CN103492874B - 用于确定岩样中流体流动性的系统和方法 - Google Patents

Abstract

采用延时正电子发射粒子追踪确定岩样中流体流动性的系统和方法。该系统和方法采用PEPT通过在标签与流体一起穿过岩样中的孔隙中时采用正电子发射断层显像摄像机记录来自标签的伽马射线发射，来确定诸如具有小于一微达西的渗透率的页岩的岩样中的渗透率。

Description

用于确定岩样中流体流动性的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年3月4日提交的美国专利申请号为13/040,396的优先权，其内容以参考的方式合并于此。

有关联邦调查的赞助

不适用

技术领域

本发明涉及用于确定岩样中流体流动性的系统和方法。更具体地，本发明涉及采用延时正电子发射粒子追踪（pasitron emission particle tracking，“PEPT”）确定岩样中流体流动性的系统和方法。

背景技术

确定岩样中流体流动性的最大挑战之一是一些岩样（如页岩）中非常细微的微结构。页岩（shale）在颗粒（grain）尺寸方面显著地不同于所有其它地层岩石，其对应非常低值的孔隙度（porosity）（Φ）和渗透率（permeability）（k）。

用于确定岩样中流体流动性的传统技术包括：

·核磁共振（NMR）；

·3D CT扫描，其能够勾勒出密度差，也就是扫描图像中的对比度；

·X射线衍射，以及；

·岩样的扫描电镜（SEM）评估。

主要缺点之一是这样的传统技术仅能够操作和处理非常小的被称为岩心栓（core plug）的岩样，这不能代表整个样品—远小于储层（reservoir）。换句话说，通过这样的传统技术确定的流体流动性不能代表原位的流体的流动性，因此必须被调整为更准确的表示。可以通过从岩心栓尺寸级别类推岩石物理学特性以确定仿真网格（simulation-grid）尺寸级别的“升级（upscaling）”，改善通过任一前述传统技术对流体流动性的确定。很多升级技术是已知并且可用的，例如诸如幂定律平均、重正化（renormalization）、压力求解装置（pressure solver）、张量和虚拟函数技术。简言之，升级以一个等效的粗略的同质栅格块替代多个异质的细微的栅格块。传统升级的本质需要求平均值和类推，这因此导致信息的损失并且产生模糊了空间连续的极端情况（例如诸如页岩障碍物和开口裂缝）的常见问题。油气采收率（recovery）主要依赖于极端的（极低）渗透率值的空间连接性，尤其是小尺寸的页岩孔隙的特性。因此优选不用升级技术确定岩样中的流体流动性。

用于确定岩样中流体流动性的其它传统技术包括：i）研磨岩样；ii）从岩样中去除所有的含水量；以及iii)将He或Hg注入到岩样中。但是这些技术不是最优的，这是因为它们在确定流体流动性之前偏移（skew）了岩样的原始的地质力学特性并且对非常小的岩样(岩心栓)仍然需要升级技术。

结果是，使用正电子发射断层显像（Positron Emission Tomography，PET），正电子发射探测的应用从更多的传统医学成像应用中崭露头角。在标准的PET成像中，在以二维（2D）或三维（3D）形式获取的数据以正弦图存储，该正弦图由分别表示角形采样和径向采样的行和列组成。原始数据通过硬件被预先读出为（pre-binned）正弦图格式。由于预先读出（pre-binning）的操作，使得以正弦图格式的数据从原始格式数据获得时会导致较低的分辨率，这导致关于扫描对象的有价值信息的丢失。在正弦图格式中，所获取的每行的数据沿着对象的深度被压缩（求和），并且须沿该方向被解压以提供信息。在由Hawkesworth等人发表在《Nuclear Instrument and Methods inPhysics Research》1999年第A310期第423-434页（A310，1991，pp.423-434）上的“Nonmedical Applications of Positron Camera”中，例如，PET被用于每10分钟一次产生图像以追踪岩样中流体的流动。但是该技术受到限制，因为所获取的数据以正弦图被存储，这相比于以列表模式被存储的原始格式数据而言需要更多时间去处理。结果是，图像速度是慢的（每10分钟1个），这降低了图像分辨率。

