Способ оценивания эффективного атомного номера и объемной плотности образцов породы с использованием рентгеновской компьютерной томографии на двух уровнях энергии

Способ оценивания эффективного атомного номера и объемной плотности образцов породы с использованием рентгеновской компьютерной томографии на двух уровнях энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет согласно 35 U.S.C. §119(e) более ранней предварительной патентной заявки США № 61/511,600, поданной 26 июля 2011 года, которая в полном объеме включена в настоящее описание изобретения посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Данное изобретение относится к области численных физических свойств породы и, в частности, к способам оценивания эффективного атомного номера и/или объемной плотности образцов породы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Измерения плотности и эффективного атомного номера кернов представляют ценность для инженеров-эксплуатационников. Объемные плотности дают указание пористости, и эффективный атомный номер обеспечивает указание минералогического состава.

[0004] Существует несколько подходов к оцениванию плотности и эффективного атомного номера, включающие в себя:

1. Физические образцы можно извлекать из скважины, и плотность можно измерять взвешиванием образца, вычислением его объема и простым делением массы на объем.

2. Для оценивания плотности и эффективного атомного номера можно использовать каротажные приборы. Гамма-гамма-лучевые методы используются для оценивания плотности и эффективного атомного номера из поглощения гамма-излучения, проходящего через породу в стволе скважины.

3. Рентгеновские КТ-сканеры можно использовать для оценивания плотности и эффективного атомного номера путем измерения ослабления рентгеновского излучения на двух разных уровнях энергии и затем использовать измерения для вычисления плотности и эффективного атомного номера.

[0005] В 1970-х сканеры рентгеновской компьютерной томографии (КТ-сканеры) начали использовать для формирования изображения в медицинских целях. В 1980-х эти сканеры применялись к образцам породы, извлеченным из стволов скважин (кернам). КТ-сканеры обладают преимуществом более высокого разрешения по сравнению с гамма-каротажными приборами и, кроме того, не подвергаются воздействию среды скважины, в отличие от скважинных гамма-гамма-лучевых каротажных приборов. Кроме того, КТ-сканеры создают 3-D распределение свойств породы в образце, тогда как каротажные приборы создают лишь 1-D распределение.

[0006] В статье Wellington и Vinegar (Wellington, S.L. and Vinegar, H.J., "X-Ray Computerized Tomography," Journal of Petroleum Technology, 1987) рассмотрено использование КТ-сканеров в геофизике. Ослабление рентгеновского излучения зависит, как от плотности электронов (объемной плотности), так и от эффективного атомного номера.

где µ - коэффициент линейного ослабления рентгеновского излучения

ρ - объемная плотность

Z - эффективный атомный номер

E - фотоэлектрическое поглощение

a и b - константы.

[0007] Медицинские КТ-сканеры обеспечивают 3-D объемы КТ-значений, которые находятся в линейном соотношении с коэффициентом µ ослабления. Первый член в уравнении (1) является значимым при высоких уровнях энергии рентгеновского излучения (свыше 100 кВ) тогда как второй член является значимым при низких уровнях энергии рентгеновского излучения (ниже 100 кВ). Поэтому сканирование на двух уровнях энергии можно использовать для оценивания объемной плотности и эффективного атомного номера. Рассматривая сканирование на двух уровнях энергии, уравнение (1) приводит к нижеследующим уравнениям:

где ρ - плотность объекта,

Z_eff - его эффективный атомный номер,

A, B, C, D, E, F - коэффициенты,

и - КТ-значения рентгеновского облучения объекта, полученные при высокой и низкой энергиях квантов рентгеновского излучения,

α приблизительно равно 3.8.

