ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ВЫБОРА РЕПРЕЗЕНТАТИВНОГО ЭЛЕМЕНТАРНОГО ОБЪЕМА НА ЦИФРОВЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯХ ПОРИСТЫХ СРЕД

1. Способ идентификации репрезентативного цифрового объема подобразца, соответствующего образцу пористых сред, содержащий этапы, на которых:
a) получают сегментированный объем, характеризующий пространство пор и по меньшей мере одну твердую фазу;
b) выводят среднее значение <P1> свойства первой целевой функции P1 для всего сегментированного объема;
VOL
c) вычисляют среднеквадратическое отклонение σ относительно среднего значения <P1> свойства для всего сегментированного объема;
d) определяют множество подобъемов в объеме;
e) вычисляют среднеквадратическое отклонение σi значения P свойства первой целевой функции P1 относительно среднего значения <P1> свойства для каждого из упомянутых подобъемов;
VOL
f) находят все репрезентативные подобъемы-кандидаты, для которых среднеквадратическое отклонение σi удовлетворительно соответствует σ;
g) выбирают и сохраняют репрезентативный подобъем из кандидатов; и
h) используют репрезентативный подобъем для получения по меньшей мере одного интересующего значения свойства.
2. Способ по п. 1, в котором этап, в котором определяют множество подобъемов в пределах объема, дополнительно содержит этапы, на которых:
определяют исходный размер для подобъема;
заполняют весь объем подобъемами определенного исходного размера; и
итерируют размеры для последующих подобъемов и заполняют весь объем подобъемами такого размера, и повторяют этот этап до тех пор, пока не будет выполнено условие прерывания.
3. Способ по п. 2, в котором итерируют размеры от большего к меньшему с малым приращением.
4. Способ по п. 3, в котором этап, на котором выбирают и сохраняют репрезентативный объем, дополнительно содержит этап, на котором находят наименьший репрезентативный цифровой объем.
5. Способ по п. 4, в котором условие прерывания содержит заданный размер для подобъема.
6. Способ по п. 2, дополнительно содержащий этапы, на которых:
ориентируют выбранную ось декартовой системы координат сегментированного объема с определенным направлением потока; и причем
этап, на котором выводят среднее значение <P1> свойства первой целевой функции P1 для всего сегментированного объема, содержит этап, на котором анализируют множество цифровых срезов объема образца, взятых ортогонально к определенному направлению потока; и
этап, на котором вычисляют среднеквадратическое отклонение σi свойства P первой целевой функции P1 относительно среднего значения <P1> свойства для каждого из упомянутых подобъемов, выполняется относительно определенного направления потока.
7. Способ по п. 6, дополнительно содержащий этапы, на которых:
выводят среднее значение <P2> свойства второй целевой функции P2 для всего сегментированного объема;
VOL
вычисляют среднеквадратическое отклонение σ относительно среднего значения <P2> свойства для всего сегментированного объема;
определяют множество подобъемов в объеме;
вычисляют среднеквадратическое отклонение σi значения свойства P второй целевой функции P2 относительно среднего значения <P2> свойства для каждого из упомянутых подобъемов;
VOL
находят все репрезентативные подобъемы, для которых среднеквадратическое отклонение σi удовлетворительно соответствует σ для сочетания первой целевой функции P1 и второй целевой функции P2.
8. Способ по п. 7, в котором первая целевая функция P1 представляет собой пористость, и вторая целевая функция P2 представляет собой отношение площади поверхности к объему пространств пор.
9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этап, на котором квалифицируют подобъем-кандидат до его выбора, содержащий этап, на котором определяют его пригодность для использования при выведении свойств транспортировки текучих сред с помощью закона Дарси, причем на упомянутом этапе:
строят распределение среднеквадратического отклонения целевых функций;
оценивают среднее значение или при необходимости любую другую характеристику первого порядка для распределения среднеквадратического отклонения целевой функции, и дисперсию, эксцесс или асимметрию распределения;
оценивают тенденцию момента первого или более высокого порядка относительно размера подобъема; и
останавливают уменьшение размера подобъема в случае, когда момент первого порядка изменяется по меньшей мере на 0,1 относительно его величины для распределения, основанного на большем подобъеме, и/или когда моменты более высокого порядка превышают конкретную пороговую величину 0,1 для дисперсии.
