CN103502846A - 样品容纳装置、系统以及方法 - Google Patents

Abstract

装置和系统可运行实现正电子辐射成像，其中，整体腔本体具有开口端并限定中空内部，该中空内部形状做成完全容纳柔性套筒，该柔性套筒用于在套筒座落于中空内部时覆盖岩芯样品。端帽可形成为配合腔本体的开口端，该腔本体构造成当携带放射性标记以产生γ射线的流体经由入口和出口流过中空内部和岩芯样品时，使γ射线衰减大致比不锈钢少8倍，同时承受腔入口与出口之间的至少3MPa压差。公开了其它装置、系统和方法。

Description

样品容纳装置、系统以及方法

相关申请

本国际申请要求2011年3月4日提交的美国专利申请序列号第13/040,396号的优先权权益，该申请整体通过援引纳入本文。

背景

正电子辐射粒子跟踪(PEPT)可用于通过跟踪与流体一起移动穿过样品的放射性标记(tag)的位置，形成穿过地质地层岩芯样品的流体运动的图像。为了跟踪和成像动态流体前运动，当使用正电子辐射粒子(PET)相机时，已经经验地确定使用放射性标记和约50微居里(microCi)的暴露足以提供有用的信噪比。

该暴露量，其可能被认为是检测的下限，对应于每秒2x10⁶个检测到的事件，并假设没有由标记提供的辐射的衰减。在实际成像系统中，源与检测器之间的γ(gamma)射线衰减当然不为零。实际上，系统衰减可以达到几个数量级，因为γ射线与仪器和检测器本身周围检查到的芯样品相互作用。具体而言，这指示芯样品中放射性跟踪标记在mCi量级的有用活动水平。

不幸的是，当通常用于输送芯样品的不锈钢容器还用于成像分析，事件的数量甚至进一步衰减，检测到的标记产生事件的数量减至小于每秒2x105。该衰减量，其约为非衰减环境中发生的衰减量约10倍，阻碍了对标记流体有用成像或跟踪。

附图简述

图1是根据本发明的各实施例的装置的框图。

图2示出本发明的系统实施例。

图3是根据本发明的各实施例的几种方法的流程图。

图4是根据本发明的各实施例的物件的框图。

详细描述

PEPT基本上是测量一个或多个标记的迹线的技术，其可用于标记固体岩石颗粒或流体。标记可以是能够正电子辐射的任何放射性核素(放射性核素)。图1中，例如，使用PEPT和PET相机示出用放射性核素标记来标记的单个岩石颗粒。放射性核素标记通过正电子的辐射而衰变，该正电子是电子的反粒子。核衰变中产生的正电子将与电子快速地湮灭，从而导致几乎沿相反的方向辐射的一对511ke Y的γ射线。如果这些γ射线在两个不同点处被检测到，由此形成响应线(“LOR”)，则γ射线辐射的源头必须已经出现在沿LOR的某处。换言之，LOR大致对应于接合一对相对检测器的线。

放射性核素标记的位置可通过仅使用少量的测量到的LOR来在PET相机的视野内确定。但是，标记的活动对足够多的待测LOR必须足够，以精确地反应移动标记的迹线。具体地，为了使PEPT可靠精确地来确定在小尺寸的页岩孔隙流体流动性，必须使用显著更小尺寸的标记。原理上，仅需要两个检测器，但是，可使用额外的检测器，只要它们成对，即意味着沿穿过PET相机的中心的线彼此相对地定位。因为可通过PET相机每秒检测到数千γ射线并处理，因此可实现检测一个或多个快速移动的放射性核素标记的位置的可能性。因此，PEPT可用于通过标记具有一个或多个放射性标记的流体来确定岩石样品中的流体流动性。

很多实施例可通过计算机可执行指令程序来实施，诸如编程模块，通常称为由计算机执行的软件应用或应用程序。例如，软件可包括执行特殊任务或实现特殊抽象数据类型的例行程序、程序、对象、部件和数据结构等。软件形成允许计算机根据输入源动作的接口。软件也可与其它编码段配合以响应于所接收的与所接收数据源结合的数据启动各种任务。软件可以在各种存储介质上，诸如CD-ROM、磁盘、磁泡存储和半导体存储器(例如，各种类型的RAM或ROM)上存储和/或执行。另外，软件及其结构可在各种承载介质上输送，诸如通过光纤、金属线和/或通过诸如因特网的各种网络输送。

此外，本领域普通技术人员将理解本发明的实施例可通过各种计算机系统构造来实施，包括手持设备、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费类电子产品、小型计算机、大型计算机等。任何数量的计算机系统和计算机网络可被接受用于本发明。本发明可在其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备来执行的分布式计算环境中实施。在分布式计算环境中，程序模块可位于包括存储器存储设备的本地和远程计算机存储介质中。本发明的实施例可因此与各种硬件、软件及其组合结合在计算机系统或其它处理系统中实施。

一些实施例通过使用系统在计算机上实施本发明来实现。该系统包括计算单元，有时也被称为一个计算系统，其中包含存储器、应用程序、客户端接口、视频接口、处理单元和PET相机。该计算单元仅为合适的操作环境的一个示例，并非旨在对本发明的使用范围或功能提出任何局限。

在PET相机可以包括任何常规的PET相机，例如，由西门子公司制造的ECAT‘EXACT’的三维模型966PET相机。该相机具有形成直径为82厘米而轴向视野为23.4厘米的检测器环的以8×8块编组的48个标准锗酸铋检测器元件。由于其大小，该相机是有用的。该相机是能够保持每秒约400万的重合事件的连续数据采集速率。该相机还具有在研究三维圆柱系统中有用的几何形状，并能够处理大的岩石样品，这相对于在岩石物理实验室标准岩石物理岩芯栓测量，是一个巨大的改进。

高约50厘米厚度约20厘米的页岩样品可以被定位在压力容器中。对容器加压来模拟在现场施加在岩石样品上的压力和/或温度。检测器检测由记录的入射的γ射线对产生的辐射，该辐射在很短的时间窗中与并存的电路相结合。以这种方式，从检测到的辐射获得位置信息，而不需要物理的准直器(即电子准直)。为了简化，关于一对检测器来描述PET相机。实践中，检测器环中所有的检测器都直接连接到数据采集模块。或者，检测器环中所有的检测器都无线连接到数据采集模块。

