Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

סרגל נקבובית הדמיה ואפיון של פחמימנים המאגר סלע Wettability-תנאים מהסבא בעזרת רנטגן Microtomography

Published: October 21, 2018 doi: 10.3791/57915
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London

Summary

פרוטוקול זה מוצג לאפיין את התנאים הרטבה מורכבים של אטום נקבובי בינוני (פחמימן במאגר רוק) באמצעות תמונות תלת-ממדיות מתקבל על ידי רנטגן microtomography-תנאים מהסבא.

Abstract

בחיי עיר מידות wettability פחמימן במאגר סלעים רק היה אפשרי לאחרונה. מטרת עבודה זו היא להציג פרוטוקול כדי לאפיין את התנאים הרטבה מורכבים של פחמימנים המאגר סלע באמצעות דימות רנטגן תלת מימדי בקנה מידה נקבובית ב תנאים מהסבא. בעבודה זאת, סלעים מאגר קרבונט הטרוגנית, מופק שדה נפט גדול מאוד לעשיית, שימשו כדי להדגים את הפרוטוקול. הסלעים רווי עם מלח ושמן, בגילאים מעל 3 שבועות מהסבא תנאים כדי לשכפל את התנאים wettability בדרך כלל קיימים מאגרים פחמימנים (המכונה מעורב-wettability). לאחר הזרקת מי מלח, תמונות תלת-ממדית ברזולוציה גבוהה (2 מיקרומטר voxel) רכשה, ואז מעובדים מקוטע. כדי לחשב את ההתפלגות של זווית הקשר, אשר מגדיר את wettability, הפעולות הבאות יבוצעו. הראשון, נוזל-נוזל נוזל-רוק משטחים הם מרושת. המשטחים הם החליק להסיר voxel חפצים, בחיי עיר זוויות נמדדים על קו קשר תלת-פאזי לכל אורך תמונה שלמה. היתרון העיקרי של שיטה זו הוא היכולת לאפיין בחיי עיר wettability חשבונאות עבור מאפיינים סלע נקבובית בקנה מידה, כגון חספוס פני השטח רוק רוק ההרכב הכימי, ואת גודל הנקבוביות. Wettability בחיי עיר נקבעת במהירות על מאות אלפי נקודות.

השיטה הוא מוגבל על ידי רנטגן תמונה ברזולוציה והדיוק פילוח. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לאפיין את wettability של אבנים אחרות מורכבות רווי בנוזלים שונים ועל תנאים שונים למגוון רחב של יישומים. לדוגמה, זה יכול לעזור בקביעת wettability האופטימלי זה יכולה להניב שחזור של שמן נוספת (קרי, עיצוב מליחות מי מלח בהתאם כדי להשיג התאוששות שמן גבוה יותר) ולמצוא את התנאים הרטבה היעילה ביותר כדי ללכוד יותר CO2 תצורות מהסבא.

Introduction

Wettability (זווית הקשר בין נוזלים immiscible על משטח יציב) הוא אחד המאפיינים מפתח לשלוט תצורות נוזלים, שמן השחזור של מאגר סלעים. Wettability משפיע על תכונות הזרימה מאקרוסקופית כולל יחסי חדירות נימי לחץ1,2,3,4,5,6. עם זאת, מדידת את wettability ב באתרו של המאגר סלע נותר אתגר. מאגר רוק wettability נקבע באופן מסורתי את המשקל הליבה, באופן עקיף באמצעות wettability מדדי7,8ו ישירות באתרו לשעבר על משטחים שטוחים מינרלים4,9 , 10 , 11. הן wettability מדדים ומדידות זווית מגע באתרו לשעבר מוגבלות והן לא יכולה לאפיין את מעורבות-wettability (או טווח זווית מגע) קיימות בדרך כלל בפחמימנים מאגרים. יתר על כן, הם לא מהווים עבור סרגל נקבובית רוק מאפיינים, כגון רוק מינרלוגיה, חספוס פני השטח, נקבוביות-גאומטריה, והטרוגניות המרחבי, שיש להם השפעה ישירה על הסידור נוזלים את המשקל הנקבובית.

התפתחויות אחרונות לא פולשנית תלת מימדי הדמיה באמצעות קרני רנטגן microtomography12, בשילוב עם השימוש של טמפרטורה גבוהות ושל הלחץ המנגנון13, אפשרו המחקר של זרימה טורבולנטית רב פזית בתקשורת חדיר14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23. טכנולוגיה זו הנחתה את התפתחות ידנית בחיי עיר מדידות זווית מגע את המשקל נקבובית במדיום אטום נקבובי (מחצבה אבן גיר)-תנאים מהסבא24. ערך זווית מגע אכזרי של 45° ± ° 6 בין CO2 מלח אשלגן יודיד (KI) הושג בעבודת יד של תמונות raw ב- 300 נקודות. עם זאת, השיטה הידנית היא גוזלת זמן (כלומר, 100 נקודות זווית מגע יכול לקחת מספר ימים כדי למדוד) הערכים שהתקבלו יש דעה קדומה סובייקטיבית.

מדידת זווית בחיי עיר קשר יש כבר אוטומטית על ידי שיטות שונות שהוחלו מקוטע רנטגן תלת מימדי תמונות26,25,27. . Scanziani et al. 25 שיפור השיטה הידנית על-ידי הצבת מעגל-הממשק נוזל-נוזל מצטלבת עם קו שהוצב הממשק נוזל-רוק על פרוסות אורתוגונלית אל קו קשר תלת-פאזי. שיטה זו הוחל לאמצעי אחסון תת קטן מופק תמונות תלת ממדיות של מחצבה אבן גיר רווי decane, קי מי מלח. . Klise et al. 26 פיתח שיטה לכמת את בחיי עיר זווית מגע באופן אוטומטי על-ידי הזזת מטוסים כדי נוזל-נוזל ממשקים וממשקים נוזל-רוק. זווית הקשר נקבע בין המטוסים האלה. שיטה זו הונחה על תמונות תלת ממדיות של חרוזים רווי נפט, מלח. הן בשיטות אוטומטיות הוחלו על תמונות voxelized עשוי להציג הודעת שגיאה, בשתי השיטות, קווים או מטוסים היו מצוידים בהנוזל-הנוזל, נוזל-רוק ממשקים ואת זווית הקשר נמדדה ביניהם. החלת שתי הגישות האלה על voxelized תמונות מקוטע של הגיאומטריה רוק מורכב יכול להוביל לשגיאות גם בעת היותו גוזלת זמן.