在由Degueldre等人发表在《Earth and Planetary Science Letters》1996年第140期的第213-225页上（140,1996,pp.213-225）的“Porosity and PathwayDetermination in Crystalline Rock by Positron Emission Tomography andNeutron Radiography”中，已经采用高分辨率的PET摄像机（camera）研究结晶岩中的流体路径和孔隙度。这个结果表明了在尺寸为20cm的花岗闪长岩片中和在具有大约20%的孔隙度的模拟特征中的原始蓄水层特征。在由Maguire等人发表在IEEE《Transactions on Nuclear Science》第44卷第1期第26-30页（Vol.44，No.1,1997，pp.26-30）上的“Positron Emission Tomographyof Large Rock Samples Using a Multiring PET instrument”中，PET的使用已经被扩展至多环PET摄像机，并且表明采用3D采集技术测量大岩样（21.5cm）中孔隙度是确实可行的。但是这些技术限于只是岩样结构的图像，因此没有阐明岩样结构内动态的流体流动性。这些技术也遇到与其他技术相同的缺点，即以正弦图格式存储获取到的数据。

由位于南非的开普敦大学进行的当前研究利用了延时PEPT，用具有～100μCi放射性的标签（跟踪器）标记20μ以下的岩石颗粒和液体，以确定泥浆中的岩石颗粒的流动性和玻璃珠柱中的液体的流动性。这里标签的放射性指的是放射性衰变，在该放射性衰变中不稳定的（即，（放射的）活性的）原子核通过发射一个或多个离子化粒子（即，电离能）来释放能量。在PEPT应用中，（放射的）活性的标签发射正电子。因为采集的数据以列表模式被存储，从而可以以每秒多于一个图像的速度来产生图像。结果是，由于提高了图像质量，所以流体的流动性可以被更精确地得以确定。然而，由于用于颗粒的标签对于精确确定液体（气体和液体）流动性来说太大，因而该研究还没有被用于确定岩样中的流体流动性，尤其对于具有小尺寸孔隙（小于μD）的岩样（如页岩）。

发明内容

因此，本发明通过提供采用延时正电子发射粒子追踪确定岩样中流体流动性的系统和方法，满足上述的需要并且克服一个或多个现有技术中的缺陷。

在一个实施例中，本发明包括一种采用延时正电子发射粒子追踪确定岩样中流体流动性的方法，该方法包括步骤：i）选择多孔岩样；ii）选择用于所述岩样的流体；iii）选择用于所述流体的标签；ⅳ）将所述岩样放入到压力容器中；ⅴ）将所述流体和标签引入到所述岩样内的孔隙中；ⅵ）当所述标签与所述流体一起穿过（traverse）置于压力容器里的岩样中的孔隙时，采用正电子发射断层显像摄像机记录来自标签的伽马射线发射；ⅶ）以每秒多于一张图像的速率将所述伽马射线发射转换成图像；以及ⅷ）显示所述图像。

在一个实施例中，本发明包括一种采用延时正电子发射粒子追踪确定岩样中流体流动性的方法，该方法包括步骤：i）选择渗透率小于一微达西的多孔岩样；ii）选择用于岩样的是气体的流体，所述流体是气体；iii）选择用于流体的标签，所述标签是所述气体或其他气体；ⅳ）将所述岩样放置于压力容器中；ⅴ）将所述流体和所述标签引入到岩样内的孔隙中；ⅵ）当所述标签与所述流体一起穿过置于压力容器里的岩样中的孔隙时，采用正电子发射断层显像摄像机将来自标签的伽马射线发射记录在列表模式的文件中；ⅶ）将所述伽马射线发射转换成图像；以及ⅷ）显示所述图像。