10. Способ идентификации репрезентативного цифрового объема подобразца, соответствующего образцу пористых сред, содержащий этапы, на которых:
a) получают сегментированный объем, характеризующий пространство пор и по меньшей мере одну твердую фазу;
b) ориентируют выбранную ось декартовой системы координат сегментированного объема с определенным направлением потока;
c) выводят значения как одну или более функций по меньшей мере первой целевой функции P1 для всего сегментированного объема посредством анализа цифровых срезов, ортогональных определенному направлению потока;
d) определяют множество подобъемов в пределах объема;
e) вычисляют значения для одной или более функций по меньшей мере первой целевой функции P1 для каждого из упомянутых подобъемов, соответствующих определенному направлению потока;
f) находят все репрезентативные подобъемы-кандидаты, для которых функция(-и) идентифицирует(-ют) соответствие между величинами значениями объема и подобъема;
g) выбирают репрезентативный объем из кандидатов;
h) сохраняют репрезентативный подобъем; и
i) используют репрезентативный подобъем для моделирования или выведения по меньшей мере одного интересующего значения свойства.
11. Способ получения эффективной оценки репрезентативного элементарного объема по большему цифровому 3-D изображению пористого образца, содержащий этапы, на которых:
a) получают сегментированный объем, характеризующий пространство пор и по меньшей мере одну твердую фазу;
b) выводят значения как по меньшей мере одну функцию для по меньшей мере первой целевой функции P1 для всего сегментированного объема;
c) определяют множество подобъемов в пределах объема, причем данный этап содержит этапы, на которых:
определяют исходный размер для подобъема,
заполняют весь объем подобъемами определенного исходного размера,
итерируют размеры для последующих подобъемов и заполняют весь объем подобъемами такого размера, и повторяют этот этап до тех пор, пока не будет выполнено условие прерывания;
d) вычисляют значения как по меньшей мере одну функцию для по меньшей мере первой целевой функции для каждого из упомянутых подобъемов;
e) находят все репрезентативные подобъемы-кандидаты для достаточно удовлетворяющих друг другу значений объема и подобъема;
f) выбирают и сохраняют репрезентативный подобъем из кандидатов; и
g) используют репрезентативный подобъем для проведения симуляции или выведения по меньшей мере одного интересующего значения свойства.
12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором квалифицируют подобъем-кандидат до его выбора, содержащий этап, на котором определяют его соответствие для использования в выведении свойств транспортировки текучих сред с помощью закона Дарси, причем на упомянутом этапе:
строят распределение среднеквадратического отклонения целевых функций;
оценивают среднее значение или при необходимости любую другую характеристику первого порядка для распределения среднеквадратического отклонения целевой функции и дисперсию, эксцесс или асимметрию распределения;
оценивают тенденцию момента первого или более высокого порядка относительно размера подобъема; и
останавливают уменьшение размера подобъема в случае, когда момент первого порядка изменится по меньшей мере на 0,1 относительно его величины для распределения, основанного на большем подобъеме, и/или когда моменты более высокого порядка превышают конкретную пороговую величину 0,1 для дисперсии.
13. Способ получения эффективной оценки репрезентативного элементарного объема из большего 3-D цифрового изображения пористого образца, содержащий этапы, на которых:
a) получают сегментированный объем, характеризующий пространство пор и по меньшей мере одну твердую фазу;
b) ориентируют выбранную ось декартовой системы координат сегментированного объема к определенному направлению потока;
c) выводят среднее значение <P1> свойства первой целевой функции P1 для всего сегментированного объема с применением анализа множества цифровых срезов объема образца, взятых ортогонально к определенному направлению потока;
d) вычисляют среднеквадратическое отклонение относительно среднего значения <P1> свойства для всего сегментированного объема;
e) определяют множество подобъемов в пределах объема, причем на упомянутом этапе:
определяют исходный размер для подобъема;
заполняют весь объем подобъемами определенного исходного размера,
итерируют размеры для дополнительных подобъемов от большего к меньшему и заполняют весь объем подобъемами такого размера, и повторяют этот этап до тех пор, пока не будет выполнено условие прерывания;
f) вычисляют среднеквадратическое отклонение σi свойства P относительно среднего значения <P1> свойства для каждого из упомянутых подобъемов в отношении определенного направления потока;
i
vol
g) находят все репрезентативные подобъемы-кандидаты, для которых σ удовлетворительно соответствует σ;
h) выбирают наименьший кандидат и сохраняют его в качестве репрезентативного элементарного объема; и
i) используют репрезентативный элементарный объем для выведения по меньшей мере одного интересующего значения свойства.
