного изображения высокого разрешения одной плоскости подготовленного образца из пористой среды; обработку изображения высокого разрешения, в частности, с использованием алгоритма водораздела; обнаружение множества каналов пор на основе, по меньшей мере, использования, в частности, алгоритма водораздела; и определение измерения, связанного с каждым обнаруженным множеством каналов пор.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения изображение высокого разрешения получают с использованием конфокальной микроскопии, например лазерной сканирующей флуоресцентной микроскопии.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения пористая среда, для которой определяются характеристики, представляет собой образец из скальной породы, подобный получаемому из подземного скального образования, содержащего углеводороды. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения образец пористой среды выполняется из кернового образца в виде тонких и/или толстых срезов и подвергается вакуумной пропитке флуоресцентной эпоксидной смолой.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения определяются распределения размеров тела пор и каналов пор, а также кривые зависимости капиллярного давления в пористой среде. Изображения высокого разрешения могут предварительно обрабатываться и улучшаться, например, с использованием сшивки, совмещения, смешения, кадрирования и/или поворота. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения изображение сегментируется на зерна и поры, посредством чего получают бинарное изображение, разделяемое на изображение пор и изображение каналов с использованием одной или большего количества двоичных логических операций. Изображение пор и изображение каналов различаются с использованием одного или большего количества алгоритмов создания кластеров, обеспечивая получение таким образом кластерного изображения пор и кластерного изображения каналов, и на основе этих кластерных изображений вычисляются распределения размера тела пор и каналов пор. Кластерное изображение пор и изображение каналов подвергается анализу, в котором каждому телу поры присваивается диаметр самого крупного канала поры, связанного с данным телом поры, причем каждое тело поры имеет известную площадь поры, а поры с по крайней мере одним связывающим их каналом выбираются в соответствии с наибольшим размером канала, и с использованием уравнения Вошбурна (Washburn) вычисляется размер тела пор для каждой выборки с целью получения моделируемых кривых зависимости капиллярного давления.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения описана система для определения характеристик образца из пористой среды, включающего множество тел пор и множество каналов пор. Данная система включает: систему подготовки образца, приспособленную к такой подготовке образца пористой среды, чтобы можно было получить изображение одной плоскости данного образца; систему получения изображения, приспособленную к получению двухмерного изображения высокого разрешения одной плоскости подготовленного образца пористой среды; и систему обработки, приспособленную и запрограммированную на обработку полученного двухмерного изображения высокого разрешения, в частности, с использованием способа обработки изображений по алгоритму водораздела для обнаружения множества каналов пор на основе, по меньшей мере, использования, в частности, алгоритма водораздела; и для определения измерения, связанного с каждым обнаруженным множеством каналов пор.

Дополнительные особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания, приведенного вместе с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Предмет настоящего изобретения далее описывается в приведенном ниже подробном описании со ссылкой на указанное множество чертежей посредством использования неограничивающих примеров вариантов осуществления настоящего изобретения, в которых одинаковые ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы на нескольких видах чертежей, и где:

На Фиг.1 приводится процесс пороговой бинаризации;

На Фиг.2 приводится пример водораздела с использованием выходного изображения из Фиг.1 согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.3 приводится блок-схема процедуры применения селективного фильтра Кувахары (Kuwahara) для "исправления" больших пор согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.4 приводится пример алгоритма создания кластеров согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.5 приводится Модель расширения потока (EFM), используемая для объяснения капиллярного давления согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.6 и 7 приводятся два изображения пор и каналов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.8 приводится блок-схема выполнения численного расчета капиллярного давления на основе модели EFM согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.9 показаны системы для определения распределений размеров тела пор и каналов пор, а также моделирования кривых зависимости капиллярного давления от петрографических данных согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.10 приводится блок-схема описанных способов определения распределений тела пор и каналов пор согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.11 представлена блок-схема, иллюстрирующая выполняемую последовательность операций обработки 2D изображений согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.12 представлена базовая блок-схема, иллюстрирующая последовательность определения представительного элемента площади (REA) согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

Фиг.13 иллюстрирует процедуру установления связи каждого канала поры с телами смежных пор согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

