Obrazowanie w skali porów i charakterystyka zwilżalności skał złożowych węglowodorów w warunkach podpowierzchniowych za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej

Ogólnym celem tych prac jest opracowanie dokładnego protokołu charakteryzującego zwilżalność in situ skał zbiornikowych w warunkach podpowierzchniowych. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące wielofazowych przepływowych mediów porowatych z zastosowaniem do odzyskiwania oleju, usuwania zanieczyszczeń i magazynowania dwutlenku węgla. Główną zaletą tej techniki jest to, że możemy badać procesy przemieszczenia i zwilżalność w systemach naturalnych.

Protokół ten pokazuje, w jaki sposób określić zwilżalność in situ skał zbiornikowych węglowodorów w warunkach podpowierzchniowych lub na podstawie segmentowanych trójwymiarowych obrazów rentgenowskich. Protokół wymaga pobrania mini próbki skały. Uzyskać mini próbki z próbek rdzeniowych i spłaszczyć każdy koniec, aby ułatwić dobry kontakt.

Określić całkowitą porowatość próbki i ocenić jej wewnętrzną strukturę porów. Podczas mikrotomografii rentgenowskiej należy używać uchwytu rdzenia typu Hassler. Najpierw pracuj z górną częścią uchwytu rdzenia, aby nawlec rurki z polieteroeteroketonu.

Następnie przymocuj rurkę do wykonanej na zamówienie końcówki, która mieści próbkę. Nawlecz podstawę uchwytu rurką, która przechodzi do drugiego elementu końcowego. Następnie zdobądź gumową rurkę wystarczająco długą, aby zakryć próbkę i końcówki.

Wsuń próbkę do rurki. Gdy znajdzie się w środku, połącz końcówki z górną i dolną częścią próbki. Teraz umieść termoparę na końcówce podstawy, tak aby jej końcówka znajdowała się obok podstawy próbki.

Zabezpiecz go taśmą aluminiową. Ostrożnie zakończ montaż uchwytu rdzenia. Ten zespół uchwytu rdzenia jest gotowy do użycia w protokole.

Ten schemat zawiera szczegóły jego budowy. W przekroju pokazano warstwy otaczające próbkę, w tym kurtkę grzewczą, rękaw z włókna węglowego i płyn ograniczający. Użyj tulei z włókna węglowego o małej średnicy, aby źródło promieniowania rentgenowskiego znajdowało się blisko próbki.

Termopara mierzy temperaturę płynu ograniczającego. Użyj zacisku do przytrzymania i transportu zespołu uchwytu rdzenia. Zabierz zespół uchwytu rdzenia do skanera mikrotomografii rentgenowskiej.

Za pomocą zacisku podeprzeć uchwyt rdzenia pionowo na stoliku obrotowym. Gdy uchwyt rdzenia znajdzie się na miejscu, podłącz rurkę od góry i od dołu. Rurki od góry i od dołu uchwytu rdzenia trafiają do różnych otwartych zaworów trójdrogowych.

Ponadto podłączyć rurkę z przewodu ograniczającego uchwytu rdzenia do pompy strzykawkowej zawierającej wodę dejonizowaną. Za pomocą pompy strzykawkowej zastosować ciśnienie ograniczające 1,5 megapaskali (1,5 megapaskali ograniczającego). Teraz podłącz butlę z dwutlenkiem węgla do podstawowego zaworu trójdrogowego.

Przepłukiwać próbkę CO2 z niską szybkością przez jedną godzinę. Następnie odłącz butlę z dwutlenkiem węgla. Po wykonaniu tej czynności podłącz pompę strzykawkową z domieszkowaną solanką, pompę solankową, do podstawowego zaworu trójdrogowego.

Początkowo należy ustawić zawory w taki sposób, aby przepływ nie dostał się do próbki w celu wypłukania powietrza z przewodu wtryskowego. Następnie wstrzyknij solankę do próbki w ilości 0,3 mililitra na minutę przez godzinę, aby w pełni ją nasycić. Podłączyć płaszcz grzewczy i termoparę do regulatora PID.

Podłączyć pompę odbiorczą, pompę strzykawkową wypełnioną domieszkowaną solanką, do podstawowego zaworu trójdrogowego. Użyj pomp odbiorczych i ograniczających, aby zwiększyć ciśnienie porów i ciśnienia ograniczającego w krokach co jeden megapaskal odpowiednio do 10 i 11,5 megapaskala. W regulatorze PID ustaw docelową temperaturę płaszcza grzewczego na 60 stopni Celsjusza, aby zakończyć naśladowanie warunków podpowierzchniowych.

