Изучение пористости частиц проппанта путём анализа его микротомографического изображения

Abstract

Проппант – гранулообразный материал с типичным размером от 0,2 до 1,2 мм. Этот материал широко используется в нефтяной и газовой индустрии с целью предотвращения смыкания трещин в скважине, образованных вследствие применения технологии гидравлического разрыва пласта. Проппант с заданными наперед свойствами (размером, формой, плотностью) изготавливают из технической керамики методом спекания. Однако наличие пустот внутри частиц, возникающих при изготовлении, приводит к снижению их прочностных характеристик, что может негативно сказаться на эффективной проводимости проппантной пачки в трещине. Одним из способов детального изучения связи внутренней пористой структуры частицы с её прочностными свойствами является метод рентгеновской микротомографии, который позволяет наблюдать эту структуру без ее разрушения. В данной работе представлены методы цифрового анализа трехмерных микторотомографических изображений, позволяющие измерить пористость и степень неоднородностиеё распределения внутри частиц проппанта. Автоматическая пороговая бинаризация применяется для первичного разделения порового и твердого пространства. Для разделения соприкасающихся частиц применяется маркерный метод сегментации по водоразделам. В работе представлены методы, характеризующие однородность радиального и послойного распределения пористости. Корректность методов была проверена на синтетических моделях. Полученные на данный момент результаты свидетельствуют о вероятной зависимости прочностных свойств проппанта от внутренней пористости, однако не подтверждают наличия связи прочности с неоднородностью распределения пор. The proppant is a granular material with a typical size of 0.2 to 1.2 mm. It is used to prevent the closure of fractures in reservoir created by hydraulic fracturing procedure, which is actively used in the oil and gas industry. Some sorts of proppant are manufactured from porous technical ceramics. Presence of internal voidscan dramatically decrease the proppant grain mechanical strength and consequently proppant pack conductivity under natural stress. For a detailed study of proppant particles` internal porosity structure and its relation to the pack`s strength we applied X-ray microtomography (microCT), which allows to observe this structure non-destructively. In the work, our approaches for digital analysis of reconstructed 3D microCT images for studying the internal voids and the homogeneity of their distribution inside the proppant are presented. An automatic thresholding is used for primary segmentation of pores and particles. We apply 3D marker-controlled watershed to separate individual proppant particles. We propose features for characterization of radial and layered porosity distribution for each particle and homogeneity evaluation. The correctness of our methodwas tested on synthetic models. Current results indicate probable dependence of proppant strength properties on its internal porosity, but not on the homogeneity of porosity distribution.