或者，PET相机可制造成尺寸小得多并定位在钻柱中以部署在井下在井孔中。可以改造现有的技术，如哈里伯顿RSCT和HRSCT取芯工具，来主宿(host)较小尺寸的PET相机。例如，RSCT工具垂直于钻孔钻探来恢复直径为15/16英寸而长度为1-3/4英寸的岩石样品。每个岩石样品可以被抽入工具中的容器，该容器可被加压来递送标记有放射性核素标记的流体。根据井下的各种环境条件，PET相机和计算单元(除客户端接口/视频接口)可由具有RSCT工具的钻柱来携带。或者，如果环境条件不利于将计算单元定位在钻柱中，只有PET相机可以由具有RSCT工具的钻柱携带。流体流动性数据可例如通过快速光纤被传送至表面处的客户端接口/视频接口来分析。在确定为岩石样品的流体流动性之后，其可被输送至存储管中。

该存储器主要存储应用程序，该应用程序也可被描述为包含由计算单元执行的计算机可执行指令的程序模块，用于实现各实施例。存储器可包括数据采集模块和时间流逝数据分析及解释模块，用以实现所示出和描述的一些方法。

数据采集模块将原始数据(γ射线辐射)记录在列表模式文件中。γ射线辐射被记录为检测到的信号，该信号按时间顺序记录，使得对于每个探测器，每个信号有一个时间戳和坐标。

当对于一对相对的检测器各信号显著地匹配或重叠时，定义为重合事件。该记录原始数据的模式用于记录重合事件并通常与PET相机一起使用。通道1和2，例如，示出了两个独立的信号，这两个独立的信号代表在不同时间点由一对相对的PET相机检测到的一对相对γ射线辐射。求和通道通过求和将重合事件从其他事件(信号)分离，以确定在预定短时间间隔内的重合事件。数据采集模块可因此以以下方式来校准：仅在特定预定短时间间隔之内通道1和通道2的信号的幅值大致重合的时间间隔中放大信号。因此，放大后的信号幅度的重合事件可以对应于在预定时间间隔内重复检测到的一对相对γ射线(opposing gamma rays)。每个重合事件按时间顺序记录，从而对于两个相对的探测器中的每一个，每个重合事件具有时间戳和坐标。基于两个相对检测器每个的坐标，LOR可以容易地被确定。数据采集模块每秒可以记录成千上万的重合事件。因此，列表模式文件保证了原始数据的最高量的可用信息。虽然取决于各情形，列表模式文件的大小远远大于正弦图(sinogram)大小并可能超过数百个兆字节(MB)或千兆字节数据。记录之后，在列表模式文件下的数据必须被转换以形成图像，这些图像随后可以用于确定流体流动性。

时间流逝数据分析和解释模块将在列表模式文件下的数据转换成图像，该图形可用于确定流体的流动性。该转换可使用常规方法来执行，例如简单的反向投射、滤波反向投射，或迭代法。但是，时间流逝数据分析与解释模块使用不同的方法来将列表模式文件转换成图像。每个列表模式文件分割成时间片(通常是毫秒量级)。对于每个标记，时间分片数据被三角剖分得到x、y和z坐标，这使得能够同时追踪PET相机的视野中的多个标记。以此方式，追踪多个标记可以被扩展到图像，并针对与图像体素(voxel)的数量有关的数据矩阵的大小来优化。任何众所周知的且广泛使用的图像处理工具可应用于优化图像质量。可选地，衰减校正可被应用来通过校正所谓的散射和随机重合——其助长解释的不确定性——来改进处理后的体素图像的分辨率。此外，不确定性与标记的移动速度关联。对于缓慢移动的或静止的标记，该不确定性大约是检测器大小的一半(即约2毫米)。随着标记速度的增加，该不确定性成比例地增加并可能要求进一步的观察。但是，对“不连续的”数据(即离散成(超)短时间帧的流体/气体传播)的处理可能会降低这种不确定性。

虽然计算单元示出为具有广义存储器，该计算单元通常包括各种计算机可读介质。作为示例而非局限，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算系统存储器可包括呈易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质，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)包括如在启动时帮助在计算机内的元件之间传输信息的基本程序，它通常储存在ROM中。RAM通常包含可以立即访问和/或处理单元目前正在操作的数据和/或程序模块。通过示例而非限制方式，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。

存储器中所示的组件也可包括其他可移动/不可移动的，易失性/非易失性的计算机存储介质中，或者它们可以在计算单元通过应用程序接口(“API”)来实施，应用程序接口(“API”)可驻留在通过计算机系统或网络连接的单独计算单元中。仅作为示例，硬盘驱动器可以读取自或写入至不可拆卸的、非易失性的磁介质，磁盘驱动器可以读取自或写入至可移动的、非易失性的磁盘，且光盘驱动器可读取自或写入到可移动的、非易失性的光盘，如CD ROM或其他光学介质。可以在示例性操作环境中使用的其它可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质包括但不限于，磁带盒、闪存卡、数字多功能盘、数字录像带、固态RAM、固态ROM等等。上面所讨论的驱动器及其相关的计算机存储介质提供了计算机可读指令、数据结构、程序模块和计算单元的其它数据的存储。

客户端可通过客户端接口，该接口可以是输入设备，如键盘和定位设备，通常被称为鼠标、跟踪球或触摸板来将命令和信息输入到计算单元。输入设备可包括麦克风、操纵杆、卫星天线、扫描仪等。这些和其它输入设备通常通过系统总线连接到处理单元，但也可以通过其它接口和总线结构，如并行端口或通用串行总线(USB)连接。

监视器或其它类型的显示设备也经由接口，诸如视频接口连接至系统总线。图形用户界面(“GUI”)也可与视频接口一起使用来从客户端接口接收指令并将指令传递到处理单元。除监视器以外，计算机也可以包括其它外围输出设备，诸如扬声器和打印机，它们可以通过输出外围接口连接。