ב פרוטוקול זה, אנו מיישמים אוטומטיות בחיי עיר זווית מגע השיטה שפותחה על ידי. AlRatrout et al. 27 מסיר voxelization חפצים על-ידי החלת החלקת גאוסיאנית לממשקי של נוזל-נוזל, מוצק נוזל. לאחר מכן, עקמומיות אחיד החלקת יחול רק על הממשק נוזל-נוזל, אשר עולה בקנה אחד עם המאזן נימי. מאות אלפי נקודות זווית מגע נמדדים במהירות בשילוב עם שלהם x-, y-, ו- z-קואורדינטות. הגישה של. AlRatrout et al. 27 הוחלה על מים-רטוב, מעורב-wet מחצבה גיר דגימות רווי decane, קי מי מלח.

ב פרוטוקול זה, אנו מעסיקים את החידושים האחרונים של microtomography רנטגן בשילוב עם מנגנון בלחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה לנהל אפיון wettability בחיי עיר של סלעים המאגר מורכב פחמתי, מופק גדולות מאוד הפקת שמן השדה ממוקם במזרח התיכון. הסלעים היו רווי נפט גולמי-תנאים מהסבא לשחזר את התנאים לאגירת במקרה שהתגלה. אותו יש כבר שיערו כי חלקי משטחי סלע מאגר (עם קשר ישיר עם נפט גולמי) להיות שמן-wet, ואילו אחרים (מלא מי מלח היווצרות ראשונית) נשארים מים-רטוב28,29,30. עם זאת, wettability רוק המאגר היא מורכבת אף יותר בשל מספר גורמים שליטה מידת שינוי wettability, כולל את חספוס פני השטח, הטרוגניות כימית של סלע, ההרכב נפט גולמי, ההרכב מי מלח, רוויה, הטמפרטורה ואת הלחץ. מחקר האחרונות31 הראו כי בדרך כלל יש מגוון של זווית מגע בסלעים מאגר עם ערכים גם מעל וגם מתחת 90 °, נמדד באמצעות השיטה אוטומטית שפותחה על ידי. AlRatrout et al. 27.

המטרה העיקרית של עבודה זו היא לספק פרוטוקול יסודית כדי לאפיין את wettability ב באתרו של מאגר אבנים (מעורב-wettability) על תנאי מהסבא. מדידה מדויקת של זווית בחיי עיר אנשי הקשר דורש איכות טובה פילוח. לפיכך, שיטת פילוח מבוסס לימוד מכונה המכונה קודם ל לומד מהר פילוח (TWS)32 שימש כדי ללכוד לא רק את כמות שמן הנותרות, אלא גם את הצורה של הנותרים שמן גרעיני, ובכך להקל על זווית מגע מדויק יותר מדידות. לאחרונה, נעשה שימוש TWS מגוון רחב של יישומים, כגון פילוח של חלקיקים ארוזה מיטות, נוזלים בתוך סיבי טקסטיל, ועל הנקבוביות של מאגרים חזק33,34,35,36, 37,-38,-39,-40. דמות את השמן הנותר במדויק ברזולוציה גבוהה ועל התנאים מהסבא, מנגנון ניסיוני הרומן היה בשימוש (איור 1 , איור 2). מיני-דגימות רוק היו נטענת במרכז האסלר-סוג ליבה מחזיק41 עשוי סיבי פחמן. השימוש של שרוול סיבי פחמן קוטר ארוכים וקטנים מאפשר מקור רנטגן יובא מאוד קרוב המדגם, ומכאן להגדיל את רנטגן השטף, הפחתת זמן החשיפה הדרוש, וכתוצאה מכך איכות התמונה טובה יותר תוך תקופה קצרה של זמן. השרוול סיב פחמן הוא חזק מספיק כדי להתמודד עם גבוהה בלחץ וטמפרטורה תנאים תוך שמירה על מספיק שקוף רנטגן21.

במחקר זה, אנו מכינים את השלבים אחריו כדי לאפיין את wettability ב באתרו של מאגר אבנים על התנאים מהסבא. זה כולל קידוח מיני-מדגמים מייצגים, מכלול בעל הליבה, המנגנון זרימה זרימת הליך, פרוטוקול הדמיה, עיבוד תמונה ואת פילוח והפעלת סוף סוף את הקוד זווית מגע האוטומטי כדי ליצור זווית מגע התפלגויות.

