Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Evaluation of Permeability Models for Foundry Molds and Cores in Sand Casting Processes

Sundaram Dinesh, Matsushita Taishi, Belov I., Diószegi Attila

Archives of Foundry Engineering

|

2024

|

Vol. 24, iss. 1

94--106

EN

Predicting the permeability of different regions of foundry cores and molds with complex geometries will help control the regional out gassing, enabling better defect prediction in castings. In this work, foundry cores prepared with different bulk properties were characterized using X-ray microtomography, and the obtained images were analyzed to study all relevant grain and pore parameters, including but not limited to the specific surface area, specific internal volume, and tortuosity. The obtained microstructural parameters were incorporated into prevalent models used to predict the fluid flow through porous media, and their accuracy is compared with respect to experimentally measured permeability. The original Kozeny model was identified as the most suitable model to predict the permeability of sand molds. Although the model predicts permeability well, the input parameters are laborious to measure. Hence, a methodology for replacing the pore diameter and tortuosity with simple process parameters is proposed. This modified version of the original Kozeny model helps predict permeability of foundry molds and cores at different regions resulting in better defect prediction and eventual scrap reduction.

2

Przestrzenne badanie systemu porowego skał węglanowych na podstawie cyfrowej analizy obrazów mikrotomograficznych z wykorzystaniem języka Python

Fheed Adam, Hadro Piotr

Przegląd Geologiczny

|

2021

|

Vol. 69, nr 6

357--360

EN

The main aim of this contribution is to combine a Python-supported analysis of X-ray microtomography (µCT) images and the transmitted-light microscopy to resolve the factors controlling the variability of petrophysical parameters in carbonate rocks. A self-developed Python script for the evaluation of pore connectivity and the computation of pore sizes based on µCT data was prepared. The script was launched on a carbonate sample with drawn from a drill core representing the Late Permian Zechstein Limestone (Ca1) formation from the Wolsztyn Ridge area in West Poland. The sample was taken from the upper part of the isolated Kokorzyn Reef, corresponding to a brachiopod and bivalve-rich zone. The plug had a cylindrical shape, the diameter of 2.54 cm and the height of approximately 4.6cm. The entire volume of the plug was scanned using a GE Nanotom Sdevice. The 3D-reconstructeddatasetobtainedwith spatial resolution of 0.02 mm underwent cropping, contrast adjustment, noise reduction and porosity extraction using open-source Fiji software. The binarized porosity image was loaded into the Python script. Python scripting was found efficient in carbonate pore system examination. The code first extracted the connected pore system of the largest volume and computed the smallest distances between porosity voxels and corresponding pore walls. The obtained results were confronted with the spatially-adjusted microphotographs taken in plane-polarized transmitted light. The results have shown that narrow and isolated pores occurred within the spines of brachiopods. The largest voids were found inside the brachiopod shells. Moreover, many pores were associated with partially dissolved fragments of bivalves. Porosity reduction was -most outlined in the zones showing the scarcity of fossils.

3

Quantitative Rietveld analysis of the decomposition of hardened rapid sulphoaluminate cement after exposure to elevated temperatures

Tchekwagep Jean Jacques Kouadjo, Chen Dangui, Mukhopadhyay Anol K., Wang Shoude, Huang Shifeng, Cheng Xin

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 3

576--594

EN

Concrete made from rapid sulphoaluminate cement is widely used today, especially in China. It is likely to continue gaining popularity since its manufacture produces less CO2 than the process of manufacturing ordinary Portland cement. Elevated temperatures are among the most serious threats to the structural stability of this product. In the present study, laboratory tests were carried out, through Rietveld analysis and other systematic testing, on samples of hardened rapid sulphoaluminate cement paste exposed to six different temperatures. As the temperature increased, the content of minerals that contribute to rapid sulphoaluminate cement strength was reduced. There was also an increase in porosity. The results show that the chemical dehydration of rapid sulphoaluminate cement after exposure to elevated temperatures is great enough to increase the local pores’ absorption, a change that can be fatal to rapid sulphoaluminate cement concrete’s strength. This understanding could help us characterize strength reduction in a more effective manner, not just in laboratory samples but also in actual structures containing rapid sulphoaluminate cement that has been exposed to elevated temperatures.

4

Optimization of the structure of titanium scaffolds reproducing the concellous bone

Skalski Konstanty, Filipowski Ryszard

Inżynieria Powierzchni

|

2020

|

nr 3-4

5--12

EN

The paper presents the scopes of examination of the cancellous bone, 3D CAD design of scaffolds of the cancellous bone and their creation with a laser beam in SLM incremental technology. The geometrical size of the scaffold and the material feature corresponding to the Young's modulus are the parameters describing the porous structure of the cancellous bone. In the statistical analysis, these values are defined as independent variables. The physical properties of the scaffold are defined by the strength parameters determined by hardness (e.g. HIT, HM, HV and are dependent variables). The REGMULT multiple regression program was used to develop the research results. However, to optimize the porous structure of the scaffold, the single-criteria optimization program SYEQL3 was used.