Фиг.14 иллюстрирует процедуру исправления больших пор согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.15 и 16 приводятся типичное изображение поры 1510 и изображение канала 1610 после обработки бинарного изображения;

На Фиг.17 приводится модель EFM для расчета капиллярного давления. Поры аппроксимируются трубками и сортируются по уменьшению размера канала (то есть диаметра);

На Фиг.18-25 приводятся результаты анализа петрографических изображений для образца согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;

На Фиг.26 представлена блок-схема, иллюстрирующая выполняемую последовательность операций обработки 3D изображений согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения; и

На Фиг.27 представлена базовая блок-схема, иллюстрирующая последовательность определения представительного элемента объема (REV) согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представленные здесь подробности приводятся только в качестве примера и для иллюстрации обсуждаемых вариантов реализации настоящего изобретения, и причиной их представления служит предположение о том, что они могут служить очень полезным и понятным описанием принципов и концептуальных аспектов раскрытия предмета настоящего изобретения. В этом смысле не предпринималось попыток показа структурных элементов настоящего изобретения с большими подробностями, чем это необходимо для глубокого понимания его сущности, причем приводимое вместе с чертежами описание делает очевидным для специалистов в данной области то, как могут быть реализованы на практике некоторые формы раскрытого предмета изобретения. И кроме того, одинаковые номера ссылок и обозначений на различных чертежах обозначают одинаковые элементы.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения описывается объединенная блок-схема создания изображения, обработки и получения распределения тела пор и каналов пор и моделированных кривых зависимости капиллярного давления для пористых сред с малыми размерами пор - порядка 0,25 мкм.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения описывается автоматизированная система анализа петрографических изображений, используемая для расчета 2D и 3D распределения размера тела пор и каналов пор. Описанные способы могут применяться к любым пористым средам, хотя в качестве неограничивающего примера они применяются к скальным породам. Примеры входной информации включают петрографические изображения высокого разрешения и лабораторные измерения пористости. Лазерная сканирующая флуоресцентная микроскопия (LSFM) обеспечивает предоставление петрографических изображений, в которых выполняется измерение пор с разрешением порядка 0,25 мкм. Примеры выходной информации включают: (1) распределения размера тела пор и каналов пор, представляемые в виде частотных гистограмм, суммарных частотных графиков и графиков зависимостей относительного объема пор от диаметра пор, и (2) кривых моделируемой зависимости капиллярного давления для тела пор и каналов пор. Для проверки выполнено сравнение результатов моделирования капиллярного давления с лабораторными данными.

Для классификации каналов пор предложена Модель расширения потока (EFM) для демонстрации поведения жидкостей внутри пор. В этой модели наибольший соединяющийся канал поры считается контролирующим входящий или выходящий поток в/из тела конкретной поры. Каналы пор определяют с использованием новейших способов анализа изображений, основанных на применении алгоритмов водораздела и определении различий между обработанными изображениями. Исходя из полученных результатов вычисляется моделируемое капиллярное давление. Вычисляются представительные элементы площади (REA) или объемов (REV), то есть наименьшие площади или объемы, изображения которых могут быть получены для охвата существующей гетерогенности образца. Путем тестирования качества изображения в терминах контрастности, сравнения с REA или REV размера изображения и использования дополнительного задаваемого пользователем фактора выполняется полуколичественное измерение ошибки, связанной с выполнением численной процедуры SCAL (специального анализа керна).

Определение размера поры. Пористые системы состоят из относительно больших пустот (пор), связанных меньшими пустотами (каналами пор). Размер тела поры обычно измеряется как диаметр наибольшей сферы, которая может войти в пору, тогда как размер канала поры представляет собой диаметр наименьшего диска или сферы, которые могут размещаться в каналах между телами пор. Тела и каналы пор обычно изображаются как сети из сфер и трубочек. В общем случае считают, что микропорами являются поры с диаметрами тела пор порядка 10 мкм или меньше и диаметрами каналов пор порядка 1 мкм или меньше.