Protocol

1. נציג מיני-דגימות רוק קידוח

  1. לרכוש סריקות ברזולוציה גבוהה, תרגיל מיני-דגימות (קרי, עם קוטר של 5 מ מ, באורך של 15-30 מ מ). ראשית, תווית את התקע ליבה עם סימוני הפניה 2 אורתוגונלית אחד לשני כפי שמוצג באיור3. לאחר מכן, רוכשים סריקה מלאה שדה-of-view (FFOV) של התקע ליבה עם voxel בגודל של 40 µm voxel להמחיש ההתפלגות הפנימית של הנקבוביות, גבישים וגרגרים.
  2. לזהות עם מדבקה מיקומי הקידוח טובים בקפידה: אלה להימנע vugs גדולים או גרגרי מינרלים. השתמש ויזואליזציה של נתונים ניתוח תוכנה (טבלה של חומרים) לדמיין תמונה תלת מימדי של הסלע כפי שמוצג באיור3. פתח את פרוסת מימדי התמונה רוק יבש ולזהות מיקומי הקידוח טוב בעת הזזת הפרוסה מהחלק העליון לבסיס של הסלע.
  3. שימוש פלדת קידוח סיביות לקדוח המיני-הדגימות תוך שימוש מים זורמים כמו נוזל קירור. תמצית המיני-הדגימות שביר בקפידה, באמצעות אזמל דק (קרי, מברג קטן הראש השטוח) כדי להסיר את המיני-הדגימות מן הבסיס שלהם. להפוך את שני הקצוות של המיני-הדגימות שטוח כדי להקל על קשר טוב עם החלקים קצה זרימה.
  4. למדוד את הממדים של המיני-הדגימות במדויק באמצעות של caliper. השתמש הממדים נמדד לחישוב נפח האחסון. להכפיל את נפח נמדד בכמות גדולה נקבוביות נמדד הליום כדי למצוא את הנפח נקבובית.
  5. כדי למדוד את נקבוביות הליום המיני-הדגימות, להשתמש משורות-פלסטיק גז. תחילה, השתמש את משורות-פלסטיק גז למדידת צפיפות תבואה (kg/m3) דגימת רוק יבש. לחלק המסה (ק ג) של המדגם יבש על ידי צפיפות התבואה נמדדו (kg/m3) כדי להשיג את עוצמת הקול של תבואה (3מ'). להפחית את עוצמת הקול של תבואה מאמצעי האחסון בצובר שחושבו בצעד 1.4 ו, לבסוף, מתחלק ההבדל האחסון בצובר כדי להשיג את נקבוביות הכולל (שבר).
  6. לסרוק את הדגימות-המיני קדח ברזולוציה גבוהה יותר (קרי, מיקרומטר 5.5/voxel) באמצעות סורק microtomography רנטגן כדי להעריך את מבנה פנימי הנקבובית. עיין שלב 4 לפרטים נוספים על איך עושים.
    הערה: קידוח מיני-דגימות כרוך חלקים מכניים נעים. כך, ללבוש ציוד מגן אישי (עיקרון השוויון הפוליטי) מלאה, זהירות הולמים בזמן קידוח.

2. הליבה מחזיק הרכבה

  1. טען את הדגימה האסלר-סוג ליבה מחזיק41 (איור 1) על-ידי ביצוע השלבים הבאים.
  2. לפרק את מכלול בעל הליבה על-ידי הסרת הבורג איטום, M4 חזיזים של. flowhead. להסיר את הטבעת איטום שלה groove ב flowhead ולנקות את המשטחים איטום באמצעות מטלית נקייה עם נוזל ניקוי כגון אצטון. המקום מרכיבי הליבה הרכבה מחזיק על ספסל ברור טוב להזמין (ראו איור 1A עבור הבורג איטום, איור 1B עבור flowhead, איור 1C הצצה 1/16 אבובים, איור 1ד לסוף נירוסטה מתאים, איור 1E עבור המדגם רוק, איור 1F עבור לאורך צינור גומי, איור 1G עבור צמד תרמי, איור 1אני בשביל סיבי פחמן שרוול, ו- איור 1J הז'קט חימום גמיש).
  3. לעטוף את הז'קט חימום גמיש סביב השרוול סיבי פחמן.
  4. הכנס של צמד תרמי על טבעת דרך הבסיס של בעל הליבה.
  5. השתמש בקר פרופורציונלי-אינטגרל-נגזרת (PID) (איור 2) זה מותאם אישית נבנה לשלוט בטמפרטורה בטווח של ± 1 ° C21.
    הערה: שמירה על טמפרטורה יציבה בטווח של ± 1 ° C חשוב למנוע שינוי מתח פנים שמן, מלח זה ישפיע על זווית מגע42,של מידה43.
  6. שרשור פוליאטר אתר קטון (פיק) אבובים דרך החלק העליון והחלק בסיס של בעל הליבה. לאחר מכן, לחבר את הצנרור הצצה החלקים קצה בהזמנה אישית.
  7. חותכים צינורות גומי לאורך כ שווה אורך דגימת רוק בתוספת החלקים קצה. החלק את הדגימה בעדינות לתוך צינורות גומי וחבר אותו לחתיכות הקצה. ודא כי לאורך צינור גומי נותן צפוף על החלקים קצה כדי להימנע מהצורך דליפה של נוזל חונק לתוך הדגימה.
  8. מקם את הטיפ צמד תרמי ליד הדגימה כדי למדוד את הטמפרטורה של הנוזלים בתוך הנקבוביות.
  9. בזהירות להרכיב בשני הקצוות של בעל הליבה. ודא המדגם ממוקם במרכז של בעל ליבה להיות שדה הראייה סריקה.