Wypłukać powietrze z przewodu i podłączyć pompę olejową do zamkniętego górnego zaworu trójdrogowego. Zwiększ ciśnienie do prawidłowego ciśnienia równoważnego. Następnie zatrzymaj pompę olejową i otwórz górny zawór trójdrogowy, aby wstrzyknąć 20 objętości porów oleju przy stałym natężeniu przepływu.

Po dwóch godzinach przygotuj się do wykonania zdjęć rentgenowskich. W przypadku obrazów o wysokiej rozdzielczości wybierz obiektyw 4X. Następnie dostosuj pozycje źródła i detektora.

Sprawdź obrót zespołu oprawki koronki głównej i rozpocznij skanowanie. Rozpocznij obrót zespołu oprawki koronki. Upewnij się, że rurka przymocowana do ogniwa nie przeszkadza w obracaniu się.

Kiedy wszystko jest w porządku, rozpocznij tomografię rentgenowską od dużej liczby projekcji. Po zakończeniu skanowania odłącz zespół uchwytu rdzenia i wyjmij go ze skanera. Przenieś uchwyt rdzenia do piekarnika o temperaturze 80 stopni Celsjusza.

Tam ponownie ustal natężenia przepływu, ciśnienia i wykonaj starzenie przez co najmniej trzy tygodnie. Po zakończeniu procesu starzenia przenieś zespół uchwytu rdzenia z powrotem do skanera. Najpierw podłącz pompę ograniczającą, aby zastosować to samo ciśnienie ograniczające.

Następnie podłącz przewód solanki do podstawowego zaworu trójdrogowego. Podłącz również pompę odbiorczą do górnej części uchwytu rdzenia za pomocą zaworu trójdrogowego. Po osiągnięciu ciśnienia docelowego otwórz górny zawór trójdrogowy, aby pompa odbiorcza przyłożyła ciśnienie porowe do rdzenia.

Kontynuuj tworzenie połączeń, aby przywrócić warunki podpowierzchniowe dla próbki. Następnie, przy wyłączonej pompie solanki, otwórz dolny zawór trójdrogowy, aby wykonać zalanie wodą o objętości 20 porów przy niskim natężeniu przepływu. Gdy system osiągnie równowagę, ponownie uzyskaj skany w wysokiej rozdzielczości w tym samym miejscu.

Zrekonstruuj dane tomografii rentgenowskiej za pomocą oprogramowania do rekonstrukcji. Zapisz obraz i otwórz go w oprogramowaniu Trainable Weka Segmentation. Wybierz narzędzie do rysowania odręcznego.

Użyj narzędzia do rysowania odręcznego, aby podświetlić wystąpienia jednej z faz na obrazie, w tym przypadku oleju. Po zakończeniu kliknij przycisk Dodaj do klasy. Spróbuj podążać za kształtem fazy, jednocześnie oznaczając piksele.

Następnie dodaj region do odpowiedniej klasy. Po oznaczeniu przykładów wszystkich trzech faz kliknij pozycję Train Classifier (Trenuj klasyfikator), aby podzielić cały obraz na segmenty. Przejrzyj obraz podzielony na segmenty.

W razie potrzeby powtórz kroki szkolenia i segmentacji, aby uzyskać dobre wyniki. Wybierz opcję Utwórz wyniki, aby uzyskać ostateczny obraz podzielony na segmenty. Zapisz obraz do późniejszego wykorzystania w oprogramowaniu do analizy.

Użyj obrazu podzielonego na segmenty, aby zmierzyć rozkład kąta zwilżania in situ. Metoda automatyczna tworzy arkusz kalkulacyjny z zmierzonymi kątami i ich współrzędnymi. Dane te pozwalają na wykreślenie rozkładu kątów zwilżania.

Są to rozkłady dla tygodniowej próbki mokrej wody i dwóch mieszanych próbek mokrych. W celu kontroli jakości należy przyciąć i podzielić na segmenty podobjętość minipróbki. Wybierz podobjętość z jednym lub kilkoma zwojami olejowymi do ręcznego pomiaru kąta zwilżania.

Znajdź rozkład kąta zwilżania in situ za pomocą automatycznego kodu. Załaduj wygenerowany plik VTK do oprogramowania do wizualizacji danych. Wybierz opcję regionu, aby wyświetlić fazy olejowe i solankowe.