Распределение размера пор. В карбонатной скальной породе присутствуют поры с диапазоном размера, по меньшей мере, 9 порядков величины - от пещер километрового размера до пустот субмикронного масштаба. В отличие от этого размеры пор песчаника составляют несколько порядков величины. Распределения размера пор обычно представляются в виде гистограмм зависимости частоты от радиуса или диаметра пор. Радиус в общем случае является 2D величиной, определенной с использованием различных лабораторных подходов и способов анализа изображений. Примеры способов определения распределения размера пор включают следующие способы: фотографирование керна блока породы, анализ петрографических изображений, измерение капиллярного давления по нагнетанию ртути (MICP), измерение капиллярного давления по нагнетанию ртути с постоянной скоростью (CRMI или APEX), компьютерную микротомографию (microCTscans) и ядерный магнитный резонанс (NMR).

Фотографирование керна блока породы представляет собой способ, включающий нанесение на керны блоков из карбонатной скальной породы водорастворимой флуоресцентной краской. Фотографии, сделанные при облучении невидимым светом, обрабатываются с использованием ПО анализа изображений для определения 2D распределения размера пор. Наименьшие поры обычно имеют размер порядка 0,5 мм (500 мкм). Самые большие поры имеют размеры сантиметрового масштаба (десятки тысяч микрон). См. работу Hurley, N.F. Pantoja, D., and Zimmerman, R.A., 1999, "Flow unit determination in a vuggy dolomite reservoir," Dagger Draw Field, New Mexico: SPWLA Transactions, presented at the SPWLA 40th Annual Logging Symposium, Oslo, Norway и Hurley, N.F., Zimmermann, R.A., and Pantoja, D., 1998, "Quantification of vuggy porosity in a dolomite reservoir from borehole images and core," Dagger Draw Field, New Mexico: SPE 49323, представленную на SPE Annual Technical Conference and Exhibition, New Orleans, Louisiana, U.S.A.

Измерение капиллярного давления по нагнетанию ртути (MICP) включает последовательное нагнетание ртути в очищенный образец, обычно представляющий собой образец из керна, при постоянно увеличивающемся давлении. При каждом увеличившемся уровне давления ртуть заполняет каналы пор определенного размера. Ртуть заполняет тела пор, соединенных с внешней частью образца из керна, и каналы пор заполняемого размера. При идеальных условиях ртуть сначала попадает в поры с самыми длинными каналами. Ртуть заполняет эти поры при относительно постоянном поддерживаемом давлении. После заполнения пор с определенным размером каналов давление увеличивают для того, чтобы ртуть прошла через более мелкие каналы. Такая операция осуществляется до заполнения всех соединенных пор. Отметим, что ртуть не заполняет изолированные поры. Эти, по-видимому, изолированные поры могут соединяться каналами наноразмера, однако занимаемый ими процент объема и необходимость обеспечения чрезвычайно высокого давления могут препятствовать внесению ими вклада в измеренную проницаемость скальной породы. См. работу Jennings, J., 1987, "Capillary pressure techniques: Application to exploration and development geology:" AAPG Bulletin, v. 71, No. 10, p.1196-1209 и Pittman, E.D., 1992: "Relationship of porosity and permeability to various parameters derived from mercury injection-capillary pressure curves for sandstone:" AAPG Bulletin, v. 76, No. 2, p.191-198.

Распределения размера каналов пор, обычно приводимые на гистограммах, вычисляются исходя из результатов выполнения MICP. Заметим, что измерения в соответствии с процедурой MICP не используются при размерах каналов пор более 100 мкм, так как такие каналы заполняются при очень низких давлениях нагнетания. Идеальный размер каналов пор для процедуры MICP находится в диапазоне от 0.1 до 100 мкм.

