Localização e evolução de mudanças na porosidade

Na Figura 4.7 observamos a formação de um caminho preferencial do fluido reativo na amostra. O uso de microtomografia de raios-X nos permite visualizar as alterações do meio poroso internamente dentro da resolução espacial alcançada. A Figura 4.17 ilustra os cortes de imagens registradas antes (esquerda da imagem) e após (a direita da imagem) o teste.

Visualmente nota-se em regiões próximas a face injetora apresentam indícios de dissolução da rocha pelo aumento dos poros, levando a um aumento da porosidade do sistema. O fluido reativo aparentemente passou pelo lado esquerdo da amostra (referencial da imagem acima) onde corrobora com a ideia da formação de um wormhole na rocha. Visualmente percebe-se que a salmoura carbonatada aumentou localmente os diâmetros de poros na maioria das regiões da amostra.

Figura 4.17 – Cortes de imagens pré (esquerda) e pós-teste (direita). As distâncias das imagens da face de injeção são: (a e a*) 0,24 cm, (b e b*) 1,44 cm, (c e c*) 2,84 cm e (d e d*) 3,64 cm.

A Figura 4.17 ilustra cortes na amostra e não pode ser utilizada como observação geral para localização das mudanças na porosidade. Dependendo das imagens utilizadas teremos regiões com mais dissolução/precipitação. Este trabalho encontrou, como mostrado na Figura 4.18, regiões onde ocorrem ambos os fenômenos de dissolução e precipitação. A Figura 4.18 ilustra um corte de imagem antes e após o teste apresentando para um mesmo slice a presença de regiões com abertura

de poro e de fechamento. Esse dado é extremamente importante, pois nos fornece a ideia que a porosidade antes e depois do teste é pouco alterada.

Figura 4.18 – Zoom de imagem antes (imagem superior) e depois (imagem inferior) do teste ilustrando dentro dos retângulos vermelhos regiões em que ocorreram dissolução e precipitação

na mesma região da amostra.

Localizar mudanças na porosidade é um processo que requer uma técnica de segmentação cuidadosa. Existem diversos métodos de segmentação e optamos pela segmentação descrita na seção 3.2.8.9. A análise de segmentação trifásica utilizada neste trabalho escolhe os limites de intensidades adequados considerando o caso onde os níveis de microporosidade, como definido pela Equações 3.4 e 3.5, são classificados em 49 faixas de tamanhos iguais. Consequentemente, a fase intermédia da imagem segmentada é dividida em 49 fases de microporosidade, isto é, N = 49, incluindo fases de 0% e 100% de porosidade com base no histograma de atenuação. Dessa forma, as imagens são divididas em 51 fases: a fase de macroporos, 49 fases de microporosidade e a fase grãos. Na Figura 4.19a temos um exemplo de imagem original e os resultados das duas segmentações utilizadas (Figura 4.19b e Figura 4.19c). A Figura 4.19d mostra o resultado da segmentação utilizada com a fase macroporos (preto), fase microporosa (49 fases de tamanhos e larguras iguais em escalas de cinza de tal forma que as regiões mais escuras representam mais microporosidade) e grãos (branco).

Figura 4.19 – Série de imagens mostrando o processo de segmentação utilizado neste trabalho. a) Imagem original, b) primeira segmentação separando poros resolvidos, c) segmentação adicional

separando macroporos (preto), microporos (verde) e grãos (vermelho), e d) resultado final da segmentação apresentando as 51 fases (macroporos, grãos e 49 fases microporosas). Para a amostra A7, selecionou-se os valores de threshold (valor de corte do histograma que define as fases) inferior e superior como 11828 e 19700 (escala de 0 a 65535) para as imagens pré e pós-dissolução, fornecendo 48,98% e 52,86% de fase intermediária (microporosidade). A porosidade medida é de 8,27% de macroporos, 6,48% de microporos com porosidade total de 14,75% para o set pré-dissolução. Para os dados pós-dissolução, a análise de imagem forneceu 9,21% de macroporos, 6,75% de microporos e uma porosidade total de 15,96%.