从下面各实施例和相关附图的描述，本发明的另外的方案、优点和实施例对于本领域技术人员将是明显的。

附图说明

本发明参考附图被详细描述如下，相似的元件以相似的参考标记表示，其中：

图1示出用于单个放射性核素标签的PEPT。

图2是示出用于实施本发明的系统的一个实施例的框图。

图3示出符合事件计数。

图4是示出用于实施本发明的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

将具体描述本发明的主题，然而，该描述本身并不旨在限制本发明的范围。因此，该主题还可与其它技术相配合而以其它方式被具体实施为包括不同步骤或与本文所描述的那些相类似的步骤的组合。此外，尽管这里使用术语“步骤”以描述所采用的方法的不同要素，但是该术语不应该被解释为在本文公开的各种步骤之中或之间暗含了任何特定的顺序，除非说明书明确限定具有特定顺序。尽管下面的描述涉及油气工业，但是本发明的系统和方法不限于此，而是也可以应用于其它工业以取得相似的结果。

PEPT基本上是用于测量一个或多个标签的轨迹的技术，其中这种标签可以用于标记固体岩石颗粒或流体。标签可以是任意能够发射正电子的放射性的核素（放射性核素）。例如，图1中，示出使用PEPT和PET摄像机的用放射性核素标签标记的单个岩石颗粒的轨迹。该核素标签通过正电子的发射而衰变，其中正电子是电子的反粒子。核衰变中产生的正电子将快速地与电子湮灭，产生几乎以相反方向发射的一对511KeV的伽马射线。如果这些伽马射线都在两个不同的点被探测，该两个不同的点由此确定一条响应线（“LOR”），那么伽马射线的发射的起点必须出现在沿着响应线的某处。换句话说，LOR基本上对应于连接一对相对的探测器的线。

在PET摄像机的视野范围内仅采用少量的已测量的LOR能够确定放射性核素标签的位置。但是，标签的放射性必须对于待被测量的足够多的LOR是充足的，以精确地反映移动标签的轨迹。具体地，必须使用显著较小尺寸的标签来用于PEPT，以使对于确定小尺寸页岩孔隙中流体的流动性是可靠地精确。原则上，仅需要两个探测器，但是也可以使用额外的探测器，只要它们成对（是指沿通过PET摄像的中心的线彼此相对放置）。因为数以千计的伽马射线发射能够用PET摄像机被探测并且每一秒被处理，所以可以实现确定一个或多个快速移动的放射性核素标签的位置的可能性。因此，PEPT可以被用于通过用一个或多个放射性核素标签标记流体来确定岩样中的流体流动性。

系统描述

本发明可以通过指令的计算机可执行程序（例如，通常被称作由计算机执行的软件应用或应用程序的程序模块）被实施。该软件可以包括例如执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程（routine）、程序、对象、组件和数据结构。该软件形成了允许计算机根据输入源作出反应的接口。该软件还可以与其它代码段配合以响应于接收到的数据并配合接收到的数据的源（source）来发起各种任务。该软件可以被存储和/或承载在诸如CD-ROM、磁盘、磁泡存储器和半导体存储器（例如各种类型的RAM或ROM）的任何种类的存储介质上。此外，软件和其结果可以通过诸如光纤、金属线的各种承载介质和/或如因特网的任意各种网络被传送。

此外，本领域技术人员将认识到本发明可以通过各种计算机系统配置来实施，包括手持设备、多处理器系统、基于微处理器的电子装置或可编程用户（programmable-consumer）电子设备、小型计算机、大型计算机等。对于本发明的使用而言，任意数量的计算机系统和计算机网络都是可接受的。本发明可以在任务被远程处理设备执行的分布式计算环境中实施，该远程处理设备通过通信网络连接。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储器设备的本地和远程计算机存储介质中。本发明因此可以与各种硬件、软件或其组合相配合在计算机系统或其他处理系统中得以实施。

现在参考图2，框图示出用于在计算机上实施本发明的系统的一个实施例。该系统包括计算单元，该计算单元有时指的是计算系统，包括存储器、应用程序、客户端接口、视频接口、处理单元和PET摄像机202。该计算单元仅是合适的计算环境的一个实例，并不旨在对本发明的功能或使用范围造成任何限制。