虽然未示出计算单元的许多其他内部组件，本技术领域的普通技术人员将会理解，这样的组件和它们的互连是众所周知的。现在将描述方法实施例。

首先，选择多孔的岩石样品。可以根据一些标准，包括但不限于，孔隙度特性和渗透性来选择岩石样品。例如可选择页岩作为具有小于1微达西(micro-darcy)渗透性的多孔岩石样品。

然后选择岩石样品的流体。该流体可以例如基于不同的标准，包括但不限于岩石样品的固有流体来选择。因此，该流体可以是气体或液体。如果选定页岩样品，那么代表固有流体的岩石样品的流体可以是甲烷(CH4)气体，因为甲烷是页岩气的主要化学成分。

然后选择用于流体的标记。放射性核素标记应类似于它被用于标记的流体以在确定流体流动性时有一致的结果。例如，液体应标记有液体放射性核素标记，而气体应标记有气体放射性核素标记。为了更好的结果，放射性核素标记应具有尽可能接近流体的化学成分的化学成分。以此方式，该具有放射性核素标记的流体标记的流动性将更接近于岩石样品中无放射性核素标记的流体的真实流动性。放射性核素标记的活性又取决于其大小和组分。因此，对于页岩，如果甲烷(CH4)气体被选择作为流体，则针对该气体的有用放射性核素标记是Cl1。

然后，岩石样品被放置在压力容器中。压力容器例如可以类似于先前所述的压力容器。

然后流体和标记被引入岩石样品的孔隙内。流体和标记可通过在恒定压力和恒定温度下在一端将流体和标记注入到压力容器中来引入岩石样品内的孔隙。或者，可通过在将岩石样品放置在压力容器之前将流体和标记直接注入岩石样品内的孔隙并在岩石样品放置在具有流体和标记的压力容器之后对岩石样品施加恒定压力和恒定温度，来将流体和标记可引入岩石样品的孔隙内。当流体与标记被引入岩石样品的空隙时，该流体被标记。此时，当标记与流体一起穿越岩石样品内的空隙时，标记附连至流体和/或当标记与流体一起穿越岩石样品内的空隙时，该标记与流体一起行进。此外，多个标记可与流体一起被引入岩石样品内的空隙。流体和标记以恒定的流率、恒定的压力和恒定的温度被引入岩石样品的空隙。可基于代表目标流体的岩石样品所固有的流体的流量、压力和温度来选择流体、恒压、恒温、流体以及标记。

然后，当标记与流体一起穿过岩石样品的孔隙时，记录来自标记的γ-射线辐射。γ射线辐射可被记录在列表模式文件中。可使用前面所述PET相机和数据采集模块来记录γ射线辐射。

然后，先前记录的γ射线辐射被转换成图像。使用前述的时间流逝数据分析和插值模块来以每秒一个以上的图像的速度来将γ射线辐射转换成图像。

接下来显示图像。可使用前述的客户端/视频接口来一个接一个或连续地显示这些图像。因此，流体的流动性可通过查看所显示的图像，或使用所显示的图像来确定，以确定岩石样品的渗透性。

因此，所提出的时间流逝PEPT技术大大提高了现有技术的成像技术，因为它实际上对在不同净压力下传播穿过岩石样品的流体成像。通过执行不打折扣的流体流动性的高分辨率成像和对具有在岩石物理工业中前所未有的小尺寸空隙的岩石样品的互动扫描，该时间流逝PEPT更进一步。

水平钻井和水力压裂(fracture)使得提取被困在页岩地层中的大量天然气是可行的。压裂技术的目的是暴露岩层的最大可能表面积，并为流体提供了一个合理的路径以生产回到井孔。因此，压裂技术被设计成实现长期有效裂缝半长度并提高具有毫达西(MD)至微达西(μD)岩石渗透率的岩石的裂缝导流能力。

但是，压裂技术还解决地质学家曾认为密封的页岩中的纳米达西(nD)岩石渗透率。岩石样品的渗透率被定义为岩石样品将流体传送穿过空隙空间的能力，该能力影响流体流动速率(flow rate)、流体的移动和流体的排放。通过标准的岩石物理实验室的测量工作进行页岩样品的渗透性实验测定是非常有挑战性和耗时的。因此，不是测定页岩样品的体积平均渗透率，通常的做法是由下面的公式确定裂缝导流能力比率(Cr)：

Cr＝(k_裂缝·W_裂缝)/(k_储层·l_裂缝)

其中，k_裂缝是指裂缝渗透率(以mD计)，W_裂缝表示裂缝的宽度(以英尺计)，k_储层是岩层/储层渗透率(以mD计)，而l_裂缝代表裂缝半长度(以英尺计)。这通常指作为裂缝导流能力(以mD英尺计)的k_裂缝与W_裂缝的乘积。

通过时间流逝PEPT成像获得的流体流动性的量化信息将直接增强对k_{储 层}、W_裂缝和l_裂缝参数的认知。因此，该时间流逝PEPT成像将提供一种独特的对流体流动性如何变化的量化评估作为压裂的结果，特别是在传统PET成像失败的高流体注射率上。此外，时间流逝PEPT成像将通过将压裂前岩石样品的流体流动性与压裂后岩石样品逐一地比较来减少量化裂缝导流能力比率(Cr)以及此外的自然裂缝导流能力指数(NFCI)中的不确定性。这将通过估计定义为激励区与产层有效厚度的乘积的激励储层体积(SRV)来提供压裂形成成功的更准确地确定。计算SRV的标准工业实践中通常在体积估计中引入了很高的不确定性和系统误差，这主要是由于裂缝连通性的不准确和不确定性估计。三维的PEPT流体传播成像会产生a)从作为时间的函数的流体分布推导出的裂缝方向性上的更准确估计，b)裂缝连通性的更量化有效的估计以及c)SRV的估计中的提高的相关性和降低误差。

