Healthy Research Rewards
ResearchHub is incentivizing healthy research behavior. At this time, first authors of open access papers are eligible for rewards. Visit the publications tab to view your eligible publications.
Got it
LD
Laura Dalton
Author with expertise in Characterization of Shale Gas Pore Structure
Achievements
This user has not unlocked any achievements yet.
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
3
(33% Open Access)
Cited by:
1
h-index:
12
/
i10-index:
14
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Comparative Assessment of U-Net-Based Deep Learning Models for Segmenting Microfractures and Pore Spaces in Digital Rocks

H. Wang et al.Sep 1, 2024
Summary Segmentation of high-resolution X-ray microcomputed tomography (µCT) images is crucial in digital rock physics (DRP), affecting the characterization and analysis of microscale phenomena in the porous media. The complexity of geological structures and nonideal scanning conditions pose significant challenges to conventional image segmentation approaches. Motivated by the recent increasing popularity of deep learning (DL) techniques in image processing, this work undertakes a comparative study of DL models, specifically U-Net and its variants, for segmenting multiple targets with distinguished features in digital rocks, including discrete fracture networks (DFNs), pore spaces, and solid rock. Particularly, DFNs have a smaller volumetric fraction over others, bringing in a substantial challenge of imbalanced segmentation. The primary focus is to evaluate the architecture and feature enhancement strategies of various DL models, including U-Net, attention U-Net, residual U-Net, U-Net++, and residual U-Net++. The models were designed as 2.5D, utilizing a central 2D image and its two adjacent upper and lower 2D images as input to provide a pseudo-3D context. In addition, because the ground truth of segmentation was unknown for real-world digital rocks, we created a benchmark data set following the inverse operations of segmentation. The data synthesis started from the label images (i.e., solid rock, pore spaces, and DFNs), followed by simulating partial volume blurring, adding random background noise, and introducing ring artifacts to mimic real raw X-ray ÂµCT images. The data set, which included various rock types (i.e., sandstone and artificial data), scanning resolution, and magnitudes of noise and artifacts, was divided into training and testing data sets with a 90% and 10% ratio, respectively. Moreover, in addition to the conventional pixel-wise evaluation metrics, the physics-based metric of the lattice-Boltzmann method (LBM) simulated permeability provided more comprehensive assessments. The results demonstrated that the residual connections, nested architectures, and redesigned skip connections contribute to the model performance and give the residual U-Net++ the highest accuracy. The improvements were mainly on the boundaries and small targets, especially the DFNs, which dominate the interconnectivity and therefore affect the permeability greatly. This study also rigorously evaluated the efficiency and generalization of each model, demonstrating that the sophisticated architectures achieved excellent practicability and maintained robust performance on completely unseen data, ensuring their suitability for diverse and challenging DRP applications.
0
Paper
Citation1
0
Save
0

Stability of two-phase flow with interfacial flux in porous media: CO2 mineralization

Roi Roded et al.Nov 1, 2024
The primary objective of carbon capture, utilization, and storage (CCUS) applications in various natural and engineered porous materials is to achieve a stable and planar CO2 displacement front, thereby suppressing viscous fingering. A stable front can ensure uniform and exhaustive CO2 mineralization throughout a reactive medium (i.e., mineral carbonation). Drawing inspiration from experimental observations of CO2 flooding into cores of portland cement-based materials, we examine the stability of such systems. Under these conditions, the injected CO2 continuously dissolves into the resident water phase, which becomes chemically disequilibrated with the solid minerals and leads to mineral carbonation on the wetted surfaces. Focusing on the early injection time allows us to reduce the complex multiphysical problem to a simple two-phase flow scenario of immiscible displacement with a CO2 interfacial flux sink. The formulated equations are investigated using numerical simulations and linear stability analysis, which results in a closed-form criterion, and provide fundamental insights into system stability. Overall, the results show that several effects combine to stabilize the system, including the sink effect, which acts to eliminate instability; the reduction in flow velocity along the flow path, which limits flow focusing; and the relative increase in stabilizing capillary forces. Therefore, if the system is stable at early stages, it will likely remain stable later on. Finally, this research demonstrates the use of theory to simplify complex problems and shows that even when flow is inherently coupled, the state of systems can often be determined from fluid stability alone.