PET摄像机202可以包括任何传统的PET摄像机，例如由西门子制造的ECAT′EXACT′3D模式996PET摄像机。摄像机202具有48个标准锗酸铋探测器元件，该48个标准锗酸铋探测器元件以8×8的块分组形成82cm的直径和23.4cm的径向视野的检测环。摄像机202由于其尺寸的原因而相比于其他传统摄像机更可取。摄像机202能够保持每秒大约4百万个符合事件的不变的数据获取速率。摄像机202还具有优越的几何形状，用于研究3D中的圆柱系统，并且允许对大岩样进行处理，这表明相对于在岩石物理实验室中标准岩石物理的芯栓测量的极大改进。如图2所示，大约50cm高和大约20cm厚的页岩岩样204被放置在压力容器206中。容器206被加压以原位模拟施加在岩样204上的压力和/或温度。探测器208、210探测由成对的标记过的入射伽马射线所产生的发射，该成对的入射伽马射线在短时间窗内被结合在符合电路（coincidence circuitry）中。以这种方式，不需要物理准直器（即电子准直器），就可从探测到的放射物获得位置信息。为简单起见，PET摄像机202仅示出一对探测器208、210。实际上，在探测环203中的所有探测器被直接有线连接到数据获取模块。可选择地，在探测环203中的所有探测器可以被无线连接到数据获取模块。

可选择地，PET摄像机202能够以小得多的尺寸被制造，并且被放置在用于在钻井孔中部署向下打孔的钻柱中。现有技术，诸如哈利伯顿RSCT和HRSCT的取岩芯工具能够被改装为存放（host）较小尺寸的PET摄像机。例如，RSCT工具垂直于井眼钻孔以开采外直径OD为15/16”和长度为1-3/4”的岩样。每个岩样可以被取到工具中的容器中，该容器能够被加压用于传送标记有放射性核素标签的流体。取决于环境条件的井下钻孔，PET摄像机202和计算单元（除了客户端接口/视频接口之外）可以被具有RSCT工具的钻柱承载。可选择地，如果环境条件不利于在钻柱中放置计算单元，可以仅有PET摄像机202被具有RSCT工具的钻柱承载。例如，流体流动性数据能够通过快速光线路被传送至在用于分析的表面处的客户端接口/视频接口的分析。在为岩样确定了流体流动性之后，其可以被传送至储存管道。

存储器主要存储也可以被描述为包含计算机可执行指令的程序模块的应用程序，该计算机可执行指令由用于实施这里描述并且在图2-图4中示出的本发明的计算单元执行。存储器因此包括数据获取模块和延时数据分析与解释模块，这使得参考图4说明和描述的方法实现。

数据获取模块在列表模式的文件中记录原始数据（伽马射线发射）。伽马射线发射被记录作为探测到的信号，其以时间顺序被记录，从而使得每个信号具有时间戳和每个探测器的坐标。当对于一对相反的探测器的信号显著地匹配或重叠时，符合事件被定义。记录原始数据的这种模式被进一步示出在图3中用于记录符合事件，并且被通常用PET摄像机中。例如通道1和通道2示出两个独立信号，两个独立信号表示由一对相对的PET摄像机探测器在不同的时间探测的一对相反的伽马射线发射。总通道通过相加以确定在预定的短时间间隔内的符合事件，从而将符合事件与其他事件（信号）相分离。因此数据获取模块可以在某种程度上被校准，以在通道1和2的信号的振幅在某一预定的短时间间隔内基本上重叠的情况下仅对于该时间间隔放大信号。因此，用于放大的信号振幅的符合事件可以对应于在预定时间间隔内同时探测到的一对相反的伽马射线。每个符合事件以时间顺序被记录，从而使得每个符合事件具有时间戳和对于两个相对的探测器中的每一个的坐标。基于两个相对的探测器中的每一个的坐标，可以容易地确定LOR。数据获取模块可以每秒记录数千个符合事件。列表模式文件由此为原始数据确保获得最大量的可用信息。尽管依赖于情况，但是列表模式文件的大小远大于正弦图的大小，并且能够超过数百MB（megabytes）或甚至G（gigabyte）的数据。一旦被记录，则在列表模式文件中的数据必须被转换为随后可用于确定流动流动性的形式图像。

