Reservoir Zustand Pore angelegte Imaging von mehreren fluiden Phasen Mit Hilfe der Röntgenmikrotomographie

Das Ziel dieses Verfahrens besteht darin, mehrere Fluidphasen im Porenraum von Gestein unter realistischen Bedingungen bezüglich Temperatur und Druck, die denen in unterirdischen Lagerstätten und Aquiferen ähneln, nichtinvasiv abzubilden. Dies wird erreicht, indem zunächst die Kernprobe sorgfältig zusammengesetzt und anschließend in einem Hochdruck- und Hochtemperatur-Kernhalter platziert wird. Der zweite Schritt besteht darin, den Kernhalter mithilfe flexibler Peak-Schläuche an die Hochdruck- und Hochtemperatur-Steuerungspumpen sowie an den Reaktor anzuschließen.

Anschließend werden Druck und Temperatur im System auf die des Referenzsystems zurückgesetzt. Tiefenbedingungen und Fluide werden ausgeglichen und in den Porenraum des Gesteins eingebracht. Schließlich herrschen Reservoirbedingungen.

Mikro-CT-Bildgebung wird verwendet, um sowohl die Menge als auch die Verteilung von Kohlendioxid zu zeigen, das nach der Injektion von Sole als rückgehaltene Restphase immobilisiert ist. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Mehrphasenströmung in porösen Medien zu beantworten, wie beispielsweise die Bestimmung der Restsättigung für kapillares Einschlussverhalten sowie Benetzbarkeits- und Kontaktwinkelmessungen. Obwohl diese Methode Einblicke in überkritische CO2-Sole-Gesteinssysteme ermöglicht, die für die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung relevant sind, kann sie auch für Kohlenwasserstoff-Sole-Gesteinssysteme zur Untersuchung von Phänomenen im Zusammenhang mit der verbesserten Ölgewinnung und internationalen Ressourcen genutzt werden.

Die visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da die Probenvorbereitung und die Schritte zur Kernmontage schwer zu erlernen sind. Der Grund hierfür liegt in der komplexen Beziehung zwischen der Kernmontage, dem Kern selbst, der umschließenden Hülse und den mehrfachen Aluminiumummantelungen. Um dieses Verfahren zu beginnen, überprüfen Sie sorgfältig alle Anschlüsse der Ausrüstung auf eventuelle Flüssigkeitslecks.

Als Nächstes das Sole in den Reaktorboden geben. Die flexible Heizung um die Durchflusszelle wickeln. Danach die metallischen Endanschlüsse herstellen, indem das Gewinde vom einem Achtel Zoll Ende eines Verbindungsstücks von einem Sechzehntel Zoll auf ein Achtel Zoll entfernt wird. Anschließend kleine Rillen in die Stirnfläche des einen Achtel Zoll Endes des Verbindungsstücks einfräsen, um das eingespritzte Kohlendioxid über die gesamte Stirnfläche des Kerns zu verteilen.

Anschließend führen Sie das Hochdruck-Thermoelement durch die metallenen Endteile der Mikrostrom-Zellabdichtung und verschließen das Thermoelement mit Viertelzoll-Fittings und Muttern, sodass die heiße Messstelle direkt neben der Innenseite der Mutter im Kern innerhalb des umschließenden Rings der Zelle L sitzt. Danach bohren Sie die gewünschte Probe in einen Kern mit einem Durchmesser von 6,5 Millimetern und einer Länge von 30 bis 50 Millimetern. Schleifen Sie die Enden des Kerns plan, um eine gute Verbindung mit den metallenen Endstücken sicherzustellen. Wickeln Sie anschließend diesen Kern in Aluminiumfolie ein.

Platzieren Sie es anschließend in einer Hülle aus fluoriertem Polymerelastomer. Danach verbinden Sie die Enden der Elastomerhülle mit den metallenen Endstücken. Wickeln Sie eine weitere Schicht Aluminiumfolie um die Außenseite der Elastomerhülle, bevor Sie die heiße Verbindung des Thermoelements neben die Einlassseite des Kerns legen und eine letzte Schicht Aluminiumfolie hinzufügen.

Dies bildet die Kernbaugruppe. Bauen Sie nun die Mikrostrom-Zelle mit der darin versiegelten Kernbaugruppe zusammen. Verbinden Sie die Zelle mit dem Probentisch innerhalb des Mikro-CT-Gehäuses, indem Sie eine am oberen Ende des rotierenden CT-Probentisches montierte Klammer verwenden.

