Nuclear magnetic resonance reservoir characterization assisted by computational simulations

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Ribeiro, Matheus de Castro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• dARK ID: ark:/87559/001300001c0jc
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Ressonância magnética nuclea; Meios porosos; Auto-difusão molecular; Gradientes pulsados de campo magnético; Relaxação por difusão; Espectroscopia de ressonância magnética nuclear; Imagem de difusão por ressonância magnética; Simulação por computador; Nuclear magnetic resonance; Random walk; Porous media; Molecular self-diffusion; Pulsed magnetic field gradient; Diffusion relaxation
• Link de acesso: https://app.uff.br/riuff/handle/1/40138

A Ressonância Magnética Nuclear (RMN) é uma ferramenta poderosa para caracterizar meios porosos, oferecendo entendimento sobre o comportamento de fluidos em espaços porosos. Este trabalho implementa simuladores baseados em imagens para experimentos de RMN utilizando o método Random Walk, com foco na caracterização de rochas reservatório via difusometria e relaxometria. Desafios computacionais são tratados por meio de paralelização massiva baseada em GPU e modelagem de dados para acesso otimizado à memória. Na difusometria, o coeficiente de difusão aparente é analisado ao longo do tempo utilizando a técnica de Gradiente de Campo Pulsado (PFG). Os comportamentos assintóticos de curto e longo prazo são usadas para estimar a razão superfície-volume e a tortuosidade, correlacionando esses parâmetros com a permeabilidade absoluta em meios granulares sintéticos e imagens segmentadas de arenitos e carbonatos. Os resultados das simulações concordam bem com experimentos em arenitos, porém mostram desvios nos carbonatos, possivelmente devido à presença de heterogeneidades como a porosidade vugular. Na relaxometria, investigamos o impacto de gradientes internos de campo magnético nos tempos de relaxação T2, influenciados por altos contrastes de susceptibilidade magnética. Para incorporar o mecanismo de relaxação difusiva, o fluxo de trabalho envolve o cálculo de mapas espaciais do campo magnético utilizando o método de elementos finitos baseado em imagens, seguido por simulações de Random Walk para modelar a dinâmica dos spins. Simulações realizadas em imagens segmentadas de modelos sinterizados de esferas de vidro com inclusões de óxidos de ferro e arenitos revelam desafios na interpretação de T2 como indicador do tamanho de poros. Além disso, distribuições quantitativas de gradientes internos obtidas de simulações multi-τ de RMN mostram uma concordância variada com os dados experimentais, falhando em capturar gradientes internos de maior magnitude associados a poros menores. Por fim, propomos uma abordagem para incorporar os efeitos de difusão restrita na análise.