JP6450385B2 - 疑似応力およびひずみ条件の下での岩石物理特性の画像ベース直接数値シミュレーション - Google Patents
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Description
[0011]本発明の実施形態は、従来の試験および解析の機材に実装可能なシステムおよび方法を提供する。
Claims (28)
- 岩石試料を解析する方法であって、
岩石試料の1つまたは複数の断層撮影画像に対応するデジタル画像ボリュームを分割して、前記デジタル画像ボリュームのボクセルを間隙または固形材料に関連付けるステップと、
前記分割されたデジタル画像ボリュームの中の固形材料のみに対応するボクセルに非構造有限要素メッシュを重ねるステップと、
疑似変形の下で変形された前記デジタル画像ボリュームのボリューメトリックメッシュを作成するために、前記非構造メッシュへの変形の適用を数値シミュレーションするステップと、
次に、前記変形に対応する条件下の前記岩石試料の材料特性を決定するために、変形後のボリューメトリックメッシュに対応する前記デジタル画像ボリュームの表現を数値解析するステップと
を含む、方法。 - 複数の変形条件について材料特性を決定するために、前記重ねるステップ、シミュレーションするステップ、および解析するステップを繰り返すステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記変形が、応力条件、ひずみ条件、外力条件、および変位条件のうち1つまたは複数に対応する、請求項1に記載の方法。
- 前記分割するステップの後に、固形材料に関連するボクセルに弾性特性の値を割り当てるステップをさらに含み、
前記数値シミュレーションするステップが前記割り当てられた弾性特性の値を使用して行われる、請求項1に記載の方法。 - 前記分割されたデジタル画像ボリュームの中に表現された固形材料の個々の粒子を分離し、それらの粒子の接触領域を特定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ボクセルに非構造有限要素メッシュを重ねるステップが、前記接触領域に、前記分離された粒子の他の部分に適用される有限要素よりも細密なパターンの有限要素を重ねる、請求項5に記載の方法。
- 前記分離するステップの後に、固形材料に関連するボクセルに弾性特性の値を割り当てるステップをさらに含み、
前記弾性特性の値が前記特定された接触領域に割り当てられる接触コンプライアンスに対応する値を含み、
前記数値シミュレーションするステップが前記割り当てられた弾性特性の値を使用して行われる、請求項6に記載の方法。 - 1回目の前記数値シミュレーションするステップの後に、前記分割ステップ、重ねるステップ、数値シミュレーションステップを繰り返す、請求項7に記載の方法。
- 前記数値シミュレーションするステップが、
前記非構造メッシュによって表現される固形材料のボリュームにわたる弾性の構成方程式に対応する方程式系に適用される前記変形に対応する境界条件を定義するステップと、
前記非構造メッシュの節点の変位のために定義された前記境界条件について前記方程式系を解くために有限要素ソルバーを実行するステップとを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記数値解析するステップが、
前記デジタル画像ボリュームの固形相部分の変形後のボリューメトリックメッシュを抽出するステップと、
前記変形後のボリューメトリックメッシュに対応するボリュームの間隙率を計算するステップと、
1つまたは複数の岩石物理特性を、間隙率に対する前記岩石物理特性の相関関係に従って推定するステップとを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記数値解析するステップが、
前記デジタル画像ボリュームの固形相部分の変形後のボリューメトリックメッシュを抽出するステップと、
前記変形後のボリューメトリックメッシュを、間隙および固形材料を表す変形後のボリュームを表すボクセル化幾何学配列に変換するステップと、
前記変形後のボリューメトリックメッシュから1つまたは複数の岩石物理特性を数値計算するステップとを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記変換するステップが前記変形後のボリューメトリックメッシュを前記ボリュームの中の間隙を表すボクセル化幾何学配列に変換し、
前記数値計算するステップが、前記間隙内の流体の流れを格子ボルツマンモデルを使用してシミュレートして前記変形の下での前記岩石試料の浸透性を決定するステップを含む、請求項11に記載の方法。 - 前記数値計算するステップが、ある仮定された水飽和レベルで前記ボリュームの中の電圧分布のラプラス方程式を解いて、前記変形の下の前記岩石試料の、地層比抵抗係数および比抵抗指数のいずれかまたは両方を計算するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記数値解析するステップが、
前記デジタル画像ボリュームの前記固形相部分の変形後のボリューメトリックメッシュを抽出するステップと、
前記変形後のボリューメトリックメッシュ内の間隙壁面要素を特定するステップと、
前記特定された間隙壁面要素に基づいて間隙のボリューメトリックメッシュを生成するステップと、
前記間隙のボリューメトリックメッシュに適用される方程式系を解くために数値的方法を実行して、前記岩石試料の1つまたは複数の岩石物理特性を決定するステップとを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記数値解析するステップが、
前記デジタル画像ボリュームの前記固形相部分の変形後のボリューメトリックメッシュを抽出するステップと、
前記変形後のボリューメトリックメッシュから幾何学特性を抽出するステップと、