Os valores globais de macro e microporosidade, bem como a porosidade total derivada das imagens pré e pós-dissolução, são mostrados na Tabela 4.9. No geral, a porosidade total baseada em imagem pré e pós-alteração está em boa concordância com a porosidade medida em laboratório, pois as imagens apresentam a porosidade total e não a efetiva da amostra. Devido à quantidade considerável de fase intermediária em ambas as imagens, os grãos inalteráveis reconhecíveis em imagens sucessivas não foram precisamente localizados.

Tabela 4.9 – Valores das porosidades (%) macros, micros e totais obtidos através de imagens da amostra A7 antes e depois do teste de dissolução.

Parâmetro Macroporosidade Microporosidade Porosidade total

Pré-teste 8,27 6,48 14,75

Pós-teste 9,21 6,75 15,96

Podemos examinar a importância de incorporar microporosidade nos cálculos de evolução baseados em voxel a partir da Tabela 4.9. No primeiro caso, caso as imagens fossem segmentadas gerando espaço poroso resolvido (macroporos) e uma fase que compreende as fases intermediárias e de grãos, teríamos apenas 8,27% de porosidade do sistema, ocultando um valor alto de poros devido a sub-resolução das imagens. A utilização da segmentação trifásica em macroporos, microporos e grãos possibilita estudar os efeitos da dissolução mesmo quando não “enxergamos” os poros resolvidos, aumentando a precisão de análise dos dados ao localizar as evoluções de cada

voxel.

O efeito da adição da microporosidade no sistema pode ser verificado ao analisarmos a conectividade do sistema como descrito na seção 3.2.8.11 visualizados na Figura 4.20. As curvas com marcadores mostram a fração conectada da fase microporosa combinada com a macroporosa e as linhas sem marcador mostram a porosidade total que está associada ao agrupamento de micro e macroporos correspondente. Os resultados mostram que os macroporos da amostra A7 antes do teste estão desconectados na direção z, ou seja, não a conexão entre a entrada e a saída da amostra. A inclusão da microporosidade nos mostra que mesmo com a inclusão de níveis de microporosidade de 100% a 60%, o sistema ainda continua desconectado. A partir da inclusão de mais microporos ocorre um aumento substancial na conexão do espaço poroso.

Figura 4.20 – Resultado da análise de conectividade do sistema para a amostra A7 antes e depois do teste.

Os resultados pós teste mostram que os macroporos estão conectados entre a entrada e saída do sistema. Esse dado nos mostra que a formação do wormhole conectou os macroporos do sistema. A inclusão de microporosidade aumenta a conectividade do sistema, mas de forma menos drástica do que a verificada pré-teste. Como pode ser visto na Figura 4.20, o experimento de fluxo reativo aumentou muito a conectividade do sistema de poros, ampliando o espaço de poros e criando novos caminhos de poros através da fase sólida, de forma que aproximadamente 70% dos macroporos são conectados através de um cluster de macroporos.

A partir das imagens segmentadas, traçamos a variação da porosidade macro com a distância ao longo da direção z da amostra (Figura 4.21). As parcelas da variação da porosidade macro da amostra exibem uma variabilidade considerável. Como pode ser visto na Figura 4.21, o experimento de fluxo reativo não alterou a porosidade macro ao longo do eixo de z uniformemente. Podem-se observar tendências ligeiramente positivas de aumento da porosidade macro na face de entrada do fluido reativo e na saída. As regiões de entrada e saída de fluxo apresenta uma

0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00% 0.00% 3.00% 6.00% 9.00% 12.00% 15.00% 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Fraçã o d e p o ro s in tercon ecta d o s Po ro sid ad e co n ecta d a/Frequ ên cia d e v o xe l

Nível de porosidade de Microporo para Macroporo

Porosidade conectada - pré-dissolução Porosidade conectada - pós-dissolução Abrangência de voxels - pré-dissolução Abrangência de voxels - pós-dissolução

porosidade maior se comparada ao resto da amostra. Um dos motivos pode ser a perda de grãos no momento de corte da amostra.

Figura 4.21 – Perfil de porosidade para poros resolvidos ao longo da amostra obtidas por imagens de micro-CT antes e após o teste de dissolução