Уравнение Вошбурна (См. работу Washburn, Е.W., 1921, "The dynamics of capillary flow:" Physical Review, v. 17, No. 3, p.273-283), представляющее собой стандартный подход, используемый для соотнесения капиллярного давления с размером канала, предполагает наличие цилиндрических каналов:

где P_c представляет собой капиллярное давление, d - диаметр канала, γ - поверхностное натяжение, а τ - угол касания. Для воздушно-ртутной системы при комнатной температуре γ=480 дин/см и τ=140°. При использовании этих констант, измерении d в мкм, а P_c - в psi (фунт/кв. дюйм), данное уравнение принимает вид:

При гиперболической аппроксимации Томира (Thomeer) (См. работу Thomeer, J.H. M., 1960, "Introduction of a pore geometrical factor defined by the capillary pressure curve:" Journal of Petroleum Technology, v. 12, No. 3, p.73-77 (в дальнейшем "Thomeer I960")) предполагается, что данные капиллярного давления располагаются на гиперболе, описываемой уравнением 3, в случае нанесения этих данных на график в логарифмическом масштабе по обеим осям. Данная модель обеспечивает соответствующий способ представления кривых зависимости капиллярного давления. Бимодальные или более сложные пористые системы могут анализироваться с использованием для аппроксимации кривой более одной гиперболы Томира (например, см. работу Clerke, E.A., Mueller, H.W. Ill, Phillips, E.C, Eyvazzadeh, R.Y., Jones, D.H., Ramamoorthy, R., and Srivastava, A., 2008: "Application of Thomeer hyperbolas to decode the pore systems, facies and reservoir properties of the upper Jurassic Arab D limestone, Ghawar field, Saudi Arabia: A "Rosetta Stone" approach:" GeoArabia, v. 13, p.113-116.). Уравнение имеет следующий вид:

где G представляет собой коэффициент формы, B_v - суммарный процент объема, B_∞ - максимально достижимый процент заполнения объема ртутью, P_c - капиллярное давление и P_d - давление входа, то есть давление, при котором ртуть входит в самый длинный канал.

Таким образом, гипербола Томира зависит от трех основных параметров: G, B_∞ и P_d, G контролирует форму гиперболы, тогда как P_d и B_∞ контролируют расположение асимптот, соответственно, относительно осей x и y. Рассмотрение типичной кривой зависимости капиллярного давления показывает, что гипербола Томира отклоняется от измеренной кривой при наличии больших пор. Это происходит из-за присутствия в измеренных данных больших ошибок при низких давлениях вследствие наличия неровностей поверхности. Для выполнения коррекции на наличие больших пор используется 'исправляющая коррекция'. Для получения реалистических значений давления входа (P_d) используется гипербола Томира.

Измерение капиллярного давления по нагнетанию ртути с постоянной скоростью (CRMI или APEX) представляет собой способ с поддержкой постоянной скорости нагнетания и мониторингом отклонений в давлении нагнетания. См. работу Yuan, H.H., and Swanson, B.F., "Resolving роге-space characteristics by rate-controlled porosimetry": SPE Formation Evaluation, v. 4, No. 1, p.17-24. Скорость нагнетания поддерживается предельно низкой для того, чтобы потеря давления из-за потока внутри образца была пренебрежимо малой по сравнению с капиллярным давлением. В этом случае возникновение внезапного падения давления будет происходить в результате перемещения ртути из каналов пор в тела пор, и оно будет сопровождаться мгновенным заполнением ртутью тела пор. Последующее увеличение давления нагнетания соответствует заполнению каналов пор, имеющих меньший радиус. Исходя из скорости нагнетания и времени, необходимого для заполнения тела пор, может быть определен объем пор. Данный способ обеспечивает получение распределения размера тела пор и каналов пор. Однако он не может обеспечить переход к таким же высоким давлениям, как обычный способ MICP. Обеспечиваемое им давление достигает нескольких тысяч фунт/кв. дюйм (psi) для воздушно-ртутной системы и показывает подробность для больших пор.

Micro-CT scans представляет собой способ компьютерной томографии (CT) с применением рентгеновских лучей, используемый на малых образцах (обычно образцах из керна диаметром 5 мм) с целью обнаружения тел пор размером 3 мкм и больше. ПО обеспечивает преобразование физических изображений пор в модели сетей пор с получением результирующего распределения размера тел пор и каналов пор. См. работу Knackstedt, M.A., Arns, C.H., Sakellariou, A., Senden, T.J., Sheppard, А.P., Sok, R.М., Pinczewski, W.V., and Bunn, G.F., 2004, "Digital core laboratory: Properties of reservoir core derived from 3d images:" SPE Preprint 87009, представленную на Asia-Pacific Conference on Integrated Modelling for Asset Management, March 29-30.