[0008] Как указано, например, в Siddiqui, A. и Khamees, A. A., "Dual-Energy CT-Scanning Applications in Rock Characterization," Society of Petroleum Engineers, 2004, SPE 90520, оценивание распределений эффективного атомного номера и объемной плотности в образцах керна из рентгеновской КТ на двух уровнях энергии предусматривает:

a) получение рентгеновского КТ-изображения целевого объекта совместно с, по меньшей мере, тремя объектами (калибровочными объектами) с известной плотностью и известным эффективным атомным номером. В случае кернов, ось керна выровнена с осью Z изображения (см. фиг.1);

b) регистрацию КТ-значений высокой/низкой энергии калибровочных объектов и целевого объекта и их усреднение в каждом объекте и/или в каждом сечении XY каждого объекта;

c) с использованием известных свойств калибровочных объектов и их КТ-значений высокой/низкой энергии, решение системы уравнений (2,3) относительно коэффициентов A, B, C, D, E, F;

d) с использованием высокого и низкого КТ-значений целевого объекта и коэффициентов из этапа c), вычисление плотности и эффективного атомного номера целевого объекта из уравнений (2, 3);

e) вычисление каротажей плотности и эффективного атомного номера путем усреднения значений плотности и эффективного атомного номера в каждом сечении X-Y сканирования.

[0009] Обычно этапы b) и c) осуществляются для каждого сечения КТ-изображения, параллельного траектории рентгеновского излучения (например, каждого сечения X-Y), и этап d) осуществляется в каждой точке (например, вокселе) 3-D изображения, с использованием коэффициентов, определенных для соответствующего сечения X-Y.

[00010] Проблема этого подхода состоит в том, что модель, определенная уравнениями (2, 3), не учитывает всех эффектов, участвующих в процессе рентгеновской компьютерной томографии. В результате, значения плотности, полученные на этапе d) и усредненные по целевому объекту, не всегда совпадают с плотностями объектов, определенными непосредственным физическим измерением, масса, деленная на объем. Пример использования традиционного способа оценивания объемной плотности и эффективного атомного номера для образца сланца показан на фиг.2 и фиг.3a-b.

[00011] Расчетные плотности, в основном, оказываются меньше измеренных, причем ошибка иногда превышает обычно допустимый уровень в 5%. Не существует видимой корреляции между измеренными и расчетными значениями плотности (коэффициент корреляции = -0,27).

[00012] Кроме того, соотношение между эффективным атомным номером и значениями объемной плотности, вычисленными методом двух уровней энергии, очень часто бывает трудно объяснить общепринятыми моделями физических свойств породы, согласно которым плотность породы, в общем случае, возрастает с увеличением эффективного атомного номера. Например, на фиг.3a) показан график зависимости эффективного атомного номера от значений объемной плотности для образца сланца, полученных непосредственным измерением, который демонстрирует, в общем случае, увеличение плотности с увеличением эффективного атомного номера. Тенденция, представленная на фиг.3b), отображающей график зависимости эффективного атомного номера от вычисленной усредненной объемной плотности, представляет собой почти противоположную тенденцию. Этот эффект наблюдался Бойесом (Boyes, J., "The Effect of Atomic Number and Mass Density on the Attenuation of X-rays," Queen's Health Sciences Journal, 2003). С другой стороны, ошибки эффективного атомного номера находятся в допустимых пределах. Пример совпадения между эффективным атомным номером, полученным из минерального состава образца, и эффективным атомным номером, оцененным методом двух уровней энергии, показан на фиг.4.

[00013] Соответственно, предыдущие подходы к оцениванию плотности и/или эффективного атомного номера образцов породы или кернов демонстрируют недостаточную точность для предоставления пригодной информации специалистам по бурению и добыче углеводородов. Существует потребность в способе(ах) более точного оценивания эффективных атомных номеров и объемных плотностей образцов породы. Кроме того, необходимо обеспечить способ оценивания эффективного атомного номера и/или объемной плотности образцов породы, позволяющий решить одну или более из вышеупомянутых проблем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00014] Признаком настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного способа оценивания эффективного атомного номера и объемной плотности образцов породы с использованием рентгеновской компьютерной томографии.

[00015] Другим признаком настоящего изобретения является обеспечение способ снижения ошибки между объемной плотностью, измеренной в физической лаборатории, и оценочной объемной плотностью путем создания коррекции ошибки, которая является функцией эффективного атомного номера.

