Imagem Reservoir Condição Pore escala de múltiplas fases de fluidos utilizando microtomografia de raios-X
25 de fevereiro de 2015
Apresentamos uma metodologia para a imagem de múltiplas fases fluidas em condições de reservatório pelo uso de microtomografia de raios-x. Mostramos alguns resultados representativos do aprisionamento capilar em uma amostra de rocha carbonática.
O objetivo deste procedimento é obter imagens não invasivas de várias fases fluidas no espaço poroso da rocha em condições realistas de temperatura e pressão semelhantes às que ocorrem em reservatórios e aquíferos subterrâneos. Isso é feito primeiro montando o conjunto do núcleo com cuidado e colocando-o dentro de um suporte de núcleo de alta pressão e alta temperatura. O segundo passo é conectar o suporte do núcleo às bombas de controle de alta pressão e alta temperatura e ao reator usando tubulação de pico flexível.
Em seguida, a pressão e a temperatura no sistema são apagadas para as do representante. As condições e fluidos subterrâneos são equilibrados e injetados no espaço poroso da rocha. Em última análise, condição do reservatório.
A micro tomografia computadorizada é usada para mostrar a quantidade e a distribuição de dióxido de carbono mantido no lugar como uma fase residual presa após a injeção de salmoura. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo do escoamento multifásico em meios porosos, como determinação da saturação residual para aprisionamento capilar e medições de usabilidade e ângulo de contato. Embora este método possa fornecer informações sobre sistemas de rocha de salmoura de CO2 supercríticos com aplicação na captura e armazenamento de carbono, ele também pode ser usado para sistemas de rocha de salmoura de hidrocarbonetos para estudar fenômenos relacionados à recuperação aprimorada de petróleo e recursos internacionais.
A demonstração visual desse método é crítica, pois as etapas de preparação da amostra e montagem do núcleo são difíceis de aprender. Isso ocorre porque a relação entre o conjunto do núcleo, o núcleo, a luva de confinamento e os vários envoltórios de alumínio é complicada. Para iniciar este procedimento, teste cuidadosamente as conexões do equipamento quanto a vazamentos de fluido.
Em seguida, coloque a salmoura na base do reator. Enrole o aquecedor flexível ao redor da célula de fluxo Depois disso, construa as conexões de extremidade de metal removendo a rosca da extremidade de um oitavo de polegada de uma conexão redutora de um 16º de polegada para uma conexão redutora de um oitavo de polegada. Em seguida, corte pequenas ranhuras na face da extremidade de um oitavo de polegada da conexão para distribuir o dióxido de carbono injetado por toda a face do núcleo.
Posteriormente, passe o termopar de alta pressão pelas partes finais de metal da célula de microfluxo, sele o termopar usando os ferais e porcas de um quarto de polegada, de modo que a junção quente fique adjacente à face da porca do núcleo dentro do anel confinante da célula L. Em seguida, perfure a amostra desejada em um núcleo de 6,5 milímetros de diâmetro e 30 milímetros a 50 milímetros de comprimento. R nas extremidades do núcleo plano para garantir uma boa conexão com as peças finais de metal. Em seguida, embrulhe este núcleo em papel alumínio.
Em seguida, coloque-o dentro de uma luva de elastômero de polímero de flúor. Depois disso, conecte as extremidades da luva de elastômero às conexões de metal. Adicione outro envoltório de folha de alumínio ao exterior da luva de elastômero antes de colocar a junção quente do termopar próximo à face de entrada do núcleo e adicionar um envoltório final de folha de alumínio.
Isso forma o conjunto do núcleo. Agora monte a célula de microfluxo com o conjunto do núcleo selado dentro dela. Conecte a célula ao estágio dentro do gabinete do micro CT usando um grampo montado na parte superior do estágio de TC rotacional.
Neste procedimento, feche todas as válvulas, exceto as válvulas um, dois e três. Depois disso, carregue o dióxido de carbono do cilindro na bomba um e no reator. Em seguida, feche a válvula um.
Aumente lentamente a temperatura e a pressão do reator para o desejado para o fluido poroso vigorosamente. Misture o fluido dos poros por pelo menos 12 horas para garantir que todas as fases estejam em equilíbrio químico antes da injeção. Em seguida, abra a válvula 14 e carregue o fluido confinante na bomba três.