Ядерный магнитный резонанс (NMR) представляет собой способ, основанный на взаимодействии ядер водорода (протонов) с магнитным полем и импульсами радиочастотных сигналов. См. работу Coates, G.R., Xiao, L., and Prammer, M.G., 1999, "NMR Logging: Principles and Applications:" Gulf Publishing Company, Houston, Texas, 233 p. Распределение времени поперечной релаксации NMR (распределение T_2) в основном связано с распределением размера пор в скальной породе, хотя поперечная релаксация также связана с такими факторами, как поверхностная релаксация и тип жидкости. Исследования показали, что на время релаксации T_2 для скальных пород в основном оказывает влияние поверхностная релаксационность зерен. Поверхностная релаксационность (ρ) представляет собой меру способности поверхностей зерен вызывать ядерную спиновую релаксацию. Различные скальные породы имеют различные характеристики поверхностной релаксационности. Скорость протонной релаксации поверхности зерен зависит от того, как часто протоны сталкиваются с ней или проходят достаточно близко для возникновения взаимодействия с этими поверхностями зерен. В результате этого отношение поверхности к объему (S/V) пор в скальных породах влияет на время релаксации NMR. Для сферических пор отношение S/V обратно пропорционально радиусу поры. Поры больших размеров имеют относительно меньшие значения отношений S/V и пропорционально большие значения времени релаксации. Поры меньшего размера имеют относительно большие значения отношений S/V, приводящие к уменьшению значений времени релаксации. Поверхностная NMR релаксация характеризуется следующими уравнениями:

где ρ представляет собой поверхностную релаксационность в мкм/с, S - площадь поверхности (мкм²), V - объем (мкм³), ρ_e - эффективную релаксационность (мкм/с), r - радиус (мкм). Таким образом, мы может получить информацию о распределении размера пор из распределения T₂ ядерного магнитного резонанса (NMR).

Лазерная сканирующая флуоресцентная микроскопия (LSFM) обеспечивает получение высокого разрешения (около 0,25 мкм) для построения цифровых 3D моделей скальных пород. Обычно используются конфокальный и мультифотонный способы, хотя появившаяся новая область флуоресцентной микроскопии с суперразрешением может обеспечить улучшение изображений скальных пород и других пористых сред вплоть до масштаба от нескольких нанометров до десятков нанометров. См. работу "Huang, В., Bates, М., and Zhuang, X., 2009, "Super-resolution fluorescence microscopy:" Annual Review of Biochemistry, v. 78, p.993-1016." В таких способах повышения разрешения флуоресцентной микроскопии используется шаблонное возбуждение или одномолекулярная локализация флуоресценции.

В конфокальной микроскопии, представляющей собой наиболее распространенный тип LSFM, используется точечное освещение и расположенное перед детектором крошечное отверстие, используемое для устранения несфокусированного света. Так как каждое измерение выполняется в одной точке, конфокальные устройства осуществляют сканирование вдоль сетки из параллельных линий для создания 2D изображений последовательных плоскостей, расположенных в образце на заданных глубинах.

Глубина проникновения в LSFM ограничена из-за поглощения и рассеивания отраженного света материалом, расположенным выше фокальной плоскости. В наших экспериментах были успешно получены изображения на глубинах до 500 мкм при использовании пористых элементов из карбонатных скальных пород, в которых материал скальных пород удалялся при помощи кислоты. К счастью, пространственный охват не ограничивается, так как мозаичное сканирование может производиться на относительно большой площади (десятки мм²) шлифов (срезов) скальных пород.

В мультифотонной микроскопии используется двухфотонное возбуждение для получения изображений живой ткани на очень большой глубине, составляющей около одного миллиметра. См. "Wikipedia, вебсайт http://en.wikipedia.org/wiki/Two-photon_excitation_microscopy, доступный с 23 октября 2010 года". Подобно конфокальной микроскопии в данном способе происходит возбуждение флуоресцентных красителей, введенных в скальные породы. "Принцип работы основан на идее о том, что два фотона относительно более низкой энергии по сравнению с требуемой для однофотонного возбуждения также могут вызывать возбуждение флюорофора в одном квантовом событии. Каждый фотон несет примерно половину энергии, требуемой для возбуждения молекулы. Результатом этого возбуждения является последующее испускание возбужденными молекулами флюоресцентного фотона с обычно более высокой энергией по сравнению с двумя возбуждающими фотонами". Разрешение ограничивается дифракцией на уровне примерно 250 нм аналогично конфокальной микроскопии. Конфокальная и мультифотонная микроскопии широко используются в естественных науках и полупроводниковой промышленности.

