Poro-scala Imaging e caratterizzazione di idrocarburi serbatoio Rock bagnabilità alle condizioni di sottosuolo mediante microtomografia a raggi x

L'obiettivo generale di questo lavoro è quello di fornire un protocollo completo per caratterizzare la wettability in situ delle rocce del serbatoio in condizioni di sottosuolo. Questo metodo può aiutare a rispondere alle domande chiave nei mezzi porosi a flusso multifase con applicazione al recupero dell'olio, alla rimozione dei contaminanti e allo stoccaggio dell'anidride carbonica. Il principale vantaggio di questa tecnica è che possiamo studiare i processi di spostamento e la wettability nei sistemi naturali.

Questo protocollo mostra come determinare la wettability in situ delle rocce del serbatoio di idrocarburi in condizioni di sottosuolo o da immagini a raggi X tridimensionali segmentate. Il protocollo richiede un mini campione di roccia. Ottenere mini campioni da campioni di nucleo e appiattire ogni estremità per facilitare un buon contatto.

Determinare la porosità totale del campione e valutarne la struttura interna dei pori. Durante la microtomografia a raggi X, utilizzare un supporto per anime di tipo Hassler. Prima lavora con la parte superiore del supporto del nucleo per infilare tubi chetono di etere di polietere.

Quindi attaccare il tubo a un pezzo finale su misura che ospita il campione. Infilare la base del supporto con tubi che vanno all'altro pezzo finale. Quindi, ottenere tubi di gomma abbastanza a lungo da coprire il campione e i pezzi finali.

Far scorrere il campione nel tubo. Una volta che è all'interno, collegare i pezzi finali alla parte superiore e inferiore del campione. Ora posiziona una termocopia sul pezzo finale di base con la punta accanto alla base del campione.

Fissalo con nastro in alluminio. Completare con cura l'assemblaggio del supporto del nucleo. Questo gruppo di supporto principale è pronto per l'uso nel protocollo.

Questo schema fornisce dettagli sulla sua costruzione. In cutaway sono mostrati gli strati che circondano il campione tra cui una giacca riscaldante, una manica in fibra di carbonio e un fluido confinante. Utilizzare un manicotto in fibra di carbonio con un piccolo diametro per consentire alla sorgente di raggi X di essere vicina al campione.

La termocopia misura la temperatura del fluido confinante. Utilizzare un morsetto per tenere e trasportare l'assieme del supporto del nucleo. Portare l'assemblaggio del supporto del nucleo allo scanner di microtomografia a raggi X.

Con il morsetto, sostenere il supporto del nucleo verticalmente sullo stadio di rotazione. Una volta che il supporto del nucleo è in posizione, collegare il tubo dall'alto e dal basso. I tubi dall'alto e dal basso del supporto del nucleo vanno a diverse valvole aperte a tre vie.

Inoltre, collegare i tubi dalla linea di confinamento del supporto del nucleo a una pompa per siringhe contenente acqua deionizzata. Utilizzare la pompa della siringa per applicare 1,5 megapascal di pressione confinante. Ora collegare il cilindro di anidride carbonica alla valvola a tre vie di base.

Sciacquare la CO2 attraverso il campione a una velocità bassa per un'ora. Quindi scollegare il cilindro di anidride carbonica. Una volta fatto questo, collegare la pompa della siringa con salamoia drogata, la pompa di salamoia, alla valvola a tre vie di base.

Inizialmente impostare le valvole in modo che il flusso non entri nel campione per sciacquare l'aria dalla linea di iniezione. Quindi iniettare salamoia nel campione a 0,3 millilitri al minuto per un'ora per saturarla completamente. Collegare la giacca riscaldante e la termocopia a un controller PID.

Collegare la pompa ricevente, una pompa per siringhe piena di salamoia drogata, alla valvola a tre vie di base. Utilizzare le pompe di ricezione e confinamento per aumentare il poro e limitare le pressioni in incrementi megapascali rispettivamente a 10 e 11,5 megapascal. Al controller PID, impostare una temperatura target della giacca riscaldante di 60 gradi Celsius per completare le condizioni del sottosuolo imitante.

