CN114624267A - 一种双能ct指数识别岩心矿物和纹层的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法及装置，包括以下步骤：在高能和低能下分别对岩心样品进行扫描，分别得到高能CT切片图像和低能CT切片图像以及各自对应的吸收系数；定义双能CT指数：
计算每张切片图像的双能CT指数，得到所有CT切片图像的双能CT指数；按岩心样品的深度方向建立深度与所有CT切片图像的双能CT指数的关系图，取相邻的峰和谷之间的拐点作为分界线对矿物进行划分：所述分界线到相邻的峰的范围为一类矿物，该分界线到相邻的谷的范围为另一类矿物，同时，按划分的矿物刻画纹层。本发明解决岩心肉眼无法识别不同矿物和纹层的问题，同时实现米至百米尺度、亚毫米级分辨率的矿物和纹层识别和分析。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探开发和地质工程领域，具体涉及一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法及装置。
背景技术
构成岩石的矿物及其空间分布反应岩石形成的历史、决定岩石的宏观和微观性质。其中一种空间分布结构是沉积岩在沉积和成岩等作用下形成的各种类型的层状结构。纹层结构是组成层理的最基本的最小单位，内部没有任何肉眼可见的层。除了目前常规油气储层之外，页岩油和页岩气等非常规油气储层中纹层的存在直接导致储层和岩相储集具有很强的非均质性，而这种非均质性导致物性的非均质性，直接影响地质评价和工程压裂层段的选择。纹层结构的划分是评价沉积历史、地质评价和工程可压裂性的基础。因此，沉积岩纹层结构和矿物识别，对油气资源的勘探与开发具有十分重要的意义。
目前针对油气勘探领域的储层纹层识别主要有间接法和直接观察法。测井技术通过各种参数来识别，具有快速优势，但分辨率在厘米级，不能识别毫米级纹层。野外露头观察和钻井岩心观察需要人工肉眼感官对样品表面进行观察、判断纹层，不同人可能给出不同结果。光学薄片和电镜在分辨率上有优势，但如果想在全井段上百米岩心连续识别，就变得不可能。实现米至百米尺度下高分辨岩石纹理的识别需要创新技术，此项技术的突破能更好地科学评价和指导常规和非常规油气的勘探开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法及装置，解决岩心肉眼无法识别不同矿物和纹层的问题，同时实现米至百米尺度、亚毫米级分辨率的矿物和纹层识别和分析。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，包括以下步骤：
S1、利用双能CT扫描装置，在高能和低能下分别对岩心样品进行扫描，分别得到若干高能CT切片图像和若干低能CT切片图像以及各自对应的高能吸收系数和低能吸收系数；
S2、定义双能CT指数DEI：
其中，uH、uL分别为高能吸收系数和低能吸收系数，uwater为水的CT吸收系数，常数α为康普顿修正系数；
S3、利用公式(1)，计算每张高能CT切片图像和低能CT切片图像的双能CT指数，得到所有CT切片图像的双能CT指数；
S4、按岩心样品的深度方向建立深度与所有CT切片图像的双能CT指数的关系图，在关系图中，取相邻的峰和谷之间的拐点作为分界线对矿物进行划分：所述分界线到相邻的峰的范围为一类矿物，该分界线到相邻的谷的范围为另一类矿物，同时，按划分的矿物刻画纹层。
作为本发明的进一步改进，在双能CT扫描装置中，高能扫描电压为100-320KV，低能扫描电压为30-100KV。
作为本发明的进一步改进，在利用双能CT扫描装置进行扫描之前，将X-射线能够穿透的岩心样品装上扫描床，并校正岩心样品在扫描床上的位置，选取CT参数，所述参数包括扫描电压、电流、岩心样品长度方向上扫描分辨率及分辨率间距，其中，所述分辨率间距的设置能够使得岩心样品在其长度方向上，每米得到一百张以上的高能CT切片图像或低能CT切片图像。
作为本发明的进一步改进，所述康普顿修正系数α是高能EH和低能EL的能量函数F：
α＝F(EL/mC2，EH/mC2) (2)
其中，m是静止电子的质量，C为光速。
作为本发明的进一步改进，所述高能吸收系数和低能吸收系数通过双能CT扫描装置的扫描CT数获得，CT数和吸收系数关系如下：
其中，u为岩心样品的吸收系数，高能吸收系数uH和低能吸收系数uL属于u，将公式(3)代入公式(1)，通过CT数得到相应的吸收系数。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体包括步骤：在同一岩心样品深度位置，对每张高能CT切片图像和低能CT切片图像中的每个像素的吸收系数或CT数代入公式(1)，得到该深度位置对应切片所有像素下的双能CT指数，对切片所有像素下的双能CT指数加和后做平均，得到每张高能CT切片图像和低能CT切片在切片位置的双能CT指数。
作为本发明的进一步改进，所述纹层进行刻画时，对不同矿物所在范围采用不同颜色或灰度表示。
一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的装置，采用如上所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法进行岩心矿物和纹层识别。
作为本发明的进一步改进，所述双能CT扫描装置为微米CT、医疗CT或工业CT。