最近在一些页岩样品上进行的实验室实验表明，当页岩样品压裂时，页岩样品的有效渗透率可以从nD改变为μD。这表明即使无支承(unsupported)的裂缝(即无由普罗普蚂蚁包(propp ant pack)支承的渗透率)也能够对超低渗透率页岩中的生产有贡献。可以预见，通过使用时间流逝PEPT成像，将有可能得到对压裂岩石的有效渗透率，SRV的估计和直接来自重建的PEPT三维图像的流体传播前部的速度之间的相关性的定量估计(至少是经验上)。这将通过改进对流体传播与压裂属性(例如，闭合应力)、激励参数(例如支撑剂的存在和类型)和生产数据(如压力)的相关性上的认知，以及降低实际运行和经济变量的不确定性，来实现压裂和重新压裂工作的优化和更加时间和成本高效的设计，实际运行和经济变量例如：a)可提取碳氢化合物(如在原地的原始气体)，b)最佳井穿孔间隔，c)井的排放面积/体积，d)回收系数，e)最佳间距单元以及f)井的最佳转向、方向和角度。

为了在实际压裂条件下进行页岩气岩芯样品的PEPT实验，改进对各种压力闭合应力下流体传播和压裂属性、激励参数、以及生产数据的相关性的认知，所讨论的岩芯样品应该被封装在容器中，该容器保持岩芯样品的完整性并便于在各种压力下样品中流体的供应。标准容器，如哈斯勒套筒设备(HSD：HasslerSleeve Device)，由实心不锈钢构造成，其用作低于1MeV能量的γ射线的强衰减。因此，HSD对岩芯样品的PET成像是没有用的。

为了解决上述挑战以及其它挑战，描述了岩芯样品和放射性标记的低衰减容纳的装置、系统和方法。这些解决方案包括发现某些热塑性材料可以用来制作岩芯样品的容器，该容器使足够的辐射能透过来进行PET成像，同时支持大致类似井下条件的容器两端压力差。与不锈钢不同，这些材料成本相对低，且所得到的容器易于制造。

使用本文所描述的这些材料和容器构造，辐射传输的随机(蒙特卡罗(Monte Carlo))模型模拟表明，相对于不锈钢，衰减减少约8倍，这意味着仅需要6000mCi的标记流体事件活动来实现有用的计数统计。这对应于产生约2x1011事件/秒的流体中的标记。作为对比，使用不锈钢容器的成功PET成像将要求使用产生约5×104mCi(其中1mCi＝1000microCi)活动的源。因此，使用本文所描述的新颖的装置、系统和方法，可以使用低得多活性的标签来创建有用的图像。

另外，普通技术统计人员认识到减少标准偏差(或平均值周围的耗散)直接对应于提高测量的精度。因此，对于相同的实验设置，在这种情况下，减少γ射线衰减约8倍意味着数据采集整合时间也降低约8倍。在计数统计方面，计数率的标准偏差因此可降低约三倍，这提高了相同量的测量精度。

文中所述的热塑性材料已被用来构建的岩芯样品的容器，该岩芯样品将承受10MPa最小外加压力。在各种情况下，该容器可被用来取代HSD，因为它足够强，使用较便宜的材料，且更容易制造。

在一些实施例中，使用的无定形聚合物聚醚酰亚胺(PEI)来构造各种容器实施例。虽然PEI的机械特性对本领域普通技术人员是众所周知的(例如，它的拉伸强度为约115MPa)，但是这种材料从未成功地形成为具有足以承受由现实井下条件所赋予的压力的力量的可重复使用的岩芯样品容器。然而，破坏试验已经确认，如本文所述构造的PEI容器在被赋予现实的井下高压条件的同时，确实可以提供所提到的成像能力。现在将描述这种结构的细节。

图1是根据本发明的各实施例的装置100的框图。装置100可以不同方式来构造。

例如，装置100可包括整体(unitary)腔本体104，该腔本体104具有压力联接端口124、端塞134，以及一个或多个端帽112。腔本体104的中空内部114具有内直径116，内直径116与座落于本体104内的柔性套筒120(例如由橡胶制成的整体套筒)的中心部分138的外直径118大致相同。为了该文献，术语“整体”应用于当物件由单件材料形成时的物件(例如整体腔或整体套筒)。

腔本体104的配合端122可使用与端帽112啮合的螺纹。在将端帽112与腔本体104配合的方式之中，螺纹是高效的。例如，螺纹端帽112可容易用于对布置在套筒120内部的岩芯样品140上施加压预载荷。不像用于输送岩芯样品140的HSD和其它容器，套筒120的端部126完全封装在腔本体104内部。

孔128存在于端塞134中，在运行中，孔128可与o形环132组合来接受和密封入口和出口管道130的长度。由此，端塞134密封地配合管道130。

装置100的入口142和出口144可形成于端帽112中。当施加足够的压力时，流体136(例如，地层流体)可从入口142经由管道130流至腔本体104的出口144。入口142和出口144可形成为允许管道130穿过它们，但不一定形成为密封管道130来抵抗外部压力。

一些实施例中，在套筒120的外部与腔本体104之间可能存在着环形空间(诸如当直径116、118形成在它们直径的环时)。形成在腔本体104的侧边上的端口124允许流体136被泵入该环形，从而压缩围绕岩芯样品140的套筒120，该岩芯样品140布置在套筒120内。

在大部分实施例中，岩芯样品140不是放射性的。相反，放射性标记146插入流体136中，并且通过监控标记146的行进路径来监控在流体136移动穿过岩芯样品140时流体136的行进。在足够的压力下，流体136以及标记146被迫穿过岩芯样品140的空隙空间。

岩芯样品140的约3.5MPa的最小压差(入口142与出口144之间的压差)可用于启动流体136的流动。为了避免使得流体136在岩芯样品140和套筒120中流动，约7MPa流体压力被施加至端口124。

各种材料可用于形成装置100的不同部分。例如，腔本体104、端帽112和端塞134都可由Ultem1000PEI制成。用于入口142和出口144的管道130，以及用于端口124的管道154可具有约3mm的外直径，并可由聚醚醚酮(PEEK)塑料或不锈钢制成。管道130、154可具有约35MPa的额定工作压力。

