Characterization of elastic properties in a sandstone rock sample using digital rock physics
Caracterización de propiedades elásticas en una muestra de roca tipo arenisca mediante elementos finitos
Abstract
A methodology based on digital rock physics is proposed for a group of tomographic images taken from a core of sandstone extracted from an oil well, considering an anisotropic model of the material during the segmentation process. The rock sample, provided by the Colombian Petroleum Institute, is composed mainly of minerals such as quartz and calcite. First, a three-dimensional model is generated from the tomographic images. Then, a finite element mesh is created considering a material model that relates density and elastic modulus with the Hounsfield scale. Finally, a parametric study of the numerical model is performed and the results are compared with the reference values. Three different tests are proposed for the evaluation of elastic properties, where the minerals are studied individually (quartz and calcite) and as a composite (sandstone). The results of these tests are compared with reference values, showing difference percentages between 3 - 10% for the elastic modulus and between 0.7 - 2.1% for the Poisson's ratio.
Resumen Se propone una metodología basada en la física de roca digital para un grupo de imágenes tomográficas tomadas de un núcleo de arenisca extraído de un pozo de petróleo, considerando un modelo anisotrópico del material durante el proceso de segmentación. La muestra de roca, proporcionada por el Instituto Colombiano del Petróleo, está compuesta principalmente por minerales como el cuarzo y la calcita. Primero, se genera un modelo tridimensional a partir de las imágenes tomográficas. Luego, se crea una malla de elementos finitos considerando un modelo de material que relaciona la densidad y el módulo elástico con la escala Hounsfield. Finalmente, se realiza un estudio paramétrico del modelo numérico y los resultados se comparan con los valores de referencia. Se proponen tres ensayos diferentes para la evaluación de 2 propiedades elásticas, donde los minerales se estudian individualmente (cuarzo y calcita) y como compuesto (arenisca). Los resultados de estas pruebas se comparan con valores de referencia, mostrando porcentajes de diferencia entre 3-10% para el módulo de elasticidad y entre 0,7-2,1% para el coeficiente de Poisson.
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