Em seguida, feche-o e abra as válvulas 12 e 13. Pressurize o anel confinante da célula a pelo menos 10% mais alto do que a pressão do fluido poroso proposta. Depois disso, abra a válvula 11.
Carregue a salmoura na bomba dois e feche-a. Posteriormente, abra as válvulas nove, oito e seis. Pressurizar lentamente o espaço poroso da rocha até que esteja à pressão desejada do fluido poroso e preencher o espaço poroso da amostra com salmoura que não tenha sido equilibrada com dióxido de carbono supercrítico.
Agora, abra a válvula quatro mais mais de 1000 volumes pobres de salmoura equilibrada através do núcleo, reabastecendo a bomba dois a uma taxa de fluxo constante neste procedimento após 10 volumes de poros de dióxido de carbono supercrítico através do núcleo a uma taxa de fluxo muito baixa, garantindo um baixo número capilar de cerca de 10 a menos seis continuamente. Faça projeções 2D para medir com precisão o volume total injetado enquanto o dióxido de carbono supercrítico está deslocando a salmoura no espaço dos poros. Passe outros 10 volumes de salmoura equiparada pelo núcleo na mesma baixa taxa de fluxo, resultando no aprisionamento de dióxido de carbono supercrítico como uma fase residual no espaço poroso.
Depois disso, faça algumas varreduras da amostra para obter imagens da drenagem ou inibição. Use um tamanho de voxel tal que todo o diâmetro do núcleo caiba dentro do campo de visão. Em seguida, reconstrua os exames usando o programa de reconstrução tomográfica.
Reconstrua os volumes compostos unindo várias seções sobrepostas que são necessárias sequencialmente. A imagem mostrada aqui é uma renderização 3D do núcleo após a drenagem, onde cada cluster de fases não umedecedoras recebe uma cor diferente. Essas cinco imagens mostram uma renderização 3D do mesmo núcleo após cinco experimentos de inibição separados, enquanto a grande gama de cores indica uma fase residual mal conectada.
Esta é uma seção transversal do núcleo após a drenagem. A fase mais escura é o dióxido de carbono supercrítico. A fase intermediária é a salmoura, e a fase mais leve é o grão de rocha, e esta é uma seção transversal do núcleo.
Após a inibição, a escala da lei de potência da distribuição do tamanho dos gânglios residuais é mostrada aqui. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em cerca de duas horas se executada corretamente. Lembre-se de que trabalhar com o equipamento em alta pressão e temperaturas pode ser extremamente perigoso, portanto, precauções como treinamento adequado e certificação de equipamentos devem ser tomadas antes de realizar o procedimento experimental.
Visão Geral
Este artigo apresenta uma metodologia para a obtenção de imagens de múltiplas fases fluidas em amostras de rochas sob condições de reservatório utilizando microtomografia de raios X. O estudo destaca o processo de aprisionamento capilar em uma amostra de rocha carbonática.
Principais Componentes do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Geociências
- Dinâmica dos fluidos
Contexto
- Compreender o comportamento dos fluidos em meios porosos é fundamental para aplicações na captura de carbono e na recuperação avançada de petróleo.
- O aprisionamento capilar é um fenômeno chave no escoamento multifásico em formações geológicas.
- Técnicas de imagem como microtomografia computadorizada (micro TC) fornecem informações sobre a distribuição e saturação dos fluidos.
- Condições de alta pressão e alta temperatura simulam ambientes subsuperficiais.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver uma técnica de imagem não invasiva para estudar fases fluidas em amostras de rochas.
- Analisar a distribuição do dióxido de carbono aprisionado após a injeção de salmoura.
- Fornecer uma demonstração visual do complexo processo de montagem para pesquisadores.
Métodos Utilizados
- Preparação da amostra de núcleo e colocação em um porta-amostras de alta pressão.
- Equilíbrio dos fluidos e injeção no espaço poroso da rocha.
- Imageamento por microtomografia computadorizada para visualizar a distribuição e saturação dos fluidos.
- Análise da saturação residual e dos fenômenos de aprisionamento capilar.
Resultados Principais
- Imagem bem-sucedida de múltiplas fases fluidas sob condições de reservatório.
- Demonstração do aprisionamento capilar de dióxido de carbono supercrítico em rocha carbonática.
- Visualização das distribuições de fluidos usando renderizações 3D a partir de imagens de tomografia computadorizada micro-CT.
- Compreensão da eficácia do método para o estudo do escoamento multifásico.