延时数据分析与解释模块将列表模式文件中的数据转换为能够用于确定流体流动性的图像。可以采用例如诸如简单反向投影（backprojection）、滤波反向投影或迭代法的传统方法执行该转换。然而，延时数据分析与解释模块采用不同的方法将列表模式文件转换为图像。每个列表模式文件被分割为时间片（time slice）（通常为毫秒量级）。时间片数据被分成三角形以为每个标签得到x、y、z、t坐标，这使得能够在PET摄像机的视野中同时追踪多个标签。以这种方式，追踪的多个标签可以被扩展为图像，并且被优化用于与图像三维像素的数量相关的数据矩阵尺寸。任何已知并且广泛应用的图像处理工具可以被用于优化图像的质量。可选择地，衰减修正可以通过修正所谓的散射和随机符合（可导致解释的不确定性）而被用于提高所处理的三维像素图像的分辨率。此外，不确定性与移动标签的速度有关。似乎对于缓慢移动或静止的标签，不确定性是探测器尺寸的大约一半（即大约2mm）。随着标签的速度增加，该不确定性成比例增加并且可需要进行进一步的调查研究。然而，处理“非连续”数据（即流体/气体传播被离散为（超）短时间帧）可以降低这种不确定性。

尽管计算单元被示出为具有通用的存储器，但是该计算单元典型地包括多种计算机可读介质。以示例而非限制性的方式，该计算机可读介质可以包括以易失性和/或非易失存储器的形式的计算机存储介质，例如只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。基本输入输出系统（BIOS）典型地被存储在ROM中，该BIOS系统包括诸如启动期间帮助计算单元内的元件之间传送信息的基本程式。RAM典型地包括立即可存取和/或当前正被处理单元运行的数据和/或程序模块。以示例而非限制性的方式，该计算单元包括操作系统、应用程序、其它程序模块和程序数据。

在存储器中示出的组件也可以被包括在其它可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质中，或它们可以通过应用程序接口（“API”）而在计算单元中被实施，应用程序接口可以驻留在通过计算机系统或网络连接的单独的计算单元中。仅举例，硬盘驱动可以读或写不可移除、非易失性磁性介质，磁盘驱动可以读或写可移除、非易失性磁盘，光盘驱动可以读或写诸如CD ROM之类的可移除、非易失性光盘或其它光学介质。其它能够被用于示例性操作环境中的移除/不可移除、易失性/非易失性存储介质可以包括但不限于盒式磁带、闪存存储卡、数字多功能光盘（digital versatile disk）、数字视频磁带、固态RAM、固态ROM等。以上讨论的驱动和它们相关的计算机存储介质提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和用于计算单元的其他数据的存储。

客户端可以通过客户端接口将命令和信息输入到计算单元，该客户端接口可以是诸如键盘和通常称为鼠标、追踪球或触摸板的定点设备(pointingdevice)的输入设备。该输入设备可以包括麦克风、控制杆、碟形卫星天线（satellite dish）或扫描仪等。这些输入设备和其它的输入设备通常通过系统总线与处理单元连接，当然也可以通过其它接口和诸如并行端口或通用串行总线（USB）的总线结构被连接。

显示器或其他类型的显示设备可以经由诸如视频接口之类的接口被连接到系统总线。图形用户接口（“GUI”）还可以与视频接口一起用于从客户端接口接收指令并且将指令传送至处理单元。除了显示器之外，计算机还可以包括经由输出外围接口连接的其他外围的输出设备，诸如扬声器和打印机。

尽管计算单元的许多其它内置组件没有被示出，但是本领域技术人员可以理解到这些组件和它们之间的相互连接是公知的。

方法描述

参考图4，示出用于实施本发明的方法400的一个实施例的流程图。

在步骤402中，选择多孔岩样。可以基于包括但不限于孔隙度特性和渗透率的一定量的标准选择该岩样。例如页岩可以被选择作为具有小于一微达西（micro-darcy）的渗透率的多孔岩样。

在步骤404中，选择用于岩样的流体。例如，可以基于各种标准（包括但不限于对岩样固有的流体）选择该流体。因此，该流体可以是气体或液体。如果页岩岩样被选择，则表示固有流体的用于岩样的流体可以是甲烷（CH₄）气体，这是因为甲烷是页岩气体中的主要化学成分。