PL

W pracy przedstawiono zakresy badania kości gąbczastej, projektowania 3D CAD rusztowań (skaffoldów) kości gąbczastej oraz ich tworzenia wiązką lasera w technologii przyrostowej SLM. Parametrami opisującymi porowatą strukturą kości gąbczastej są: wielkości geometryczne rusztowania oraz cecha materiałowa odpowiadająca modułowi Younga. Wielkości te w analizie statystycznej definiowane są jako zmienne niezależne Własności fizykalne rusztowania zdefiniowane przez parametry wytrzymałościowe (twardości, np. HIT, HM, HV) są zmiennymi zależnymi. Do opracowania wyników badań zastosowano program regresji wielokrotnej o nazwie REGMULT. Do optymalizacji struktury porowatej skaffoldu, wykorzystano program optymalizacji jednokryterialnej SYEQL3.

5

Non-invasive analysis and visualization of objects from FSW AlSi9Mg/2017A aluminum alloy joints

Wójcicka A., Mroczka K., Kowalski M.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2018

|

Vol. 44, no. 3

145--152

EN

Friction stir welding (FSW) technology allows for the welding of materials that differ in their chemical compositions, microstructures, and properties. When selecting the parameters, it is necessary to analyze the structure of a weld and eliminate the defects. The use of X-ray microtomography creates the possibility of precise imaging of a joint structure – especially when it contains defects (voids). The tests were carried out on an FSW joint made with both 2017A and AlSi9Mg aluminum alloys. The macrostructure was cross-sectional, and a defect was found in the middle part of the joint and on the advancing side. We used a conventional method of observation light microscopy. Then, an analysis was performed using X-ray microtomography, which revealed the shape of the defect in 3D. Individual cross-sections were extracted, which enabled us to measure the geometric quantities. A dependence was found for the shape of the defect on the welding parameters and the variability of its construction. The usefulness of this advanced material imaging technology for the analysis of FSW welds has been confirmed.

PL

Technologia FSW umożliwia zgrzewanie materiałów różniących się składem chemicznym, mikrostrukturą i właściwościami. Przy doborze parametrów konieczna jest analiza struktury złącza i eliminacja ewentualnych wad. Zastosowanie mikrotomografii komputerowej umożliwia precyzyjne obrazowanie budowy złącza, szczególnie gdy zawiera wady (pustki). Badania przeprowadzono na złączu FSW stopów aluminium 2017A i AlSi9Mg. Zbadano makrostrukturę na przekroju poprzecznym i stwierdzono obecność wady w środkowej części złącza i po stronie natarcia. Zastosowano konwencjonalną metodę obserwacji – mikroskopię świetlną. Następnie wykonano analizę złącza z zastosowaniem tomografii komputerowej, która ujawniła kształt wady w wymiarze 3D. Wyekstrahowano poszczególne przekroje, które umożliwiły wykonanie pomiarów wielkości geometrycznych. Stwierdzono zależność kształtu wady od parametrów zgrzewania oraz zmienność jej budowy. Potwierdzono przydatność tej zaawansowanej technologii obrazowania budowy materiałów do analizy złącz FSW.

6

Microstructural characterization of cellulose fibres in reinforced cement boards

Schabowicz K., Jóźwiak-Niedźwiedzka D., Ranachowski Z., Kudela S., Dvorak T.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 4

1068--1078

EN

The microscopic analysis of the different cellulose fibre cement composites is presented. The observations of the fibres in optical microscope in transmitted light and in scanning electron microscope are described. The micro computed tomography (micro-CT) and SEM were used to determine the distribution of the fibres in the matrix. The investigated fibre cement boards were produced by extrusion process and panels were cured in natural conditions. The main goal of the research was application of different microscopic methods to analyze the fibres distribution as a result of a different methods of their production. Micro-CT was used for 3D visualization of fibres distribution in three different fibre cement boards. It was possible to determine the average diameter of the fibres and their concentration using the high-resolution mode of micro-CT scanning procedure. Finally, a procedure which can be applied as a useful tool for analysis of the different procedures used in production of fibre cement boards is described. This procedure can be successfully used in the quality control system of cellulose fibre distribution in cement composites.

7

Problem of the objects detection on low quality 3D image – example solution

Gądek-Moszczak A.