如果需要的话，岩芯样品140的间隔和支承可由间隔物150提供。例如，当使用裂开的岩芯样品140时，间隔物150可用于给予每件岩芯样品140额外的支承。

当对围绕套筒120外部的环形施加压力时，间隔物150用于使岩芯样品140在腔本体104内的中心，并支承套筒120。间隔物150可由塑料形成，诸如Ultem

材料，或粒子，诸如沙子。

如果沙子用于形成间隔物150，则沙子可包括经筛滤的、分级的和圆形的颗粒。粘接剂可与沙子结合使用来形成单件、高渗透性间隔物150作为支承机构。间隔物150中的空隙大小通常大于样品140中的空隙大小，从而不限制流体136流过样品140。丝网152可布置在间隔物150与端塞134之间，且网格大小足够小以防止组成间隔物150的颗粒的运动。

一些实施例中，腔本体104和端帽112由约50mm直径Ultem1000材料棒材加工成。端塞134可由约30mm直径Ultem

1000材料棒材加工成。间隔物150可有各种塑料材料加工成。

为了组装装置100，管道130被插入穿过入口142和出口144。O形环132应用在管道130的端部上方，O形环132是喇叭形的以经由端塞134和端帽112中的沉孔将管道130固定在位来形成密封。

高压金属配件可用在管道130、154的另一端上，用以连接至泵等。套筒120被润滑和折叠，从而套筒120可被插入腔本体104，且当套筒120座落于本体104时，套筒126的端部装入腔本体104的中空内部114里的适形凹陷。此时，岩芯样品140可布置在套筒120内。间隔物150可以被插入腔本体104，之后，端塞134可被插入中空内部114腔本体104，从而装入套筒120的端部126。

很多实施例中，端塞134相对紧地安装入套筒120的端部126。塞134用于扩张套筒的球状端部126以形成抵靠壁——该壁形成腔本体104的中空内部114，和塞134的侧边(例如图1所示的网152处)的流体紧密密封。端帽112用于在压力被施加至腔本体104——从入口142至出口144——时，防止塞134吹出腔本体104。压力还可经由端口124和管道154被施加至套筒120与腔本体104的中空内部114之间的环形空间，以提高由套筒120提供的抵靠岩芯样品140的密封。该端口压力通常在两倍流动压力的量级，以帮助迫使流体136流过样品140，而不是围绕样品140。

流体136可包括水、盐水、煤油、或氮气等。流过管道130的流率通常是低的，但岩芯样品140的流动能力通常低得多，从而设定最大流率(通常小于100cc/分钟)和/或入口142与出口144的压差。由此，可实现很多实施例。

例如，装置100可包括整体腔本体104、端塞134、端口124和至少一个配合端帽112。整体腔本体104具有第一配合端(例如入口142附近)和形状做成容纳柔性套筒120的中空内部114，该柔性套筒120具有附连至外部突出端部126的中心部分138。由此，当柔性套筒120座落于腔本体104的中空内部114时，中心部分138和端部126整个容纳在腔本体104的中空内部114内。

端塞134形状做成安装在中空内部114和柔性套筒120的内部148的外端内。每个端塞134具有孔128，孔128构造成使得流体能够沿大致平行于腔本体104的纵轴的路径传导(conduction)，该路径包括装置100的入口142、每个孔128、以及装置100的出口144。

端口124构造成穿过腔本体104的壁并在腔本体104抵抗压力密封时将从腔本体104外部施加的该压力耦合至中空内部114。端帽112构造成配合腔本体104的配合端122；端帽112可提供入口142和/或出口144。由此，腔本体104可容纳两个端帽112(如图1所示)，每个配合腔本体104的端部。可使用端帽112中的螺纹来提供配合，以配合腔本体104的外部的螺纹部分122。

端塞134中的孔128可大致处在塞134的中心。由此，每个孔128可大致处在其对应的端塞134的中心。

每个端塞134可以足够长以跨越从腔本体的端部122、穿过套筒端部中的一个，并前进到正好经过套筒120的突出端部126中的一个的距离，从而为套筒的端部提供支承并防止岩芯样品140和岩芯间隔150在腔本体104内移动。由此，端塞134中的一个或更多个可具有大致等于当套筒120座落于腔本体104的中空内部114时，从腔本体104的配合端122、穿过附连至柔性套筒120的中心部分138的突出端部分126中的一个的距离。

腔本体104可以各种形状形成，诸如矩形块或圆柱形。由此，腔本体104可以形成为大致中空圆柱体。

端帽形成成匹配腔本体的外部尺寸。例如，如果腔本体104形成为矩形块，则端帽的宽度可匹配块的外壁的宽度。如果腔本体形成为圆柱形，这端帽可具有匹配腔本体的外直径的外直径。由此，配合端帽112的外尺寸可以形成成大致匹配腔本体104的外尺寸，如图1所示。

岩芯间隔物150可用于将岩芯样品140放置在腔本体104内。岩芯间隔物可包括塑料。由此，装置100可包括一对岩芯间隔物150以大致将岩芯样品140定心在腔本体104的中空内部114内在端塞134之间。

岩芯间隔物可由沙制成，可能与粘合剂粘性地接合。网可用于防止沙颗粒在压力下离开腔出口。由此，装置100可包括一对网152，该对网152布置在岩芯间隔物150与端塞152之间，其中岩芯间隔物150包括粘结沙。

该装置的多个部件可以由高拉伸强度热塑性塑料制成。例如，腔本体104、端塞134以及端帽112可包括具有足够拉伸强度以承受入口与出口之间的超过3MPa压差的热塑性塑料。该热塑性塑料可例如包括PEI。

端口可联接至端口压力补偿管道。由此，装置100可包括布置在端口124内的端口压力补偿管道154。

流动管道可用于将流体传导至腔本体和从腔本体传导。可以使用o形环将流动管道密封至腔本体。由此，装置100可包括构造成安装在入口142或出口144的至少一个中的流动管道130。一对o形环132可围绕流动管道130布置并布置在端塞134和腔本体104的中空内部114的沉孔内。由此，可实现很多其它实施例。