在步骤406中，选择用于流体的标签。为了确定流体流动性中的一致结果，放射性核素标签应该类似于被用于标签的流体。例如，液体应该用液体放射性核素标签标记，气体应该用气体放射性核素标签标记。为了甚至更好的结果，放射性核素应该尽可能具有与流体的化学成分相接近的化学成分。以这种方式，具有放射性核素标签的流体标签的流动性将更接近于没有放射性核素标签的岩样中的流体的真实流动性。接下来，放射性核素标签的放射性依赖于其尺寸和成分。因此，对于页岩，如果选择甲烷（CH₄）气体作为流体，则用于气体的优选放射性核素将是C₁₁。

在步骤408中，将岩样放入压力容器中。例如压力容器与参考图2描述的压力容器206类似。

在步骤410中，将该流体和该标签引入到岩样内的孔隙中。可以通过在恒定压力和恒定温度下在一端将流体和标签注入至压力容器中，而将该流体和该标签引入到岩样内的孔隙中。可选择地，可以通过在将岩样放入压力容器之前直接将流体和标签注入到岩样内的孔隙中并且在岩样与流体和标签一起被放入压力容器中之后对岩样施加恒定压力和恒定温度，而将流体和标签引入到岩样内的孔隙中。当流体与标签一起被引入到岩样内的孔隙时该流体被标记。此时，标签当其与流体一起穿过岩样内的孔隙时依附于流体，和/或标签当其与流体一起穿过岩样内的孔隙时与流体一起运动。此外，多个标签可以与流体一起被引入到岩样内的孔隙中。流体和标签以恒定的流速、恒定的压力和恒定的温度被引入到岩样内的孔隙中。流速、恒定的压力、恒定的温度、流体和标签可以基于对于岩样是固有的流体（其表示目标流体）的流速、压力和温度而被选择。

在步骤412中，当标签与流体一起穿过岩样内的孔隙时，记录来自于标签的伽马射线发射。优选地，在列表模式的文件中记录伽马射线发射。可以采用参考图2描述的PET摄像机202和数据获取模块记录伽马射线发射。

在步骤414中，将在步骤412中记录的伽马射线发射转换成图像。可以采用参考图2描述的延时数据分析与解释模块将伽马射线发射以每秒多于一张图像的速度转换成图像。

在步骤416中，显示来自步骤414的图像。可以采用参考图2描述的客户/视频接口一个接着一个地或连续地显示图像。因此流体的流动性可以通过观察显示的图像或者采用显示的图像来确定岩样的渗透率而被确定。

因此，所提出的延时PEPT技术因为其真实地拍摄在不同净压力（netpressure）下流体在岩样中的传播，从而极大地改善了先进的拍摄图像技术。延时PEPT通过前所未有地在岩石物理工艺中执行流体流动性的不降低标准的高分辨率摄像以及执行了对具有小尺寸孔隙的岩样的交互扫描，从而具有更多的优点。

水平钻孔和水力压裂（hydraulic fracturing）已经使抽取在页岩地层中捕获的超大量的天然气成为可行。水力压裂的目的是暴露页岩地层的最大可能的表面面积并且为流体提供合理的路径以开采流到钻井孔。因此压裂技术被设计为取得长效的裂缝半长并且提高具有毫达西（mD）至微达西（μD）岩石渗透率的岩石中的裂缝导流能力（fracture conductivity）。然而，压裂技术也需要在页岩中找到地质学家过去常常认为是密封的纳达西（nD）岩石渗透率的位置。岩样的渗透率被定义为岩样通过孔隙空间传送流体的能力，这会影响流体流速、流体的移动和流体的排放。通过标准岩石物理实验室测量的页岩岩样中渗透率的实验性测定是非常具有挑战性并且耗时间的。因此，通常的做法是通过下面的方程确定裂缝导流率（C_r）而不是确定页岩岩样的体渗透率（bulk permeability）：

$C_r=\frac{k_{\mathrm{fracture}}\·w_{\mathrm{fracture}}}{k_{\mathrm{reservoir}}\·l_{\mathrm{fracture}}}$

