Чем подробнее цифровая модель горной породы, тем точнее должны быть расчеты – на первый взгляд это кажется очевидным. Но ученые Казанского федерального университета показали, что для разных свойств предел полезной детализации наступает по-разному.

Исследователи шесть раз просканировали один и тот же образец песчаника Береа, каждый раз повышая разрешение, и проследили, как меняется пористость, строение пор и способность породы пропускать жидкость. Результаты исследования, проведенного при поддержке Российского научного фонда, опубликованы в журнале Advances in Water Resources.

Цифровой керн получают с помощью рентгеновского микротомографа. Аппарат снимает образец с разных сторон, а компьютер собирает снимки в трехмерную модель. На ней видны поры и соединяющие их каналы – своеобразный лабиринт, по которому движется жидкость. По его устройству можно рассчитать, сколько пустого пространства содержит порода и насколько легко она пропускает воду, нефть или газ.

Обычно при повышении разрешения приходится уменьшать исследуемый образец. Из-за этого трудно понять, чем вызваны различия: более подробным изображением или неоднородностью самой породы. Геологи решили эту проблему, совместив все шесть томограмм и выделив на них один и тот же участок размером около 1,43 миллиметра. Размер вокселя (объемного элемента изображения) при этом уменьшился от 16,3 до 1,6 микрометра.

«Нам было важно сравнивать не просто похожие фрагменты, а один и тот же физический участок песчаника. На каждой модели мы оценили объем и связанность пор, площадь их внутренней поверхности и извилистость путей движения жидкости. Проницаемость рассчитали тремя независимыми компьютерными методами, чтобы проверить, сохраняется ли общая закономерность», – сообщил старший научный сотрудник НИЛ «Внутрипластовое горение» Раиль Кадыров.

Результат оказался неоднозначным – и именно в этом заключается его практическая ценность. Для связанной пористости и извилистости основных путей движения жидкости в исследованном песчанике оказалось достаточно вокселя около 3–4 микрометров: дальнейшее повышение детализации почти не меняло эти показатели. Но внутренняя поверхность и сложность порового пространства продолжали заметно меняться даже при 1,6 микрометра. Проницаемость снижалась по мере повышения детализации во всех трех компьютерных расчетах, хотя полученные значения различались. Это показывает, что расчет проницаемости чувствителен не только к разрешению изображения, но и к выбранному методу моделирования. Поэтому достаточное разрешение для проницаемости необходимо определять отдельно.

«Максимальное разрешение не всегда означает максимальную пользу. Если нужный показатель уже почти не меняется, дальнейшее усложнение модели лишь увеличивает объем данных и время расчета. Поэтому разрешение следует выбирать не вообще „как можно выше”, а под конкретную задачу», – объяснил руководитель проекта Тимур Закиров, заведующий кафедрой математических методов в геологии Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ.

Порог около 3–4 микрометров пока относится только к изученному специалистами песчанику Береа. В карбонатах, глинистых и низкопроницаемых породах решающими могут оказаться поры совсем другого размера. Следующий этап работы – проверить, как на выводы влияет способ разделения пор и минералов на изображении, тип породы и размер исследуемого объема. В итоге ученые хотят перейти от правила «чем подробнее, тем лучше» к более полезному принципу: получать ровно столько деталей, сколько действительно нужно для конкретного расчета.

При частичной или полной перепечатке материала, а также цитировании необходимо ссылаться на пресс-службу КФУ.

Присоединяйтесь к каналу КФУ в MAX.