例如，腔本体104可以构造成降低检测到的颗粒计数率的相对应标准偏差约3倍。该情形中，装置100可包括整体腔本体104，腔本体104具有限定中空内部114的开口端，该中空内部114形状做成当套筒座落于该中空内部时完全容纳柔性套筒120，态套筒用于覆盖岩芯样品140。装置100还包括至少一个端帽112，该至少一个端帽112配合腔本体104的开口端以支承入口142与出口144之间的跨越腔本体104的压差。端帽112可包括入口1242或出口144，且腔本体104可构造成，当携带放射性标记146以产生作为PET成像能量源的γ射线的流体136经由入口142和出口144流过腔本体104的中空内部114和岩芯样品140时，衰减γ射线比不锈钢少约8倍，同时支承入口142与出口144之间的至少3MPa的压差。

一些实施例中，装置100可设置成成套部件，或组装的，包括岩芯样品140和柔性套筒120。一些情形中，装置100通过将岩芯样品140放置在柔性套筒120内，且然后使柔性套筒120座落于腔本体104的中空内部114内来组装。由此，装置100可包括柔性套筒120以及芯样品140。一些实施例中，腔本体104和端帽112可包括热塑性塑料，诸如聚合物，包括PEI，或线性芳香族聚合物，诸如PEEK。

与常规样品容器相反，腔本体104比柔性套筒120长，从而腔本体104完全容纳柔性套筒120的整个长度，以及间隔物150和端塞152。腔本体104的开口端由此可使用多个端帽112(或一个端帽112，如果腔本体112形成成有一个端部闭合的话)来闭合以加压，而不应用抵靠柔性套筒120的突出端的环形套筒，或通过端塞152刺入端帽112(如常规样品容器中所发生的)。又可实现其它实施例。

例如，图2示出本发明的系统实施例。一些实施例中，系统264包括某一形式的装置100和PET传感器228。由此，系统264可包括PET传感器228，用以提供响应于γ射线辐射238的信号232。系统264还包括如前所述构造的一个或多个装置100。

系统264的其它部件可包括处理器230、存储器250和数据采集逻辑240。传感器228、相机236、泵244、处理器230、存储器250和逻辑240可以形成数据采集系统252的一部分。

存储器250可以用于存储所采集的图像数据，以及其它数据(例如在数据库234中)。存储器250通信地联接至处理器230。

泵可用于将流体循环通过装置。由此，系统264还可包括泵244，用以将流体从出口经由管道130循环至装置100的入口。

成像传感器228可与相机分离存在(如图2所示)，或形成为PET相机236的一部分。由此，系统264可包括PET相机236，用以容纳PET传感器228并记录信号232。

一些实施例中，系统264可包括显示器296，用以显示关于流过装置100的流体的信息以及PET图像。发射器224可用于将数据(例如PET图像数据或信号232)发射至远程位置，诸如工作站256，可能用于进一步处理/分析。由此，系统264可包括发射器224，用来将由传感器228和/或相机236采集的数据的至少一部分发射至远程处理器230。由此，可实现很多实施例。

装置100；腔本体104；端帽112；中空内部114；直径116、118；套筒120；配合端122；套筒端126；孔128；管道130、154；o形环132；端塞134；流体136；中心部分138；岩芯样品140；入口142；出口144；标记146；内部148；间隔物150；屏幕152；发射器224；传感器228；处理器230；信号232；数据库234；相机236；辐射238；逻辑240；泵244；存储器250；采集系统252；工作站256；系统264；以及显示器296在本文都可被表征为“模块”。这些模块可包括硬件电路、和/或处理器和/或存储电路、软件程序模块和对象、和/或固件及其组合，如装置100和系统264的架构师所要求的那样并适于各种实施例的特定实施。

例如，在某些实施例中，这些模块可包括在装置和/或系统运行模拟包中，诸如软件电信号模拟包、功率使用和分配模拟包、功率/热耗散模拟包、放射模拟和/或流体流动包、通信模拟包，和/或用于模拟各种潜在实施例的运行的软件和硬件的组合。

应当理解，各种实施例的装置和系统可用在除了用于岩芯样品成像之外的应用中，且因此各实施例并不限于此。装置100和系统264的说明意在提供各实施例的结构的总体理解，且它们并不旨在用作可能利用本文所述结构的装置和系统的所有构件和特征的完整描述。

可包括各实施例的新型装置和系统的应用包括用在高速计算机中的电子电路、通信和信号处理电路、调制解调器、处理器模块、嵌入处理器、数据开关以及专用模块。这样的装置和系统还可作为子组件包含于各种电子系统中，如电视机、蜂窝电话、个人计算机、工作站、收音机、视频播放器、汽车、地热工具的信号处理以及智能传感器接口节点遥测系统等等。某些实施例包括多种方法。

例如，图3是根据本发明的各实施例的几种方法311的流程图。方法311可包括处理器实施方法，并且在一些实施例中，可包括将岩芯样品加载入腔(例如前述的腔本体)、使用至少一个端塞(以及可选地间隔物)定位样品、密封腔、加压腔、迫使流体和标记穿过腔，以及记录γ射线辐射。

该处理可用于确定样品中的流体流动性。可包括多孔岩石的岩芯样品可布置在套筒内，并加载入腔，或套筒可布置在腔内且岩芯样品可通过将其放置在套筒内而加载入该腔中。其它可选的布置也是可能的。

根据使用中的装置的结构，腔本体可具有闭合端和开口端，或两个开口端(如图2所示)。使用该装置的下面描述采用腔本体具有两个开口端。如果使用中的装置仅具有一个开口端，则本领域普通技术人员在阅读本公开并研究附图之后，将理解方法311如何适应于修改加载岩芯样品、间隔物和/或端塞的顺序。联接至流动管道和/或将流动管道插入腔本体入口/出口的顺序也可反向。

由此，考虑到具有两个开口端的装置，方法311可在块321处开始，其中柔性套筒安装在整体腔本体内，从而使柔性套筒座落于腔本体的中空内部之内并完全容纳于腔本体的中空内部。该方法311可继续到块325，其中，将岩芯样品加载入腔本体，该腔本体包括至少一个配合端和形状做成容纳柔性套筒的中空内部。套筒可以构造成从而具有附连至外部突出端部分的中心部分，其中，岩芯样品将布置在柔性套筒内。

