Компьютерная томография в реальном времени показывает 3D-картину движения нефти и воды в пористой породе

Впервые в истории эксперименты с использованием компьютерной томографии позволили учёным в трёхмерном формате наблюдать за потоком нефти и воды в реальной горной породе в беспрецедентном масштабе. Новый подход и собранные данные способствуют лучшему пониманию многофазного потока и переноса в пористых средах. Исследование выполнено совместной командой учёных из компании Shell, Института Пауля Шеррера (Швейцария) и Университета имени Иоганна Гутенберга (Германия). Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

При обычных методах добычи в пластах остаётся примерно 50–70% нефти. Новое понимание фундаментальных процессов поможет отрасли разработать новые и безопасные методы для увеличения нефтеотдачи. Нефть и газ находятся в мелких порах осадочных пород. Стандартные подходы к описанию макроскопического поведения одновременного потока нескольких несмешивающихся жидкостей имеют много недостатков. Новые экспериментальные данные предоставляют прорывную основу для проверки численных моделей на уровне пор с пространственным разрешением в несколько тысячных долей миллиметра.

Эксперименты проводились на Швейцарском источнике синхротронного излучения (Swiss Light Source) в Институте Пауля Шеррера с использованием новой быстрой техники КТ для 3D-визуализации процессов в реальном времени. Маленькие образцы породы просвечивались высокоинтенсивными рентгеновскими лучами, а полученные изображения комбинировались для создания высокоразрешающих 3D-кадров, из которых собирался фильм о процессах.

Как отметила Сара Ирвин, учёный из Института Пауля Шеррера, благодаря новой установке полное КТ-сканирование теперь занимает несколько секунд, тогда как раньше на это требовалось 20 минут и более. Исследователи из Майнца внесли ключевой вклад в анализ данных и визуализацию, сократив более 10 ТБ информации до минутных фильмов о ключевых событиях.

Впервые учёным удалось непосредственно наблюдать в реальной породе так называемые скачки Хейнса — внезапные изменения в движении жидкости через пористую среду. Результаты опровергают общепринятую парадигму о том, что такие изменения локально ограничены одной порой. Вместо этого они каскадно распространяются через десятки пор одновременно.

Как подчеркнул Штеффен Берг из Shell, эта работа может изменить взгляд на механизмы в пористых средах. Новые количественные данные помогают создавать и проверять компьютерные модели, описывающие поток флюидов, что в конечном итоге позволяет прогнозировать макроскопическое поведение и оптимизировать методы увеличения нефтеотдачи.