Zeszyty Naukowe. Quality. Production. Improvement

|

2017

|

No. 1 (6)

134--141

EN

Precise detection of analyzed objects is crucial and the most important task in quantitative and qualitative image of the microstructure analysis. The most common image distortion is noise, artefacts and low contrast. In the paper, author on the example of poor quality image of the polyurethane-polystyren composite structure, obtained with the X-ray microtomograph, presented possible methods of noise reduction, contrast enhancement, and correction of detection errors on the binary image.

8

Morphology and surface topography of Ti6Al4V lattice structure fabricated by selective laser sintering

Maszybrocka J., Stwora A., Gapiński B., Skrabalak G., Karolus M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2017

|

Vol. 65, nr 1

85--92

EN

Construction of metallic implants with a porous structure that mimics the biomechanical properties of bone is one of the challenges of orthopedic regenerative medicine. The selective laser sintering technique (SLS) allows the production of complex geometries based on three-dimensional model, which offers the prospect of preparing porous metal implants, in which stiffness and porosity can be precisely adjusted to the individual needs of the patient. This requires an interdisciplinary approach to design, manufacturing and testing of porous structures manufactured by selective sintering. An important link in this process is the ability to assess the surface topography of the struts of porous structure. The paper presents a qualitative assessment of the surface morphology based on SEM studies and methodology that allows for quantitative assessment of stereometric structure based on micro-tomographic measurements.

9

Korelacja parametrów charakteryzujących strukturę porową kamieni cementowych badanych za pomocą porozymetrii rtęciowej oraz mikrotomografii komputerowej

Kremieniewski M., Rzepka M.

Nafta-Gaz

|

2016

|

R. 72, nr 12

1076--1083

PL

Zastosowanie zaczynów cementowych typu Gasblok do uszczelniania przestrzeni pierścieniowej w otworze wiertniczym ma na celu wyeliminowanie możliwości tworzenia się mikronieszczelności w strukturze płaszcza cementowego. Jakość stwardniałego zaczynu cementowego możliwa jest do określenia poprzez analizę parametrów uzyskanych z badań porozymetrycznych oraz mikrotomograficznych. Porozymetr AutoPore umożliwia przeprowadzenie badań mikrostruktury porowej próbek oraz określenie ich przepuszczalności, natomiast mikrotomograf rentgenowski Benchtop pozwala na wyznaczenie rozkładu przestrzennego porów oraz na ich wizualizację. Połączenie tych dwóch metod badawczych umożliwia dokonanie modyfikacji receptur lub zaprojektowanie nowego składu zaczynu, który po związaniu będzie się charakteryzował jednolitą mikrostrukturą o niskiej porowatości i przepuszczalności. Wyniki prowadzonych prac przyczyniają się do zaprojektowania składu zaczynu uniemożliwiającego przechodzenie gazu przez strukturę płaszcza cementowego, co zostało omówione w niniejszej publikacji.

EN

Use of Gasblok type cement slurries for sealing the annular space in the borehole, is intended to eliminate the possibility of the formation of microleaks in the structure of the cement sheath. The quality of the set cement slurry can be determined by analyzing the parameters obtained from porosimetric and X-ray microtomography studies. The AutoPore porosimeter enables testing of the pore microstructure of samples and determine their permeability. The Benchtop X-ray microtomograph allows to determine the spatial distribution of pores and their visualization. Combining these two methods allows recipe modification or development of new slurry composition, which will be characterized by a uniform microstructure of low porosity and permeability. The results contribute to the design of a slurry composition, which prevents gas migration through the structure of the cement sheath.

10

Analiza jakości wypełnienia druku FFF za pomocą mikrotomografii komputerowej

Duda P., Perek M., Sikorski S., Wróbel Z.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 12

1924--1925

PL

Niniejsza praca jest przykładem wykorzystania mikrotomografii w inżynierii odwrotnej oraz w diagnostyce i kontroli jakości. W artykule autorzy przedstawili analizy jakości wykonania modeli 3D wydrukowanych na dwóch urządzeniach. Modele wykonano z jakością wypełnienia 100%. Badania wykonane na mikrotomografie komputerowym uwidaczniają niedoskonałości wykonania, kształtu i porowatość wewnętrzną druku. Do analiz wykorzystano skrypt napisany w programie Matlab.

EN

This paper is an example of using microtomography in reverse engineering as well as diagnosis and quality control. In this article the authors present the analysis of quality of 3D models printed using two devices. The models have been made with 100% fill factor. The study performed using computed microtomography highlight the imperfections of execution, shape and internal porosity of the print. The analysis has been performed using a script written in Matlab.

