Pore-Scale Imaging und Charakterisierung von Kohlenwasserstoff Reservoir Rock Benetzbarkeit am Untergrund Bedingungen mit Röntgen-Mikrotomographie

Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es, ein gründliches Protokoll zur Charakterisierung der In-situ-Benetzbarkeit von Reservoirgesteinen unter unterirdischen Bedingungen bereitzustellen. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen in mehrphasigen durchströmenden porösen Medien mit Anwendung auf Ölrückgewinnung, Schadstoffentfernung und Kohlendioxidspeicherung zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass wir Verdrängungsprozesse und Benetzbarkeit in natürlichen Systemen untersuchen können.

Dieses Protokoll zeigt, wie die In-situ-Benetzbarkeit von Kohlenwasserstoffreservoirgesteinen unter Untergrundbedingungen oder aus segmentierten dreidimensionalen Röntgenbildern bestimmt wird. Das Protokoll erfordert eine Mini-Probe von Gestein. Erhalten Sie Mini-Proben aus Kernproben und glätten Sie jedes Ende, um einen guten Kontakt zu ermöglichen.

Bestimmen Sie die Gesamtporosität der Probe und bewerten Sie ihre innere Porenstruktur. Verwenden Sie bei der Röntgenmikrotomographie einen Hassler-Kernhalter. Erste Arbeit mit der Oberseite des Kernhalters zum Gewinde polyether ether keton Schläuche.

Befestigen Sie dann die Schläuche an einem maßgeschneiderten Endstück, das die Probe aufnehmen kann. Fädeln Sie die Halterungsbasis mit Schläuchen, die zum anderen Endstück gehen. Als nächstes erhalten Sie Gummischläuche lang genug, um die Probe und die Endstücke zu bedecken.

Schieben Sie die Probe in den Schlauch. Sobald es innen ist, verbinden Sie die Endstücke mit der Oberseite und unter der Probe. Legen Sie nun ein Thermoelement auf das Basisendstück mit seiner Spitze neben der Basis der Probe.

Sichern Sie es mit Aluminiumband. Schließen Sie die Montage des Kernhalters sorgfältig ab. Diese Kernhalterbaugruppe ist für den Einsatz im Protokoll bereit.

Dieser Schaltplan enthält Details seiner Konstruktion. Im Cutaway sind die Schichten dargestellt, die die Probe umgeben, einschließlich einer Heizjacke, einer Kohlefaserhülse und einer konfinierenden Flüssigkeit. Verwenden Sie eine Kohlefaserhülse mit einem kleinen Durchmesser, damit sich die Röntgenquelle in der Nähe der Probe begeben kann.

Das Thermoelement misst die einschränkende Flüssigkeitstemperatur. Nutzen Sie eine Klemme, um die Kernhalterbaugruppe zu halten und zu transportieren. Nehmen Sie die Kernhalter-Baugruppe mit zum Röntgenmikrotomographie-Scanner.

Mit der Klemme den Kernhalter vertikal auf der Rotationsstufe unterstützen. Sobald der Kernhalter an Ort und Stelle ist, verbinden Sie den Schlauch von oben und unten. Schläuche von oben und unten des Kernhalters gehen an verschiedene offene Dreiwegeventile.

Darüber hinaus verbinden Sie Schläuche aus der Eingrenzungslinie des Kernhalters mit einer Spritzenpumpe, die entionisiertes Wasser enthält. Verwenden Sie die Spritzenpumpe, um 1,5 Megapascal des Drucks aufzutragen. Verbinden Sie nun den Kohlendioxidzylinder mit dem Basis-Dreiwegeventil.

Spülen Sie CO2 mit einer niedrigen Rate für eine Stunde durch die Probe. Trennen Sie dann den Kohlendioxidzylinder. Sobald dies geschehen ist, schließen Sie die Spritzenpumpe mit gedopter Sole, der Solepumpe, an das Basis-Dreiwegeventil an.

Stellen Sie zunächst die Ventile so ein, dass der Durchfluss nicht in die Probe eindringt, um Luft aus der Einspritzleitung zu spülen. Dann injizieren Sole in die Probe mit 0,3 Milliliter pro Minute für eine Stunde, um es vollständig zu sättigen. Schließen Sie die Heizummantel und das Thermoelement an einen PID-Controller an.

Schließen Sie die Aufnehmenpumpe, eine mit gedopter Sole gefüllte Spritzenpumpe, an das Basis-Dreiwegeventil an. Verwenden Sie die Empfangs- und Einhaltepumpen, um die Poren- und Einschnitte in einem Megapascal-Schritt auf 10 bzw. 11,5 Megapascal zu erhöhen. Legen Sie am PID-Controller eine Heizmantel-Zieltemperatur von 60 Grad Celsius fest, um die Nachahmung der Untergrundbedingungen zu vervollständigen.