3. זרימה המנגנון וההליך זרימה

  1. להכין את המנגנון זרימה (איור 2) אשר מורכב של 4 משאבות מזרק בלחץ גבוה (ראה איור 2A עבור המשאבה שמן, איור 2B עבור המשאבה המקבל, איור 2C עבור ומשאבת, וכן איור 2D על המשאבה חונק), אסיפה בעל הליבה (ראה איור 2E), בקר PID (ראה איור 2F), ו- CO2 גליל (ראה איור 2G), כדי לבצע waterflooding-התנאים מהסבא.
  2. להשתמש במלחצת כדי להחזיק את מכלול בעל הליבה ומניחים אותו על הבמה סיבוב בתוך הסורק microtomography רנטגן.
  3. השתמש הצנרת הצצה גמיש כדי לחבר את הנוזלים מהמשאבות המדגם, טבעת חונק.
  4. ממלא את הפער טבעת מבודד עם מים יונים ותנקה את האוויר החוצה. החל 1.5 מגפ ס בלחץ חונק לסחוט את צינורות גומי למניעת זרימה לאורך צדי הליבה.
  5. להתחבר הגליל2 CO השסתום משולשת הבסיס ותורידי CO2 בשער נמוך דרך הדגימה עבור h 1 להסיר את החלל האוויר.
  6. התחבר את ומשאבת (מלא עם משקל 7% מלח קי) לבסיס של בעל הליבה דרך השסתום משולשת הבסיס, לרוקן את האוויר הקו הזרקת מי מלח לתוך הצד השני של השסתום משולשת לפני הזרקת מי מלח לתוך החלל. להזריק את מלח ב- 0.3 mL/דקה עבור h 1 (כ-200 נקבובית כרכים) מלא עיתוני הדגימה עם מי מלח. ואז, לסגור את השסתומים משולשת הבסיס ועליון.
  7. לחץ לבדוק את משאבת שמן נגד המשאבה המקבל כדי לקבוע את הלחץ המקבילה של שתי משאבות לפני ביצוע כל ניקוז (שמן ההזרקה). ראשית, לחבר שתי משאבות דרך שסתום דו כיוונית ולשמור את השסתום נסגר. להגביר את הלחץ על 10 MPa של שתי משאבות לעצור את משאבת שמן, לפתוח את השסתום דו-כיווני בזמן המשאבה המקבל עדיין פועל. רשומת קריאת לחץ המשאבה שמן (קרי, 10.01 MPa), אשר שווה ל 10 MPa של המשאבה המקבל.
  8. נקבעו תנאים מהסבא באמצעות העלאת הלחץ נקבובית 10 MPa ואת הטמפרטורה ל 60 או 80 מעלות צלזיוס. לחבר את הז'קט חימום גמיש, צמד תרמי את בקר ה-PID ולהחיל את ערך היעד (60 או 80 ° C). התחבר המשאבה המקבל (מלא מי מלח קי) בסיס לשסתום משולשת, להגביר את הלחץ נקבובית בשלבים MPa 1 יחד עם הלחץ חונק עד להשגת בלחץ נקבובית של 10 MPa ובלחץ חונק של 11.5 MPa. בשלב זה, התנאים לשכפל את המאגר פחמימן לפני ההעברה שמן מן הסלע מקור.
  9. התחבר את משאבת שמן לחלק העליון של בעל הליבה דרך השסתום העליון-כיוונית, לנקות את השמן דרך הצד השני של השסתום כדי להסיר את כל האוויר בקו. להגביר את הלחץ ללחץ נבדק שווי ערך (קרי, 10.01 MPa) תוך שמירה על השסתום נסגר. לאחר מכן, להפסיק את משאבת שמן ו לפתוח את השסתום העליון-כיוונית ולהתחיל הניקוז על ידי הזרקת 20 כרכים נקבובית של שמן באמצעות קצב זרימה מתמדת של 0.015 mL/min (בקצב הזה הוא במשטר הזרימה נשלט-נים)-תנאים מהסבא של 10 MPa, 60 או 80 מעלות צלזיוס.
  10. השארת מערכת כדי להגיע שיווי משקל כבר לפחות שעתיים אחרי הזריקה שמן, ואז לרכוש סריקה ברזולוציה גבוהה (קרי, 2 מיקרומטר/voxel) באמצעות סורק רנטגן microtomography. נא עיין שלב 4 לפרטים נוספים על איך עושים.
  11. לאחר מכן, להעביר את מכלול בעל הליבה מחוץ לסורק microtomography רנטגן היטב עם כל אמצעי זהירות במקום, הנח את מכלול בעל ליבה בתוך התנור, וחבר מחדש את קווי הזרימה כדי לבצע את תהליך ההזדקנות מעל 3 שבועות כדי לשנות את הסלע wettability.
    1. כדי לחקור את ההתאוששות שמן כפונקציה של wettability, להשתמש בפרוטוקולים הזדקנות שונים כדי ליצור תנאים שונים wettability. לשלוט מידת שינוי wettability (מים-רטוב כדי שמן-wet) בעזרת טמפרטורות שונות, שמן יצירות30,31,44.
    2. לדוגמה, כדי ליצור מעורבות-wet רוק עם משטחים נוספים שמן-wet, החל חום גבוה יחסית (80 ° C) ולהזריק נפט גולמי (עם צפיפות של 830 5 ק ג/מ' ±3 ב 21 ° C) באופן רציף או בתדירות גבוהה (הזדקנות דינמי) כדי לספק אספקה רציפה של רכיבי נפט גולמי קוטב זה יכול להאיץ את שינוי wettability45. כדי ליצור רוק מים-רטוב חלש, להשתמש בטמפרטורה נמוכה (60 ° C), אין הזרקת נפט גולמי במהלך ההזדקנות (הזדקנות סטטי). כדי ליצור סלע מאגר מעורב-wet עם זווית הקשר מתכוון קרוב 90 °, לבצע הזדקנות דינמי עם נפט גולמי כבד יחסית (עם צפיפות של 870 5 ק ג/מ' ±3 ב 21 ° C מעורבב עם heptane ב זירוז asphaltene משקעים46, 47,48) אך בגיל 60 ° C31.
  12. עם סיום תהליך ההזדקנות, להעביר את מכלול בעל ליבה בחזרה לתוך הסורק microtomography רנטגן.
  13. התנהגות waterflooding-תנאים מהסבא. הלחץ בדוק את ומשאבת נגד המשאבה המקבל לפני ניצוח waterflooding באמצעות ההליך אותו כפי שהוזכר בשלב 3.7.
    1. ראשית, להתחבר לקו ליבוש השסתום משולשת הבסיס וחבר המשאבה המקבל לחלק העליון של בעל הליבה דרך השסתום העליון-כיוונית.
    2. לבצע waterflooding של 20 כרכים נקבובית בכל התנאים מהסבא באמצעות קצב זרימה מתמדת נמוך (כלומר, 0.015 mL/min), כדי להבטיח מספר נימי נמוך של-7.
    3. לבסוף, ועוזבים את המערכת כדי להגיע שיווי משקל כבר לפחות שעתיים לאחר waterflooding ולרכוש סריקה ברזולוציה גבוהה שוב באותו המיקום.
      הערה: ניצוח כזה בלחץ גבוה ומחייב - ניסויים טמפרטורה של הערכת סיכונים מפורט, בדיקות קפדניות על מנגנוני זרימה כל מחוץ לסורק microtomography רנטגן לפני ביצוע ניסויים כל רגע בחיי עיר עם כל אמצעי זהירות במקום.

