Applicazione di tecniche di microtomografia e petrografia per la caratterizzazione della porosità di minerali di rocce carbonatiche sintetiche prima e dopo processi di acidificazione

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 17026 (2022) Citare questo articolo

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L'obiettivo di questo lavoro è quello di caratterizzare fisicamente e analizzare rocce carbonatiche sintetiche mediante tecniche di microtomografia e petrografia, concentrandosi su un'analisi comparativa prima e dopo la degradazione con un fluido reattivo. Per questo studio è stata eseguita l'analisi di caratterizzazione fisica con microtomografia computerizzata e petrografia sui campioni prima e dopo la procedura di acidificazione. L'analisi petrografica ha verificato un aumento delle porosità sia intergranulari che intragranulari dopo la dissoluzione. L'analisi microtomografia ha quantificato il massimo aumento della porosità, dall'11,8 al 41,3% nell'analisi bidimensionale e dal 31,6 al 52% nell'analisi tridimensionale delle strutture porose. Inoltre, i pori sono stati quantificati in base alla loro area e sono stati ottenuti dati sull'orientamento dei pori, fornendo informazioni sui percorsi preferiti del flusso del fluido. È stato inoltre osservato che la tecnica microtomografia era uno strumento efficace per caratterizzare le fratture nei campioni prima e dopo la dissoluzione. Tali analisi sono cruciali per l’estrazione e l’iniezione di fluidi ad alte profondità a causa dei rischi meccanici e fisici derivanti dalla dissoluzione dei minerali, nonché dai cambiamenti di pressione, temperatura e saturazione, che influenzano lo stato di stress della roccia serbatoio. .

Risorse energetiche come acqua, gas e petrolio riempiono gli spazi vuoti contenuti nelle rocce. La conoscenza delle caratteristiche legate ai pori è essenziale nello studio dei serbatoi. La porosità delle rocce è un importante argomento di studio a causa di diverse implicazioni genetiche. Poiché le tecniche sperimentali di analisi della porosità consentono un'approssimazione quantitativa ma non producono una visualizzazione della struttura porosa, l'analisi petrofisica ha motivato la ricerca di nuove tecniche analitiche per lo studio dei pori. L'analisi petrografica mediante microscopia ottica consente la visualizzazione e la quantificazione dei pori intergranulari; tuttavia, è limitato allo spazio bidimensionale (2D), poiché la quantificazione è meno rappresentativa. I dati quantitativi relativi alla porosità e alla distribuzione delle dimensioni dei pori nelle rocce sono determinati direttamente nella lamina petrografica e indirettamente utilizzando iniezioni di gas o mercurio nei picnometri1,2,3.

Un'altra tecnica per la visualizzazione dettagliata delle microstrutture rocciose è la microtomografia. La microtomografia computerizzata a raggi X (μCT) è stata sviluppata sulla base della procedura di tomografia tradizionale, ma con particolare attenzione all’analisi di piccoli campioni. Si tratta di un metodo di analisi non distruttiva che consiste nell'ottenimento di diverse sezioni micrografiche e nella costruzione tridimensionale (3D) interna dei campioni, consentendo così di determinarne l'area e il volume. Questa tecnica è stata sviluppata per facilitare l'analisi all'interno di campioni di terreni e rocce indisturbati, principalmente valutando la distribuzione dei pori e dei minerali. Inoltre, dimostra la configurazione spaziale e la natura dei campioni e come questi possano influenzare i comportamenti del suolo e delle rocce, nonché i processi di trasporto dei fluidi.

Attraverso la microtomografia è possibile ottenere dati qualitativi e quantitativi 3D relativi a forma, dimensione, distribuzione, volume, area e distribuzione spaziale dei minerali, nonché pori e fratture su microscala4,5,6,7,8,9 . La porosità spaziale e la distribuzione minerale dei materiali geologici influenzano in modo significativo i processi di trasporto dei fluidi. Questi processi sono cruciali nei progetti focalizzati sull’estrazione e iniezione di fluidi ad alte profondità, a causa dell’aumento dei rischi meccanici e fisici derivanti dalla dissoluzione dei minerali e dai cambiamenti di pressione, temperatura e saturazione10. Questi fenomeni possono danneggiare la roccia e, di conseguenza, impedire uno sfruttamento sostenibile delle risorse naturali11,12,13,14,15.