Растровая электронная микроскопия — ключ к построению цифровой минеральной модели горной породы

Введение. Цифровизация нефтяной отрасли включает «Цифровой анализ керна» — технологию создания точных цифровых двойников горных пород. Это повышает информативность исследований и эффективность проектных решений.

Целью данной работы является разработка метода построения цифровой минералогической модели керна с применением компьютерной микротомографии и растровой электронной микроскопии в сочетании с приставкой в виде энергодисперсионного спектрометра.

Методы. Проведены исследования образцов горных пород методами растровой электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной спектроскопией, компьютерной микротомографии, рентгенофазового анализа, рентгенофлуоресцентной спектроскопии и петрографического изучения шлифов.

Результаты. На основе предложенного подхода разработан метод построения цифровой модели керна. Метод позволяет на основе двухмерных карт распределения элементов, полученных на стандартном растровом электронном микроскопе с интегрированной энергодисперсионной спектроскопией, используя предложенный алгоритм пересчёта в минеральный состав и трёхмерной модели скелета (матрицы) породы, полученной методом компьютерной микротомографии, реконструировать цифровую трёхмерную минеральную модель керна. На основе полученной модели провести количественные расчёты минерального состава. Провести верификацию полученных результатов минералогическими исследованиями.

Заключение. Успешная верификация предложенного метода с традиционными минералогическими исследованиями свидетельствует, что предложенный метод является надежным инструментом для получения цифровой модели керна на базе стандартного оборудования, без привлечения дорогостоящих комплексов с уникальным программным обеспечением. 

1. Ускова Е.И., Бурухин А.А., Черемисин А.Н. Исследование особенностей макроструктуры баженовских отложений и выбор оптимальной модели для создания цифрового двойника породы // Геофизические технологии. — 2024. — С. 83– 91. https://doi.org/10.18303/2619-1563-2024-1-83

2. Панев Е.В., Гильманов Я.И. Опыт ООО «ТННЦ» по изучению керна методом растровой электронной микроскопии // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. — 2021. — № 6. — С. 50–56. https://doi.org/10.33285/24135011-2021-6(354)-50-56

3. Лукашева М.В., Нестерова Е.М. Новейшие инструментальные методы для проведения минералогического анализа на базе сканирующего электронного микроскопа в целях судебно-почвоведческой экспертизы // Теория и практика судебной экспертизы. — 2014. — № 3 (35). — С. 108–118.

4. Varfolomeev I.A., Svinin V., Yakimchuk I.V. 3D Multiclass Digital Core Models via microCT, SEM-EDS and Deep Learning. E3S // Web of Conferences. — 2023. — No. 366. — Pp. 01003. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202336601003

5. Криштал М.М. Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ в примерах практического применения / М.М. Криштал, И.С. Ясников, В.И. Полунин и др. — М.: Техносфера, 2009. — 208 с.

6. Ковба Л.М. Рентгенофазовый анализ / Л.М. Ковба, В.К. Трунов. — М.: МГУ, 1976. — 232 с.

7. Rietveld H. M. A profi le refi nement method for nuclear and magnetic structures // J. Appl. Cryst. — 1969. — Vol. 2. — P. 65.