[00016] Еще одним признаком настоящего изобретения является генерация тенденций эффективного атомного номера и оценочной объемной плотности, которые согласуются с предполагаемым соотношением между эффективным атомным номером и объемной плотностью.

[00017] Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут отчасти изложены в нижеследующем описании, и отчасти будут явствовать из описания, или могут быть изучены по мере практического применения настоящего изобретения. Задачи и другие преимущества настоящего изобретения будут реализованы и достигнуты посредством элементов и комбинаций, в частности, указанных в описании и нижеследующей формуле изобретения.

[00018] Для достижения этих и других преимуществ, и в соответствии с целями настоящего изобретения, воплощенного и в общих чертах описанного здесь, настоящее изобретение относится к способу оценивания эффективного атомного номера и/или объемной плотности целевого объекта или целевых объектов. Целевым объектом может быть керн или образец породы или пористое тело или другой объект, который можно сканировать с использованием устройства рентгеновской компьютерной томографии.

[00019] Способ может включать в себя оценивание объемной плотность и/или эффективного атомного номера целевого объекта. Способ может предусматривать один или более следующих этапов, на которых:

i. осуществляют сканирование, например, рентгеновское КТ-сканирование на двух уровнях энергии, двух или более эталонных объектов и трех или более калибровочных объектов,

ii. получают функциональное соотношение между ошибкой объемной плотности и эффективным атомным номером с использованием значений сканирования, например, КТ-значений, из эталонных объектов и калибровочных объектов,

iii. осуществляют сканирование, например, рентгеновское КТ-сканирование на двух уровнях энергии, целевого объекта и трех или более калибровочных объектов,

iv. получают нескорректированную плотность (например, ) и эффективный атомный номер (например, ) для целевого объекта,

v. получают коррекции объемной плотности с использованием функционального соотношения между ошибкой объемной плотности и эффективным атомным номером из эталонных объектов и эффективного атомного номера (например, ) для целевого объекта, и

vi. получают скорректированную объемную плотность с использованием коррекций объемной плотности.

[00020] Кроме того, настоящее изобретение относится к способу оценивания объемной плотности и/или эффективного атомного номера целевого объекта, который позволяет добиться меньшей ошибки плотности, чем способы, описанные в уровне техники. В образцах керна наблюдались ошибки плотности 2% или менее между расчетной плотностью (например, объемной плотностью) и измеренной плотностью (например, объемной плотностью).

[00021] Настоящее изобретение также относится к способу оценивания объемной плотности целевого объекта, в котором коэффициент корреляции между расчетной плотностью и измеренной плотностью выше, чем коэффициенты корреляции, полученные способами, описанными в уровне техники. В образцах керна наблюдались коэффициенты корреляции, по меньшей мере, 0,7 и более высокие, например, 0,87 или более.

[00022] Следует понимать, что вышеприведенное общее описание и нижеследующее подробное описание являются лишь иллюстративными и пояснительными и предназначены для обеспечения дальнейшего объяснения предложенного настоящего изобретения.

[00023] Прилагаемые чертежи, которые включены в данный документ и составляют ее часть, иллюстрируют признаки настоящего изобретения и, совместно с описанием, служат для пояснения принципов настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[00024] Фиг.1 - вид в перспективе образца керна и системы координат, используемой для описания керна.

[00025] Фиг.2 - график, который демонстрирует типичное сравнение плотностей сланцевого керна, непосредственно измеренных и вычисленных согласно подходу двух уровней энергии.

[00026] Фиг.3a и 3b - графики, которые демонстрируют зависимость эффективного атомного номера (Zeff) от измеренной (a) и вычисленной традиционным способом (b) объемных плотностей.

[00027] Фиг.4 - график, который демонстрирует сравнение между эффективным атомным номером, полученным из минералогического состава различных примеров образцов породы песчаника, известняка и доломита и эффективным атомным номером тех же образцов, вычисленным согласно подходу двух уровней энергии.