作为本发明的进一步改进，所述岩心样品包括泥页岩岩心、砂岩岩心、碳酸盐岩心、火层岩岩心、花岗岩岩心、天然气水合物岩心，湖底或海底岩心中的一种。
本发明的有益效果：本发明利用CT在不同能量扫描样品时，得到的吸收系数是高能和低能对样品密度和原子数的综合反应，通过定义一个新的双能CT指数，科学结合了两个能量下的吸收系数，能更好地能够反映不同纹层中的矿物差异性，不仅解决了岩心肉眼无法识别的不同矿物和纹层，也实现米至百米尺度、亚毫米级分辨率的矿物和纹层识别和分析。
附图说明
图1是本发明实施例米级钻孔岩心光学照片和CT扫描图像示意图；
图2为本发明实施例用的双能CT和岩心位置示意图；
图3为本发明实施例的米级岩心矿物和纹理识别示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提供了一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，包括以下步骤：
S1、利用双能CT扫描装置，在高能和低能下分别对岩心样品进行扫描，分别得到若干高能CT切片图像和若干低能CT切片图像以及各自对应的高能吸收系数和低能吸收系数；
S2、定义双能CT指数DEI：
其中，uH、uL分别为高能吸收系数和低能吸收系数，uwater为水的CT吸收系数，常数α为康普顿修正系数；
S3、利用公式(1)，计算每张高能CT切片图像和低能CT切片图像的双能CT指数，得到所有CT切片图像的双能CT指数；
S4、按岩心样品的深度方向建立深度与所有CT切片图像的双能CT指数的关系图，在关系图中，取相邻的峰和谷之间的拐点作为分界线对矿物进行划分：所述分界线到相邻的峰的范围为一类矿物，该分界线到相邻的谷的范围为另一类矿物，同时，按划分的矿物刻画纹层。
本发明利用CT在不同能量扫描样品时，得到的吸收系数是高能和低能对样品密度和原子数的综合反应，不同的吸收系数反映到图像上就是灰度的差异，如图1所示。虽然吸收系数在高能时更受康普顿效应控制，而低能时更受光电效应控制，但任何单个能量下这两种效应都有贡献，用单一能量吸收系数区分矿物和纹层不理想。这里定义一个新的参数，称为双能CT指数，这个指数科学结合了两个能量下的吸收系数，能更好地能够反映不同纹层中的矿物差异性。如图2所示，具体包括以下步骤：
1)样品装上扫描床：放到扫描床上的岩心样品可以是常温或冷冻样品，直径一般保证X-射线能穿透；
2)双能扫描成像：校正岩心在扫描床上的位置，选取合适的CT参数，在高能和低能两个能量下对米级钻孔岩心进行扫描，分别得到一套高能CT切片图像和一套低能CT切片图像，吸收系数和CT数，每米岩心长度方向上可以是几百张到几千张切片图像；
3)定义双能CT指数：利用CT在两个不同能量下扫描得到的吸收系数，我们定义双能CT指数(Dual EnergyCT Index，简写为DEI)
这里u为CT吸收系数，带下标的uL、uH指样品低能量和高能量扫描时CT吸收系数，uwater为水的CT吸收系数。常数α定义为康普顿修正系数，是两个能量(EL，EH)的函数F
α＝F(EL/mC2，EH/mC2) (2)
这里m是静止电子的质量，C为光速。
CT扫描经常将吸收系数换算成CT数或CT值，CT数和吸收系数的关系如下：
将这个关系带入公式(1)也可以定义双能CT指数和CT数的关系；
4)计算双能CT指数：在同一岩心深度位置，对每张低能和高能CT切片中的每个像素的吸收系数或CT数代入上述定义的双能CT指数，然后做平均，分别得到每张切片位置的双能CT指数；
5)矿物和纹层识别：按岩心深度方向建立深度和双能CT指数的关系图。从图上就可以识别出很多局部的峰和谷的变化，这些从峰到谷或从谷到峰的变化就是矿物成分的变化。我们取相邻的峰和谷的拐点作为分界线，谷到拐点的范围是一类矿物，拐点到峰的范围是另一类矿物，这样就可以把相邻的不同矿物划分出来，同时也可以把纹层刻画出来，可以用不同的颜色来表示。
实施例
本实施以CT扫描一米页岩岩心数据为例，包括如下步骤：
1)样品准备：将选择的1米页岩岩心样品平放于岩心扫描床上，校正岩心中心位置，如图2所示。本发明不限于页岩岩心，也可以是其它岩心，比如砂岩、碳酸盐、火层岩、花岗岩等，甚至是较为松散的天然气水合物岩心，湖底或海底的岩心等。
2)双能扫描成像：本实施例使用Philips双能螺旋CT，但不限于Philips,也可以是其它品牌的螺旋CT，也可以是工业CT或微米CT。本实施例低能选择100kV、高能选140kV扫描。长度方向选择扫描切片分辨率间距是0.8mm,这样一米岩心有1250张切片，实现亚毫米级切片分辨率。
3)定义双能CT指数：利用CT在两个不同能量下扫描得到的吸收系数，转换成CT数后，代入我们定义的双能CT指数(DEI)，
这里u为CT吸收系数，下标uL、uH指样品低能量和高能量扫描时CT吸收系数，uwater为水的CT吸收系数。本实施例中康普顿修正系数α＝1.1，但不限于1.1.，也可以取其它值。
4)计算双能CT指数：在同一岩心深度位置，对每张低能和高能CT切片中的每个像素的吸收系数或CT数代入上述定义的双能CT指数，然后做平均，分别得到每张切片位置的双能CT指数，如图3所示。