该方法311可继续到块329，其中，加载间隔物以将岩芯样品定心在腔本体内，在端塞之间。

该方法311可继续到块333，其中，将至少一个端塞(具有孔)加载入腔本体的中空内部，该端塞形状做成安装在腔本体的中空内部的外端内，以及柔性套筒的内部内，该端塞具有孔。

该方法可继续到块337，其中将流动管道插入穿过其的至少一个配合端帽联接至腔本体，该至少一个配合端帽配合腔本体的至少一个配合端(该实例中，两个端帽配合腔本体的两个配合端)。

方法311可继续到块341，其中，将流动管道联接至循环泵，并将压力端口管道联接至加压装置，诸如另一泵。该方法311可继续到块345，其中，加压腔本体。

该方法311可继续到块349，其中，经由流动管道将具有标记的流体传导至岩芯样品，或从岩芯样品传导。

该方法311可继续到块353，其中，当标记沿腔本体的纵轴从腔本体的第一端传导至腔本体的第二端时(例如从腔本体的入口至出口)，使用PET传感器将γ射线辐射记录为来自标记的所记录辐射信息。

在块357处，进行确定来确定是否完成成像。如果没有，则辐射的记录可在块353处继续。

如果完成成像，如在块357处确定的，方法311可继续到361，其中将所记录辐射信息转换成数字数据。例如，PET传感器可包含于PET相机中，以提供可被转换成数字数据的记录信息。

从记录的γ射线辐射推导的数据可被发送至表面来处理、分析和显示。由此，方法311可继续到块365，其中，将数字数据传送到工作站。一些实施例中，方法311可继续到块369，其中，显示从数字数据推导的图像。

应指出，本文所描述的方法不必按所描述的顺序执行，或按任何特定的顺序执行。关于本文确定的方法描述的各活动可以迭代、串联或并联方式执行。每个方法(例如图3所示的方法)的各个构件可在方法内和方法之间彼此替代。信息，包括参数、命令、运算和其它数据，可呈一个或多个载波形式被发送和接收。

在阅读和理解本公开的内容后，本领域的普通技术人员将理解，其中软件程序可在计算机为基础的系统中从计算机可读的介质加载以执行软件程序中所定义的功能的方式。本领域的普通技术人员将进一步理解各种编程语言可用于创建一个或多个软件程序，所述一个或多个软件程序用于实施和执行本文所公开的方法。各程序可使用面向对象的语言，如Java或C#，来以面向对象格式来构造。或者，可以使用程序语言，如汇编语言或C语言，来架构面向过程格式的程序。软件部分可使用本领域技术人员众所周知的任何数量机构来通信，诸如应用程序接口或进程间通信技术，包括远程程序调用。各种实施例的教导不限于任何特定的编程语言或环境。由此，可实现其它实施例。

例如，图4是根据本发明的不同实施例的物件400的方框图，诸如计算机、存储系统、磁盘或光盘，或一些其它存储设备。物件400可包括联接到机器可访问介质的一个或多个处理器416，该可访问介质诸如具有相关信息438(例如，计算机程序指令和/或数据)的存储器436(例如，可移动存储介质，以及任何有形的、非短暂性的存储器，包括电的、光的或电磁的导体)，当该相关信息438由一个或多个处理器416执行时，将导致机器(例如，物件400)执行关于图3的方法、图1的装置和/或图2的系统描述的任何动作。处理器416可包括由英特尔公司(例如，英特尔酷睿^TM处理器家族)、超微(例如，AMD速龙^TM处理器)，以及其他半导体制造商出售的一个或多个处理器。

一些实施例中，物件400可包括一个或多个处理器416，所述处理器连接至显示器418以显示由处理器416处理后的数据和/或连接至无线收发器420(例如，联接至数据采集系统的当地发射器)以接收由处理器处理后的数据和将由处理器处理后的数据发送到另一(远程)系统。

包含于物件400的存储器系统可包括存储器436，存储器436包括易失性存储器(例如，动态随机存取存储器)和/或非易失性存储器。存储器436可用于存储由处理器416处理后的数据440。

各实施例中，物件400可包括通信装置422，通信装置422可进而包括放大器426(例如，前置放大器或功率放大器)和一个或多个天线424(例如，发送天线和/或接收天线)。由通信装置422接收或发送的信号442可以根据本文所描述的方法来处理。

物件400的很多变型是可能的。例如，在各种实施例中，物件400可包括数据采集系统，包括图1所示的装置100。一些实施例中，物件400类似于或相同于图2所示的系统264的各部分。

使用本文所描述的装置、系统和方法可实现PEPT和短时(例如亚秒)图像采样以产生岩石中流体传播的时间流逝、三维图像。使用市场上可提供的不锈钢样品容纳容器对该成像类型是不可能的。

由此，小尺寸(即超低(nD)渗透率)页岩中气体的成像流动性问题可被解决，从而：

·减少量化裂缝导流率(FCR)和自然裂缝导流指数(NCFI)的不确定性，

·通过经由成像裂缝的方向性和连通性估计激励存层体积(SRV)更准确地确定压裂生产的成功，以及

·通过改进对流体传播和压裂属性(例如，闭合应力)的相关性、激励参数(例如支撑剂的存在和类型)、和生产数据(例如，压力)的认知，可以优化压裂和重新压裂作业。可获得改善的客户满意度。

形成其中可实践主题的特定实施例的一部分的附图以说明性方式而不是限制性示出。所示的实施例足够详细描述以使得本领域的技术人员能够实施本文所公开的教导。可利用或从其推导出其它实施例，从而可进行结构和逻辑替代和改变而不脱离本发明的范围。因此，该详细的说明不认为是限制意义，且各实施例的范围仅由所附权利要求，以及该权利要求所赋予其的等同完全范围所限定。