Kliknij Lokalizacja sondy. Następnie wprowadź współrzędne losowo wybranego kąta zwilżania z danych wygenerowanych metodą automatyczną. Zlokalizuj jego położenie przestrzenne na trójfazowej linii jezdnej.

Teraz załaduj podzielony na segmenty obraz podwoluminu do oprogramowania do analizy danych. W oprogramowaniu wyszukaj moduł arytmetyczny. W module znajdź pole wyrażenia.

Wpisz wyrażenie wymagane do wyizolowania fazy olejowej i solankowej. Następnie wyszukaj moduł generowania powierzchni. Użyj go do wytworzenia powierzchni oleju i solanki.

Następnie przeszukaj wizualnie powierzchnie w poszukiwaniu wcześniej zidentyfikowanego punktu. Znajdź i otwórz moduł plasterków z przefiltrowanego surowego obrazu rentgenowskiego. Zmień wartość translacji, aby przenieść wycinek obrazu rentgenowskiego do poziomu punktu na powierzchni.

Znajdź moduł powierzchni etykiet. Wprowadź w nim trzy w polu liczba faz. Przejdź tylko do czarnych wokseli i wybierz nie.

Po zastosowaniu zmian i zmianie mapy kolorów wróć do modułu plasterków. Wybierz opcję ustaw zwykły. W opcjach wybierz pokaż przeciągacz.

Przesuń przeciągacz w miejsce, w którym będzie mierzony kąt zwilżania. Wyświetl opcje wyświetlania. Tam wybierz opcję obracania.

Obróć plasterek tak, aby był prostopadły do trójfazowej linii jezdnej. Po zakończeniu wybierz narzędzie do pomiaru kąta. Użyj narzędzia, aby zmierzyć kąt w wybranym punkcie.

Test automatycznego pomiaru kąta zwilżania polega na zestawieniu jego wyników z pomiarami kąta wykonanymi ręcznie. Podobnie jak w tym przypadku, wyniki powinny być w przybliżeniu równe. Te poziome przekroje poprzeczne to surowe obrazy rentgenowskie i ich segmentowane obrazy trzech próbek.

Segmentowane obrazy pozwalają na pomiar kątów zwilżania, określenie pozostałego nasycenia olejem i znalezienie kształtu pozostałych zwojów olejowych. Są to zmierzone rozkłady kąta zwilżania in situ dla trzech różnych próbek znalezionych przy użyciu tej metody. Próbka pierwsza ma tygodniowy stan mokrej wody spowodowany starzeniem statycznym w temperaturze 60 stopni Celsjusza bez wtrysku oleju.

Próbka druga jest przykładem mieszanych mokrych warunków z większą ilością mokrych powierzchni olejowych z powodu starzenia w temperaturze 80 stopni Celsjusza z wtryskiem oleju podczas starzenia. Próbka trzecia jest podobna do próbki drugiej, ale nie jest silnie mokra ze względu na niższą temperaturę starzenia i inny skład oleju. Morfologia oleju pozostałego po zalaniu wodą zmienia się w różnych warunkach zwilżania.

W przypadku cotygodniowej próbki mokrej wody solanka przesączała się przez małe rogi porów, pozostawiając olej uwięziony w środku przestrzeni porowych. W przeciwieństwie do tego, w mieszanych mokrych przypadkach próbek drugiej i trzeciej, solanka dostała się do środka porów jako faza niezwilżająca, pozostawiając olej połączony w warstwach przypominających arkusze w małych porach i szczelinach. Ważne jest, aby nie dopuścić do sytuacji, w której w systemie znajduje się powietrze, które może działać jako czwarta faza podczas patrzenia na obrazy.

Postępując zgodnie z tym protokołem, możesz przyjrzeć się rozkładowi skali porów płynów i zwilżalności w innych systemach, takich jak liście, korzenie lub ogniwa paliwowe. Pamiętaj jednak, że mamy do czynienia z promieniowaniem rentgenowskim i płynami pod wysokim ciśnieniem, więc bardzo ważne jest, aby przeprowadzono dokładną ocenę ryzyka, a osoby przeprowadzające eksperymenty przeszły odpowiednie szkolenie. Ta technika charakteryzowania zwilżalności in situ utorowała drogę naukowcom zajmującym się zwiększonym odzyskiem oleju do zbadania związanego z tym dodatkowego odzysku oleju ze względu na zmianę zwilżalności.