Pomiary dwuenergetycznej tomografii (Dual Energy CT) w celu badania skał

• Autorzy: Dohnalik Marek , Kaczmarczyk Jan

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.02.03

Warianty tytułu

EN

Calibration of dual energy CT scans for rock core examination

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

: Jedno z pierwszych zastosowań rentgenowskiej tomografii komputerowej w geologii miało miejsce w 1974 roku. Tomografia rentgenowska (CT) umożliwia nieinwazyjne obrazowanie badanych przedmiotów. Wynikiem pomiaru tomograficznego jest przestrzenny obraz, przedstawiający zmiany absorpcji promieniowania rentgenowskiego. Powstaje on poprzez wyliczenie, podczas procesu rekonstrukcji, wartości absorpcji dla każdego punktu badanego przedmiotu. Istotną zaletą tomografów komputerowych jest możliwość przebadania dużych obiektów (metrowych odcinków rdzenia) w bardzo krótkim czasie. Ich wadą jest natomiast względnie niska rozdzielczość pomiaru. Każdy woksel na obrazie tomograficznym ma przypisaną konkretną wartość zaczernienia proporcjonalną do liniowego współczynnika tłumienia, zależną od gęstości elektronowej i efektywnej liczby atomowej, uśrednionych w obrazowanej przestrzeni (zakres uśredniania określa rozdzielczość obrazu tomograficznego). Dysponując dwoma obrazami, zarejestrowanymi przy dwóch różnych energiach pomiaru, można podjąć próbę rozdziału obrazu na dwie składowe: pierwszą – zależną od gęstości elektronowej i drugą – zależną od efektywnej liczby atomowej. Celem opisanych prac jest pokazanie możliwości wykorzystania dwuenergetycznej tomografii komputerowej (DECT) do charakterystyki litologiczno-gęstościowej rdzeni wiertniczych. Aby wykorzystać obrazy tomograficzne do otrzymania wymienionych wielkości fizykochemicznych konieczna jest standaryzacja obrazów. W pracy przedstawiono proces wyznaczania współczynników kalibracyjnych, które są niezbędne do przeliczania wartości współczynników absorpcji, będących bezpośrednim wynikiem rekonstrukcji pomiaru tomograficznego na wartości gęstości elektronowej oraz efektywnej liczby atomowej Z. W artykule zaprezentowano proces kalibracji z wykorzystaniem wzorcowych minerałów. Wyliczone z analizy obrazów wartości próbek wzorcowych, porównano z wartościami wyznaczonymi metodami laboratoryjnymi. Przykład zastosowania wyników przedstawiono na przebadanym fragmencie obrazu rdzenia piaskowca, zawierającego szczelinę wypełniona kalcytem.

EN

One of the first applications of X-ray computed tomography in geology took place in 1974. X-ray tomography (CT) allows non-invasive imaging of the examined objects. The result of a tomographic measurement is a spatial image, showing the changes in X-ray absorption value for each point of the examined object, which are a result of calculations during the reconstruction process. An important advantage of computer tomographs is the ability to test large objects (meter sections of the core) in a very short time, while the disadvantage is the relatively low resolution of the measurement. Each voxel in the tomographic image has a specific grey value, proportional to the linear attenuation coefficient, depending on the electron density and the effective atomic number averaged in the imaged space (the averaging range is determined by the resolution of the tomographic image). Two tomographic images registered at two different energies, allows the deconvolution of the images into two components: the first – dependent on the electron density and the second – dependent on the effective atomic number. The aim of this study is to show the possibility of using dual energy computed tomography (DECT) to litho-density characterization of rock cores. In order to use tomographic images to obtain the above-mentioned physicochemical values, it is necessary to standardize CT images. The paper presents the process of determining calibration coefficients, which are necessary to convert the values of absorption coefficients, which are a direct result of CT reconstruction, into density values and effective Z atomic number. The article presents the calibration process with the use of reference rock fragments. The values of the standard samples computed from the analysis of images were compared with the values determined by laboratory methods. An example of the application of results is presented on the examined part of the image of the sandstone core, containing a calcite-filled fracture.