这里k_fracture是指裂缝渗透率（以mD为单位），w_fracture表示裂缝的宽度（以ft为单位），k_reservoir是地层/储层渗透率（以mD为单位）并且l_fracture表示裂缝半长（以ft为单位）。通常称k_fracture和w_fracture的乘积为裂缝导流能力（以mD ft为单位）。

用延时PET摄像获取的关于流体流动性的定量信息将直接提高关于k_fracture、w_fracture和l_fracture参数的资料。就其本身而言，延时PET摄像对流体流动性如何随着压裂的结果而改变提供唯一的定量估计，尤其在高的流体注入速率时，而传统PET摄像并不能做到这点。此外，延时PEPT摄像通过压裂前（pre-fracture）岩样与压裂后（post-fracture）岩样的流体流动性的直接一对一比较，将降低在量化裂缝导流率（C_r）和甚至在量化天然裂缝导流指数（natural fracture conductivity index，NFCI）中的不确定性。通过改造储层体积（体积压裂技术）（Stimulated Reservoir Volume，SRV）的估计，这将提供对压裂成品成功率（success）的更精确的测定，其中改造储层体积被定义为模拟面积（Stimulated Area）与净有效厚度（Net Pay）的乘积。主要由于对裂缝连接性(fracture connectivity)不精确和不确定的估计的原因，用于计算SRV的标准工业实践通常在体积估计中引入高的不确定性和系统误差。三维PEPT流体传播图像将产生：a）对从作为时间的函数的流体分布推断出的裂缝的方向性的更精确估计，b）对裂缝连接性的更定量可靠的估计，c）在SRV的估计中改善的相关性和降低的误差。

最近对多个页岩岩样执行的实验室试验显示当页岩岩样被压裂时，页岩岩样的有效渗透率能够从nD改变至μD。这表明甚至非支撑的裂缝（即没有被支撑剂充填层（proppant pack）支撑的渗透率）也能够有助于在极低渗透率页岩中的开采。可以预见的是通过使用延时PEPT摄像，能够直接从重建的三维PEPT图像得到关于压裂岩石的有效渗透率、SRV的估计以及流体向前传播的速度之间的相关性的定量（至少实验性的）估计。通过提高对流体传播和压裂属性（例如闭合应力）的相关性、模拟参数（例如支撑剂的存在和类型）和开采（production）数据（例如压力）的了解，还通过降低实际操作和效益的变量的不确定性，这将实现压裂和再压裂工作的优化和更具有时间成本有效的设计，例如所述实际操作和效益的变量例如为诸如下列之类：a）抽取的碳氢化合物的量（例如，原始天然气地质储量（Original Gas inPlace）），b）最优的井打孔间隔，c）井的排放面积/体积），d）采收率（recovery）因子，e）最优的间隔单元（spacing unit），以及f）最优的井的控制（steer）、方向和角度。

尽管结合当前优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是其不旨在将本发明限制于这些实施例。因此可以预期的是在不偏离由所附的权利要求和其等同物限定的本发明的精神和范围内，可对本公开的实施例做出各种替代性的实施例和修正。

Claims (30)

1.一种采用延时正电子发射粒子追踪确定岩样中流体流动性的方法，该方法包括步骤：

选择多孔岩样；

选择用于所述岩样的流体；

选择用于所述流体的标签；

将所述岩样放入到压力容器中；

将所述流体和所述标签引入到所述岩样内的孔隙中；

当所述标签与所述流体一起穿过置于所述压力容器里的所述岩样中的孔隙时，采用正电子发射断层显像摄像机记录来自所述标签的伽马射线发射；

以每秒多于一张图像的速率将所述伽马射线发射转换成图像；以及

显示所述图像。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述岩样的渗透率小于一微达西。

3.如权利要求1所述的方法，其中用于所述岩样的所述流体是气体，并且用于所述流体的所述标签是所述气体或其它气体。

4.如权利要求1所述的方法，其中用于所述岩样的所述流体是液体，并且用于所述流体的所述标签是所述液体或其它液体。

5.如权利要求3所述的方法，其中用于所述岩样的所述流体是CH₄，并且用于所述流体的所述标签是C₁₁。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述伽马射线发射被记录在列表模式的文件中。

