Name: Imagerie Reservoir État Pore échelle des phases fluides multiples Utilisation de microtomographie à rayons X (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-02-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 2 s
Description: Découvrez l'imagerie de phases fluides multiples dans les roches réservoir par microtomographie à rayons X. Cette méthode permet de visualiser le piégeage capillaire du CO2 supercritique pour la géosciences.

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Nous tenons à remercier le financement du Centre de recherches carbonates et stockage du carbone Qatar (QCCSRC), fourni conjointement par Qatar Petroleum, Shell, et le parc Qatar Science &amp; Technology. Nous reconnaissons également le financement de l&#39;Imperial College Consortium sur Pore Modélisation à l&#39;échelle.

1. Imagerie Stratégie de conception <ol><li> Afin de prédire la performance d&#39;imagerie de choix de soluté différentes pour la saumure, calculer le spectre de rayons X de l&#39;incident radiographies 29-31. Inclure l&#39;impact de la porte-noyau, le noyau et les fluides de confinement sur le spectre x-ray. Un spectre de rayons X incident, par exemple en utilisant une tension d&#39;accélération de 80 kV et le courant d&#39;électrons de 87 uA est représenté sur la Figure 1. </li><li> Comparer ce spectre pour les facteurs de transmission de l&#39;échantillon contenant différents fluides de pores. Simuler l&#39;évolution du facteur de transmission en raison de changements dans les pores du fluide en utilisant la loi de Beer-Lambert, en supposant une longueur optique effective de l&#39;espèce dans l&#39;échantillon, et calculées des coefficients d&#39;atténuation de rayons X (figure 3) 32. Déterminer le facteur de transmission globale en intégrant sur toutes les énergies incidents x-ray. Un exemple des facteurs de transmission efficaces en résultent pour l&#39;matri rockx et le matériau poreux de l&#39;espace, et les variations des facteurs de transmission par rapport au cas où l&#39;espace de pore est rempli de vide peut être vu dans le tableau 1. </li><li> Choisir un soluté de la saumure et concentration telle que la variation du facteur de transmission associée avec de la saumure est d&#39;environ la moitié de la variation du facteur de transmission associé avec le solide. Ceci permet d&#39;optimiser le contraste de phase trois dans l&#39;image reconstruite. Peser la quantité requise de sel (7% (p / p) de KI a été utilisé pour l&#39;expérience dont les résultats représentatifs ont été effectuées) et mélanger vigoureusement avec de l&#39;eau désionisée. <ol><li> Alternativement, si une composition de saumure spécifique est souhaitée, changer le x-ray tension d&#39;accélération de la source pour changer le spectre de rayons X incidents. </li></ol></li></ol> 2. Assemblée de l&#39;Equipement et cellulaire <ol><li> Assemblez le matériel comme illustré ci-dessous à la figure 2. Utilisez PEEK flowlines de réduire charge latérale de l&#39;échantillon sur la cellule d&#39;écoulement.Testez chaque connexion attentivement les éventuelles fuites de fluide. <ol><li> Placez la saumure, a décidé de la composition au cours des étapes 01.01 à 01.03, à la base du réacteur. Envelopper le chauffage souple autour de la cellule d&#39;écoulement. </li></ol></li><li> Construire embouts métalliques. Retirez le fil de la &quot;fin d&#39;un 1/16&quot; 1/8 à 1/8 &quot;raccord réducteur. Ensuite, couper les petites rainures dans le visage de la «fin du raccord 1/8 de distribuer le CO 2 injecté sur toute la face de l&#39;âme. </li><li> Passer le thermocouple haute pression à travers les parties d&#39;extrémité métallique de la cellule de micro-écoulement et le joint à l&#39;aide ¼ &quot;viroles et l&#39;écrou, de sorte que la soudure chaude du thermocouple se trouve adjacente à la face d&#39;entrée du coeur, à l&#39;intérieur de l&#39;anneau de confinement de la cellule. </li><li> Percer échantillon désiré dans un noyau de 6,5 mm de diamètre et de 30 mm à 50 mm de longueur. Meuler les extrémités de l&#39;appartement de base, afin d&#39;assurer une bonne connexion avec les embouts en métal. Enveloppez ce noyau dans du papier aluminium puis placez withina fluoro-polymère manchon en élastomère. <ol><li> Raccorder les extrémités du manchon en élastomère pour les raccords d&#39;extrémité en métal. Ajouter une pellicule mince d&#39;aluminium sur l&#39;extérieur du manchon en élastomère avant de placer la soudure chaude du thermocouple à côté de l&#39;anneau de confinement de la cellule et l&#39;addition d&#39;une enveloppe finale de feuille d&#39;aluminium. Cela forme l&#39;ensemble de noyau (figure 4). </li></ol></li><li> Assembler la cellule de micro-écoulement avec l&#39;ensemble de noyau scellé à l&#39;intérieur et connecter la cellule à l&#39;étape à l&#39;intérieur de l&#39;enceinte micro-CT (Figure 5) à l&#39;aide d&#39;une pince montée sur le dessus de l&#39;étage de rotation CT. </li></ol> 3. Système de pressurisation <ol><li> Fermez toutes les vannes en dehors de la vanne 1, 2 et 3, tel que défini dans la figure 3. Charge CO 2 du cylindre dans une pompe et le réacteur, puis fermer la vanne 1. élever