仅为了便利，本发明主题的各实施例在本文中可指，单独地和/或统称地术语“发明”，而不旨在主动地将本申请限制到任何单个发明或创新概念，如果事实上公开了不只一个。由此，虽然本文已经示出并描述了特定实施例，应理解，推算出实现相同目的的任何布置可替代所示的特定实施例。本公开旨在覆盖任何和所有改型或各种实施例的变型。对本领域的技术人员来说，在浏览上述说明后，上面实施例和本文未具体描述的其它实施例的组合是明显的。

提供本发明的摘要来符合37 C.F.R.§1.72(b)，37 C.F.R.§1.72(b)要求摘要使得读者能够快速地确定该技术公开的本质。摘要在其不用于解释或限制权利要求书的范围或意思下被提交。另外，在前述的详细描述中，可看到为了精简本发明，在单个实施例中，各种特征被组合在一起。本公开文本的方法并不诠释为反映出要求保护的实施例需要比各权利要求中所明确描述的更多的特征。而是，如以下权利要求所反映的那样，本发明的主题在于比单个上述所揭示的实施例的所有特征更少的特征。因此，以下权利要求由此包含在具体实施方式之中，而各权利要求本身可作为独立的实施例。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

整体腔本体，所述整体腔本体具有第一配合端和中空内部，所述中空内部形状做成容纳柔性套筒，所述柔性套筒具有附连至外部突出端部分的中心部分，从而当所述柔性套筒座落于所述腔本体的中空内部时，所述中心部分和所述端部分完全容纳在所述中空内部内；

端塞，所述端塞形状做成安装在所述中空内部的外端和所述柔性套筒的内部，每个端塞具有孔，所述孔构造成使得流体能够沿大致平行于所述腔本体的纵轴的路径传导，所述路径包括所述装置的入口、每个孔以及所述装置的出口；

端口，所述端口用于穿过所述腔本体的壁并在所述腔本体抵抗压力密封时将所述腔本体外部施加的压力耦合至所述中空内部；以及

第一配合端帽，所述第一配合端帽配合所述腔本体的第一配合端并提供所述入口或所述出口。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个孔大致定心在其对应的端塞中。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述端塞中的至少一个具有大致等于在所述柔性套筒座落于所述中空内部时从第一配合端穿过附连至所述柔性套筒的中心部分的所述突出端部分中的一个的距离。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔本体形成中空圆柱。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

用于配合所述腔本体的第二配合端的第二配合端帽。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一配合端帽的外尺寸大致匹配于所述腔本体的外尺寸。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

一对岩芯间隔物，用于将岩芯样品大致定心在所述中空内部内，在所述端塞之间。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

布置在所述岩芯间隔物与所述端塞之间的一对网，其中，所述岩芯间隔物包括粘结沙。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔本体、所述端塞以及第一螺纹端帽包括具有足以承受入口与出口之间的大于3MPa的压差的拉伸强度的热塑性塑料。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

布置在端口内的端口压力补偿管道。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

构造成安装在入口或出口中的至少一个内的流动管道；以及

一对O形环，围绕流动管道布置并布置在所述端塞和所述腔本体的中空内部的沉孔内。

12.一种装置，包括：

整体腔本体，所述整体腔本体具有开口端并限定中空内部，所述中空内部形状做成当套筒座落于所述中空内部内时完全容纳柔性套筒，所述套筒覆盖岩芯样品；以及

至少一个端帽，所述端帽形成为配合所述开口端以承受入口与出口之间跨越所述腔本体的压差，所述端帽包括所述入口或所述出口，其中所述腔本体构造成当携带放射性标记以产生γ射线作为正电子辐射粒子成像的能量源的流体经由所述入口和所述出口流过所述中空内部和岩芯样品时，使γ射线衰减大致比不锈钢少8倍，同时承受在所述入口与所述出口之间的至少3MPa的压差。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括：

柔性套筒；以及

岩芯样品。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述腔本体和所述端帽包括聚醚酰亚胺。

15.一种系统，包括：

正电子辐射粒子(PET)传感器，用于提供响应于γ射线辐射的信号；以及

包括整体腔本体的装置，所述整体腔本体具有第一配合端和中空内部，所述中空内部形状做成容纳柔性套筒，所述柔性套筒具有附连至外部突出端部分的中心部分，从而当柔性套筒座落于所述腔本体的中空内部时，所述中心部分和所述端部分完全容纳在所述中空内部内；端塞，所述端塞形状做成安装在所述中空内部的外端和所述柔性套筒的内部，每个端塞具有孔，所述孔构造成使得流体能够沿大致平行于所述腔本体的纵轴的路径传导，所述路径包括所述装置的入口、每个孔以及所述装置的出口；端口，所述端口用于穿过所述腔本体的壁并在所述腔本体抵抗压力密封时将所述腔本体外部施加的压力耦合至所述中空内部；以及配合端帽，用于配合所述腔本体的配合端并提供所述入口或所述出口。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括：

用于将流体从出口循环至入口的泵。

17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括：

用于容纳PET传感器并记录信号的PET相机。

18.一种处理器实现的方法，用于执行一个或多个处理器，所述一个或多个处理器用于执行所述方法，包括：

将岩芯样品加载入整体腔本体，所述腔本体包括至少一个配合端和中空内部，所述中空内部形状做成容纳柔性套筒，所述柔性套筒具有中心部分，所述中心部分附连至外部突出端部分，所述岩芯本体将布置在所述柔性套筒内；

将至少一个端塞加载入所述腔本体的中空内部，所述端塞形状做成安装在所述中空内部的外端内和所述柔性套筒的内部内，所述端塞具有孔；

将具有插入穿过其的流动管道的至少一个配合端帽联接至腔本体，所述至少一个配合端帽配合所述至少一个配合端；

加压所述腔本体；

将具有标记的流体经由流动管道传导至岩芯样品或从岩芯样品传导；以及

当标记沿所述腔本体的纵轴从所述腔本体的第一端传导至所述腔本体的第二端时，通过使用正电子辐射粒子(PET)传感器记录γ射线辐射作为来自标记的所记录辐射信息。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括：

将所记录辐射信息转换成数字数据。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括：将所述数字数据传送至工作站，以及

显示推导自所述数字数据的图像。

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