4. הדמיה פרוטוקול

  1. שימוש microtomography סורק רנטגן כדי לרכוש את תצלום הרנטגן תלת מימדי סורק את המשקל מיקרון של הסלע מאגר רווי שמן, מלח-תנאים מהסבא.
  2. למצוא הניגוד שלב היעיל ביותר בין שמן, מלח, רוק על ידי סימום שלב מי מלח, באמצעות קי להיות שלב ביניים במונחים של ספיחה רנטגן. כדי להשיג קונטרסט טוב בין שמן (וספיחה הנמוך, שחור), תמלחות (ביניים, כהה אפור) (ביותר סופגות שלב, אפור בהיר), כפי שמוצג באיור4, להכין מיני-מכולות עם אחוז משקל שונה קי ליבוש לנענע לבצע סריקה . ההיסטוגרמה של הערך גווני אפור צריך להראות 3 שלבים נפרדים (איור 4b).
    1. כדי להכין מדגם ניגודיות, חצי-מילוי מיכל הזכוכית גליליים קטנים (1 מ"ל) עם שמן וגם קי מי מלח שלבים. לאחר מכן, למלא את החצי השני של המכולה עם פיסות אבן כתוש ומערבבים אותם בקפדנות. השתמש נקי גלילי מתכת כדי לדחוס את התערובת, הימנעות כל תנועה תבואה בזמן הסריקה. ללבוש את עיקרון השוויון הפוליטי מלאה ולבצע את ערבוב של הנפט הגולמי, את מי מלח קי בארון fume.
  3. השתמש בעל ליבת סיב פחמן ארוכות יחסית בקוטר קטן כדי לאפשר מקור רנטגן הביאה קרוב ככל האפשר את המדגם. אל תשתמש בעל הליבה רב, אשר יכול להגביר את תנועת מדגם בשל סיבוב במהלך רכישת הסריקה.
  4. השתמש המטרה X 4 כדי לרכוש רנטגן תמונות ברזולוציה גבוהה (קרי, 2 מיקרומטר/voxel) מספיקות למדוד את הזווית יעיל בחיי עיר אנשי קשר. השתמש צנור גמיש הצצה כקווים הזרקת כדי לאפשר סיבוב חלקה 360° של ההרכבה בעל הליבה במהלך רכישת הסריקה.
  5. לדוגמאות דק או בצפיפות נמוכה, שימוש של רנטגן מקור מתח וכוח של 80 kV ו- 7 W, בהתאמה. לקבלת דוגמאות עבה או בצפיפות גבוהה, להשתמש רנטגן מקור מתח והכוח של 140 kV ו-10 W, בהתאמה.
    הערה: במקרה זה, רנטגן מקור מתח של 80 kV כוח של 7 W שימשו.
  6. כדי לרכוש את הסריקות מיקרומטר/voxel 2, להשתמש המטרה X 4 עם זמן של חשיפה (קרי, 1.5 s או יותר) מספיקות להשיג עוצמה קרינת רנטגן של יותר מ 5,000 ספירות/s.
  7. השתמש מספר גבוה של הקרנות (לפחות 3,200 הקרנות) בהתאם אילוצי זמן.
    הערה: רנטגן microtomography כרוך סיכון לקרינה מייננת. לפיכך, הערכת הסיכון המתאימה נדרש כדי להבטיח על סביבת עבודה בטוחה.

5. התמונה עיבוד של פילוח

  1. ראשית, לשחזר את רנטגן טומוגרפיה הנתונים (dataset) באמצעות התוכנה (טבלה של חומרים) כדי להפיק תמונות רנטגן תלת-ממדיות (.txm). לחץ על עיון כדי לייבא קובץ הקלט (.txrm). לאחר מכן, בחר את מדריך מרכז Shift לחפש הערך המתאים ביותר של תיקון משמרת מרכז להביא בחשבון כל תנועה מדגם במהלך רכישת הסריקה.
    1. חיפוש הערך משמרת במרכז המתאים. להתחיל עם טווח גדול (-10 עד 10) וגודל צעד גדול (1.0). ואז לצמצם את טווח החיפוש ואת גודל צעד (0.1), עד מתקבל ערך האופטימלית.
    2. לשחזר את הסריקה באמצעות הערך משמרת מרכז אופטימלית. חשבון עבור כל קרן התקשות תופעות לפני שחזור התמונה.
  2. להשתמש בשיטת פילוח המתאים מתאים היישום הספציפי. כדי לאפיין במדויק את wettability ב באתרו , להשתמש בשיטה המכונה תמונה המבוססת על למידה פילוח כזה TWS32 להפוך תמונות בגווני אפור לתמונות תלת-פאזי מקוטע (שמן, מלח ו רוק). פתחו את התמונה ב- TWS - אשר הוא תוסף32 פיג'י (ImageJ) - כדי לחלק את התמונות מבלי להחיל כל רעש סינון כדי להימנע voxel בממוצע במיוחד קרוב לקו פאזי קשר שבו נמדד את זווית מגע.
  3. בחר את אלגוריתם אקראי-יער ותכונות הדרכה, כמו אומר, סטיה ו קצוות, כדי להחיל על פילוח בהשתתפות מבוסס.
    1. לחץ על הגדרות כדי למצוא את 12 אימונים תכונות בהגדרות פילוח (טשטוש לפי עקומת גאוס נגזרים, מבנה, הבדל של גאוסיאנית, מקסימום, חציון, השונות, ממוצע, מינימום, קצוות, # הלפלסיאן הווקטורי, הסיאן) שממנו ניתן לבחור התכונות הטובות ביותר של אימון. הבחירה מבוססת על פילוח ניסויים באמצעות אימון שונים תכונות או צירוף של שתיהן. לדוגמה, השילוב של קצוות, ממוצע, סטיית הדרכה תכונות נמצאה לתת פילוח התוצאות הטובות ביותר עבור המערכת סלע מאגר קרבונט.
    2. אפשרויות מסווג, בחר FastRandomForest.
    3. כדי להוסיף שלב חדש (כלומר, שמן), לחץ על צור מחלקה חדשה.
  4. תווית הפיקסלים בכל השלבים 3 (שמן, מלח ו רוק) באופן ידני כקלט לאמן מודל המסווג. שימוש בכלי ציור ביד חופשית בתוכנת ImageJ (פיג'י), סמן את השלבים 3. נסה לעקוב אחר צורת השלב תוך תיוג של הפיקסלים. עם סיום, לחץ על הוסף לכיתה. לאחר מכן, לבצע את אותו הדבר עבור 2 השלבים האחרים.
  5. החל המסווג מיומן כדי לחלק את התמונה כולה לשלבים 3 על-ידי לחיצה על לחצן הרכבת המסווג .
  6. חזור על שלבים 5.4 ו- 5.5 עד טוב פילוח התוצאות מושגות. לחץ על צור תוצאה לדמיין את התמונה מקוטעת. לבסוף, לחץ על שמירה בשם TIFF לשמור את התמונה. תסתכל על איור 5 כדי לראות דוגמה פילוח טוב.
  7. ודא מקוטע התמונות הן בתבנית ללא סימן של 8 סיביות השלבים 3 מוקצים 0, 1 ו 2 מי מלח, סלעים של שמן, בהתאמה, לפני מדידה את בחיי עיר זווית מגע באמצעות השיטה האוטומטית.
    1. ויזואליזציה של נתונים, תוכנה לניתוח נתונים (טבלה של חומרים), להשתמש במודול להמיר סוג תמונה כדי להמיר את התמונה סוג התווית 16 סיביות . להשתמש במודול אריתמטיקה לבצע חישוב על התמונה מקוטעת. הביטוי, ציין את הביטוי מתמטיים כדי לשנות את מספר השלב מוקצה [קרי, אם אבן הוא שלב 2, אז ביטוי מתמטי של 1*(a==2) אומר להקצות רוק כמו שלב 1 שלב 2 במקום].
    2. המר תלת מימדי מקוטע תמונות רנטגן של (גנטי) נתונים בינאריים גולמיים לא חתום של 8 סיביות בפורמט (* .raw). להשתמש במודול להמיר סוג תמונה , סוג פלט, בחר את האפשרות 8 סיביות חתום ולחץ על החל. לייצא נתונים כקובץ נתונים גולמיים 3D (* .raw).