lentement la température et la pression dans le réacteur à celle souhaitée pour le pores fluide pendant l&#39;expérience. </li><li&gt; Mélanger vigoureusement le réacteur pendant au moins 12 heures pour se assurer toutes les phases sont en équilibre chimique avant l&#39;injection. </li><li> Ouvrir le robinet 14 et chargez le fluide de confinement dans la pompe 3. Fermez la vanne 14. Ouvrir les vannes 12 et 13. Pressuriser le anneau de confinement de la cellule à au moins 10% supérieure à la pression de pore fluide proposé. </li><li> 11. Ouvrez la vanne de charge de la saumure dans la pompe 2. Fermer le robinet 11 et vannes ouvertes 9, 8 et 6. <ol><li> Pressuriser lentement l&#39;espace des pores de la roche jusqu&#39;à ce qu&#39;il est à la pression de fluide des pores désirée, le remplissage de l&#39;espace des pores de l&#39;échantillon avec de la saumure qui n&#39;a pas été équilibrée avec SCCO 2. </li></ol></li><li> 4. Ouvrir la vanne de rinçage plus de 1000 volumes de pore de solution de sel équilibrée à travers le noyau de remplissage 2 à une pompe à débit constant. Le volume de pore est obtenue en multipliant le volume de base par la porosité trouvé avec porosimétrie hélium. NOTE: Ce sera miscibly déplacer la saumure non équilibrée, garantissant 100% initial saturation en saumure et creaconditions Ting dans le noyau semblable aux conditions souterraines dans un aquifère à un point légèrement en avant du front d&#39;un panache SCCO 2. </li></ol> 4. Fluide Débit et Image Acquisition <ol><li> Passer à travers 10 volumes de pores (environ 1 ml) de SCCO 2 par l&#39;intermédiaire du noyau à des débits très faibles (1,67 x 10 -9 m 3 / s), assurant un faible nombre capillaire de l&#39;ordre de 10 -6. Prendre constamment projections 2D afin de mesurer avec précision le volume total injecté en observant le moment où SCCO 2 déplace la saumure dans l&#39;espace des pores. </li><li> Traversez 10 volumes de pores (environ 1 ml) de saumure équilibrée à travers le noyau en même faible débit, provoquant SCCO 2 pour devenir piégé comme une phase résiduelle dans l&#39;espace des pores. </li><li> Après les étapes 4.1 ou 4.2, prenez analyses de l&#39;échantillon au drainage image ou imbibition respectivement. Utiliser une taille de voxel de telle sorte que tout le diamètre de l&#39;âme se inscrit dans le domaine de la view. </li><li> Reconstruire les analyses à l&#39;aide d&#39;un programme de reconstruction tomographique. Pour balayer toute la longueur du noyau tandis que conserver une faible taille de voxel, reconstruire volumes composites en cousant ensemble plusieurs sections qui se chevauchent, acquises de façon séquentielle. Remarque: chaque section requise autour des saillies 400, en 15 à 20 min d&#39;acquérir, de sorte que le balayage d&#39;un volume de composite entier a pris environ 90 min. </li></ol> 5. Traitement et Segmentation image <ol><li> Appliquez un bord de moyens non-locales préserver filtre 33,34 pour l&#39;ensemble de données et de corriger les images pour tout durcissement du faisceau ou de ramollissement artefacts créés pendant la reconstruction de l&#39;image en la modélisation de ces artefacts fonctions gaussiennes comme symétrie radiale 35. </li><li> Segmenter les données (tournent les informations en niveaux de gris en une représentation binaire du CO 2 dans l&#39;image) par l&#39;utilisation d&#39;un algorithme de bassin versant avec une graine généré en utilisant un histogramme 2D 36, le traitement de la CO <sub&gt; 2 comme une phase et la saumure et la roche ainsi que l&#39;autre phase. </li><li> Analyser cette image segmentée pour trouver à la fois le nombre total de CO 2 voxels et aussi la taille de chaque cluster connecté de CO 2 résiduel. </li></ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Les étapes les plus critiques pour l&#39;imagerie réussie de fluides polyphasiques, à des pressions et des températures élevées sont les suivantes: 1) L&#39;isolement réussi du fluide interstitiel à partir du fluide de confinement environnante; 2) l&#39;équilibrage efficace des fluides et de rock avant l&#39;injection; 3) contrôle de la température effective pendant toute l&#39;expérience; et 4) la segmentation effective des images résultantes. Utilisation des enveloppes d&#39;aluminium est essentielle pour l&#39;isolement réussi de pore de fluide à partir du fluide de confinement entourant qu&#39;en son absence échange diffusif à travers le manchon est rapide, et la saturation dans le noyau ne est pas constante pendant la durée de l&#39;analyse. Ce problème peut également être évident lorsque le fluide reste dans les conduites de PEEK pour des périodes de temps prolongées (&gt; 2 h) avant l&#39;injection dans le noyau de l&#39;étape 4.1 et 4.2. Une fois encore, échanges de CO 2 diffuse à travers le plastique, causant la saumure pour désaturer. Si cela dede la saumure saturée est injectée dans le noyau, la saturation dans le noyau diminue à mesure que les grappes résiduelles sont dissous par la saumure injectée. D&#39;autres procédés pour la mise en équilibre des fluides et des roches, dont recirculation de fluide 50, ont été proposées dans la littérature. Ces méthodes augmentent