14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этапы, на которых:
выводят среднее значение <P2> свойства второй целевой функции P2 для всего сегментированного объема;
вычисляют среднеквадратическое отклонение относительно среднего значения <P2> свойства для всего сегментированного объема;
определяют множество подобъемов в объеме;
вычисляют среднеквадратическое отклонение σi второй целевой функции P2 относительно среднего значения <P2> свойства для каждого из упомянутых подобъемов;
VOL
находят все репрезентативные подобъемы, для которых среднеквадратическое отклонение σi удовлетворительно соответствует σ для комбинации первой целевой функции P1 и второй целевой функции P2.
15. Способ по п. 14, в котором первая целевая функция P1 представляет собой пористость, и вторая целевая функция P2 представляет собой отношение площади поверхности к объему пространств пор.
16. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап, на котором квалифицируют подобъем - кандидат до его выбора, содержащий этап, на котором определяют его соответствие для использования в выведении свойств транспортировки текучих сред с помощью закона Дарси, причем на упомянутом этапе:
строят распределение среднеквадратического отклонения целевых функций;
оценивают среднее значение или при необходимости любую другую характеристику первого порядка для распределения среднеквадратического отклонения целевой функции, и дисперсию, эксцесс или асимметрию распределения;
оценивают тенденцию момента первого или более высокого порядка относительно размера подобъема; и
останавливают уменьшение размера подобъема в случае, когда момент первого порядка изменяется по меньшей мере на 0,1 относительно его величины для распределения, основанного на большем подобъеме, и/или когда моменты более высокого порядка превышают конкретную пороговую величину 0,1 для дисперсии.
17. Способ идентификации репрезентативного цифрового объема репрезентативного подобразца соответствующего образцу пористых сред, содержащий этапы, на которых
1) загружают сегментированное трехмерное изображение пористой среды в компьютерную систему,
причем сегментированное трехмерное изображение содержит вокселы, каждому из которых присвоено значение по шкале полутонов;
2) выбирают направление потока, которое определяется как направление Z;
3) определяют размеры объемов запроса, причем
i) объем запроса представляет собой подобразец исходного сегментированного трехмерного изображения с размерами Xi, Yi и Zi, причем размеры всего образца составляют Xs, Ys, Zs,
ii) определяют максимальное число объемов запроса, imax,
iii) устанавливают размеры в вокселах для каждого объема запроса (Xi, Yi, Zi), причем Xi, Yi и Zi определяют для значений i от 1 до imax, и
iv) начальное значение i устанавливают равным 1;
4) вычисляют выбранные свойства Ps(0,0,0) через Ps(0,0,Zs) для каждого среза объема запроса;
s
5) вычисляют σ (0,0,0);
6) устанавливают максимальные координаты таким образом, что объем запроса размера Xi, Yi, Zi занимает весь образец размера Xs, Ys, Zs, причем
i) amax=Xs-Xi+1,
ii) bmax=Ys-Yi+1,
iii) cmax=Zs-Zi+1;
7) устанавливают координаты положения текущего объема запроса на a=b=c=0;
8) вычисляют выбранные свойства Pi(a, b, c) через Pi (a, b, c+Zi) для сечений текущего объема запроса,
i. причем выбранные свойства содержат пористость, отношение площади поверхности к объему, подобные свойства или произвольное их сочетание,
i
9) вычисляют σ (a, b, c),
i
i) причем значения Pi, которые используют для вычисления значения σ, при необходимости фильтруют,
ii) причем при необходимости устанавливает среднее значение для Pi;
10) перемещают положения объема запроса на 1 воксел в направлении X, a=a+1;
11) повторяют этапы 8)-10) и сохраняют все величины Pi и σi, пока значение X-координаты текущего объема запроса, a, не будет равно максимальному значению, которое может занимать текущий объем запроса, amax;
12) устанавливают координату X текущего объема запроса равной нулю, a=0, и увеличивают координаты Y текущего положение объема на один воксел, b=b+1;