Sciacquare l'aria dalla linea e collegare una pompa dell'olio alla valvola a tre vie superiore chiusa. Aumentare la pressione alla pressione equivalente corretta. Quindi arrestare la pompa dell'olio e aprire la valvola a tre vie superiore per iniettare 20 volumi di olio a una portata costante.

Dopo due ore, preparati ad acquisire immagini a raggi X. Per le immagini ad alta risoluzione, selezionare un obiettivo 4X. Quindi regolare le posizioni della sorgente e del rilevatore.

Controllare la rotazione dell'assieme del supporto del nucleo e iniziare la scansione. Avviare la rotazione dell'assieme del supporto del nucleo. Assicurarsi che il tubo collegato alla cella non interferisca con la rotazione.

Quando tutto è in ordine, inizia la scansione tomografica a raggi X con un alto numero di proiezioni. Dopo la scansione, scollegare l'assieme del supporto del nucleo e rimuoverlo dallo scanner. Spostare il supporto del nucleo in un forno a 80 gradi Celsius.

Si stabiliscono di nuovo le portate, le pressioni e si esegue l'invecchiamento per almeno tre settimane. Una volta completato il processo di invecchiamento, spostare nuovamente l'assieme del supporto principale allo scanner. In primo luogo, collegare la pompa confinante per applicare la stessa pressione di confinamento.

Quindi collegare la linea di salamoia alla valvola a tre vie di base. Inoltre, collegare la pompa ricevente alla parte superiore del supporto del nucleo tramite la valvola a tre vie. Quando la pressione target viene raggiunta, aprire la valvola a tre vie superiore per fare in modo che la pompa ricevente applichi la pressione dei pori al nucleo.

Continuare a stabilire connessioni per ristabilire le condizioni del sottosuolo per il campione. Quindi, con la pompa di salamoia spenta, aprire la valvola inferiore a tre vie per eseguire allagamenti d'acqua di 20 volumi di pori a bassa portata. Dopo che il sistema ha raggiunto l'equilibrio, acquisire nuovamente scansioni ad alta risoluzione nella stessa posizione.

Ricostruire i dati della tomografia a raggi X utilizzando il software di ricostruzione. Salvare l'immagine e aprirla nel software di segmentazione Weka addestrabile. Selezionate lo strumento di disegno a mano libera.

Utilizzate lo strumento di disegno a mano libera per evidenziare le istanze di una delle fasi dell'immagine, in questo caso l'olio. Al termine, fare clic su Aggiungi alla classe. Provare a seguire la forma di una fase durante l'etichettatura dei pixel.

Aggiungere quindi l'area alla classe appropriata. Quando sono stati etichettati esempi di tutte e tre le fasi, fare clic su Addestra classificatore per segmentare l'intera immagine. Esaminare l'immagine segmentata.

Ripetere i passaggi di allenamento e segmentazione in base alle esigenze per ottenere buoni risultati. Scegliere Crea risultati per ottenere l'immagine segmentata finale. Salvare l'immagine per un uso successivo nel software di analisi.

Utilizzate l'immagine segmentata per misurare la distribuzione dell'angolo di contatto in situ. Il metodo automatizzato produce un foglio di calcolo con gli angoli misurati e le relative coordinate. Questi dati consentono un grafico della distribuzione degli angoli di contatto.

Si tratta di distribuzioni per un campione settimanale umido d'acqua e due campioni misti umidi. Per il controllo qualità, ritagliare e segmentare un sottovolume del mini campione. Selezionare un sottovolume con uno o più gangli d'olio per la misurazione manuale dell'angolo di contatto.

Trova la distribuzione dell'angolo di contatto in situ con il codice automatizzato. Caricare il file VTK generato nel software di visualizzazione dei dati. Selezionare l'opzione regione per visualizzare le fasi di olio e salamoia.