la complexité du montage expérimental, ce qui aurait augmenté la quantité de temps pour chaque expérience, ce qui aurait à son tour, augmente la probabilité que la saumure dans les conduites d&#39;écoulement aurait diffusive désaturé. Contrôle de la température efficace est essentielle, et la présence d&#39;un thermocouple à l&#39;intérieur de l&#39;anneau de confinement de la cellule d&#39;écoulement est critique pour ce produit. La température est mesurée seulement à un seul point, ce qui signifie qu&#39;il peut y avoir gradient à travers l&#39;échantillon, conduisant à un déséquilibre de la solubilité et la dissolution ou exsolution. Ceci peut être minimisé en plaçant la jonction chaude du thermocouple le plus près possible à tqu&#39;il entrée face de l&#39;âme du rock. La segmentation efficace des images résultantes peut être un véritable défi avec ces systèmes, comme la segmentation d&#39;images contenant une saturation partielle de plusieurs fluides est beaucoup plus difficile que la segmentation d&#39;images sèches, donc l&#39;utilisation de seuillage simple universelle de gris est 51 insuffisante. L&#39;utilisation de la segmentation des bassins versants non seulement donne les résultats les plus fiables, par rapport à d&#39;autres algorithmes de la littérature, mais est aussi la plus efficace à traiter avec sonnerie et de volume partielle artefacts 35. L&#39;une des limitations les plus significatifs de cette technique est qu&#39;elle ne peut accéder à l&#39;espace macro-pores d&#39;une roche. La microporosité (sur des échelles plus petites que la résolution de l&#39;image) reste inaccessible, et peut être important pour l&#39;écoulement polyphasique. Les résolutions plus élevées révèlent une plus grande proportion de ces parties de l&#39;espace des pores, mais correspondent aussi à une diminution de ee champ de vue. L&#39;applicabilité de cette technique à un type de roche spécifique pourrait être traitée par la comparaison de la résolution de l&#39;analyse de la distribution de taille des pores de la gorge obtenue par la méthode indépendante tels que la pression capillaire d&#39;injection de mercure. Cette méthode est une technique de premier plan pour l&#39;imagerie pores échelle de plusieurs fluides aux conditions du réservoir dans les systèmes réalistes, avec des applications existantes, y compris une étude comparative transversale du capillaire piégeage 24 et la mesure de l&#39;angle de contact 26, et la méthode est facilement applicable à une large gamme de systèmes poreux. Les travaux futurs pourraient étudier, à l&#39;échelle des pores, une grande variété de monophasé et écoulement polyphasique dans poreuses problèmes des médias à des conditions représentatives des aquifères souterrains, des champs de pétrole et de gaz et d&#39;autres systèmes géologiques profondes.

Captage et stockage du carbone est le processus où le CO 2 est capté en provenance des grandes sources ponctuelles et stocké dans des roches poreuses, déplaçant saumures résidents de sorte qu&#39;il reste dans le sous-sol pendant des centaines de milliers d&#39;années 1. Le CO 2 réside dans le sous-sol sous forme de phase dense supercritique (SCCO 2), avec des propriétés radicalement différentes de CO 2 dans les conditions ambiantes. Il existe quatre principaux mécanismes par lesquels SCCO 2 pourrait être immobilisé dans le sous-sol: stratigraphique, la solubilité, minérale et le piégeage résiduel. Piégeage stratigraphique est où le CO 2 est maintenu en dessous de roches joint imperméable; solubilité piégeage est où le CO 2 se dissout dans la saumure résident entourant le CO 2 injecté 2-4; piégeage minéral est là phases minérales carbonatées sont précipités dans la roche 5; et le piégeage résiduel ou capillaire est où le CO 2 est maintenu par les forces de surfacegouttelettes de minuscules (des ganglions) dans l&#39;espace des pores de la roche 6. Cela peut se produire soit naturellement, par la migration du panache de CO 2 7-9, ou peut être induite par l&#39;injection de chasse saumures 10. Afin de comprendre les processus qui régissent l&#39;écoulement et de piégeage de ce CO 2 dans le sous-sol d&#39;une nouvelle série d&#39;expériences doit être menée, en exploitant de nouvelles avancées dans la technologie pour mieux comprendre la physique fondamentale associée à flux multi-phase. Microtomographie à rayons X a développé une technique au cours des 25 ans à partir de premières tentatives de visualiser les deux échantillons géologiques sec 11 et plusieurs phases fluides 12 à la méthode principale pour l&#39;imagerie non-invasive des carottes de roche, à la fois à des fins de modélisation et expérimentale mise en œuvre 13-15. Parce que la microtomographie est non-invasive, il a la capacité d&#39;étudier les systèmes dans des conditions représentatives, ce qui est particulièrement attractive pour le système CO 2 -brine-rock, que le comportement de l&#39;écoulement polyphasique du SCCO 2 dépend fortement sur ​​les propriétés thermo-physiques, telles que la tension interfaciale et l&#39;angle de contact, qui sont à leur tour une forte fonction des conditions de système tels que la température, la pression et la