6. מדידת ההתפלגות זווית מגע

  1. למדוד את התפלגות זווית מגע בחיי עיר מן התמונות מקוטע באמצעות השיטה האוטומטית זווית מגע של. AlRatrout et al. 27 (למשל התוצאות מוצגות באיור איור 6). כדי לבצע מדידות אלה, בצע את השלבים להלן, כמו מאויר איור7.
  2. התקנת הספרייה OpenFOAM כדי לבצע את זווית מגע האוטומטית ומדידות עקמומיות ממשק נוזל-נוזל.
  3. לשמור את קובץ התמונה (* .raw) בתוך תיקיה (במקרה) אשר מכיל קובץ כותרת תיקיה בשם המערכת.
    1. פתח את הקובץ בכותרת ולהכריז על מספר voxels בשלושה ממדים (x, yו- z), הממדים voxel (x, yו- z) של מיקרון, מרחק ההיסט (0 0 0 עבור אין shifting). שנה את שם הקובץ כותרת כמו קובץ התמונה.
    2. השתמש בתיקיה הנקראת מערכת לקיים מבנה הספריות הבסיסיות של ביה מ. לתיק OpenFOAM.
  4. ודא כי יש 2 קבצים (קובץ controlDict ו- meshingDict קובץ) בתיקיית המערכת המכילים את הגדרת הפרמטרים. הקובץ controlDict הוא איפה הפרמטרים שליטה ריצה מוגדרות, כולל הזמן התחלה/סיום. הקובץ meshingDict הוא איפה הקבצים קלט ופלט בכל שלב של האלגוריתם שצוינו. מחליף את שם הקובץ החדש תמונת מקוטע בקובץ meshingDict עבור השלבים כפי שמוסבר להלן (איור 7).
    1. לחלץ את פני השטח (אזור ריבוי mesh מ') (להסתכל על איור 7ב').
    2. הוסף שכבת ליד קו קשר תלת-פאזי.
    3. להחלקת פני השטח (מבט איור 7c).
    4. להגדיר את הפרמטרים החלקת הנדרשים הכוללים הקרנל הרדיוס לפי עקומת גאוס (Rגאוס), חזרות לפי עקומת גאוס, הגורם הרפיה לפי עקומת גאוס (β), הקרנל רדיוס עקמומיות (RK), גורם הרפיה עקמומיות (γ) ו עקמומיות חזרות. לקבלת פרטים נוספים, עיין AlRatrout. et al. 27.
  5. פתיחת מסוף מהספריה באותה תיקיה, הקלד את הפקודה הבאה, voxelToSurfaceML & & surfaceAddLayerToCL & & surfaceSmoothVP, כדי להפעיל את הקוד ולבצע את המידות עקמומיות קשר של הזווית ואת שמן/מלח.
    1. תסתכל על איור 7 כדי לבצע את השלבים חישוב של זווית מגע על כל קודקוד השייכים קו קשר (Equation 2) באמצעות שלב ליבוש על-ידי:
      Equation 1
      הערה: הווקטורים נורמלי מחושבים הקודקודים הכוללת את קו קשר Equation 2 . כל קודקוד מיוצג עם 2 וקטורים נורמלי הממשק שמן/מלח (z2) וממשק מלח/רוק (z3), כפי שמוצג באיור 7.
  6. ודא כי *_Layered_Smooth.vtk הקובץ משטח החלקה נוצר. קובץ זה מכיל את המידות של זווית הקשר, את העקמומיות ממשק שמן/מלח, אשר ניתן לאבחן באמצעות תוכנת ויזואליזציה של נתונים (טבלה של חומרים), כפי שמתואר איור7.