11

Metoda pomiaru gęstości osadu pokoagulacyjnego z zastosowaniem tomografii rentgenowskiej

Rząsa M. R., Podgórni E.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2015

|

Nr 47

159--162

PL

Koagulacja jest jednym z procesów oczyszczania wody. Polega na destabilizacji układu koloidalnego i aglomeracji cząstek, które następnie usuwa się w procesach sedymentacji, flotacji czy filtracji. Powstałe cząstki pokoagulacyjne charakteryzują się zróżnicowanym kształtem, wielkością oraz strukturą. Szybkość opadania takich cząstek w dużej mierze zależy od ich gęstości. Struktura cząstek powoduje, że wyróżnia się dwa rodzaje porów. Makropory, które nie powinny być uwzględniane przy wyznaczaniu gęstości oraz mikropory, które stanowią cechę charakteryzującą dany osad pokoagulacyjny. Gęstość wyznaczono metodą wagową dla odpowiednio przygotowanych próbek. Ponieważ proces prasowania może niszczyć mikrostrukturę osadu, przeprowadzono badania mające na celu określenie stopnia sprasowania próbek, aby zminimalizować błędy wyznaczenia gęstości. Badania te prowadzono za pomocą tomografu rentgenowskiego, dzięki któremu możliwe było wyznaczenie objętości danej próbki z korektą makroporowatości. W pracy przedstawiono wyniki badań oraz parametry graniczne procesu przygotowywania próbek.

EN

Coagulation is one of the processes of water purification, which consists in the destabilization of the dispersion and agglomeration of the particles, which are removed in the process of sedimentation, flotation or filtration. After the coagulation particles have a varied shape, size and porous structure. The rate of descent of such particles largely depends on their density. The structure of the particles causes two types of pores. Macropores that should not be taken into account when determining the density, and micropores, which are a characteristic feature of the sediment after coagulation process. To determine the density of sludge samples were subjected to compression, in order to eliminate the macropores and then, after designation of sample volume, density was determined by weighing. The precipitate was prepared based on a prepared water model, to which was added a coagulant Flokor 1.2A. The precipitate was filtered on a cellulose filter, and then subjected to a drying process. The dry sludge was pressed on the press impact. Because of the pressing process can destroy the microstructure of the sediment, studies have been conducted to determine the degree of compression of samples to minimize errors while determine the density. These studies were carried out using X-ray tomography, it was possible to designate the volume of the sample while subtraction residues macropores. For the correct determination of the volume, determination the correct number of threshold is necessary, based on which is possible to qualify individual pixels. In order to clearly identify which pixels represent sediment, it was necessary to carry out the image processing. That process were performed using LabVIEW software and Vision module. The paper presents results of research for density measurement and sets limits for the sample preparation process.

12

Modeling of the tension and compression behavior of sintered 316L using micro computed tomography

Doroszko M., Seweryn A.

Acta Mechanica et Automatica

|

2015

|

Vol. 9, no. 2

70--74

EN

This paper describes the method of numerical modeling of the tension and compression behavior of sintered 316L. In order to take into account the shape of the mesostructures of materials in the numerical modeling, X-ray microtomography was used. Based on the micro-CT images, three-dimensional geometrical models mapped shapes of the porosity were generated. To the numerical calculations was used finite element method. Based on the received stress and strain fields was described the mechanism of deformation of the materials until fracture. The influence of material discontinuities at the mesoscopic scale on macromechanical properties of the porous materials was investigated.

13

X-ray microtomography (μCT) as a useful tool for visualization and interpretation of shear strength test results

Stefaniuk D., Tankiewicz M., Stróżyk J.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2014

|

Vol. 36, nr 4

47--55

EN

The paper demonstrates the applicability of X-ray microtomography (μCT) to analysis of the results of shear strength examinations of clayey soils. The method of X-ray three-dimensional imaging offers new possibilities in soil testing. The work focuses on a non-destructive method of evaluation of specimen quality used in shear tests and mechanical behavior of soil. The paper presents the results of examination of 4 selected clayey soils. Specimens prepared for the triaxial test have been scanned using μCT before and after the triaxial compression tests. The shear strength parameters of the soils have been estimated. Changes in soil structure caused by compression and shear failure have been presented as visualizations of the samples tested. This allowed for improved interpretation and evaluation of soil strength parameters and recognition of pre-existing fissures and the exact mode of failure. Basic geometrical parameters have been determined for selected cross-sections of specimens after failure. The test results indicate the utility of the method applied in soil testing.

14

Identification of the carbonation zone in concrete using X-ray microtomography

Łydżba D., Rajczakowska M., Stefaniuk D., Kmita A.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2014

|

Vol. 36, nr 1

47--54

EN

The article presents an application of X-ray microtomography for identification of the carbonation zone in concrete material. A concrete specimen subjected earlier to harsh environmental conditions is investigated. The material is firstly checked with the use of chemical corrosion indicators and then is subjected to microstructural analysis performed with the use of X-ray microtomography. Two different settings of scanning parameters are applied implying the image resolutions of approximately 14 μm per 1 pixel and about 7 μm per 1 pixel, respectively. The results obtained are then compared and analyzed. The depth of the carbonation zone is evaluated based on the attenuation curve. The paper highlights also the significance of the corrosion phenomenon in concrete structures. Details of the deterioration mechanisms in concrete are shortly presented.