salinité de 16 à 18. Dans un tel système complexe, avec un tel ensemble vaste et mal compris de variables interdépendantes, des expériences utilisant des structures de pores idéalisées 19 ou fluides analogiques 20,21 peuvent ne pas être applicable à l&#39;écoulement des processus dans la subsurface. Imagerie multiples fluides à des conditions représentatives d&#39;un CO 2 formation d&#39;injection prospective a, cependant, est resté un défi 22. Dans cette étude, nous présentons une méthodologie pour l&#39;examen du comportement multi-fluide aux conditions du réservoir, en se concentrant sur ​​l&#39;examen des capillaire piégeage 23,24. Cela comprendra la conception d&#39;une stratégie d&#39;imagerie, l&#39;assemblage de la cellule fluide, l&#39;injection stratégie et traitement de l&#39;image suivante. L&#39;examen expérimentale du comportement d&#39;écoulement multiphase dimension des pores dans les systèmes réels de roche se concentre sur la formation d&#39;image de carottes de roche partiellement saturés après injection à la fois la phase non mouillante (drainage) et injection de mouillage de phase (imbibition). Ces fluides sont injectés en connectant les noyaux à des pompes d&#39;injection de fluides utilisant des conduites d&#39;écoulement flexibles, tout en confinant le noyau en utilisant une conception de coreholder Hassler de type 25. Pour l&#39;image avec succès l&#39;arrangement in situ de deux BCSC et de la saumure, un roman et dispositif expérimental très sensible a été utilisé, en se concentrant principalement sur ​​l&#39;utilisation d&#39;une haute résolution x-ray microscope 23,24,26. Les exigences relatives à la réalisation d&#39;expériences à des températures et des pressions élevées sont très strictes, et nécessitent récents développements dans la technologie des matériaux et de micro-CT installations. Les exigences clés qui doivent être remplies sont que tout détenteur noyau / échantillon doit être able pour résister à haute pression haute température (HPHT) conditions tout en restant suffisamment x ray-transparente pour permettre l&#39;imagerie efficace. Instruments fondés sur le Lab-imposent une contrainte supplémentaire, selon le porte-noyau doit être assez petit de sorte que la source de rayons X peut être placé à proximité de l&#39;échantillon et que suffisamment grand géométrique grossissement x-ray peut être réalisé de telle sorte que l&#39;espace des pores est efficacement résolu. Bien que cette contrainte a été quelque peu assouplies avec l&#39;introduction de l&#39;optique secondaires dans les nouvelles machines micro-CT effectuées en laboratoire, il n&#39;a pas été complètement enlevé, surtout si les temps d&#39;acquisition rapides sont souhaitées, comme les grossissements optiques plus élevés ont tendance à augmenter le temps nécessaire à l&#39;acquisition images. Des expériences avec des fluides solubles constituent un défi supplémentaire lors de l&#39;utilisation de longs temps d&#39;acquisition, sous forme de CO 2 va diffuser à travers les parties polymères du montage expérimental, réduire la saturation in situ fluide. Unll ces questions signifie que temps de balayage de plus de l&#39;ordre de 2 h étaient inapplicables. Afin de réduire les temps d&#39;analyse ci-dessous cette exigence, particulièrement sévères pour les sources à base de laboratoire, le porte-noyau doit être d&#39;environ 1 cm de diamètre. Une taille de coreholder plus grand il aurait fallu le détecteur à être beaucoup plus loin de la source pour obtenir le même grossissement géométrique, ce qui réduit le flux incident de rayons X sur le détecteur et par conséquent de plus en plus nécessaire de projection des temps d&#39;exposition. La cellule d&#39;écoulement utilisée dans ces expériences a été basé sur une conception de cellule Hassler traditionnelle, construite autour d&#39;un manchon en fibre de carbone, avec une conception de manchon similaire à celui utilisé par Iglauer et al 27, mais avec deux modifications importantes:. 1) le composite de fibres de carbone utilisé dans la fabrication du manchon a été modifié à partir de fibres T700, avec une rigidité de 230 GPa, de fibres M55, avec une rigidité de 550 GPa. Cela réduit non seulement la quantité de mouvement de l&#39;échantillon pendant l&#39;acquisition de tomographie, mais a également augmenté le maximum working pression de la cellule à partir de 20 MPa à 50 MPa. 2) Le manchon a été allongé de 212 mm à 262 mm pour permettre la source et le détecteur pour être aussi proche que possible de l&#39;échantillon. Une lacune expérimentale majeur dans la première étude à utiliser micro-CT d&#39;examiner CO 2 dans des conditions de réservoir a été l&#39;utilisation de lignes métalliques pour contrôler le flux vers et depuis le porte-noyau 27. Lorsque l&#39;échantillon est mis en rotation par rapport à la pompe, les lignes d&#39;écoulement doivent également être mis en rotation. Lignes d&#39;écoulement rigides peuvent provoquer l&#39;échantillon de se déplacer, ce qui réduit la résolution de l&#39;image effective ou faisant partie ou la totalité de l&#39;ensemble de données inutilisable. Pour éviter cela, nous avons remplacé toutes les lignes de