[00028] Фиг.5 - график, который демонстрирует соотношение между плотностью, оцененной из рентгеновской КТ на двух уровнях энергии с использованием предложенного способа (скорректированной плотностью) и измеренной плотностью.

[00029] Фиг.6a и 6b - графики, которые демонстрируют сравнение тенденций Zeff/плотности для измеренной объемной плотности (a) и плотности, вычисленной способом настоящего изобретения (b).

[00030] Фиг.7 - наглядный чертеж (не в масштабе) одного примера конфигурации эталонного объекта или целевого объекта совместно с калибровочными объектами и лотком сканера.

[00031] Фиг.8 - блок-схема операций, демонстрирующая различные способы вычисления средних значений объемной плотности и эффективного атомного номера.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00032] Настоящее изобретение относится к способам оценивания объемной плотности и/или эффективного атомного номера целевого объекта. Целевым объектом может быть образец породы, или образец керна, или пористое тело, или любой другой объект, объемную плотность и/или эффективный атомный номер которого требуется оценить. Целевым объектом, в общем случае, является твердое тело. Целевой объект может быть жидким или содержать жидкость. Целевым объектом может быть объект, полученный из участка бурения, предложенного участка бурения, подземного участка или наземного участка, или любого другого места, где образец может быть извлечен и для которого требуется оценить объемную плотность и/или эффективный атомный номер. Способы настоящего изобретения позволяют обрабатывать последовательность из двух или более целевых объектов.

[00033] Способ оценивания объемной плотности и/или эффективного атомного номера целевого объекта может предусматривать один или более однократно или многократно осуществляемых этапов, на которых:

i. осуществляют сканирование (например, рентгеновское КТ-сканирование на двух уровнях энергии) двух или более эталонных объектов и трех или более калибровочных объектов,

ii. получают функциональное соотношение между ошибкой объемной плотности и эффективным атомным номером с использованием значений сканирования (например, КТ-значения) из эталонных объектов и калибровочных объектов,

iii. осуществляют сканирование (например, рентгеновское КТ-сканирование на двух уровнях энергии) целевого объекта и трех или более калибровочных объектов,

iv. получают нескорректированную плотность (например, ) и эффективный атомный номер (например, ) для целевого объекта,

v. получают коррекции объемной плотности с использованием функционального соотношения между ошибкой объемной плотности и эффективным атомным номером, и эффективного атомного номера, , для целевого объекта, и

vi. получают скорректированную объемную плотность с использованием коррекций объемной плотности.

[00034] В нижеприведенном описании в качестве примера целевого объекта используется полный образец керна (например, целиковый керн или круглый керн), но следует понимать, что способы, описанные здесь, применимы не только к целиковым образцам керна но и к раскатанным кернам, резаным или срезанным кернам, образцам породы в целом и к пористым телам в целом, и, как указано выше, к целевым объектам в целом.

[00035] Корень описанной проблемы заключается в простоте модели выраженной уравнениями (2, 3). Эта модель не учитывает полихроматический характер энергии рентгеновского излучения в медицинских сканерах, используемых для сканирования образцов породы, например, целиковые керны с использованием рентгеновского КТ-сканирования. В действительности, присутствие керна внутри сканера изменяет не только интенсивность рентгеновского излучения (которая, в общем случае, компенсируется алгоритмами КТ-реконструкции), но и его спектр. Изменение спектра в наибольшей степени определяется эффективным атомным номером керна. Эффект также может изменяться с размером (диаметром) керна, размером и местоположением калибровочных объектов и другими элементами в сканере, включая возраст сканера.

[00036] Особенность настоящего изобретения состоит в использовании того факта, что изменение спектра в наибольшей степени определяется эффективным атомным номером керна, последующей корреляции ошибки в вычисленных средних значениях плотности керна со средним вычисленным эффективным атомным номером керна, и применении коррекции ошибки ко всем парам расчетная плотность/эффективный атомный номер. Это дает неожиданный результат, состоящий в том, что оценочные значения усредненной расчетной объемной плотности хорошо коррелируют с измеренной объемной плотностью, и тенденция оценочной объемной плотности и эффективного атомного номера совпадает с тенденциями, наблюдаемыми в лабораторных экспериментах.