15

X-ray Microtomography under Loading and 3D-Volume Digital Image Correlation : A Review

Fedele R., Ciani A., Fiori F.

Fundamenta Informaticae

|

2014

|

Vol. 135, nr 1/2

171--197

EN

In this review paper the synergistic combination of X-ray microtomography, in situ mechanical tests on material samples and full-field kinematic measurements by 3D-Volume Digital Image Correlation is discussed. First, basic features are outlined, concerning X-ray microtomography by either laboratory sources or synchrotron radiation. The main equations for 3D-Volume Digital Image Correlation are then presented, and different provisions regularizing the ill-posed problem of motion estimation are outlined. Thereafter, a survey of the state of the art is provided, with reference to a variety of biological and engineering materials. Limitations and perspectives of the proposed methodology in diverse applications are highlighted. The rapid growth of this research topic is emphasized, due to the truly multi-disciplinary vocation, the synergy between algorithmic and technological solutions, a fusion of experiments and numerical methods.

16

Numeryczne modelowanie procesu odkształcania ściskanego/rozciąganego spieku porowatego stali 316L na podstawie obrazów mikrotomograficznych

Doroszko M., Seweryn A.

Modelowanie Inżynierskie

|

2012

|

T. 14, nr 45

21--31

PL

W niniejszej pracy zaprezentowano sposób numerycznego modelowania procesu odkształcania spieku porowatego stali 316L. Próbkę wykonaną metodą metalurgii proszków przebadano mikrotomografem komputerowym, uzyskując równooddalone przekroje opisujące kształt i rozkład porów w materiale. Otrzymane obrazy tomograficzne wykorzystano do wygenerowania powierzchniowej, a następnie bryłowej siatki elementów skończonych. W wyniku obliczeń za pomocą metody elementów skończonych (MES) uzyskano rozkłady naprężeń i odkształceń w materiale z uwzględnieniem porów (w skali mezoskopowej). Na podstawie krzywej umocnienia litego materiału wyznaczono wykresy rozciągania i ściskania dla materiału porowatego. Przeprowadzono także analizę mechanizmu zniszczenia porowatego spieku stali 316L z uwzględnieniem efektu struktury.

EN

The paper presenting numerical modeling of mechanical properties of porous 316L based on micro-computed tomography imaging. The sample prepared using powder metallurgy was scanned using micro-computed tomography. Received micro-CT images were used to generate surface and then solid finite element mesh which representing the spatial geometry of the porous biomaterial. The material response in compression and tensile checked using a commercial finite element method (FEM) software. As a result of numerical calculations obtained visualizations of the stress and strain fields in the sample. Diagrams provided details of the stress distribution, allowing for a full investigation of porous 316L. Finally, analyzed influence of the complex geometry of the materials porosity on its strength characteristic.

17

Struktura wewnętrzna i geneza współczesnej pokrywy solnej solniska Salar de Uyuni (Boliwia) w świetle badań tomograficznych

Burliga S., Dohnalik M.

Geologia / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2011

|

T. 37, z. 2

215-229

PL

W pracy przedstawiono rezultaty badań budowy wewnętrznej współczesnej pokrywy solnej solniska Salar de Uyuni w południowo-zachodniej Boliwii. Analizie poddano również budowę wypełnień szczelin z wysychania. Podstawową techniką badawczą była mikrotomografia rentgenowska, obrazująca pełną strukturę wewnętrzną prób bez ich destrukcji. Badania wykazały trójdzielność struktury pokrywy: obecność powłoki halitowej na powierzchni, warstwy halitytów komórkowych poniżej powłoki oraz warstwy halitytów wielkoporowych w części spągowej pokrywy. Szczeliny z wysychania wypełniają halityty pęcherzykowate. Rozmieszczenie materiału mułowego w próbie oraz rozmycia kryształów przypowierzchniowych wskazują na wielokrotność cykli rozpuszczania soli, krystalizacji halitu i depozycji mułów. Na tej podstawie sformułowano wniosek, iż obserwowane w skałach warstwowanie nie odzwierciedla rocznych cykli sedymentacyjno-ewaporacyjnych, lecz cykle wieloletnie. Tłumaczy to niskie średnie tempo przyrostu osadów na solnisku.