13) повторяют этапы 8)-12), и сохраняют все величины Pi и σi, пока значение Y-координаты текущего объема запроса, b, не будет равно максимальному значению, которое может занимать текущий объем запроса, bmax;
14) устанавливают координату X текущего объема запроса равной нулю, a=0, устанавливают координату Y текущего объема запроса равной нулю, b=0, и увеличивают координаты Z текущего положения объема на один воксел, c=c+1;
15) повторяют этапы 8)-14), и сохраняют все величины Pi и σi, пока значение X-координаты текущего объема запроса, c, не будет равно максимальному значению, которое может занимать текущий объем запроса, cmax;
16) увеличивают размер текущего объема запроса, причем на упомянутом этапе
i) выбирают следующее множество объемов запроса посредством увеличения указателя до следующего объема запроса, i=i+1 и
ii) устанавливают текущий размер запроса на Xi, Yi, Zi;
17) повторяют этапы 6)-16), пока все объемы запроса не будут выбраны и все величины Pi и σi не будут вычислены и сохранены;
18) выбирают одно или более выбранных свойств для сопоставления;
19) вычисляют λi для каждого объема запроса;
20) выбирают объем запроса с наименьшим значением λi, причем выбранный объем запроса является размером и положением REV; и
21) вычисляют свойства пористой среды.
18. Способ по п. 17, в котором сегментированное трехмерное изображение получают как изображение образца, полученное посредством сканирования образца сканером рентгеновской компьютерной томографии, и сегментируют изображение посредством программы, чтобы классифицировать вокселы как зерно, пору и при необходимости как другие фазы.
19. Способ по п. 17, в котором свойства содержат свойства стандартного анализа кернов (RCAL) и специального анализа кернов (SCAL) или обоих анализов.
20. Способ по п. 19, в котором свойствами анализа RCAL являются пористость, содержание керогена, абсолютная проницаемость по множеству осей, и свойствами SCAL являются относительная проницаемость, капиллярное давление, гранулометрический состав, электрические свойства, упругие свойства и любые их сочетания.
21. Система для идентификации репрезентативного цифрового объема подобразца, соответствующего образцу пористых сред, содержащая:
a) сканер, выполненный с возможностью формирования трехмерного цифрового изображения пористой среды,
b) компьютер, содержащий по меньшей мере один процессор, выполненный с возможностью исполнения компьютерной программы, выполненной с возможностью получения сегментированного объема, характеризующего пространство пор и по меньшей мере одну твердую фазу,
VOL
VOL
c) компьютер (тот же или отличный от b)), содержащий по меньшей мере один процессор, выполненный с возможностью выполнения компьютерной программы, выполненной с возможностью выполнения вычислений, причем упомянутые вычисления содержат этапы, на которых i) выводят среднее значение <P1> свойства первой целевой функции P1 для всего сегментированного объема, ii) вычисляют среднеквадратическое отклонение σ относительно среднего значения <P1> свойства для всего сегментированного объема, iii) определяют множество подобъемов в объеме, iv) вычисляют среднеквадратическое отклонение σi значения свойства P первой целевой функции P1 относительно среднего значения <P1> свойства для каждого из упомянутых подобъемов, v) находят все репрезентативные подобъемы-кандидаты, для которых среднеквадратическое отклонение σi удовлетворительно соответствует σ, vi) выбирают и сохраняют репрезентативный подобъем из кандидатов и vii) используют репрезентативный подобъем для выведения по меньшей мере одного интересующего значения свойства, и
d) по меньшей мере, одно устройство для отображения, печати или сохранения результатов вычислений.
22. Компьютерный программный продукт на машиночитаемом носителе, который при выполнении на процессоре в компьютеризированном устройстве обеспечивает способ выполнения вычислений по одному или более или всем упомянутым этапам способа по п. 1.