Artículos y documentos técnicos

Se presenta un método novedoso capaz de generar imágenes 3D a gran escala de microestructuras de materiales a partir de una sola imagen 2D. Este enfoque evita la necesidad de datos de imágenes 3D y al mismo tiempo ofrece una alternativa rentable y de alta resolución a las técnicas de procesamiento digital de imágenes existentes. Esta técnica facilita la capacidad de nuestro método para generar gradualmente imágenes 3D que capturan con precisión las propiedades geométricas y las características estadísticas de la entrada 2D original.

Se realizaron experimentos cuasiestáticos de inundación de petróleo y agua en estado no estacionario para estudiar el flujo multifásico en dos areniscas heterogéneas hermanas con condiciones de humectabilidad variables.

Las distribuciones de fluidos a escala de poros durante este proceso se obtuvieron mediante micro-CT. En el caso mixto-húmedo, se observaron eventos de llenado de poros en los que la interfaz fluida parecía estar en cuasi-equilibrio en todas las posiciones a lo largo del cuerpo del poro (13% en volumen), en contraste con las inestabilidades capilares típicamente asociadas con el drenaje lento o la imbibición.

Se investigó la sensibilidad de las propiedades de flujo multifásico a los eventos de llenado lento utilizando un modelo de red de poros multiescala de última generación. Nuestro estudio arroja nueva luz sobre la dinámica de fluidos multifásica poco conocida en rocas complejas, de interés para, por ejemplo, la remediación de aguas subterráneas y el almacenamiento de CO2 en el subsuelo.

Se presentó el SIT-SR 3D, un novedoso método auto supervisado para superresolución de imágenes individuales en 3D (SISR). El enfoque propuesto aprende a mejorar la resolución de imágenes 3D de baja resolución de manera auto supervisada.

SIT SR-3D es especialmente útil cuando no se dispone de una verdad exacta en 3D, pero sí en 2D. En el caso de las rocas digitales, a menudo no se cuenta con una verdad exacta en 3D de alta resolución.

Demostramos nuestros resultados en un conjunto de datos de tomografía computarizada (CT) de rocas digitales de código abierto.

El registro de imágenes es un proceso que se utiliza para alinear o registrar varias imágenes o volúmenes para facilitar la comparación o combinación de los datos. En el contexto de las imágenes húmedas y secas en 3D de muestras de rocas, es esencial alinear con precisión estas imágenes para analizar y utilizar los datos en varios experimentos.

Proponemos un nuevo algoritmo basado en la optimización para el registro de imágenes de grandes imágenes 3D húmedas y secas de muestras de rocas. Hemos demostrado que nuestro algoritmo puede proporcionar una solución en menos de un minuto para muestras de tamaño cúbico de 1000³, en comparación con las varias horas de tiempo experto que necesita la práctica industrial actual.

Proporcionamos resultados cuantitativos y cualitativos y comparamos nuestro algoritmo con el tiempo de solución de un experto humano.

En este artículo técnico se describe una metodología sólida para realizar análisis avanzados en volúmenes de muestra más pequeños de yacimientos no convencionales. La metodología descrita incorpora un flujo de trabajo de procesamiento de imágenes digitales multiescala y multimodal donde se utilizan la microscopía electrónica de barrido y la mineralogía espacial para la caracterización de rocas, seguido de la adquisición de volúmenes 3D con resolución nanométrica para análisis a escala de poros y generación de modelos 3D digitales.

Se calcularon las propiedades elásticas además de las propiedades petrofísicas básicas, y se realizaron comparaciones con datos de laboratorio, así como datos de literatura, para validar las propiedades predichas.

En este trabajo, se propone un flujo de trabajo de generación 3D de varios pasos y de tamaño invariante a partir de una única imagen 2D. El flujo de trabajo propuesto aborda varios desafíos importantes en la generación de imágenes 3D, ya que está diseñado no solo para satisfacer la restricción de gran tamaño (>1000³ vóxeles cúbicos) sino también para generar estructuras de poros estadísticamente representativas.

Para validar nuestra metodología, hemos generado varias imágenes de rocas en 3D de gran tamaño y las comparamos con imágenes 3D reales en términos de propiedades físicas (porosidad, permeabilidad y característica de Euler).

En este trabajo, se muestra cómo mejorar la resolución de una sola imagen utilizando una red neuronal implícita para producir imágenes nítidas y fotorrealistas. Mejoramos la calidad perceptual de la superresolución de imagen única basada en redes neuronales implícitas. El principal obstáculo en la utilización de pérdidas adversas para los modelos de representación continua de imágenes fue el procedimiento de muestreo basado en coordenadas aleatorias adoptado por trabajos anteriores. Se propuso utilizar un método de muestreo basado en parches. Luego entrenamos la red neuronal implícita con objetivos adicionales basados en pérdidas adversas y perceptuales. Demostramos que la red resultante produce imágenes nítidas y fotorrealistas al mismo tiempo que mantiene las propiedades deseables de las redes neuronales implícitas.