Представительные элементы объема (REV) представляют собой способ борьбы с гетерогенностью и позволяют осуществлять апскейлинг при моделировании коллекторов. См. работу "Qi, D., 2009, "Upscaling theory and application techniques for reservoir simulation:" Lambert Academic Publishing, Saarbrucken, Germany, 244 p" (в дальнейшем "Qi 2009"). Таким образом, REV представляет собой наименьший объем, который может моделироваться для получения стабильных результатов с допустимыми пределами отклонения моделируемого свойства, такого как пористость. Используя этот подход, можно выполнять апскейлинг свойств скальных пород с малых на большие масштабы. Определяется подлежащий моделированию наименьший объем, запускается модель потока жидкости, и полученные результаты используются в последующем крупномасштабном моделировании. После выполнения моделирования REV нет необходимости в моделировании больших объемов, так как в данном масштабе уже учтена гетерогенность данного конкретного типа скальных пород.

Концепция REV обсуждалась в 1972 году. См. работу "Bear, J., 1972, "Dynamics of fluids в пористой среде: "Elsevier, New York, 746 p" (в дальнейшем "Bear 1972"). Bear определил ΔU_i как объем в пористой среде с центром тяжести Р. Значение ΔU_i считается намного большим одной поры или частицы. ΔU_v представляет собой объем пустоты, а n_i - отношение пустоты к объему, то есть относительную пористость. При больших значениях ΔU_i присутствуют минимальные изменения пористости в зависимости от объема. Однако при уменьшении объема изменения пористости увеличиваются, особенно если ДЦ достигает размера одной поры, имеющей относительную пористость 1. Если центр тяжести P находится в частице, то значение пористости равно 0, когда ΔU_i=0. Значение ΔU₀ определяется как REV, ниже которого существуют значительные изменения пористости, а выше которого изменения пористости минимальные. Вкратце, размеры ΔU₀ достаточны для того, чтобы "эффект сложения или вычитания одной или нескольких пор не имел существенного влияния на значение n" (Bear, 1972).

Используя подход REV, пористая среда заменяется "фиктивным континуумом: бесструктурным веществом, любой точке которого можно назначить кинематические и динамические переменные и параметры, которые являются непрерывными функциями пространственных координат точки и времени" (Bear, 1972). Отметим, что значение REV для пористости может отличаться от значения REV для проницаемости или других параметров. Кроме того, может меняться значение REV для статических свойств относительно динамических свойств. На практике с использованием различных подходов определен лучший способ использования самых больших значений REV.

Большинство специалистов по коллекторам слышали о скальных породах, особенно карбонатах, которые описываются как "настолько гетерогенные, что становятся гомогенными". По сути, это заявление о REV. Ниже определенного размера образца скальные породы являются гетерогенными и существует значительное отклонение или изменение в характеристиках скальных пород (например, см. работу "Greder, Н.N., Biver, P.Y., Danquigny, J., and Pellerin, F.M., 1996, "Determination of permeability distribution at log scale in vuggy carbonates:" Paper BB, SPWLA 37th Annual Logging Symposium, June 16-19, 14 p"). Выше определенного размера образца отклонение уменьшается до приемлемого уровня, и данный размер образца соответствует REV.

Определен аналогичный REV термин для 2D, которым служит REA (представительный элемент площади). См. работу "Norris, R.J., and Lewis, J.J.M., 1991, "The geological modeling of effective permeability in complex heterolithic fades:" SPE Preprint 22692, представленную на 66th Annual Technical Conference and Exhibition, Dallas, TX, October 6-9, p.359-374" (в дальнейшем "Norris 1991"). В Norris 1991 данная концепция была применена к моделированию эффективной проницаемости на основе отсканированных фотографий выходов гетеролитических скальных пород. По существу, REA представляет собой наименьшую площадь скальных пород, которая может считаться представительной для данного измеренного свойства скальных пород. REA и REV, соответственно, служат мерами площади и объема. Оба термина позволяют осуществлять охват гетерогенности свойств скальных пород.

