Новый метод исследования геометрии пор в горных породах

Исследователи из Университета Кюсю (Япония), основываясь на теории устойчивой гомологии, представили новый параметр и метод для оценки неоднородности пористости.

Геометрия пор — пустот между минеральными зёрнами в горной породе — критически влияет на накопление, фильтрацию и добычу жизненно важных ресурсов, таких как нефть, газ и питьевая вода. Учёные из Международного института исследований в области углеродно-нейтральной энергетики (I2CNER) и Института математики для промышленности (IMI) Университета Кюсю разработали инновационный метод характеристики геометрии пор, основанный на концепции устойчивой гомологии. Результаты опубликованы в журнале Water Resources Research.

Новый метод особенно полезен для характеристики неоднородности пор, что является ключевым отличием природных пород от искусственных материалов. Сложная геометрия пор сначала преобразуется в данные облака сфер, затем рассчитывается диаграмма персистентности, из которой выводится новый параметр — дистанционный индекс H. Этот индекс предлагается в качестве метрики для характеристики степени неоднородности породы. Была подтверждена сильная связь между неоднородностью и индексом H, а также предложено новое эмпирическое уравнение с использованием этой метрики для прогнозирования эффективного модуля упругости пород.

«Чтобы проверить новый метод на основе геометрии реальных пород, были исследованы четыре типа пород с разной структурой пор, включая два карбонатных и два песчаника», — поясняет соавтор исследования Такеши Цудзи. Анализ диаграммы персистентности оказался более эффективным для количественной оценки неоднородности относительно однородного песчаника по сравнению с традиционным методом и лучше различал типы пород. Этот метод также устойчив к малым изменениям порового пространства, а индекс H вычисляется эффективно. Извлечённая информация может напрямую использоваться для прогнозирования физических свойств пород (проницаемости, упругости) на основе их микроструктуры.