[00037] Настоящее изобретение позволяет улучшить оценку объемной плотности целевого объекта таким образом, что расчетная объемная плотность приближается к плотности того же целевого объекта, измеренной с использованием способа, описанного в уровне техники. Это рассматривается как ошибка плотности (между расчетной объемной плотностью и измеренной объемной плотностью). Наблюдались ошибки плотности менее 10%, менее 5%, менее 2% и ниже. Эта ошибка плотности может представлять собой разность между средней величиной расчетных плотностей и измеренными плотностями целевого объекта и/или может опираться на каждую отдельную точку или сканирование. Настоящее изобретение может обеспечивать коэффициент корреляции (между расчетной плотностью и измеренной плотностью), по меньшей мере, 0,7. В лучшем случае, корреляция между расчетной плотностью и измеренной плотностью одного и того же целевого объекта будет равна 1,0. Коэффициент корреляции между расчетной плотностью и измеренной плотностью может составлять, по меньшей мере, 0,75, по меньшей мере, 0,8, по меньшей мере, 0,85, по меньшей мере, 0,9, по меньшей мере, 0,925, по меньшей мере, 0,95, или более. Это, опять же, может быть средней величиной показаний и/или опираться на каждую отдельную точку/показание или сканирование. Коэффициент корреляции можно определить следующим образом:

где

n = количество образцов породы

и - средние значения по образцу

s = среднеквадратическое отклонение.

[00038] В отношении двух или более эталонных объектов, эти объекты могут представлять собой образцы породы, образцы керна, частичные образцы керна или другие объекты, имеющие известную объемную плотность. Каждый из эталонных объектов отличается от других эффективным атомным номером и/или объемной плотностью. В отношении трех или более калибровочных объектов, эти объекты могут быть жидкими или твердыми материалами, например, полимерами, металлами, минералами или химическими соединениями. Каждый из калибровочных объектов отличается от других калибровочных объектов эффективным атомным номером и/или объемной плотностью.

[00039] В отношении сканирования объектов, участвующих в способе настоящего изобретения, сканирование можно осуществлять с использованием сканера, например, сканера на двух уровнях энергии (например, рентгеновского КТ-сканера на двух уровнях энергии). Одно устройство, которое можно использовать, то есть коммерчески доступное, это CereTom™ Scanner. Сам сканер может перемещаться для сканирования целевого объекта, эталонных объектов и калибровочных объектов. Альтернативно, сканируемые объекты могут перемещаться через стационарный сканер. Возможен любой вариант. В отношении конфигурации объектов, на Фиг.7 показан один пример такой конфигурации. Показана общая конфигурация объектов, 10. Эталонный объект 12 или целевой объект 14 могут располагаться на лотке 16, например, деревянном лотке, который имеет левую сторону и правую сторону. На этом лотке может покоиться эталонный объект или целевой объект. Кроме того, три калибровочных объекта, 17a, 17b и 17c, может располагаться рядом с эталонным объектом 12 или целевым объектом 14 в любой конфигурации. Калибровочные объекты 17a-17c могут контактировать с целевым объектом 14 или эталонным объектом 12, или между калибровочными объектами и эталонными объектами или целевым объектом может существовать промежуток той или иной величины. Калибровочные объекты 17a-17c могут присоединяться или иным образом удерживаться на месте лотком 16. В примере, тремя калибровочными объектами являются кварц (17a), тефлон (17b) и вода (17c), которая находится в стеклянной трубке. Три калибровочных объекта могут окружать эталонный объект или целевой объект в направлении по часовой стрелке вокруг эталонного объекта или целевого объекта. Альтернативно, калибровочные объекты могут иметь любое пространственное соотношение с эталонным объектом или целевым объектом. Таким образом, калибровочные объекты могут окружать целевой объект или эталонный объект или находиться с одной стороны целевого объекта или эталонного объекта, или в любой другой конфигурации.