Słowa kluczowe

PL

tomografia komputerowa; dual energy CT; DECT; tomografia dwuenergetyczna

EN

computed tomography; dual energy CT; DECT; dual energy computed tomography

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 2
• Strony: 83--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Dohnalik Marek

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kaczmarczyk Jan

• www.operator-paramedyk.pl

Bibliografia

• Baker D.R., Mancini L., Polacci M., Higgins M.D., Gualda G.A.R., Hill R.J., Rivers M.L., 2012. An introduction to the application of X-ray microtomography to the three-dimensional study of igneous rocks. Lithos, 148: 262–276. DOI: 10.1016/j.lithos.2012.06.008.
• Cnudde V., Boone M.N., 2013. High-resolution X-ray computed tomography in geosciences: A review of the current technology and applications. Earth-Science Reviews, 123:1–17. DOI: 10.1016/j.earscirev.2013.04.003
• Drabik K., Urbaniec A., Mikołajewski Z., Dohnalik M., 2018. Przykłady zastosowania metody rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) rdzeni wiertniczych w analizie skał węglanowych. Wiadomości Naftowe i Gazownicze, 5: 4–10.
• Galkin S.V., Efimov A.A., Krivoshchekov S.N., Savitskiy Y.V., Cherepanov S.S., 2015. X-ray tomography in petrophysical studies of core samples from oil and gas fields. Russian Geology and Geophysics, 56: 782–792. DOI: 10.1016/j.rgg.2015.04.009.
• Gardner J.S., Dumanoir J.L., 1980. Litho – Density Log Interpretation. Annual Logging Symposium Transactions, Paper N: 1–23.
• Guo J.-Ch., Nie R.-S., Jia Y.-L., 2012. Dual permeability flow behavior for modeling horizontal well production in fractured-vuggy carbonate reservoirs. Journal of Hydrology, 464: 281–293. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2012.07.021.
• Kaczmarek Ł., Kozłowska A., Maksimczuk M., Wejrzanowski T., 2017. The use of X-ray computed microtomography for graptolite detection in rock based on core internal structure visualization. Acta Geologica Polonica, 67: 299–306. DOI: 10.1515/agp-2017-0010.
• Krakowska P.I., Dohnalik M., Jarzyna J.A., Wawrzyniak-Guz K., 2016. Computed X-ray microtomography as the useful tool in petrophysics: a case study of tight carbonates Modryn formation from Poland. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 31: 67–75. DOI: 10.1016/j.jngse.2016.03.011.
• Siddiqui S., Khamees A.A., 2004. Dual-energy CT-Scanning application in rock characterization. SPE-90520-MS. DOI: 10.2118/90520-MS.
• Skupio R., Dohnalik M., 2017. Pomiar gamma-gamma oraz komputerowa tomografia rentgenowska na rdzeniach wiertniczych skał osadowych. Nafta-Gaz, 8: 571–582. DOI: 10.18668/NG.2017.08.04.
• Urbaniec A., Drabik K., Dohnalik M., 2018. Selected features of carbonate rocks based on the X-ray computed tomography method (CT). Nafta-Gaz, 3: 183–192. DOI: 10.18668/NG.2018.03.01.
• Victor R.A., Prodanović M., Torres-Verdín C., 2017. Monte Carlo approach for estimating density and atomic number from dual-energy computed tomography images of carbonate rocks. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 122: 9804–9824. DOI:10.1002/2017JB014408.
• Wang F., Li Y., Tang X., Chen J., Gao W., 2016. Petrophysical properties analysis of a carbonate reservoir with natural fractures and vugs using X-ray computed tomography. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 28: 215–225. DOI: 10.1016/j.jngse.2015.11.046.
• Wolański K., Zarudzki W., Kiersnowski H., Dohnalik M., Drabik K., 2016. Wykorzystanie tomografii komputerowej w badaniu rdzeni skał. Nafta-Gaz, 12: 1035–1042. DOI: 10.18668/NG.2016.12.04.
• Zalewska J., Kaczmarczyk J., Dohnalik M., Cebulski D., Poszytek A., 2010. Analiza własności zbiornikowych skał węglanowych z wykorzystaniem mikrotomografii rentgenowskiej. Nafta-Gaz, 8: 653–662.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).