EN

This paper presents the results of a study on the internal structure of modern salt crust of Salar de Uyuni in SW Bolivia. Additionally, the structure of desiccation fissure infill was investigated. X-ray microtomography was used as the main analytical method because it enabled the complete structure of the sample's interior to be imaged without its destruction. Based on microtomographic images three layers were distinguished in the crust between the surface and its base: a halite shell at the top, a cellular halite layer in the middle and a large-pore halite layer at the base. Results revealed that the desiccation fissures are filled with extremely porous bubble-halite. Distribution of mud in the sample as well as wash-out of the surfical halite crystals indicate the cyclicity of halite dissolution, its crystallisation and mud accumulation. These observations provide an explanation for low rate salt accumulation in the salt pan. This leads to the conclusion that the observed layering in the rocks does not reflect annual sedimentation-evaporation cycles but rather long-term cycles.

18

Three-dimensional analysis of a tensile test on a propellant with digital volume correlation

Hild F., Fanget A., Adrien J., Maire E., Roux S.

Archives of Mechanics

|

2011

|

Vol. 63, nr 5-6

459-478

EN

A full three-dimensional study of a tensile test on a sample made of polymerbonded propellant is presented. The analysis combines different tools, namely, X-ray microtomography of an in situ experiment, image acquisition and treatment, 3D volume correlation to measure three-dimensional displacement fields. It allows for global and local strain analyses prior to and after the peak load. By studying the correlation residuals, it is also possible to analyze the damage activity during the experiment.

19

Zastosowanie mikrotomografii rentgenowskiej do oceny własności zbiornikowych skał węglanowych

Zalewska J., Kaczmarczyk J., Dohnalik M., Cebulski D., Poszytek A.

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2010

|

nr 170 wyd. konferencyjne

159--163

PL

W artykule pokazano możliwości charakterystyki przestrzeni porowej skał węglanowych z obrazów 3D wewnętrznej struktury skał wykonanych metodą mikrotomografii rentgenowskiej. Przybliżono i dostarczono ilościowe informacje z danych micro-CT o wszystkich połączonych przestrzeniach porowych badanych próbek skał. Badaniom poddano 23 próbki skał węglanowych reprezentujących poziom dolomitu głównego z rejonu północnej monokliny przedsudeckiej. Analizując próbki pod względem: wartości porowatości micro-CT, dystrybucji porowatości na wykresach, charakteru sieci porowej na obrazach 3D, charakterystyki mikrofacjalnej i wartości przepuszczalności — wyróżniono 5 grup skał o zróżnicowanym charakterze porowatości i zróżnicowanych strukturach i teksturach. Otrzymane wyniki mogą być pomocne w ocenie i zrozumieniu geometrii przestrzeni porowej skał zbiornikowych i mogą mieć znaczący wpływ na metody obliczeń odzysku węglowodorów.

EN

The article shows capabilities of carbonate rocks pore space characterization based on 3D images of internal rock structure, carried out by means of X-ray microtomography. Quantitative information derived from micro-CT data on all connected pore spaces of examined rock samples have been approximated and provided. 23 samples of carbonates representing lower horizon of main dolomite from area of northern Fore-Sudetic Monocline were subjected to examination. Analyses of the samples for micro-CT porosity value, porosity distribution on graphs, pore space nature on 3D images, microfacial characterization and permeability value, distinguished 5 groups of rocks based on diversified porosity nature and diversified structures and textures. The results obtained can be helpful in estimation and understanding of reservoir rocks pore space geometry, and may significantly influence methods of hydrocarbons recovery computations.

20

Rentgenowska mikrotomografia komputerowa w badaniu skał węglanowych : praca zbiorowa

Zalewska J. (red.)

