O Dr. Christoph Arns examina um visualisation do líquido
correr através do sandstone de Castlegate baseado em a
a solução de Navier-Stokes a equação usando a estrutura
Técnicas de Boltzmann. O visualização era
fornecido por Ajay Limaye (ANU Vislab), usando seu
pacote de software Drishti.

Como o óleo, a água, o gás, ou o desperdício nuclear correm através de rochas porosas? É longe meramente de ser uma pergunta académico. No setor petroleiro, por exemplo, biliões de dólares são gastados que fazem todos os anos medidas do laboratório em núcleos da rocha em um esforço para compreender como o óleo é armazenado e puderam ser recuperados. E a maneira em que os contaminadores se movem através dos materiais da terra é crítica ao projeto das facilidades do desperdício nuclear que precisarão de ser funcionais sobre muitas vidas.

Tão como fazê-lo compreender materiais disordered complexos como a rocha porosa? Você começa tomando o que você pensa é uma amostra representativa de um núcleo da rocha e então você o mede em tantas como maneiras diferentes como você pode. Você bombeia um líquido através da amostra para medir sua resistência ao fluxo. Você aplica um campo elétrico através de sua amostra para medir sua condutibilidade elétrica. Você empurra de encontro a ela com uma força microscópica para calcular sua elasticidade. Você coleta dados em seu espaço de pore usando a espetroscopia da ressonância magnética (NMR) nuclear. E você imagem a amostra usando raios X para criar uma respresentação de sua microestrutura. Cada medida experimental dá-lhe um fragmento de informação adicional no formulário e a função do material mas o desafio está integrando então o que você sabe e a escamação os resultados cria até o conhecimento útil aplicável no mundo real. “Não muitos povos trabalham na área de extrair as várias linhas junto,” diz o Dr. Christoph Arns. “A maioria de investigadores têm a perícia cercar um formulário da análise que fornece introspecções úteis em uma área. Frequentemente o que descobrem são muito poderosos em descrever um material em uma escala mas pode ter valor limitado quando aplicado em uma escala maior.

“Minha área de pesquisa é baseada na informação de integração de uma variedade de caraterizações diferentes fazendo medidas numéricas. E eu estou em uma posição muito afortunada porque eu trabalho com um investigador NMR proeminente e tenho co-researchers excelentes trabalhar com nossa micro facilidade do CT do raio X. Estas tecnologias de duas caraterizações são alguns da maioria de modos eficazes de compreender materiais complexos.”

O Dr. Christoph Arns é um research fellow sênior no departamento de matemáticas aplicadas (RSPhysSE). É um físico computacional girado côordenador girado físico do petróleo. Do “a engenharia petróleo é toda sobre maneiras tornando-se de melhorar a extração dos hidrocarbonetos das rochas oil-bearing,” explica o Dr. Arns. “Esse quase inevitàvel ligações você para maneiras de materiais complexos da melhor compreensão porque este é o que as rochas do rolamento do óleo são.”

O Dr. Arns tem trabalhado por muitos anos na modelagem computacional de propriedades físicas de materiais complexos. Desenvolveu uma série inovativa do software que pudesse derivar uma escala de propriedades morfológicas e físicas importantes diretamente das imagens tomográficas digitadas 3D criadas com uma micro facilidade avançada do tomography computado do raio X. Estes incluem a condutibilidade, o diffusivity, a permeabilidade fluida, a dispersão de um tracer neutro, as propriedades elásticas e o abrandamento/resposta NMR da difusão. “As predições que nós fizemos de nossas simulações de computador estão no bom ao acordo excelente com medidas independentes do laboratório através de uma escala larga de frações de volume do pore,” diz o Dr. Arns. “Isto inclui o acordo em medidas da permeabilidade através de quatro ordens de valor na permeabilidade.”

“Geralmente, nós demonstramos que nós podemos exatamente prever propriedades de materiais complexos combinando imagens micro-tomográficas com os cálculos numéricos. Nós temos aplicado recentemente esta metodologia a uma escala de rochas do reservatório do petróleo com resultados excelentes e usado o detalhado pore-escalar a informações disponíveis das imagens para uma análise do acoplamento da difusão do pore-pore, e a dispersão do tracer e fluxo local. Isto é significativo, como permitiu que nós encontrassem parâmetros morfológicos com base nas imagens X-raio-CT, que correlacionam bem com as propriedades físicas macroscópicas.

“As metodologias existentes para estimar as propriedades macro de materiais disordered são limitadas às respresentações excedente simplistas da microestrutura,” observam o Dr. Arns. “Por exemplo, a recuperação do hidrocarboneto das rochas do reservatório e a dispersão do contaminador nos solos atualmente são estimadas com base nas medidas de laboratório e aplicadas à escala do campo. Entretanto, as grandes anomalias são observadas entre o que são previstas e o que é medido realmente. Isto limita nossa capacidade fazer predições exatas de propriedades macroscópicas da informação morfológica.

“Uma compreensão detalhada das correlações de propriedades físicas e de descritores morfológicos sob a estrutura de estática igualmente ajudar-nos-á, se nós consideramos uma mudança dinâmica da estrutura própria. “Nós esperamos que a modelagem numérica do fluxo reativo na escala do pore deve conduzir às estimativas melhoradas das mudanças da permeabilidade causadas por uma escala de processos subsuperficiais. Isto abaixará significativamente o risco de erros enorme caros no desenvolvimento dos campos petrolíferos.

“Do significado similar é o impato potencial de pore-escala a compreensão da migração do contaminador e do fluxo reativo para estratégias da remediação da água subterrânea. Nós poderemos gerar um numérico mais exato modelando onde os dados do campo não podem ser obtidos, por exemplo em modelar o risco de armazenar materiais perigosos. Conseqüentemente nossa pesquisa tem-lhe uma dimensão econômica e ambiental significativa.”

A pesquisa que está sendo empreendida pelo Dr. Arns é fortemente interdisciplinar em sua natureza, e depende das entradas e das interações com uma escala larga dos cientistas.

“A espetroscopia NMR é uma técnica muito importante para compreender volumes do pore e as constrições estreitas nos materiais porosos que incluem as escalas do comprimento nao acessíveis pela imagem latente Raio X-CT,” explicam o Dr. Arns. O “professor Paul Callaghan na universidade de Vitoria de Wellington, Nova Zelândia, é um líder de mundo nesta disciplina, e foi um colaborador a longo prazo, fornecendo dados NMR da qualidade para este trabalho.

“A outra tecnologia principal que está contribuindo a esta pesquisa é a micro facilidade do CT do raio X. Funcionar uma facilidade tal como este exige uma escala das habilidades, e eu confio em meus colegas para fornecer me com as imagens segmentadas e suas divisórias topológicas de amostras morfològica interessantes. Adrian Sheppard, Arther Sakellariou, Tim Senden, Robert Sok e a marca Knackstedt todo são envolvidos neste.”