[00040] В общем случае, единомоментно сканируется один эталонный объект или целевой объект. Как вариант, можно каждый раз сканировать целевой объект, совместно с одним или более эталонными объектами, или несколько эталонных объектов друг за другом, размещая их последовательно друг за другом на лотке. Эталонные объекты и/или целевой объект можно размещать в держателе, например, металлическом держателе (например, круглой трубке), которая покоится на лотке. Как показано на Фиг.7, круглая трубка 18 может содержать эталонный объект или целевой объект и может покоиться на лотке 16. Примеры материалов, которые можно использовать, включают в себя, но без ограничения, алюминий, сплавы алюминия, пластмассы и пр. Конфигурация эталонного объекта, целевого объекта, калибровочных объектов или дополнительных необязательных компонентов, которые используются для удержания этих различных объектов, не имеет особого значения. Однако конфигурация всех объектов при сканировании целевых объектов должна совпадать с конфигурацией при сканировании эталонных объектов. Три или более калибровочных объекта могут быть разнесены на любое расстояние, например, с промежутком от 0.1 см до 10 см, например, от 1 см до 5 см, и пр., от каждого калибровочного объекта.

[00041] Что касается калибровочных объектов, калибровочные объекты могут быть разными или одинаковыми в отношении размера и/или формы. Калибровочные объекты имеют достаточно вокселей в каждом поперечном сечении каждого калибровочного объекта для эффективного усреднения сканированных значений. Например, каждый калибровочный объект может иметь 300 вокселей на сканируемое сечение или более, например, от около 300 вокселей до около 1000 вокселей на сканируемое сечение или более. Более конкретные примеры включают в себя от 400 вокселей до 500 вокселей или от 400 вокселей до 1000 вокселей, или от 600 вокселей до 1000 вокселей на сканируемое сечение. Калибровочные объекты, как указано, могут иметь любые формы или размеры и, например, могут быть круглыми, полукруглыми, прямоугольными, или иметь другие геометрические формы. Например, диаметр, если калибровочный объект является полукруглым или круглым, может составлять от 1 до 5 см, например, от 2 до 4 см.

[00042] Кроме того, каждый калибровочный объект может отличаться от других формой и/или размером. Предпочтительно, калибровочный объект имеет однородные размер и форму, и, более предпочтительно, все калибровочные объекты имеют сходные размер и форму, но это не обязательно. Калибровочные объекты должны иметь достаточную длину, чтобы калибровочный объект всегда составлял часть любого сканирования эталонного(ых) объекта(ов) и/или целевого объекта. Соответственно, в целях настоящего изобретения, калибровочные объекты имеют длину, которая больше или равна длины эталонного объекта и длины целевого объекта.

[00043] В общем случае, предпочтительные калибровочные объекты выбираются для охвата предполагаемого эффективного атомного номера целевого объекта. Таким образом, один или более калибровочных объектов может быть своего рода "конечной точкой", в результате чего, предполагаемый эффективный атомный номер целевого объекта может оказываться между эффективными атомными номерами одного или более калибровочных объектов. В целом, хотя это не обязательно, эффективный атомный номер и/или объемная плотность каждого калибровочного объекта будет отличаться от других, по меньшей мере, на 10%.

[00044] Примеры материалов калибровочного объекта включают в себя, но без ограничения, воду (которая может находиться в стеклянной трубке), стекло, кварц, тефлон, другие полимерные материалы, другие материалы на минеральной основе, другие материалы на жидкостной основе и пр. При условии, что плотность и эффективный атомный номер калибровочного объекта известны и калибровочные объекты не включают в себя элементы, в которых отношение атомного веса к атомному номеру больше около 2,1, объекты могут служить в качестве калибровочных объектов в настоящих способах. Калибровочные объекты должны быть однородными при уровне разрешения сканирования, которое обычно меньше 0,2 мм. В порядке дополнительного примера, калибровочные объекты являются однородными материалами при уровне разрешение от 0,2 мм или менее, например, 0,1 мм или менее, или 0,05 мм или менее, например, от 0,01 до 0,1 мм, или от 0,001 мм до 0,1 мм.

