[发明专利]用双能X射线计算机断面显像技术估算岩样的有效原子序数和体积密度的方法

说明书

本专利申请根据35U.S.C§119(e)的规定要求于2011年6月26日提交的在先美国临时专利申请61/511,600的权益，该临时专利申请通过完整引用结合在此。

技术领域

本发明涉及数字岩石物理学领域，尤其涉及一种估算岩样的有效原子序数和/或体积密度的方法。

背景技术

钻井岩心的密度和有效原子序数测量值对矿藏工程师很有价值。体积密度给出孔隙度指征，而有效原子序数提供矿物学指征。

有多种方式可以估算密度和有效原子序数，包括：

可以从岩井提取实物样品，通过对样品称重来测量密度，计算样品的体积，并简单地把重量除以体积。

可以使用测井工具估算密度和有效原子序数。使用伽马射线技术根据伽马射线辐射穿过钻井岩心中的岩石时的吸收量来估算密度和有效原子序数。

使用X射线CT扫描器测量两个不同能级的X射线衰减然后使用测量值计算密度和有效原子序数，从而估算出密度和有效原子序数。

在上世纪七十年代，X射线记算机断层扫描器（CT扫描器）开始用于医学显象。在上世纪八十年代，这些扫描器被应用于从钻井（岩心）提取的岩样。与伽玛射线测井仪相比，CT扫描器具有分辨率更高的优点，并且不像伽玛射线测井仪那样易受环境条件的影响。另外，CT扫描器产生样品中岩石特性的三维分布数据，而测井仪仅能提供一维分布数据。

Wellington和Vinegar（Wellington,S.L.和Vinegar,H.J.,X射线计算机化断层显像,石油技术杂志，1987）回顾了CT扫描器在地球物理学方面的使用。X射线的衰减取决于电子密度（体积密度）和有效原子序数。

μ=ρ(a+bZ3.8E3.2)---(1)]]>

其中，μ是线性X射线衰减系数

ρ是体积密度

Z是有效原子序数

E是光电吸收量

a和b是常数。

医学CT扫描器提供CT值的三维量值，它与衰减系数μ成线性关系。方程式(1)中的第一项在高X射线能级（高于100千伏）时很显著，而第二项在低X射线能级（低于100千伏）时很显著。因此，可以使用双能扫描来估算体积密度和有效原子序数。在使用双能扫描时，方程式(1)导出以下方程式：

ρ=A*CT_high+B*CT_low+C    (2)

ρZeffa=D*CThigh+E*CTlow+F---(3)]]>

其中，ρ是物体的密度，

Z_eff是其有效原子序数，

A、B、C、D、E、F是系数，

CT_high和CT_low是在X射线量子的高能态和低能态获得的物体的X射线CT值，

α约为3.8。

例如，根据Siddiqui,A和Khamees,A.A.的双能CT扫描在岩石表征中的应用（石油工程师学会,2004,SPE90520）所示，利用双能X射线CT估算岩样的有效原子序数和体积密度包括以下步骤：