Spülen Sie Luft von der Leitung und schließen Sie eine Ölpumpe an das geschlossene obere Dreiwegeventil an. Erhöhen Sie den Druck auf den richtigen äquivalenten Druck. Stoppen Sie dann die Ölpumpe und öffnen Sie das obere Dreiwegeventil, um 20 Porenölmengen bei einem konstanten Durchfluss zu injizieren.

Nach zwei Stunden bereiten Sie sich darauf vor, Röntgenbilder zu erfassen. Wählen Sie für Bilder mit hoher Auflösung ein 4X-Objektiv aus. Passen Sie dann die Positionen der Quelle und des Detektors an.

Überprüfen Sie die Drehung der Kernhalterbaugruppe, und starten Sie den Scan. Starten Sie die Drehung der Kernhalterbaugruppe. Stellen Sie sicher, dass die an der Zelle befestigten Schläuche die Drehung nicht beeinträchtigen.

Wenn alles in Ordnung ist, beginnen Sie den Röntgentomographie-Scan mit einer hohen Anzahl von Projektionen. Trennen Sie nach dem Scan die Kernhalterbaugruppe, und entfernen Sie sie aus dem Scanner. Den Kernhalter bei 80 Grad Celsius in einen Ofen bewegen.

Dort stellen Sie die Durchflussraten, Drücke und alterungüberdauernd über mindestens drei Wochen wieder her. Sobald der Alterungsprozess abgeschlossen ist, verschieben Sie die Kernhalterbaugruppe zurück zum Scanner. Schließen Sie zunächst die Eindringpumpe an, um den gleichen Druck anzuwenden.

Schließen Sie dann die Soleleitung an das Basis-Dreiwegeventil an. Schließen Sie die Empfangspumpe über das Dreiwegeventil an die Oberseite des Kernhalters an. Wenn der Solldruck erreicht ist, öffnen Sie das obere Dreiwegeventil, damit die aufnehmende Pumpe den Porendruck auf den Kern anwendet.

Stellen Sie weiterhin Verbindungen her, um die Untergrundbedingungen für die Stichprobe wiederherzustellen. Öffnen Sie dann mit der Solepumpe das untere Dreiwegeventil, um Wasserüberflutungen von 20 Porenvolumina bei geringer Durchflussrate durchzuführen. Nachdem das System das Gleichgewicht erreicht hat, erhalten Sie erneut hochauflösende Scans an der gleichen Stelle.

Rekonstruieren Sie die Röntgentomographiedaten mit Einer Rekonstruktionssoftware. Speichern Sie das Bild und öffnen Sie es in trainable Weka Segmentation Software. Wählen Sie das Freihand-Zeichnungswerkzeug aus.

Verwenden Sie das Werkzeug zum Freihandzeichnen, um Instanzen einer der Phasen im gesamten Bild, in diesem Fall Öl, hervorzuheben. Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf Zur Klasse hinzufügen. Versuchen Sie, die Form einer Phase zu folgen, während Sie die Pixel beschriften.

Fügen Sie dann die Region der entsprechenden Klasse hinzu. Wenn Beispiele für alle drei Phasen beschriftet wurden, klicken Sie auf Klassifier trainieren, um das gesamte Bild zu segmentieren. Überprüfen Sie das segmentierte Bild.

Wiederholen Sie die Trainings- und Segmentierungsschritte nach Bedarf, um gute Ergebnisse zu erzielen. Wählen Sie Ergebnisse erstellen aus, um das endgültige segmentierte Bild abzusuchen. Speichern Sie das Bild für die spätere Verwendung in der Analysesoftware.

Verwenden Sie das segmentierte Bild, um die In-situ-Kontaktwinkelverteilung zu messen. Die automatisierte Methode erstellt eine Kalkulationstabelle mit den gemessenen Winkeln und deren Koordinaten. Diese Daten ermöglichen ein Diagramm der Verteilung der Kontaktwinkel.

Dabei handelt es sich um Verteilungen für eine wöchentliche Nassprobe und zwei gemischte Nassproben. Zur Qualitätsprüfung, zuschneiden und segmentieren Sie ein Untervolumen der Miniprobe. Wählen Sie ein Untervolumen mit einer oder mehreren Ölganglien zur manuellen Kontaktwinkelmessung aus.

Suchen Sie die In-situ-Kontaktwinkelverteilung mit dem automatisierten Code. Laden Sie die generierte VTK-Datei in die Datenvisualisierungssoftware. Wählen Sie die Option Region aus, um die Öl- und Solephasen anzuzeigen.