7. בקרת איכות

  1. כדי להיות בטוחים עם זווית הקשר אוטומטיות שהושג, לערוך בדיקת איכות על-ידי השוואת הערכים זווית מגע אוטומטיות נמדד מן התמונות מקוטע באמצעות את. AlRatrout, et al. שיטת 27 לערכים נמדד באופן ידני מתמונות הרנטגן raw באמצעות הגישה של אנדרו. et al. 24.
  2. לערוך את בדיקת האיכות, חיתוך, קטע אמצעי אחסון תת מהדגימה כל מיני (איור 8). השתמש ויזואליזציה של נתונים תוכנת ניתוח נתונים כדי לחתוך אמצעי אחסון תת קטן המכיל גרעיני שמן 1 או יותר, יכול לשמש כדי לבצע את המדידה זווית מגע ידני.
  3. להפעיל את הקוד אוטומטית כדי למדוד את התפלגות זווית מגע בחיי עיר של אמצעי אחסון תת אלה. נא עיין שלב 6 עבור איך עושים.
  4. לטעון את הקובץ *_Layered_Smooth.vtk תוכנת ויזואליזציה של נתונים כדי להמחיש את המשטחים ובחר באפשרות אזור כדי להציג את השלבים שמן, מלח, ראה איור 9.
    1. לחץ על מיקום בדיקה ולהוסיף את הקואורדינטות המרחבי (x, yו- z) של הצבע שנבחרו באקראי זווית מגע נמדד באמצעות שיטת זווית מגע אוטומטיות (קרי, 60 °). לאתר את מיקומו המרחבי על קו קשר תלת-פאזי, למשל- איור 9 מציג את המיקום של הנקודה שנבחרה (60 °) בתור נקודה צהובה.
  5. . ואז, ללכת ויזואליזציה של נתונים, תוכנה לניתוח נתונים למדוד זווית מגע ידני. לטעון תמונת אמצעי האחסון תת מקוטע.
  6. לסנן את הרעש מהתמונה רנטגן raw באמצעות מסנן הפחתת רעש כדי לשמש עבור המידה זווית מגע ידני בלבד.
    הערה: שאינם מקומיים אומר מסנן49,50 הוחל במקרה זה.
  7. להשתמש בתמונה מקוטע רינדור הסלע שקוף, רק להמחיש את שלבי שמן, מלח כדי לסייע בזיהוי המיקום של הנקודה שנבחרה, כפי שמוצג באיור 9ב'.
    1. להשתמש במודול אריתמטיקה כדי לבצע את החישוב על התמונה מקוטעת. הביטוי, לציין את הביטוי המתמטי כדי לבודד את שלבי מלח ושמן בנפרד [קרי, הביטוי המתמטי = = 1 אמצעי לבודד את שלב 1 (מי מלח במקרה זה)].
    2. לאחר מכן, להשתמש במודול פני צור כדי ליצור את משטחי מלח ושמן, והשתמש המודול משטח התצוגה להמחיש את משטחי מלח ושמן בצבעים הרצויים.
  8. ברגע המיקום של הנקודה מזוהה, להביא הפרוסה תמונות רנטגן גלם מסונן באותו המיקום, כפי שמוצג באיור 9ג.
    1. לפתוח את המודול פרוסה ושנה את הערך תרגם .
  9. תמצית הקו פאזי קשר באמצעות מודול ממשקים תווית על התמונה מקוטעת.
    1. הקלד 3 בתיבה מספר של שלבים . בחר לא רק שחור Voxels, להחיל, לפתוח את המודול Isosurface בממשקים שכותרתו ולשנות את Colormap וערכי הסף הרצויה עבור הפריט החזותי היעיל.
  10. במודול פרוסה , להפוך את הגדרת המטוס, ואת אפשרויות, בחר להראות dragger. להחזיק את dragger ולהעביר אותה למיקום הרצוי שבו נמדד את זווית מגע ידני.
    1. אפשרויות תצוגה, בחר את האפשרות לסובב. החזק את נקודת האחיזה לסיבוב כדי לסובב את הפרוסה. לסובב את הפרוסה להיות בניצב לקו קשר פאזי ולמדוד את זווית מגע באופן ידני באמצעות כלי מדידה של זווית, כפי שמוצג באיור 9d.
      הערה: כאן, זווית מגע נמצאה להיות 61°.
  11. להתוות את זווית מגע נמדד באופן ידני נגד הערך אוטומטית זווית מגע נמדד באותו מיקום כדי לאשר את הדיוק של המדידות זווית מגע אוטומטית. תסתכל על איור 10 כדי לבחון את המידות השוואה של זווית הקשר בין השיטה האוטומטית השיטה הידנית של אמצעי האחסון תת מהדגימה מיני 1.

Representative Results

הדגימות 3 למד, התפלגות נמדד ב באתרו של זווית קשר מוצג באיור 6, עם התאוששות שמן המוצג באיור11. איור 12 מראה תמונות של ההפצות שמן הנותרים בתנאי הרטבה שונים בסוף waterflooding. את מעורבות-wettability (או טווח זווית מגע) נמדדה באמצעות שיטה אוטומטית זווית מגע27. ההפצות זווית מגע נמדד נחשבים תוצאות הנציגה אם יש התאמה טובה בין נקודות זווית מגע נמדד באמצעות השיטה אוטומטית מתמונות מקוטע בהשוואה זוויות נמדד באופן ידני מ- x גולמיים תמונות. איור 10 מראה דוגמה של התאמה טובה של מדידה השוואה בין הזוויות קשר אוטומטית את זוויות ידנית ב מהמיקומים עבור אמצעי אחסון תת מהדגימה מיני 1 (חלש מים-רטוב).

שלושת הפרוטוקולים הזדקנות בוצעו כדי לטפל הדגימות 3 ולהפיק הרטבה 3 תנאים (איור 6). הזדקנות המדגם בטמפרטורה נמוכה יותר (60 ° C), באופן סטטי (ללא הזרקת נפט במהלך תקופת ההזדקנות) יכול לגרום תנאי מים-רטוב חלש, כגון ההתפלגות המוצג עבור מדגם 1 בכחול (איור 6). מצד שני, הזדקנות המדגם בטמפרטורה גבוהה (80 ° C), ועם ההזדקנות חלקית דינמי (זריקה שמן במהלך תקופת ההזדקנות) עלולה לגרום בתנאים מעורבים-wet במשטחים יותר שמן-wet, כמו לדוגמה 2 מופיעה באפור (איור 6).