Conclusões
- A metodologia desenvolvida fornece informações valiosas sobre o comportamento de fluidos em meios porosos.
- Essa técnica pode auxiliar pesquisas relacionadas à captura de carbono e recuperação avançada de petróleo.
- Demonstrações visuais aprimoram a compreensão de configurações experimentais complexas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Esta metodologia permite a obtenção de imagens não invasivas e de alta resolução de sistemas multifásicos de fluidos sob condições relevantes para reservatórios, fornecendo informações essenciais em escala de poros sobre o comportamento de fluidos no subsolo. A capacidade de quantificar a saturação residual e a distribuição do tamanho de glóbulos suporta a compreensão mecanicista do aprisionamento capilar, um processo fundamental no gerenciamento de fluidos no subsolo. Essas capacidades orientam a avaliação de riscos e a tomada de decisões em aplicações energéticas no subsolo, nas quais a distribuição de fluidos e a eficiência do aprisionamento impactam o desempenho do sistema.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite investigar a dinâmica de fluidos multifásicos em meios porosos para esclarecer os mecanismos de deslocamento e aprisionamento.
- Valor Operacional: Fornece dados quantitativos com resolução espacial sobre a distribuição de fluidos sob condições controladas de pressão e temperatura.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera conjuntos de dados tridimensionais padronizados e reprodutíveis para comparar o comportamento de fases fluidas em diferentes propriedades interfaciais.
- Valor Operacional: Apoia fluxos de trabalho semelhantes a ensaios, nos quais etapas de injeção de fluido, equilibração e aquisição de imagens podem ser sistematizadas para estudos comparativos.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Conecta a imagem em escala de poros com modelos em escala contínua, fornecendo dados de validação para funções de permeabilidade relativa e pressão capilar.
- Valor Operacional: Facilita o aprimoramento iterativo de modelos de fluxo subterrâneo por meio da comparação direta entre as configurações de fluido previstas e observadas.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método integra-se aos fluxos de trabalho de caracterização subterrânea ao fornecer dados de validação em escala de poros que orientam simulações de fluxo em larga escala e o projeto operacional.
- Biologia da Descoberta: Apoia testes de hipóteses sobre o comportamento da fase fluida, forças interfaciais e efeitos da heterogeneidade em escala de poro na eficiência de aprisionamento.
- Triagem: Permite avaliação padronizada do aprisionamento residual sob diferentes pares de fluidos, condições de molhabilidade e taxas de fluxo.
- Análise: Fornece resultados quantitativos, incluindo saturação residual, distribuição do tamanho de glóbulos e métricas de curvatura interfacial para análise comparativa.
- Pesquisa Translacional: Conecta imagens em microescala a previsões em macroescala, fornecendo dados reais para modelos de ampliação em sistemas geológicos.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma plataforma de imagem reutilizável para avaliar interações fluido-rocha em diferentes formações geológicas e cenários operacionais.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Reduz a ambiguidade mecanicista no fluxo multifásico ao fornecer visualização direta das configurações dos fluidos e fenômenos de aprisionamento.
- Valor Operacional: Garante reprodutibilidade por meio de protocolos padronizados de preparação do núcleo, equilibração e aquisição de imagens sob condições controladas.
- Valor Estratégico: Aumenta a confiança nas previsões de processos subterrâneos, apoiando decisões mais bem fundamentadas sobre alocação de recursos e projeto operacional.
- Impacto no Portfólio: Permite avaliação ajustada ao risco de conceitos subterrâneos ao fornecer dados empíricos sobre eficiência de aprisionamento e distribuição de fluidos em condições realistas.
Considerações sobre a Implementação
- Exige experiência em sistemas de fluidos de alta pressão/temperatura, operação de micro-TC e técnicas de reconstrução de imagens.
- Depende do acesso a sistemas de micro-TC baseados em laboratório ou em sincrotrão, capazes de controle in situ de pressão e temperatura.
- Necessita de protocolos padronizados para equilíbrio de fluidos, manipulação de testemunhos e envolvimento em alumínio, a fim de evitar artefatos decorrentes da troca de CO2.
- Envolve considerações de adaptação para diferentes tipos de rochas, pares de fluidos e faixas de pressão-temperatura, a fim de manter a representatividade.
- Limitado pelas restrições de dose de radiação e duração da aquisição, o que pode afetar a resolução temporal em processos dinâmicos.