Los modelos multiescala recientes incorporan mapas de porosidad sub-vóxeles, creados mediante el procesamiento de imágenes digitales diferenciales de micro-CT de un líquido de contraste en los poros. Estos mapas delinean diferentes zonas de flujo microporoso en el modelo, a las que se les deben asignar propiedades petrofísicas como entrada. Por lo tanto, la incertidumbre sobre la física de la escala de poros en estos modelos se ve aumentada por las incertidumbres sobre la representación de los poros no resueltos, también llamados tipos de sub-rocas.

Abordamos esto mediante la validación de un modelo de red de poros multiescala utilizando un experimento de drene fotografiado con micro-CT diferencial en una muestra de piedra caliza de Estaillades. Encontramos que la tipificación de sub-rocas basada en mapas de porosidad no pudo coincidir con las distribuciones de fluidos experimentales a escala micrométrica. Para investigar por qué, introducimos un nuevo método de tipificación de sub-rocas de referencia, basado en un mapa 3D de la función experimental de presión capilar.

Se desarrolló una herramienta cuyo objetivo es automatizar completamente el proceso de segmentación en un solo paso, sin la necesidad de realizar pasos adicionales de procesamiento de imágenes, como filtrado de ruido o eliminación de artefactos.

Los resultados muestran un rendimiento de segmentación sólido y preciso para los tipos más comunes de ruidos presentes en imágenes micro-CT reales. También se comparó la segmentación de nuestro método y cinco usuarios expertos, utilizando paquetes de software comerciales y abiertos en imágenes de rocas reales. Se descubrió que la mayoría de las herramientas actuales no logran reducir el impacto de los ruidos y artefactos locales y globales.

Se introduce un flujo de trabajo generalizado de procesamiento digital de imágenes multiescala y un modelado a escala de poros para derivar las propiedades de transporte de rocas complejas con distribuciones de tamaño de poro amplias.

El flujo de trabajo de roca digital multiescala se aplica a dos muestras de roca heterogéneas: una arenisca de yacimiento finamente laminada de mojabilidad mixta y una roca carbonatada de yacimiento de mojabilidad petrolífera. Las curvas de presión capilar de drene primario mercurio-aire y de imbibición de aceite-agua, medidas experimentalmente, se utilizan para ajustar el modelo de red de poros multiescala. La permeabilidad relativa de inundación con agua se calcula en una prueba ciega y se compara con datos experimentales de alta calidad. Se encontró un acuerdo muy alentador entre las propiedades calculadas y las medidas.

Comparación de la evolución de la disposición de fluidos medida en experimentos rápidos de micro-TC de sincrotrón en dos tipos de rocas con simulaciones cuasiestáticas que implementan el llenado de poros dominado por la capilaridad y el snap-off, incluyendo un modelo sofisticado para el llenado cooperativo de poros.

Los resultados indican que estos modelos de redes de poros pueden, en principio, predecir distribuciones de fluidos con suficiente precisión como para estimar propiedades de flujo ampliadas de rocas fuertemente mojadas a bajos números capilares.

Se utilizó la tomografía computarizada tridimensional de rayos X para caracterizar la estructura de poros del núcleo del yacimiento. Obtuvimos imágenes in situ a escala de poros de la distribución de pares de CO2: pares de fluidos análogos a la salmuera dentro de las muestras del yacimiento durante experimentos de inundación por imbibición y drenaje de bajo número de capilares. Las imágenes micro-CT se utilizan directamente como entrada para un modelo de simulación a escala de poros. La validez se investiga comparando, en base a cada poro, las distribuciones de fluidos simulados y las imágenes obtenidas. Los estados de llenado de poros concuerdan adecuadamente tanto para desplazamientos de drenaje como de imbibición, y la curva de atrapamiento capilar calculada coincide con los datos experimentales.

Se presentó un estudio modelo de red de poros de atrapamiento capilar en medios porosos húmedos por agua. La cantidad y distribución de la fase no humectante atrapada está determinada por la competencia entre dos mecanismos de captura: el snap-off y el llenado cooperativo de poro-cuerpo. Se desarrolló un nuevo modelo para describir el mecanismo de llenado del cuerpo de los poros en redes de poros geológicamente realistas. El modelo tiene en cuenta las características geométricas del poro, la ubicación espacial de las gargantas de conexión y la topología del fluido local en el momento del desplazamiento, el cual se validó comparando curvas de atrapamiento capilar computarizadas con datos publicados para cuatro rocas diferentes húmedas por agua. Los cálculos se realizaron en redes de poros extraídas de imágenes de micro-TC y reconstrucciones basadas en procesos de las rocas reales utilizadas en los experimentos. En comparación con los modelos estocásticos comúnmente utilizados, el nuevo modelo describe con mayor precisión las mediciones experimentales, especialmente para sistemas porosos bien conectados donde la captura está controlada por sutilezas de la estructura de los poros. El nuevo modelo predice con éxito la permeabilidad relativa y la saturación residual para la arenisca de Bentheimer utilizando ángulos de contacto medidos in situ como entrada a las simulaciones. Las distribuciones simuladas de tamaño de cúmulos atrapados se comparan con las predicciones de la teoría de la percolación.