flux à proximité de la phase de rotation avec souple éther cétone de polyéther (PEEK) tubulure. Ces lignes de flux étaient flexible, en offrant de très petites forces latérales (charge) à la porte-noyau lors de l&#39;acquisition. Nous avons également joint les lignes de flux aux vannes attachés à l&#39;étape de l&#39;échantillon, plutôt que de fixer les lignes de flux à l&#39;coreholder. Cela signifie que ne importe quelle charge de ligne de flux existant a été transmise directement à l&#39;étape, au lieu de l&#39;échantillon, ce qui réduit la probabilité de mouvement de l&#39;échantillon. Un inconvénient majeur de l&#39;utilisation du tube de PEEK est que le CO 2 est capable de diffuser lentement à travers elle, sur une échelle de temps de l&#39;ordre de 24 h. Cela signifie que le CO 2 de la saumure saturée à gauche dans les lignes d&#39;écoulement se désaturer progressivement. Un autre inconvénient majeur expérimentale des études antérieures était inexact contrôle de la température. Cela peut influer sur les résultats d&#39;un certain nombre de façons. Tout d&#39;abord, la température est un fort contrôle sur la tension et l&#39;angle de contact interfaciale 16-18. En outre, la solubilité des deux SCCO 2 et de roches carbonatées en saumure est également très dépendante de la température 28. contrôle de la solubilité est critique, comme lorsque SCCO 2 est injecté dans un aquifère salin de carbonate il se dissoudra dans la saumure résident, formant un acide carbonique très réactif, ce qui, à turn commencer à dissoudre toute calcite présente. Toute inexactitude dans le contrôle de la solubilité peut donc conduire à SCCO 2 dissolution / exsolution ou solide dissolution / précipitation. Des études antérieures 27 ont utilisé un fluide de confinement chauffée pour chauffer l&#39;coreholder; mais ce ne était problématique. Il a les inconvénients liés à la difficulté de maintenir avec précision une pression de confinement constante à l&#39;aide d&#39;un approvisionnement en eau de recirculation, nécessitant bains de chauffage supplémentaires pour que l&#39;offre. En outre, ce système maintient seulement un contrôle précis de la température au point du bain de chauffage (pas au point du support de noyau, et le fluide de confinement se refroidir entre le bain d&#39;eau et le porte-noyau). Elle nécessite également la fois une entrée et un orifice de sortie pour le fluide de confinement, augmentant le nombre de conduites de fluide fixés au coreholder et la charge de la ligne d&#39;écoulement de façon croissante. Au lieu d&#39;utiliser un fluide de confinement chauffée, d&#39;un Infrastructures soupleveste ng a été utilisé pour entourer le support de noyau. Cette méthode de chauffage très simple abouti à très peu de charge de coreholder, et a permis pour le chauffage précis et exacts. Un film de polyimide de chauffage extrêmement mince a été utilisée, afin de minimiser la taille de l&#39;échantillon. La construction de ce film est constitué d&#39;un élément de gravure de cuivre de feuille 0,0127 mm d&#39;épaisseur, encapsulée entre deux couches de film de polyimide de 0,0508 mm. Les éléments de cuivre présents dans l&#39;enveloppe ne affectent pas sensiblement la qualité de l&#39;image. La température a été mesurée en utilisant un thermocouple assis dans l&#39;espace annulaire de confinement de la cellule. Il a été positionné sur le côté extérieur du manchon de confinement, aussi près que possible du noyau, en assurant une lecture précise, fiable et stable de la température du fluide des pores. Le film de thermocouple et le chauffage ont été connecté à un contrôleur sur mesure Proportionnelle Intégrale Dérivée (PID), et les températures ont été contrôlées à ± 1 ° C. Pour maintenir complète vo de commandeer solubilité entre phases, et représentent les conditions présentes dans l&#39;aquifère loin du site d&#39;injection, avant l&#39;injection de la saumure a été équilibrée avec SCCO 2 en mélangeant vigoureusement les deux fluides ensemble avec de petites particules (1 à 2 mm) de la roche d&#39;accueil dans un réacteur agité et chauffé. Tous les composants en contact avec l&#39;intérieur de ce réacteur sont faites de Hastelloy pour minimiser la corrosion. Le réacteur contient un tube plongeur pour permettre filtré pour le fluide dense pour être extraits de la base du réacteur (saumure) et le fluide moins dense pour être extraits de la partie supérieure du réacteur (SCCO 2). Pompes à seringue à haute pression ont été utilisés pour maintenir le flux de pression et de contrôle dans l&#39;espace des pores de la roche et dans le réacteur, avec une précision de déplacement de 25,4 nl. L&#39;appareil expérimental utilisé dans cette étude est illustré sur la figure 1. Le sel ionique utilisé pour l&#39;expérience dont les résultats représentatifs ont été établis était iodure de potassium (KI), car elle a un poids atomique élevé et donc uncoefficient d&#39;atténuation de rayons X haute, ce qui en fait un agent de contraste efficace. Moins d&#39;atténuation (sels tels que NaCl) ou des mélanges peuvent être utilisés, cependant salinités plus grandes seront nécessaires pour atteindre le même atténuation de rayons X.