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2010

|

nr 171

1-263

PL

W dziedzinie charakterystyki skał zbiornikowych, tomografia rentgenowska (CT) stała się interesującą techniką badawczą, po raz pierwszy zademonstrowaną przez Wellington'a i Vinegar'a [1987]. Od tego czasu światowy przemysł naftowy wykorzystuje metodę CT jako skuteczne narzędzie do analizowania rdzeni wiertniczych, zapewniające nieniszczący sposób badania skał i obrazowania ich budowy wewnętrznej, ze szczególnym uwzględnieniem charakteru struktury porowej. Rentgenowska mikrotomografia komputerowa generuje trójwymiarowy obraz przestrzeni porowej badanej próbki skały, co pozwala na dokładne pomiary i analizę układu przestrzennego porów. Na podstawie wyników badań micro-CT możemy uzyskać m.in. informacje dotyczące porowatości (objętość, struktura, lokalizacja, wielkość porów), liczby i długości kanalików porowych oraz połączeń między nimi, a także struktury sieci porów i ich wpływu na przepuszczalność. Celem opracowania było zaprezentowanie potencjału techniki badawczej micro-CT w dziedzinie badania skał zbiornikowych oraz ukazanie możliwości metody w różnych dyscyplinach nauk geologicznych, ze szczególnym uwzględnieniem zastosowania jej do badania skał węglanowych. Praca składa się z ośmiu rozdziałów, w których omówiono podstawy fizyczne metody, sposób generowania trójwymiarowych obrazów, a także przygotowywanie ich do dalszej analizy. Przeprowadzono analizę własności zbiornikowych skał węglanowych z wykorzystaniem mikrotomografii rentgenowskiej. Badania wykonano na próbkach skał reprezentujących poziom dolomitu głównego z rejonu monokliny przedsudeckiej. Dla każdej z nich wyznaczono porowatość micro-CT, dystrybucję porów w objętości próbki oraz charakter sieci porowej w niej - z pełną analizą możliwości komunikowania się wydzielonych grup porów między sobą. Zaobserwowano, że próbki dolomitu głównego są zróżnicowane pod względem tekstury, struktury i charakteru porowatości, a dodatkowo charakteryzują się znacznym zaangażowaniem procesów diagenezy; szczególnie cementacji i dolomityzacji. Zbyt wiele zmiennych związanych z petrografią badanych skał spowodowało konieczność zastosowania bardzo schematycznego podziału mikrofacjalnego, uwzględniającego teksturę, stopień przeobrażenia oraz obserwowaną porowatość - wyróżniono 5 grup skał zbiornikowych. Wykonane analizy wskazują na znaczną użyteczność mikrotomografii rentgenowskiej dla określenia właściwości zbiornikowych skał węglanowych, pozwalając na jakościową i ilościową ocenę dystrybucji porów - opartą nie na jednostkowym pomiarze porowatości, ale na analizie obrazu 3D, wygenerowanego na podstawie trzech tysięcy radiogramów próbki z dokładnością równą rozdzielczości obrazu, czyli 1 woksela (= 216 mikro m3). Metodą micro-CT dokonano rekonstrukcji wizualizacji szczelin w przestrzeni 3D próbek, pokazując ich przebieg, szerokość i rozwartość. W ten sposób scharakteryzowano naturalne szczeliny występujące w 20 próbkach skał węglanowych, różniących się litologią i sklasyfikowanych jako: wapienie, wapienie dolomityczne i dolomity. Spośród tych trzech litologii, najlepsze parametry obrazowania posiadały szczeliny występujące w wapieniach, gdzie płaszczyzny były bardzo dobrze widoczne i zostały wyraźnie wyeksponowane. Otrzymane wyniki mają istotne znaczenie w ocenie i zrozumieniu geometrii porowej skał zbiornikowych, w aspekcie prawidłowej charakterystyki parametrów zbiornikowych, co może mieć znaczący wpływ na poprawność obliczeń zasobów złóż węglowodorów. Na podkreślenie zasługuje fakt, że lepsze walory obrazowania przestrzeni porowej ma metoda micro-CT - w porównaniu z możliwościami badawczymi metody mikroskopowej, która w przypadku większości próbek (12) nie wykazała występowania szczelin. Porównując wyniki badań uzyskanych metodą micro-CT i NMR stwierdzono, że obie metody należą do najbardziej skutecznych metod poznania złożonych własności petrofizycznych skał i każda z nich daje wyniki niemożliwe do uzyskania konwencjonalnymi metodami laboratoryjnymi, a komplementarne działanie tych metod może prowadzić do dokładniejszej charakterystyki parametrów zbiornikowych skał. W niniejszej pracy nakreślono także problem numerycznej symulacji przepływu płynu przez skałę na podstawie danych micro-CT. Omówiono podstawowe fizyczne równania przepływu płynu, metodykę wykonania modelu do obliczeń oraz pokazano wstępne wyniki. Na podstawie obliczonych wartości prędkości i powierzchni porów obliczono przepuszczalność analizowanych próbek i porównano ją z wynikami pomiaru przepuszczalności gazowej. Rezultaty uzyskane obydwiema metodami okazały się zbieżne. Zasygnalizowano także możliwość badania metodą mikrotomografii rentgenowskiej kanalików robaczkowych powstających w procesie kasowania próbek skał węglanowych. Wykonane badania umożliwiły przeprowadzenie szeregu obserwacji w zakresie efektywności działania kwasu - w szczególności na obrazach trójwymiarowych, przedstawionych w postaci filmów. W końcowej części opracowania przedstawiono niektóre z możliwości zastosowań metody mikrotomografii rentgenowskiej w przemyśle naftowym (według publikacji różnych autorów), które obecnie jeszcze nie są realizowane w INiG, a których tematyka wyznacza kierunki dalszych prac i zostanie podjęta w najbliższym czasie. Metoda mikrotomografii rentgenowskiej jest unikalną i atrakcyjną metodą badawczą, ale - mimo jej ogromnego potencjału - mało znaną i rzadko stosowaną w krajowym środowisku naukowym i przemysłowym (z wyłączeniem medycyny). Autorzy mają nadzieję, że poprzez zaprezentowanie możliwości stosowania tej metody w geologii naftowej i w innych dziedzinach nauki, treści zawarte w tej publikacji przybliżą osobom zawodowo trudniącym się poszukiwaniem i eksploatacją złóż węglowodorów tematykę analizowania obrazów micro-CT w aspekcie właściwości petrofizycznych skał.