4)矿物和纹层识别：按岩心深度方向建立深度和双能CT指数的关系图，如图3所示。从图上就可以识别出很局部多峰和谷的变化，这些从峰到谷或从谷到峰的变化就是矿物成分的变化。我们取相邻的峰和谷的拐点作为分界线，谷到拐点的范围是一种矿物，拐点到峰的范围是另一种矿物，本实施例从最低的谷开始到最高的峰，加上中间的拐点，共出现7种不同类型的矿物，共有7类纹层，用不同的灰度表示。本发明并不限于这一米，可以是几米或百米，甚至千米。也不限于页岩，可以是其它岩石或松散的岩心样品。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、利用双能CT扫描装置，在高能和低能下分别对岩心样品进行扫描，分别得到若干高能CT切片图像和若干低能CT切片图像以及各自对应的高能吸收系数和低能吸收系数；
S2、定义双能CT指数DEI：
其中，uH、uL分别为高能吸收系数和低能吸收系数，uwater为水的CT吸收系数，常数α为康普顿修正系数；
S3、利用公式(1)，计算每张高能CT切片图像和低能CT切片图像的双能CT指数，得到所有CT切片图像的双能CT指数；
S4、按岩心样品的深度方向建立深度与所有CT切片图像的双能CT指数的关系图，在关系图中，取相邻的峰和谷之间的拐点作为分界线对矿物进行划分：所述分界线到相邻的峰的范围为一类矿物，该分界线到相邻的谷的范围为另一类矿物，同时，按划分的矿物刻画纹层。
2.如权利要求1所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，其特征在于：在双能CT扫描装置中，高能扫描电压为100-320KV，低能扫描电压为30-100KV。
3.如权利要求1所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，其特征在于：在利用双能CT扫描装置进行扫描之前，将X-射线能够穿透的岩心样品装上扫描床，并校正岩心样品在扫描床上的位置，选取CT参数，所述参数包括扫描电压、电流、岩心样品长度方向上扫描分辨率及分辨率间距，其中，所述分辨率间距的设置能够使得岩心样品在其长度方向上，每米得到一百张以上的高能CT切片图像或低能CT切片图像。
4.如权利要求1所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，其特征在于：所述康普顿修正系数α是高能EH和低能EL的能量函数F：
α＝F(EL/mC2，EH/mC2) (2)
其中，m是静止电子的质量，C为光速。
5.如权利要求1所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，其特征在于：所述高能吸收系数和低能吸收系数通过双能CT扫描装置的扫描CT数获得，CT数和吸收系数关系如下：
其中，u为岩心样品的吸收系数，高能吸收系数uH和低能吸收系数uL属于u，将公式(3)代入公式(1)，通过CT数得到相应的吸收系数。
6.如权利要求1或5所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括步骤：在同一岩心样品深度位置，对每张高能CT切片图像和低能CT切片图像中的每个像素的吸收系数或CT数代入公式(1)，得到该深度位置对应切片所有像素下的双能CT指数，对切片所有像素下的双能CT指数加和后做平均，得到每张高能CT切片图像和低能CT切片在切片位置的双能CT指数。
7.如权利要求1所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法，其特征在于：所述纹层进行刻画时，对不同矿物所在范围采用不同颜色或灰度表示。
8.一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的装置，其特征在于：采用如权利要求1-7中任一项所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的方法进行岩心矿物和纹层识别。
9.如权利要求8所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的装置，其特征在于：所述双能CT扫描装置为微米CT、医疗CT或工业CT。
10.如权利要求9所述的一种双能CT指数识别岩心矿物和纹层的装置，其特征在于：所述岩心样品包括泥页岩岩心、砂岩岩心、碳酸盐岩心、火层岩岩心、花岗岩岩心、天然气水合物岩心，湖底或海底岩心中的一种。
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| CN115266782A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-11-01 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种基于双能ct技术评价非常规储层双甜点的方法 |
| US11734914B1 (en) | 2022-09-27 | 2023-08-22 | Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences | Method for evaluating geological and engineering sweet spots in unconventional reservoirs based on dual-energy computed tomography (CT) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114624267B (zh) | 2023-10-27 |
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