Klicken Sie auf Probe-Standort. Geben Sie dann die Koordinaten eines zufällig ausgewählten Kontaktwinkels aus den daten ein, die durch die automatisierte Methode generiert werden. Suchen Sie die räumliche Position in der dreiphasigen Kontaktlinie.

Laden Sie nun das segmentierte Subvolume-Image in die Datenanalysesoftware. Suchen Sie in der Software nach dem arithmetischen Modul. Suchen Sie innerhalb des Moduls das Ausdrucksfeld.

Geben Sie die Expression ein, die erforderlich ist, um die Öl- und Solephasen zu isolieren. Suchen Sie als Nächstes nach dem Oberflächenmodul generieren. Verwenden Sie es, um die Öl- und Soleoberflächen zu erzeugen.

Suchen Sie dann visuell die Flächen nach dem zuvor identifizierten Punkt. Suchen und öffnen Sie das Slice-Modul aus dem gefilterten Roh-Röntgenbild. Ändern Sie den Übersetzungswert, um das Röntgenbildsegment auf die Ebene des Punkts auf der Oberfläche zu bringen.

Suchen Sie das Modul für Beschriftungsoberflächen. Geben Sie darin drei in die Anzahl der Phasen ein. Wechseln Sie zu nur schwarzen Voxeln und wählen Sie nein.

Kehren Sie nach dem Anwenden der Änderungen und dem Ändern der Farbzuordnung zum Slice-Modul zurück. Wählen Sie die Option "Einfach festlegen". Wählen Sie in den Optionen Dragger anzeigen aus.

Verschieben Sie den Zieher an die Position, an der der Kontaktwinkel gemessen wird. Schalten Sie Anzeigeoptionen auf. Wählen Sie dort die Drehoption aus.

Drehen Sie das Slice so, dass es senkrecht zur dreiphasigen Kontaktlinie ist. Wenn Sie fertig sind, wählen Sie das Winkelmesswerkzeug aus. Verwenden Sie das Werkzeug, um den Winkel am ausgewählten Punkt zu messen.

Ein Test der automatisierten Kontaktwinkelmessung besteht darin, die Ergebnisse manuell mit Winkelmessungen darzustellen. Wie in diesem Fall sollten die Ergebnisse ungefähr gleich sein. Diese horizontalen Querschnitte bestehen aus rohen Röntgenbildern und ihren segmentierten Bildern von drei Samples.

Die segmentierten Bilder ermöglichen die Messung von Kontaktwinkeln, die die verbleibende Ölsättigung bestimmen und die Form der verbleibenden Ölganglien bestimmen. Dabei handelt es sich um die gemessenen In-situ-Verteilungen des Kontaktwinkels für die drei verschiedenen Proben, die mit dieser Methode gefunden wurden. Probe eins hat eine wöchentliche Wasser-Nass-Zustand von statischer Alterung bei 60 Grad Celsius ohne Ölinjektion.

Probe zwei ist ein Beispiel für einen gemischten nassen Zustand mit mehr ölnassen Oberflächen aufgrund der Alterung bei 80 Grad Celsius mit Ölinjektion während des Alterns. Probe drei ist ähnlich wie Probe zwei, aber nicht stark ölnass als Folge einer niedrigeren Alterungstemperatur und unterschiedliche Ölzusammensetzung. Die Ölmorphologie, die nach Wasserüberflutungen übrig bleibt, variiert unter den unterschiedlichen Benetzungsbedingungen.

Für die wöchentliche Wasser-Nassprobe eine, die Sole durch die kleinen Porenecken durchdringt das Öl in der Mitte der Porenräume gefangen. Bei den gemischten Nassfällen der Proben zwei und drei hingegen gelangte die Sole als nicht benetzende Phase in die Mitte der Poren und ließ Öl in blechartigen Schichten in kleinen Poren und Spalten verbinden. Es ist wichtig, keine Luft im System zu haben, die als vierte Phase fungieren kann, wenn Sie sich die Bilder ansehen.

Nach diesem Protokoll können Sie die Porenskalenverteilung von Flüssigkeiten und die Benetzbarkeit in anderen Systemen wie Blättern, Wurzeln oder Brennstoffzellen betrachten. Aber denken Sie daran, wir haben es mit Röntgenstrahlen und Hochdruckflüssigkeiten zu tun, daher ist es sehr wichtig, dass es eine gründliche Risikobewertung gibt und die Leute, die die Experimente durchführen, eine angemessene Schulung hatten. Diese Technik der Charakterisierung der In-situ-Benetzbarkeit ebnete den Forschern auf dem Gebiet der verbesserten Ölrückgewinnung den Weg, um die damit verbundene zusätzliche Ölrückgewinnung aufgrund der Änderung der Benetzbarkeit zu erforschen.