<table><tbody><tr><td>Pompe à seringue haute pression</td><td>Teledyne ISCO</td><td>1000D</td><td></td></tr><tr><td>Parr Réacteur</td><td>Parr Instrument Company</td><td>4547A - hastelloy</td><td></td></tr><tr><td>PEEK Tubing</td><td>Kinesis</td><td>1560xL</td><td></td></tr><tr><td>Iodure de potassium Sel</td><td>Sigma Aldrich</td><td>30315-1KG</td><td></td></tr><tr><td>Dioxyde de carbone</td><td>BOC</td><td>CO2 - taille E</td><td></td></tr><tr><td>Thermocouple</td><td>Omega Ingénierie</td><td>KMTSS-IM300U-150</td><td></td></tr><tr><td>Kapton Flexible Heater</td><td>Omega Engineering</td><td>KH-112/10-P</td><td></td></tr><tr><td>Microscope à rayons X</td><td>Zeiss</td><td>Versa XRM 500</td><td></td></tr><tr><td>Snoop Détecteur de fuites</td><td>Swagelok</td><td>MS-SNOOP-8OZ</td><td></td></tr><tr><td>Manchon en polymère (Viton) Flouro-Elastomer</td><td>Fisher Scientific</td><td>11572583</td><td></td></tr><tr><td>Micro-CT Coreholder</td><td>Airborne Composites</td><td>262mm Coreholder</td><td>Construit en conjonction avec</td></tr><tr>le<td>programme tomographique</td> de <td>l’Imperial College Zeiss</td><td>XM-Reconstructor</td><td></td></tr><tr><td>ImageJ - traitement d’image</td><td>NIH</td><td>ImageJ</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>Matlab</td><td>Utilisé pour l’analyse de régression</td></tr><tr><td>Avizo</td><td>FEI</td><td>Avizo</td><td></td></tr></tbody></table>

imagerie reservoir État pore échelle des phases fluides multiples utilisation de microtomographie à rayons x

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

Microtomographie à rayons X a été utilisé pour l&#39;image, à une résolution de 6,6 um, l&#39;arrangement pores échelle de résiduelle ganglions de dioxyde de carbone dans l&#39;espace des pores d&#39;une roche carbonatée à des pressions et des températures représentant de formations typiques utilisés pour stockage du CO 2. Équilibre chimique entre le CO 2, de la saumure et de roche phases a été maintenu en utilisant un réacteur à haute température haute pression, reproduisant les conditions loin du site d&#39;injection. L&#39;écoulement de fluide a été contrôlé à l&#39;aide de pompes haute pression de la seringue à haute température. Pour maintenir représentatives des conditions in situ dans le scanner micro-CT une fibre de carbone haute pression micro-CT coreholder a été utilisé. Échange diffusif CO 2 à travers le manchon de confinement de l&#39;espace des pores de la roche au fluide de confinement a été empêchée par entourant le noyau avec une triple enveloppe de feuille d&#39;aluminium. Reconstruit contraste de saumure a été modélisé en utilisant une source de rayons X polychromatique, et la composition de la saumure wcomme choisi pour maximiser le contraste trois de phase entre les deux fluides et de la roche. Conduites d&#39;écoulement flexibles ont été utilisés pour réduire les forces de l&#39;échantillon lors de l&#39;acquisition de l&#39;image, ce qui pourrait causer le mouvement non désirée d&#39;échantillon, une lacune majeure dans les techniques précédentes. Un thermocouple interne, placé directement adjacent au noyau de roche, associée à une enveloppe souple de chauffage externe et un contrôleur PID est utilisé pour maintenir une température constante à l&#39;intérieur de la cellule d&#39;écoulement. Des quantités importantes de CO 2 ont été pris au piège, avec une saturation résiduelle de 0,203 ± 0,013, et la taille des volumes plus grands ganglions obéissent distributions de droit de la puissance, conformément à la théorie de la percolation.

Les résultats pour un seul carbonate, Ketton calcaire, un oolite de la partie supérieure Lincolnshire Limestone membres ont été analysés en 3D afin d&#39;identifier et de mesurer le volume de chaque ganglion uniques déconnecté, qui a été ensuite marqué (figure 6). Tout le traitement a été menée dans les programmes Avizo incendie 8.0 et ImageJ 37. Les images segmentées partiellement saturés ont été analysés par comptage du nombre de voxels de façon résiduelle piégée SCCO 2 pour trouver la proportion du volume de roche occupé par piégé SCCO 2 - la capacité de piégeage capillaire. Cela peut ensuite être converti en une saturation résiduelle (S r) en divisant cette valeur par la porosité obtenue à l&#39;aide d&#39;hélium comme la porosimétrie. Des proportions importantes de SCCO 2 ont été piégés en saturation résiduelle, avec une saturation résiduelle de 0,203 ± 0,013. Ceci est en accord avec les résultats trouvés dans les études précédentes utilisant micro-CT 23. Des études plus importantes noyau échelle de piégeage résiduelle dans ce type de roche ont montré une saturation résiduelle inférieure de 0,137 ± 0,012 38. L&#39;introduction de la saumure dans un noyau saturé SCCO 2 est un processus d&#39;imbibition où un fluide de mouillage (eau glycolée) envahit chaque pore, déplacer un fluide non mouillant (SCCO 2). Dans une roche fortement humide l&#39;eau nous nous attendons à l&#39;eau pour remplir les zones de l&#39;espace des pores par ordre de taille 39,40, le piégeage ganglions déconnecté au processus appelé sécable. Ce processus devrait être percolation comme 41 afin prédictions peuvent être faites au sujet de la distribution de la taille des groupes isolés. Le nombre n de groupes de volumes s (mesurée en voxels) doit se adaptent comme, où τ est l&#39;exposant Fisher 42. Réseau de modélisation a montré que dans des réseaux réguliers cubiques en trois dimensions la valeur de cet exposant est autour de τ = 2,189 43. Une façon naturelle de l&#39;extraction de cet exposant à partir des données réellesest de tracer la quantité binned, tel que défini par Dias et Wilkinson 41. <img alt="Equation 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52440/52440eq1.jpg" /> qui devrait évoluer comme suit: <img alt="Equation 2" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52440/52440eq2.jpg" /> Ce est alors tracée sur un terrain log-log en fonction de s (figure 7), montrant un comportement en loi de puissance pour les gros ganglions, mais une sous-représentation des plus petits ganglions par rapport au modèle de loi de puissance. L&#39;exposant a été calculé en excluant les ganglions inférieure à 10 5 voxels (environ le début du comportement en loi de puissance) et la réalisation de Levenberg-Marquardt régression 44,45 résiduelle en utilisant un algorithme d&#39;ajustement moins robuste absolue 46,47. Ceci a été réalisé en utilisant un logiciel commercial. L&#39;exposant Fisher pour ce système était 2,287 ± 0,009, close à la valeur théorique de 2,189, ce qui indique que l&#39;imbibition dans ce système est en effet comme percolation. Plus généralement ces résultats confirment les conclusions dans les grandes expériences core-inondation 38,48,49 que SCCO deux actes que la phase non mouillant dans les carbonates. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig1.jpg" /> Figure 1. appareil expérimental, montrant les pompes, vannes et réacteur utilisés pour contrôler le flux et le siège de la coreholder dans l&#39;enceinte micro-CT. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig1large.jpg" target="_blank">Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig2.jpg" /> La figure 2. Le spectre d&#39;énergie normalisé pour les rayons X incidents sur le noyau, fi<html> filtré à travers le coreholder, confinant manche et confinant fluide. Calculé selon SpekCALC 29-31. <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig3.jpg" /> Figure 3. Les coefficients d&#39;atténuation linéaires de différents fluides et de matériaux rocheux en fonction de l&#39;énergie des photons. <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig4.jpg" /> Figure 4. Détail de l&#39;ensemble de noyau, montrant une pellicule d&#39;aluminium triple autour du noyau, empêchant diffusion échange de CO 2 dans le manchon fluoro-élastomère. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig4large.jpg" target="_blank">Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> 0 / 52440fig5.jpg &quot;/&gt; Figure 5. Détail de la cellule de débit, appareils de chauffage et de l&#39;emplacement de l&#39;ensemble de base au sein de la cellule d&#39;écoulement. Le thermocouple doit être placé aussi près que possible de la face d&#39;entrée de la base. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig5large.jpg" target="_blank">Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure .</a> <img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig6.jpg" /> Figure 6. Image de carbonate après le drainage et l&#39;imbibition. (A) de rendu en 3D de l&#39;âme après drainage où chaque groupe de phase non mouillante est donnée à une couleur différente. (BF) un rendu 3D de l&#39;âme après cinq expériences d&#39;imbibition, comme décrit pour la couleur (A). La large gamme de couleurs indique une phase résiduelle mal connecté. (G) A-section transversale de l&#39;âme après le drainage. La phase la plus sombre est le SCCO 2, la phase intermédiaire est la saumure et la phase la plus légère est le grain de la roche. (H) Une coupe transversale de l&#39;âme après imbibition. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig6large.jpg" target="_blank">Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig7.jpg" /> Figure 7. La distribution de la taille des ganglions résiduelle représenté sur la figure 6. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Matériau de remplissage Porosité </td><td> Vide </td><td> CO 2 </td><td> H 2 O </td><td> H 2 O - 7% en poids de NaCl </td><td> H 2 O - 7% en poids KI </td><td> Solide (CaCO 3) </td></tr><tr><td> Facteur de transmission </td><td> 0,25 </td><td> 0,247 </td><td> 0,243 </td><td> 0,242 </td><td> 0,224 </td><td> 0,202 </td></tr><tr><td> Changement de facteur de transmission par rapport à l&#39;aspirateur </td><td> N / A </td><td> -0,003 </td><td> -0,007 </td><td> -0,008 </td><td> -0,026 </td><td> -0,048 </td></tr></tbody></table> Tableau 1. Résumé des résultats (facteur et le changement de facteur de transmission par rapport au boîtier rempli de vide transmission) de simulation des propriétés optiques des rayons X de la matière de roche et des pores espace remplissage imagée au cours de cette étude. Chaque colonne représente un matériau différent remplir l&#39;espace des pores de la roche dans le coreholder.

Nous présentons une méthodologie pour l’imagerie de plusieurs phases fluides dans des conditions de réservoir par l’utilisation de la microtomographie à rayons X. Nous montrons quelques résultats représentatifs du piégeage capillaire dans un échantillon de roche carbonatée.

Imagerie Reservoir État Pore échelle des phases fluides multiples Utilisation de microtomographie à rayons X

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

L'objectif de cette procédure est d'obtenir des images non invasives de plusieurs phases fluides dans l'espace poreux d'une roche, à des conditions réalistes de température et de pression similaires à celles rencontrées dans les réservoirs et aquifères souterrains. Cela est réalisé en assemblant d'abord soigneusement l'échantillon cylindrique de roche et en le plaçant à l'intérieur d'un porte-échantillon haute pression, haute température. La deuxième étape consiste à relier le porte-échantillon aux pompes de contrôle haute pression, haute température et au réacteur à l'aide de tubes flexibles en acier inoxydable.Ensuite, la pression et la température dans le système sont ramenées à celles du représentant. Les conditions et fluides souterrains sont mis en équilibre et injectés dans l'espace poreux de la roche. En fin de compte, condition du réservoir.L'imagerie micro-CT est utilisée pour visualiser à la fois la quantité et la répartition du dioxyde de carbone retenu sous forme de phase résiduelle piégée après injection d'eau salée. Cette méthode permet de répondre à des questions essentielles dans le domaine des écoulements polyphasiques en milieux poreux, telles que la détermination de la saturation résiduelle due au piégeage capillaire, ainsi que les mesures d'usure et d'angle de contact. Bien que cette méthode puisse fournir