Bei diesem Verfahren schließen Sie alle Ventile mit Ausnahme der Ventile eins, zwei und drei. Danach füllen Sie Kohlendioxid aus der Gasflasche in Pumpe eins und den Reaktor ein. Schließen Sie anschließend Ventil eins.

Erhöhen Sie langsam die Temperatur und den Druck des Reaktors auf den gewünschten Wert für die Porenflüssigkeit unter kräftigem Mischen. Mischen Sie die Porenflüssigkeit mindestens 12 Stunden lang, um sicherzustellen, dass alle Phasen vor der Injektion im chemischen Gleichgewicht sind. Öffnen Sie anschließend Ventil 14 und füllen Sie die Ummantelungsflüssigkeit in Pumpe drei ein.

Danach schließen Sie das System und öffnen die Ventile 12 und 13. Drücken Sie den umgebenden Annulus der Zelle auf mindestens 10 % höher als der vorgeschlagene Porenflüssigkeitsdruck. Anschließend öffnen Sie Ventil 11.

Füllen Sie die Sole in Pumpe zwei und schließen Sie diese. Öffnen Sie anschließend die Ventile neun, acht und sechs. Drücken Sie langsam den Porenraum des Gesteins, bis der gewünschte Porenflüssigkeitsdruck erreicht ist, und füllen Sie den Porenraum der Probe mit Sole, die nicht mit überkritischem Kohlendioxid equilibriert wurde.

Öffnen Sie nun Ventil vier und leiten Sie mehr als 1000 Porenvolumina equilibrierte Sole durch den Kern, indem Sie Pumpe zwei mit einer konstanten Fließgeschwindigkeit nachfüllen. Führen Sie dabei mehr als 10 Porenvolumina überkritischen Kohlendioxids mit einer sehr niedrigen Fließgeschwindigkeit durch den Kern, wobei kontinuierlich eine niedrige kapillare Zahl von etwa 10 hoch minus sechs gewährleistet wird. Nehmen Sie 2D-Projektionen vor, um das gesamte injizierte Volumen genau zu messen, während überkritisches Kohlendioxid die Sole im Porenraum verdrängt. Leiten Sie anschließend weitere 10 Volumina equilibrierter Sole mit derselben niedrigen Fließgeschwindigkeit durch den Kern, wodurch überkritisches Kohlendioxid als Restphase im Porenraum immobilisiert wird.

Danach einige Scans der Probe aufnehmen, um die Drainage oder Hemmung abzubilden. Verwenden Sie eine Voxelgröße, bei der der gesamte Kerndurchmesser innerhalb des Sichtfeldes liegt. Anschließend die Scans mithilfe eines tomographischen Rekonstruktionsprogramms rekonstruieren.

Rekonstruieren Sie die zusammengesetzten Volumina, indem Sie nacheinander mehrere sich überlappende Abschnitte zusammenfügen. Das hier gezeigte Bild ist eine 3D-Darstellung des Kerns nach der Entwässerung, bei der jedem Nichtbenetzungsfazennetzwerk eine andere Farbe zugewiesen wird. Diese fünf Bilder zeigen eine 3D-Darstellung desselben Kerns nach fünf separaten Inhibitionsexperimenten, wobei die große Farbvielfalt auf eine schlecht verbundene Restphase hinweist.

Dies ist ein Querschnitt des Kerns nach der Entwässerung. Die dunkelste Phase ist überkritischer Kohlendioxid, die mittlere Phase ist Sole, und die hellste Phase ist das Gesteinskorn, und dies ist ein Querschnitt des Kerns.

Nach der Hemmung wird hier die Potenzgesetz-Skalierung der verbleibenden Gangliengrößenverteilung gezeigt. Sobald die Technik beherrscht ist, kann sie bei korrekter Durchführung innerhalb von etwa zwei Stunden durchgeführt werden. Beachten Sie, dass das Arbeiten mit Geräten unter hohem Druck und hohen Temperaturen äußerst gefährlich sein kann; daher müssen Vorsichtsmaßnahmen wie angemessene Schulung und Gerätezertifizierung vor der Durchführung des experimentellen Verfahrens getroffen werden.