EN

X-ray computer tomography (CT) has been found interesting testing technique within domain of reservoir rocks characterization, demonstrated for the first time by Wellington and Vinegar [1987]. The world oil industry employs the CT method since this time as effective tool for analyzing of core plugs, providing non-destructive rock testing method, displaying their internal structure, with particular consideration given to the pore structure nature. X-ray computed microtomography generates three-dimensional representation of examined rock sample pore space, which enables accurate measurements and analysis of spatial pore arrangement. Based on micro-CT examination results various information can be obtained, to include porosity (volume, structure, location, pore sizes), number and length of pore throats and connections between them, pore network structure, and their influence on permeability. The aim of the study was to present micro-CT examination technique in reservoir rocks examining domain, as well as presentation of the method capacities in various disciplines of geological sciences, with particular attention given to the carbonate rocks examination potential of the method. The work consists of eight chapters, covering physical grounds of the method, the way of three-dimensional pictures generation, as well as their preparation for further analysis. Analysis of carbonate rocks reservoir properties has been carried out by means of X-ray microtomography. The tests has been carried out on rock samples representing Main Dolomite horizon from region of the Fore-Sudetian Monocline. Micro-CT porosity, pore distribution within the sample volume and pore network nature have been determined for each of them, with full analysis of separated pore groups intercommunication possibility. It was noticed, that Main Dolomite samples are diversified as regards texture, structure, porosity nature, and additionally they are characterized with significant advance of diagenesis processes, especially cementation and dolomitization. Too many variables, connected with petrography of examined rocks resulted in necessity of very schematic microfacial division use, taking into account the texture, degree of rocks alteration and observed porosity - 5 groups of reservoir rocks have been discerned. Completed analyses indicate significant usability of X-ray computed microtomography for carbonate rocks reservoir properties determination. It enable qualitative and quantitative assessment of pore distribution based not on the single porosity measurement, but on the analysis of 3D representation generated on the grounds of three thousand radiograms of the sample with accuracy equalling to the image resolution, that is 1 voxel (= 216 micro m3). Reconstruction of fissures visualization within 3D space of samples has been done by means of micro-CT method, showing their course, width and aperture. In such manner the natural fissures occurring in 20 samples of carbonate rocks, having different lithologies and classified as limestones, dolostones and dolomites, have been characterized. From among of these three lithologies, the fractures present in limestones had the best representation parameters, where the fracture planes had very good visibility and have been clearly exhibited. The results obtained have very significant importance for assessment and understanding of reservoir rocks pore geometry in aspect of proper reservoir parameters characterization, which may have meaningful influence on the correctness of hydrocarbon reservoir reserves computations. It is worth to emphasize, that micro-CT method has better pore space representation features as compared to microscope method examination possibilities, which in most of the samples (12) did not reveal fissures occurrence. Comparison of micro-CT and NMR method examination results led to conclusion, that both the methods are one of the most effective ways of complex petrophysical rock properties learning. Each of them yields results that are impossible to obtain by means of conventional laboratory methods. Their complementary action may lead to more correct characterization of reservoir rocks parameters. The problem of numerical simulation of fluid flow through a rock on the grounds of micro-CT data has been outlined. Basic physical equations of fluid flow, method of computational model creation and initial results obtained have also been shown. On the grounds of calculated velocity and pore surface area values, permeability of examined samples was calculated and compared with gas permeability measurement results. The results obtained by means of both methods proved to be convergent. Examination possibility of worm channels generated in process of carbonate rock samples acidizing with X-ray computed microtomography method was signaled. The completed test enabled execution of several observations in scope of acid action effectiveness, in particular on three-dimensional images presented in the form of motion pictures. In the final part of the study, some of X-ray computed microtomography applications within oil industry have been presented on the grounds of various authors' publications, which are not realized in INiG yet, but which subject area determines directions of further works and will be undertaken in the near future. The X-ray microtomography method is unique and attractive research method, which - despite its huge potential - is not widely known and applied in domestic scientific and industrial environment (excluding medicine domain). The authors hope, that by presentation of the method utilization possibilities within both oil geology, and another science domains, the subjects contained in this publication will enable closer acquaint of micro-CT images analyses subject area in aspect of petrophysical rock properties to persons which undertake hydrocarbon reservoirs prospection and exploitation by profession.