前記岩石試料の1つまたは複数の岩石物理特性を計算するために、前記抽出された幾何学特性を解析モデルに適用するステップとを含む、 請求項1に記載の方法。 - 前記幾何学特性が、前記変形後のボリューメトリックメッシュによって表される前記間隙に収まる最大内接球を複数含み、
前記適用するステップが、
前記間隙の質量中心に接続する線要素に対応する1つまたは複数の流線を特定するステップと、
前記特定された流線から前記岩石試料の屈曲度を計算するステップとを含む、
請求項15に記載の方法。 - 前記数値解析するステップが、絶対浸透率、相対浸透率、間隙率、地層比抵抗係数、膠結指数、飽和指数、屈曲時計数、体積弾性率、せん断弾性率、ヤング率、ポアソン比、ラメ定数、および毛管圧特性により構成される岩石物理特性のグループのうち1つまたは複数に対応する1つまたは複数の材料特性を決定する、請求項1に記載の方法。
- 材料試料を解析するためのシステムであって、
材料試料を表すデジタル画像ボリュームを作成するように構成される撮像装置と、
前記撮像装置に結合されるコンピューティング装置とを備え、
前記コンピューティング装置が、
1つまたは複数のプロセッサと、
前記1つまたは複数のプロセッサに結合され、かつプログラム命令を記憶する1つまたは複数のメモリ装置とを備え、
前記プログラム命令が、前記1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記1つまたは複数のプロセッサに複数の動作を実行させることによって材料の試料から1つまたは複数の材料特性を決定させ、
前記複数の動作が、
岩石試料の1つまたは複数の断層撮影画像に対応するデジタル画像ボリュームを分割して、前記デジタル画像ボリュームのボクセルを間隙または固形材料に関連付ける動作と、
前記分割されたデジタル画像ボリュームの中の固形材料のみに対応するボクセルに非構造有限要素メッシュを重ねる動作と、
疑似変形の下で変形された前記デジタル画像ボリュームのボリューメトリックメッシュを作成するために、前記非構造メッシュへの変形の適用を数値シミュレーションする動作と、
次に、前記変形に対応する条件下の前記岩石試料の材料特性を決定するために、変形後のボリューメトリックメッシュに対応する前記デジタル画像ボリュームの表現を数値解析する動作とを含む、
システム。 - 前記撮像装置がX線コンピュータ断層撮影スキャナを備える、請求項18に記載のシステム。
- 前記複数の動作が、
複数の変形条件について前記材料特性を決定するために、前記重ねる動作、シミュレーション動作、および解析動作を繰り返す動作を含む、請求項18に記載のシステム。 - 前記複数の動作が、前記分割動作の後に固形材料に関連するボクセルに弾性特性の値を割り当てる動作をさらに含み、
前記数値シミュレーション動作が前記割り当てられた弾性特性の値を使用して行われる、
請求項18に記載のシステム。 - 前記複数の動作が、前記分割後のデジタル画像ボリュームによって表される固形材料の個々の粒子を分離する動作と、それらの粒子の接触領域を特定する動作とをさらに含む、請求項18に記載のシステム。
- 前記複数の動作が、前記分離動作の後に固形材料に関連するボクセルに弾性特性の値を割り当てる動作をさらに含み、
前記ボクセルに非構造有限要素メッシュを重ねる動作が、前記接触領域に、前記分離された粒子の他の部分に適用される前記有限要素よりも細密なパターンの有限要素を重ね、
前記弾性特性の値が前記特定された接触領域に割り当てられる接触コンプライアンスに対応する値を含み、
前記数値シミュレーションの動作が前記割り当てられた弾性特性の値を使用して行われる、
請求項22に記載のシステム。 - プログラム命令を記憶する非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体であって、
前記プログラム命令が、1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記1つまたは複数のプロセッサに複数の動作を実行させることによって材料の試料から1つまたは複数の材料特性を決定させ、
前記複数の動作が、
岩石試料の1つまたは複数の断層撮影画像に対応するデジタル画像ボリュームを分割して、前記デジタル画像ボリュームのボクセルを間隙または固形材料に関連付ける動作と、
前記分割されたデジタル画像ボリュームの中の固形材料のみに対応するボクセルに非構造有限要素メッシュを重ねる動作と、
疑似変形の下で変形された前記デジタル画像ボリュームのボリューメトリックメッシュを作成するために、前記非構造メッシュへの変形の適用を数値シミュレーションする動作と、
次に、前記変形に対応する条件下の前記岩石試料の材料特性を決定するために、変形後のボリューメトリックメッシュに対応する前記デジタル画像ボリュームの表現を数値解析する動作とを含む、
媒体。 - 前記複数の動作が、
複数の変形条件にわたる前記材料特性を決定するために、前記重ねる動作、シミュレーション動作、および解析動作を繰り返す動作を含む、請求項24に記載の媒体。 - 前記複数の動作が、前記分割動作の後に固形材料に関連するボクセルに弾性特性の値を割り当てる動作をさらに含み、
前記数値シミュレーション動作が前記割り当てられた弾性特性の値を使用して行われる、
請求項24に記載の媒体。 - 前記複数の動作が、前記分割後のデジタル画像ボリュームによって表される固形材料の個々の粒子を分離する動作と、それらの粒子の接触領域を特定する動作とをさらに含む、請求項24に記載の媒体。
- 前記複数の動作が、前記分離動作の後に固形材料に関連するボクセルに弾性特性の値を割り当てる動作をさらに含み、
前記ボクセルに非構造有限要素メッシュを重ねる動作が、前記接触領域に、前記分離された粒子の他の部分に適用される前記有限要素よりも細密なパターンの有限要素を重ね、
前記弾性特性の値が前記特定された接触領域に割り当てられる接触コンプライアンスに対応する値を含み、
前記数値シミュレーションの動作が前記割り当てられた弾性特性の値を使用して行われる、
請求項27に記載の媒体。
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