des informations sur les systèmes roche-saumure-CO₂ supercritique, avec des applications au captage et au stockage du carbone, elle peut également être utilisée pour les systèmes roche-saumure-hydrocarbures afin d'étudier des phénomènes liés à la récupération assistée du pétrole et aux ressources internationales.La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car les étapes de préparation de l'échantillon et d'assemblage du cœur sont difficiles à apprendre. En effet, les relations entre l'assemblage du cœur, le cœur lui-même, le manchon de confinement et les multiples enveloppes en aluminium sont complexes. Pour commencer cette procédure, vérifiez soigneusement les raccordements de l'équipement afin de détecter toute fuite de fluide.Ensuite, placer la saumure à la base du réacteur. Enrouler le chauffage souple autour de la cellule d'écoulement. Puis, construire les raccords métalliques terminaux en retirant le filetage du bout d'un huitième de pouce d'un raccord réducteur d'un seizième de pouce à un huitième de pouce. Ensuite, découper de petites rainures sur la face du bout d'un huitième de pouce du raccord afin de répartir le dioxyde de carbone injecté sur toute la surface du cœur.Ensuite, faites passer le thermocouple haute pression à travers les pièces métalliques d'extrémité du joint de la cellule de microécoulement, puis scellez le thermocouple à l'aide des raccords et écrous d'un quart de pouce, de sorte que le soudure chaude se trouve adjacente à la face interne de l'écrou du noyau, à l'intérieur de l'anneau de confinement de la cellule L. Ensuite, percez l'échantillon souhaité pour obtenir un noyau de 6,5 millimètres de diamètre et de 30 à 50 millimètres de longueur. Aplanissez les extrémités du noyau afin d'assurer une bonne connexion avec les pièces métalliques d'extrémité. Ensuite, enveloppez ce noyau dans du papier d'aluminium.Placez-le ensuite dans un manchon en élastomère de fluoropolymère. Reliez ensuite les extrémités du manchon en élastomère aux raccords métalliques. Ajoutez une autre couche de feuille d'aluminium à l'extérieur du manchon en élastomère avant de placer le jonction chaude du thermocouple à côté de la face d'entrée du cœur, puis ajoutez une couche finale de feuille d'aluminium.Ceci constitue l'ensemble central. Assemblez maintenant la cellule de microécoulement avec l'ensemble central scellé à l'intérieur. Connectez la cellule à la platine située dans l'enceinte de micro-CT à l'aide d'une pince fixée sur le dessus de la platine rotative de CT.Dans cette procédure, fermez toutes les vannes sauf les vannes un, deux et trois. Ensuite, chargez le dioxyde de carbone du cylindre dans la pompe un et dans le réacteur. Puis fermez la vanne un.Augmentez lentement la température et la pression du réacteur jusqu'aux valeurs souhaitées pour le fluide interstitiel de manière vigoureuse. Mélangez le fluide interstitiel pendant au moins 12 heures afin de garantir que toutes les phases soient à l'équilibre chimique avant l'injection. Ensuite, ouvrez la vanne 14 et chargez le fluide de confinement dans la pompe trois.Ensuite, fermez-le et ouvrez les vannes 12 et 13. Presurisez l'anneau de confinement de la cellule à au moins 10 % de plus que la pression du fluide interstitiel proposée. Ensuite, ouvrez la vanne 11.Chargez la saumure dans la pompe deux et fermez-la. Ouvrez ensuite les vannes neuf, huit et six. Pressez lentement l'espace poreux de la roche jusqu'à atteindre la pression souhaitée du fluide interstitiel, puis remplissez l'espace poreux de l'échantillon avec la saumure qui n'a pas été mise en équilibre avec le dioxyde de carbone supercritique.Ouvrez maintenant la vanne quatre et faites passer plus de 1000 volumes de pores de saumure équilibrée à travers le cœur en rechargeant la pompe deux à un débit constant. Dans cette procédure, faites passer 10 volumes de pores de dioxyde de carbone supercritique à travers le cœur à un débit très faible, en veillant à maintenir continuellement un nombre capillaire faible d'environ 10 à la puissance moins six. Acquérez des projections 2D afin de mesurer précisément le volume total injecté pendant que le dioxyde de carbone supercritique déplace la saumure dans l'espace poreux. Faites ensuite passer 10 autres volumes de saumure équilibrée à travers le cœur au même débit faible, ce qui entraîne le piégeage du dioxyde de carbone supercritique sous forme de phase résiduelle dans l'espace poreux.Après cela, effectuez plusieurs balayages de l'échantillon afin d'obtenir une image du drainage ou de l'inhibition. Utilisez une taille de voxel telle que le diamètre complet du noyau tienne dans le champ de vision. Ensuite, reconstruisez les balayages à l'aide d'un programme de reconstruction tomographique.Recréer les volumes composites en assemblant plusieurs sections superposées nécessaires de manière séquentielle. L'image présentée ici est une reconstruction 3D du noyau après drainage, où chaque agrégat de phase non mouillante se voit attribuer une couleur différente. Ces cinq images montrent une reconstruction 3D du même noyau après cinq expériences d'inhibition distinctes, tandis que la grande variété de couleurs indique une phase résiduelle faiblement connectée.Il s'agit d'une coupe transversale du noyau après drainage. La phase la plus foncée est le dioxyde de carbone supercritique. La phase intermédiaire est la saumure, et la phase la plus claire est le grain de roche ; ceci représente une coupe transversale du noyau.Après l'inhibition, la loi de puissance régissant la distribution de la taille des ganglions résiduels est présentée ici. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en environ deux heures si elle est effectuée correctement. N'oubliez pas que travailler avec des équipements sous haute pression et à haute température peut être extrêmement dangereux ; des précautions telles qu'une formation appropriée et la certification du matériel doivent donc être prises avant d'entreprendre la procédure expérimentale.

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