Fare clic su Posizione probe. Quindi immettere le coordinate di un angolo di contatto selezionato casualmente dai dati generati dal metodo automatizzato. Individuare la posizione spaziale nella linea di contatto trifase.

Ora carica l'immagine subvolume segmentata nel software di analisi dei dati. Nel software, cercare il modulo aritmetico. All'interno del modulo, trovare il campo dell'espressione.

Digitare l'espressione necessaria per isolare le fasi dell'olio e della salamoia. Quindi, cercare il modulo di superficie di generazione. Usalo per generare l'olio e le superfici di salamoia.

Quindi cercare visivamente le superfici per il punto identificato in precedenza. Trovare e aprire il modulo slice dall'immagine a raggi X non elaborati filtrata. Modificate il valore di traslazione per portare la sezione dell'immagine a raggi X al livello del punto sulla superficie.

Trovare il modulo superfici etichetta. Al suo interno, immettere tre nella casella numero di fasi. Passare solo ai voxel neri e selezionare no.

Dopo aver applicato le modifiche e modificato la mappa dei colori, tornare al modulo slice. Selezionare l'opzione imposta pianura. Nelle opzioni selezionare mostra trascinatore.

Spostare il trascinatore nella posizione in cui verrà misurato l'angolo di contatto. Visualizzare le opzioni di visualizzazione. Selezionare l'opzione di rotazione.

Ruotare la fetta in modo che sia perpendicolare alla linea di contatto trifase. Al termine, selezionare lo strumento di misurazione dell'angolo. Utilizzate l'utensile per misurare l'angolo nel punto selezionato.

Un test della misurazione automatica dell'angolo di contatto è quello di tracciare i suoi risultati rispetto alle misurazioni angolari effettuate manualmente. Come in questo caso, i risultati dovrebbero essere approssimativamente uguali. Queste sezioni trasversali orizzontali sono di immagini a raggi X grezze e le loro immagini segmentate di tre campioni.

Le immagini segmentate consentono di misurare gli angoli di contatto determinando la saturazione dell'olio rimanente e trovando la forma dei restanti gangli di petrolio. Queste sono le distribuzioni situ misurate dell'angolo di contatto per i tre diversi campioni trovati con questo metodo. Il campione uno ha una condizione settimanale di umidità dell'acqua dall'invecchiamento statico a 60 gradi Celsius senza iniezione di olio.

Il campione due è un esempio di condizione mista di bagnato con più superfici bagnate dall'olio a causa dell'invecchiamento a 80 gradi Celsius con iniezione di olio durante l'invecchiamento. Il campione tre è simile al campione due, ma non fortemente umido dall'olio a causa di una temperatura di invecchiamento più bassa e di una diversa composizione dell'olio. La morfologia dell'olio rimanente dopo l'allagamento dell'acqua varia nelle diverse condizioni di bagnatura.

Per il campione settimanale di acqua bagnata uno, la salamoia percolava attraverso i piccoli angoli dei pori lasciando l'olio intrappolato al centro degli spazi dei pori. Al contrario, per le casse umide miste di campioni due e tre, la salamoia è entrata al centro dei pori come una fase non bagnante lasciando l'olio collegato in strati simili a fogli in pori piccoli e fessure. È importante evitare di avere aria nel sistema che possa fungere da quarta fase quando si guardano le immagini.

Seguendo questo protocollo, è possibile esaminare la distribuzione della scala dei pori dei fluidi e la wettability in altri sistemi come foglie, radici o celle a combustibile. Ma ricordate, abbiamo a che fare con raggi X e fluidi ad alta pressione, quindi è molto importante che ci sia una valutazione approfondita del rischio e che le persone che fanno gli esperimenti abbiano avuto un addestramento adeguato. Questa tecnica di caratterizzazione della wettability in situ ha spianato la strada ai ricercatori nel campo del miglioramento del recupero dell'olio per esplorare il recupero di olio extra associato a causa del cambiamento di wettability.