Estudio de conducción de fluidos en medios porosos y fracturados aplicando DRP

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se explora la influencia que tiene la estructura y topología de los poros sobre el flujo de fluidos, particularmente en siete rocas volcánicas pertenecientes al Complejo Volcánico Los Humeros (CVLH). Para su estudio cada una de estas muestras fue cortada en tapones de distintos tamaños (25.54, 10 y 3 mm de longitud) e ingresada a un microtomógrafo de rayos X de la marca ZEISS modelo Xradia 510 Versa. Esto nos ayudó a conseguir una representación digital tridimensional (3D) de la roca al igual que de la estructura interna de la misma a tres diferentes resoluciones (26, 10 y 3 μm/voxel). Partiendo de las imágenes 3D de cada una de las muestras, cada una de ellas fue sometida a un procesamiento de filtrado (eliminación de artifact) y segmentación (método de Otsu). Este último permitió delimitar la porosidad total y efectiva. A través del espacio poroso conectado (o porosidad efectiva), se llevaron a cabo simulaciones de permeabilidad. Simultáneamente a partir de la microtomografía 3D de las muestras, se extrajo la estructura y topología de los poros (número de Euler y tortuosidad) en el espacio poroso conectado. Además, se usó como técnica complementaria “Pore Network Model” (PNM) para simular la permeabilidad y extraer otras características individuales de los poros a través de un modelo simplificado del espacio poroso como: diámetro de los poros, número de coordinación, diámetro de las gargantas y longitud de las gargantas. Se sometió a prueba una hipótesis donde decimos que “las características estructurales (geométricas) y topológicas describen el medio poroso de las rocas de forma cuantitativa y estas están relacionadas con la transmisión de fluidos (permeabilidad)”. Los resultados indican de forma general, que los valores de porosidad total estimados a partir de las imágenes de μ-CT a una resolución de 3 μm/voxel proporciono los valores de porosidad total con mayor similitud a los valores experimentales para cada muestra estudiada. Por otro lado, en las simulaciones de permeabilidad a partir de las imágenes. A todas las resoluciones se obtuvieron valores muy superiores a los reportados de forma experimental. Resultó ser una tarea ardua la extracción de la estructura de los poros de nuestras rocas de forma sistemática directamente de las imágenes de μ-CT, debido a las formas altamente amorfas de los poros. Sin embargo, se obtuvo el número de Euler y tortuosidad. Aun así, esta información es modesta para caracterizar de forma completa la estructura de los poros de nuestras rocas y encontrar una relación con el flujo de fluidos. A través de los modelos de PN de nuestras muestras de roca se encontró que: (1) las dimensiones del radio de los poros, la longitud de la garganta y el tamaño de la garganta puede ser indicativo de una buena o mala permeabilidad, (2) el número de coordinación en el caso particular de nuestras muestras estudiadas no se encontró alguna relación con la permeabilidad, (3) el número de Euler resulto un parámetro útil en la estimación global de la conectividad de cada una de nuestras muestras, sin embargo no es suficiente para conocer la geometría propia de los poros de las muestras estudiadas y (4) la tortuosidad se encontró que es un factor de correlación inversa, donde mientras aumenta la tortuosidad disminuye la permeabilidad y viceversa. ABSTRACT: The present work explores the influence of pore structure and topology on fluid flow, particularly in seven volcanic rocks belonging to the Los Humeros Volcanic Complex (CVLH). Each of these rock samples was cut in plugs of different sizes (25.54, 10 and 3 mm in length) that were used to acquire X-ray microtomographs a ZEISS microtopographer model Xradia 510 Versa. With, we were able to obtain a three-dimensional (3D) digital representation of the rock as well as its internal structure at three different resolutions (26, 10 and 3 μm / voxel). The 3D images of each of the samples, was subjected to filtering processing (artifact elimination) and segmentation (Otsu method). The latter allowed to delimit the total and effective porosity. Through effective porosity. Permeability simulations were performed across the Connected pore space (characterized by the effective porosity. Simultaneously, the structure and topology of the pores (Euler number and tortuosity) were extracted from the 3D microtomography of the connected pore space of the samples. In addition, the technique of "Pore Network Model" (PNM) to simulate permeability and extract other individual characteristics of the pores through a simplified model of the pore space such as: diameter of the pores, coordination number, diameter of the pores. throats and length of throats. A hypothesis was tested where we say that "the structural (geometric) and topological characteristics describe the porous medium of the rocks in a quantitative way and these are related to the transmission of fluids (permeability)". The results generally indicate that the total porosity values estimated from the μ-CT images at a resolution of 3 μm / voxel provided the total porosity values with the greatest similarity to the experimental values for all samples. On the other hand, in the permeability simulations from the images. At all resolutions, the values much higher than those reported experimentally were obtained. It was a difficult task to systematically extract the pore structure of our rocks directly from the μ-CT images, due to the highly amorphous shapes of the pores. However, the Euler number and tortuosity were obtained. Eventhough, this information is modest to fully characterize the pore structure of our rocks and find a relationship with fluid flow. Through the PN models of our rock samples it was found that: (1) the dimensions of the radius of the pores, the length of the throat and the size of the throat can be indicative of a good or bad permeability, (2) ) the coordination number in the particular case of our studied samples did not find any relationship with the permeability, (3) the Euler number was a useful parameter in the global estimation of the connectivity of each one of our samples; however this parameter is not sufficient to study the geometry of the pores of the studied samples and (4) the tortuosity was found to be an inverse correlation factor, where while the tortuosity increases, the permeability decreases and vice versa.