Значение REA определяется с использованием итеративного процесса, когда выполняется измерение отклонения данного параметра, такого как пористость, для последовательно увеличивающейся площади образца. REA представляет собой площадь, для которой среднеквадратическое отклонение изменения от среднего значения для образца равно нулю или приемлемому малому значению. Среднее значение для образца определяется из лабораторного измерения пористости при анализе керна.

Анализ цифровых изображений. Цифровые изображения могут рассматриваться как числовая матрица, каждому числу в которой соответствует пиксель. В случае 8-битового изображения каждый пиксель имеет значение между 0 и 255 (то есть 256 или 28 оттенков серого). Изображения могут также быть 16-битными, 24-битными и т.д. Отметим, что RGB-изображения могут рассматриваться как три матрицы - по одной матрице для красного, зеленого и синего цветов.

Бинарное (двоичное) изображение представляет собой изображение, в котором пиксели содержат два числа - обычно это 0 для черного и 255 для белого цвета. Цвет фона и основной цвет выбираются произвольно. Например, в образце скальной породы зерна могут быть белыми, а поры могут быть черными, или наоборот. Процесс, посредством которого шкала серого или RGB-изображение преобразуется в бинарное изображение, называется пороговой бинаризацией или бинаризацией.

В описании предмета настоящего изобретения используются два принципиально разных типа обработки изображений: (1) обработка полутоновых изображений (в оттенках серого) и (2) обработка бинарных изображений (известная как обработка морфологических изображений). Каждый процесс работает со своей шкалой. Некоторые процессы оперируют на пиксельной шкале, тогда как другие применяются к блоку с размером, называемым размером зерна (например, размер 3×3 пикселя). В этом случае полученные результаты возвращаются на центральный пиксель.

Обработка полутоновых изображений (в оттенках серого) в настоящем изобретении используется для улучшения и восстановления изображения. Используемые процессы включают: (1) нерезкую маску (USM), (2) ограниченное контрастностью адаптивное выравнивание гистограммы (CLAHE) и (3) пороговую бинаризацию.

Нерезкая маска (USM) в отличие от того, что может подразумевать ее название, представляет собой фильтр, используемый для увеличения резкости изображения путем вычитания из исходного изображения его размытого варианта. Размывание изображения может выполняться несколькими способами. Обычная процедура заключается в использовании Гауссова размывания. После вычитания изображение снова выравнивается до получения исходной гистограммы. Задается радиус фильтра Гауссова размывания и его весовой коэффициент. На пикселях USM может применяться недискриминационным или дискриминационным способом. Для проверки условия применения маски USM может использоваться порог, определяющий минимальную контрастность между пикселями. Порог обычно используется для минимизации возникновения искусственных шумов, появляющихся при недискриминационном применении USM.

Ограниченное контрастностью адаптивное выравнивание гистограммы (CLAHE), измененное в работе Zuiderveld, К., 1994, "Contrast limited adaptive histograph equalization," Heckbert, P.S., Graphic Gems IV, San Diego: Academic Press Professional, p.474-485 из работы Adaptive Histogram Equalization of Pizer, S.M., Ambum, E.P., Austin, J.D., Cromartie, R., Geselowitz, A., Greer, Т., Romeny, В.Т.H., Zimmerman, J.В., and Zuiderveld, K., 1987, "Adaptive histogram equalization and its variations:" Computer Vision, Graphics and Image Processing, v. 39, No. 3, p.355-368, представляет собой процесс, обычно используемый для коррекции неравномерности освещения. В то время как стандартное выравнивание гистограммы работает на всем изображении, CLAHE работает в локальном масштабе путем выравнивания контрастности в соответствии с задаваемым пользователем распределением. Размер данного локального масштаба определяет размер зерна. Для обеспечения бесшовности (гладкости) переходов между всеми локальными площадями используется билинейное сглаживание. CLAHE ча