[00045] При осуществлении способа оценивания объемной плотности и эффективный атомный номер целевого объекта, одни и те же калибровочные объекты используются при сканировании эталонных объектов и целевого объекта.

[00046] В отношении эталонных объектов, эталонные объекты, в целом, имеют такое же или аналогичное поперечное сечение по размеру и форме, как другие. Кроме того, эталонные объекты имеют такое же или аналогичное поперечное сечение по размеру и форме, как целевой объект, и располагаются в таком же или аналогичном держателе объекта, если он используется для целевого объекта. Например, если целевой объект является круглым, то эталонный объект должен быть круглым или приблизительно круглым с такой же площадью поперечного сечения или аналогичной площадью поперечного сечения. В порядке дополнительного примера, эталонные объекты и целевой объект должны отличаться друг от друга площадью поперечного сечения не более чем на около 10%, не более чем на 5%, не более чем на 1% или не более чем на 0,5%. Как указано выше, эталонные объекты и целевой объект не обязаны быть аналогичны по размеру или форме с калибровочными объектами. Примеры эталонных объектов включают в себя, но без ограничения, любой объект, который имеет известную объемную плотность, например, песчаник Бэриа. Что касается эталонного объекта, в отношении каждого эталонного объекта должна быть известна только объемная плотность. Как вариант, также может быть известен эффективный атомный номер одного или более эталонных объектов.

[00047] Эталонные объекты могут быть круглыми, полукруглыми, прямоугольными или иметь другие геометрические формы. Например, в случае цилиндрических объектов, эталонные объекты и целевые объекты могут иметь диаметр от 5 см до 15 см и могут быть любой длины, например, от 50 см до 500 см или длиннее, например, от 1 до 200 см в длину.

[00048] Осуществление рентгеновского КТ-сканирования на двух уровнях энергии в отношении двух или более эталонных объектов и трех или более калибровочных объектов может происходить в одной и той же операции КТ-сканирования или может происходить во множественных операциях сканирования. В целом, используется одно и то же устройство КТ-сканирования с одними и теми же настройками, если используются множественные операции сканирования. Ниже приведены примеры получения или определения функционального соотношения между ошибкой объемной плотности и эффективным атомным номером из КТ-значений КТ-сканирования для эталонных объектов и калибровочных объектов. Можно осуществлять другие функциональные соотношения с использованием аналогичных вычисленных подходов.

[00049] КТ-сканирование для целевого объекта и эталонных объектов можно осуществлять в одном объединенном КТ-сканировании или во множественных операциях КТ-сканирования с использованием любой комбинации объектов, подлежащих сканированию, с тем ограничением, что калибровочные объекты должны присутствовать во всех операциях сканирования. Ниже проиллюстрированы получение нескорректированной плотности и эффективного атомного номера для целевого объекта и получение коррекций объемной плотности. Можно использовать и другие вычисления и определения.

[00050] Настоящее изобретение относится к способу оценивания объемной плотности и/или эффективного атомного номера целевого объекта. Этот способ оценивания предусматривает использование сканера (например, рентгеновского КТ-сканера на двух уровнях энергии), и соответствующие определения могут осуществляться программами, которые присутствуют на одном или более компьютерных устройствах или могут быть установлены в самом сканере (например, КТ-сканере). В целях настоящего изобретения, различные этапы получения функционального соотношения могут осуществляться в одной или более компьютерных программах и сохраняться на компьютере или отдельном жестком диске или в другом запоминающем устройстве. Следует понимать, что способы настоящего изобретения рассматриваются как часть настоящего изобретения, а также как результаты осуществления способа, включающие в себя скорректированную объемную плотность и полученные значения коррекции объемной плотности. Соответственно, настоящее изобретение относится к компьютерам, запоминающим устройствам, которые содержат программы, которые позволяют осуществлять способ оценивания объемной плотности и/или эффективного атомного номера.