7.如权利要求1所述的方法，其中通过于恒定压力和恒定温度下在一端将所述流体和所述标签注入到所述压力容器中而将所述流体和所述标签引入到所述岩样内的孔隙中。

8.如权利要求1所述的方法，其中通过在将所述岩样放入到压力容器中之前直接将所述流体和所述标签注入到所述岩样内的孔隙中并且在将所述岩样与所述流体和所述标签放入到所述压力容器中之后对所述岩样施加恒定压力和恒定温度，从而将所述流体和所述标签引入到所述岩样内的孔隙中。

9.如权利要求1所述的方法，其中当所述流体与所述标签一起被引入到所述岩样内的孔隙时，所述流体被标记。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述标签在与所述流体一起穿过所述岩样内的孔隙时而依附于所述流体。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述标签在与所述流体一起穿过岩样内的孔隙时而与所述流体一起运动。

12.如权利要求1所述的方法，还包括将多个标签与所述流体一起引入到所述岩样内的孔隙中。

13.如权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述岩样的渗透率；

压裂所述岩样；

确定压裂后岩样的渗透率；以及

比较所述岩样的渗透率与所述压裂后岩样的渗透率。

14.如权利要求1所述的方法，其中正电子发射断层摄像机被放置在钻柱中。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述流体和所述标签以恒定流速、恒定压力、以及恒定温度被引入到所述岩样内的孔隙中。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述恒定流速、所述恒定压力、所述恒定温度、所述流体、以及所述标签的每一个基于目标流体而被选择。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述目标流体表示获取岩样或可能会发现岩样的岩石地层内的流体。

18.如权利要求1所述的方法，其中所述伽马射线发射被成对发射，每一对以几乎相反的方向被发射。

19.如权利要求1所述的方法，其中所显示的图像一个接着一个地被显示。

20.如权利要求1所述的方法，其中所显示的图像连续被显示。

21.如权利要求1所述的方法，其中流体流动性通过观察所显示的图像或者使用所显示的图像来确定所述岩样的渗透率而被确定。

22.如权利要求5所述的方法，其中所述岩样是页岩。

23.一种采用延时正电子发射粒子追踪确定岩样中流体流动性的方法，该方法包括步骤：

选择渗透率小于一微达西的多孔岩样；

选择用于所述岩样的流体，所述流体是气体；

选择用于所述流体的标签，所述标签是所述气体或其他气体；

将所述岩样放置于压力容器中；

将所述流体和所述标签引入到所述岩样内的孔隙中；

当所述标签与所述流体一起穿过置于所述压力容器里的所述岩样中的孔隙时，采用正电子发射断层显像相机将来自所述标签的伽马射线发射记录在列表模式的文件中；

将所述伽马射线发射转换成图像；以及

显示所述图像。

24.如权利要求23所述的方法，其中以每秒多于一张图像的速度将所述伽马射线发射转换成图像。

25.如权利要求23所述的方法，其中用于所述岩样的所述流体是CH₄，并且用于所述流体的所述标签是C₁₁。

26.如权利要求23所述的方法，其中通过恒定压力和恒定温度下在一端将所述流体和标签注入到压力容器而将所述流体和所述标签引入到所述岩样的孔隙中。

27.如权利要求23所述的方法，其中通过在将所述岩样放置于压力容器之前直接将所述流体和所述标签注入到所述岩样内的孔隙中并且在将所述岩样与所述流体和所述标签放置于压力容器中之后对所述岩样施加恒定压力和恒定温度，从而将所述流体和所述标签引入到所述岩样内的孔隙中。

28.如权利要求23所述的方法，其中当所述流体与所述标签一起被引入到所述岩样内的孔隙时，所述流体被标记。

29.如权利要求25所述的方法，其中所述岩样是页岩。

30.如权利要求23所述的方法，还包括：

确定所述岩样的渗透率；

压裂所述岩样；

确定压裂后岩样的渗透率；以及

比较所述岩样的渗透率与所述压裂后岩样的渗透率。