【摘要】 在这里，我们对具有明显应力敏感性的完整砂岩样本进行了全面分析。

砂岩的弹性特性可能高度依赖于压力。然而，X 射线微计算机断层扫描 (micro-CT) 图像中完整砂岩的压力引起的变形低于传统图像分析方法的分辨率[1]。此外，大多数弹性特性的数字岩石物理研究都是使用在环境压力下获取的显微 CT 图像进行的。

 

在这里，我们对具有明显应力敏感性的完整砂岩样本进行了全面分析。专用的 X 射线透明压力盒能够在高达 36 MPa 的围压下扫描显微 CT 图像。为了检测这些图像中由压力引起的微小变化，我们使用切片搜索技术设计了整体变形检测工作流程。工作流程应用于一组 2 × 2 × 2 mm 样品的显微 CT 图像，该样品在多种压力下扫描，体素尺寸长度为 ∼1 μm。结果给出的静态模量为 2.78 GPa，是超声波测量得出的动态模量的 ∼0.5 倍。该比率与文献数据一致，显示了变形检测工作流程的准确性。

 

然后，在不同压力下扫描的图像被分割成两相标签。从分段标签检测到的孔隙率变化与使用孔隙弹性理论从静态模量得出的值一致。利用两相分割图像通过有限元方法模拟弹性特性。超声测量中显示的弹性模量的大部分压力依赖性是由颗粒接触处的顺应性孔闭合引起的，而微 CT 无法解决这一问题。

 

在较高压力下扫描的图像所估计的弹性特性的准确性改进可以忽略不计。在不同压力下产生的图像彼此非常接近，肉眼几乎看不见差异。为了检测这些差异，我们设计了切片匹配工作流程。将此工作流程应用于我们的图像表明，所研究样本的同一物理部分在 0 MPa（无残余应力）时占据 1,255 × 1,021 × 1,620 体素的空间，在 0 MPa（有残余应力）时占据 1,253 × 1,019 × 1,616 体素的空间，20 MPa 时为 1,250 × 1,017 × 1,613，36 MPa 时为 1,252 × 1,017 × 1,613。检测到的变形在 0 至 20 MPa 范围内比 20 至 36 MPa 范围内更大。

 

通过比较 0 MPa 下有残余应力和无残余应力的图像，还可检测应力释放的效果。由0到20 MPa变形得出的静态体积模量为2.78 GPa，与文献[2,3]值一致。从分段标签检测到的孔隙率变化与使用孔隙弹性理论从静态模量得出的值一致。

 

在不同压力下扫描的图像用于计算有效弹性模量。计算出的模量之间的差异远小于超声波测量之间的差异。这表明，与之前的研究一致，显微 CT 成像无法解析颗粒接触的几何形状，而颗粒接触对弹性性能产生压力影响。在较高压力下扫描的图像所估计的弹性特性的准确性改进可以忽略不计。

 

1.Arns, C. H., Madadi, M., Sheppard, A. P., & Knackstedt, M. A. (2007). Linear elastic properties of granular rocks derived from X-ray-CT images. SEG technical program expanded abstracts 2007 (pp. 1711–1715). Society of Exploration Geophysicists.

2.Avseth, P., Mukerji, T., & Mavko, G. (2010). Quantitative seismic interpretation: Applying rock physics tools to reduce interpretation risk. Cambridge university press.

3.Dai, H., Shikhov, I., Li, R., Arns, J.-Y., & Arns, C. H. (2021). Mechanisms of confining pressure dependence of resistivity index for tight sandstones by digital core analysis. SPE Journal, 26, 1–896. https://doi.org/10.2118/205026-pa

 

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