[00051] Корреляция между ошибками значений плотности и вычисленным эффективным атомным номером может различаться для разных сканеров, размеров целевого объекта и местоположения в сканере, относительной позиции калибровочных объектов и образца, но не зависит от других свойств целевого и эталонного объектов, например, химического состава, пористости и насыщенности, поскольку они полностью учитываются эффективным атомным номером и плотностью объекта. Корреляция между ошибками значений плотности и вычисленным эффективным атомным номером может принимать различные формы, например, линейную, полиномиальную, экспоненциальную и пр. Ниже приведены два примера корреляции:

1. Линейная корреляция абсолютных ошибок плотности с эффективным атомным номером.

2. Линейная корреляция относительных ошибок плотности с эффективным атомным номером.

[00052] Специалистам в данной области техники очевидно, что описанные здесь способы пригодны для других типов корреляций между ошибками в значениях плотности и эффективным атомным номером.

[00053] Относительную ошибку, ε, усредненных значений плотности можно выразить в виде линейной функции эффективного атомного номера:

где = относительная ошибка средней плотности,

- средняя плотность, вычисленная методом двух уровней энергии,

- измеренная плотность образца породы,

Z = эффективный атомный номер,

a и b - константы.

[00054] Когда установлена корреляция для данной конфигурации сканирования (сканера, размера и местоположения керна, керноотборника и т.д.), она используется для коррекции значений плотности путем прогнозирования относительной ошибки из значений Z целевого объекта с использованием уравнения 4, и затем вычисления истинной плотности, , в виде

[00055] Абсолютную ошибку, δ, усредненных значений плотности можно выразить в виде линейной функции эффективного атомного номера:

где = абсолютная ошибка плотности,

- средняя плотность, вычисленная методом двух уровней энергии,

- измеренная плотность образца породы,

Z = эффективный атомный номер,

c и d - константы.

[00056] Когда установлена корреляция для данной конфигурации сканирования (сканера, размера и местоположения керна, керноотборника и т.д.), она используется для коррекции значений плотности путем прогнозирования относительной ошибки из керна значений Z с использованием уравнения (6), и затем вычисления истинной плотности в виде

[00057] Можно определять обе эти корреляции и, в необязательном порядке, другие корреляции. Как вариант, можно выбирать одну из них на основании минимизации ошибки плотности после применения коррекции. Коррекцию плотность можно применять к каждому вокселю в 3D изображении, к среднему вокселей в каждой плоскости X-Y, среднему всех вокселей во всем образце, или к другим участкам целого образца.

[00058] Настоящее изобретение применимо в случаях, когда распределения значений плотности и эффективного атомного номера получаются в каждом из множества образцов породы или в каждом из множества положений в образце, например, кернах аналогичной геометрии (формы и размера поперечного сечения).

[00059] Усовершенствованный способ оценивания плотности и эффективного атомного номера образца целевого объекта может содержать этапы, на которых (этапы I и II можно осуществлять в любом порядке):

I. вычисляют функциональное соотношение между ошибкой объемной плотности и эффективным атомным номером следующим образом:

i. получают набор из, по меньшей мере, пяти объектов с известной плотностью. По меньшей мере, два из этих известных объектов совпадают по геометрии сканирования (размеру целевого объекта) и указаны как эталонные объекты и имеют разные плотности и химический состав. По меньшей мере, три из пяти объектов указаны как калибровочные объекты и являются, в целом, однородными и выполнены из материалов с известными и разными плотностями и эффективными атомными номерами. Калибровочные объекты должны быть, по меньшей мере, столь же длинными, как эталонные объекты и целевые объекты, благодаря чему, калибровочные объекты всегда находятся в поле рентгеновского излучения, когда целевой объект или эталонные объекты находятся в поле рентгеновского излучения. Используемые здесь эталонные объекты могут представлять собой целиковые керны, фрагменты целиковых кернов, или объекты, изготовленные с этой целью. Значения плотности и эффективного атомного номера эталонных объектов должны охватывать ожидаемый диапа