ההתאוששות שמן נמצאה להיות פונקציה של wettability, הדומה בקנה מידה ליבה קודמת מחקרים51. עם זאת, באותו הזמן, שמן השחזור הוצגה כפונקציה של מדד הליבה-סולם wettability. שמן שחזור התנהגות דומה נצפתה את המשקל נקבובית, סומן כפונקציה של הערך הממוצע של בחיי עיר זווית מגע ההתפלגות (איור 11). התאוששות שמן נמוכה של מדגם 1 (מים חלש-wet) היה עקב לכידה של שמן בחללים נקבוביות גדולות יותר. מי מלח חלחל הקטן הנקבוביות פינות, משאיר את השמן לכוד כמו גרעיני המנותקת במרכז החללים נקבובית עם מעין כדורית צורות (איור 12), הדומה מה נצפתה חקירות קודמות מים-רטוב מדיה52,53,54,55. לעומת זאת, לדוגמה 2 (תיק מעורב-wet עם משטחים נוספים שמן-wet) היו שכבות הנפט שהיו מחוברים במידה רבה (איור 12b). שכבות דק אלה מותר רק ייצור שמן איטי, עוזב רוויה גבוהה שמן שנותרו בסוף waterflooding. ההתאוששות שמן הגבוהה ביותר הושג מדגם 3 (מעורב-רטוב עם זווית הקשר מתכוון קרוב 90 °) אשר היה מים-רטוב (כך יש פחות השמנה נקבוביות גדולות) וגם לא מאוד שמן-wet (פחות שמן נשמר בתוך הנקבובית קטן חללים)1. המקרים מעורבים-wet מדגם 2 ו-3, שמן נשאר מחובר, רזה מבנים דמויי-גיליון (איור 12b ו ג 12) הדומה מחקרים אחרים ב- media נקבובי שמן-wet-52,-53,-56.

Figure 1
איור 1 : דיאגרמה איור סכמטי של מכלול בעל הליבה. רכיבים של בעל הליבה מסומנות, תצוגת חתך הרוחב הפנימי של בעל הליבה מוצג. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : המנגנון זרימה בלחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה. מנגנון זרימה מורכב מ 4 משאבות מזרק בלחץ גבוה: (A) שמן משאבת, משאבת (B) קבלת, משאבה (C) מלח ו (D) כליאת משאבת. לוח (E) מראה מכלול בעל הליבה, (F) מציג את בקר ה-PID (G) מציג את הצילינדר2 CO. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 : תמונות הוכחת קידוח של מיני-מדגמים מייצגים. () קריקטורה זו ממחישה את סימני אורתוגונלית קידוח במיקום טוב. x ו- y הם מרחקים מן המרכז התקע הליבה בהם כדי למצוא היכן לקדוח. (b) לוח זה מציג תמונה תלת-ממדית רנטגן יבש של התקע הליבה (שניתנו שקופה למחצה) עם מדגם מיני (אפור כהה). (ג) זה תצוגת חתך אופקי של התקע הליבה (שנסרקו ב 40 µm/voxel). גרגרי סלע נקבוביות מוצגים אפור ושחור, בהתאמה. (d) לוח זה מראה תצוגה חתך אופקי של המדגם מיני (שנסרקו ב 5.5 מיקרומטר/voxel). (e) זה תצוגת חתך אנכי של התקע הליבה מציג שמורכבות ואת הטרוגנית הנקבוביות גדלים וגיאומטריה יחד עם המיקום של המדגם מיני שמציין את הקופסה השחורה. (f) זוהי תצוגה מוגדלת חתך אנכי של המדגם מיני מסומנים המוצגים בלוח אלקטרוני שנסרק-מיקרומטר 5.5/voxel. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4 : שלב חדות סריקה. () לוח זה מציג חדות סריקה של אבן כתוש (אפור בהיר) מעורבב עם מי מלח (אפור כהה) שלבים שמן (שחור). זה היה משמש לקביעת להזרקות המתאים של מי מלח כדי להבטיח ניגוד שלב טוב. (b) זה היסטוגרמה של הערך גווני אפור משלושת השלבים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5 : תצוגת חתך אופקי של תמונות רנטגן raw, מקוטע של שלושה מיני-דוגמאות- פאנלים (), (b) ו- (ג) להראות xy נוף חתך הרוחב של מיני-דגימות 1, 2 ו- 3, בהתאמה. בשורה העליונה מציגה תמונות רנטגן גווני אפור raw (שמן, מלח, רוק, באפור שחור, כהה, אפור בהיר, בהתאמה). הדימויים נמוכה יותר להראות את התמונות מקוטע של הפרוסה אותו באמצעות פילוח קודם ל לומד מהר (שמן, מלח, רוק, הם שחור, אפור, לבן, בהתאמה). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6 : הפצות של איש הקשר של זווית המדידה של שלושה המיני-הדגימות. דוגמה 1 יש זווית הקשר אכזרי של 77° ± 21° עם 462,000 הערכים המוצגים בצבע כחול. דוגמה 2 יש ממוצע קשר זווית של 104° ± 26° 1.41 מיליון ערכים מופיעה באפור. דוגמה 3 יש זווית הקשר אכזרי של 94° ± 24° עם 769,000 הערכים המוצגים באדום. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7 : זרימת העבודה עבור מדידת זווית מגע אוטומטיות. () זה תמונה מקוטעת תלת-ממדית מציג מלח כחול ושמן באדום, ואילו רוק מעובד שקוף. (b) לוח זה מציג שחולצו משטחי התמונה כולה. משטחי שמן/מלח מוצגים בירוק, ואילו המשטחים שמן/רוק מוצגים באדום. (ג) לוח זה מראה של משטחי מוחלקים התמונה כולה. (ד) לוח זה מציג קו קשר תלת-פאזי של התמונה כולה. (e) זה דוגמא משטחי מוחלקים גנגליון שמן שהדגיש את ריבוע שחור. (f) לוח זה מציג קו קשר תלת-פאזי של גנגליון הנפט המסומן. (g) זוהי דוגמה של זווית קשר יחיד מדידה-נקודת i (מסומן בלוח נ). שמן/מלח שמן/רוק, רוק ליבוש משטחים מוצגים ירוק, אדום וכחול, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8 : שלושה כרכים תת שחולצו מן הדגימות-המיני שלוש. () לוח זה מראה את המשנה עוצמת הקול המופק מדגם מיני 1 (חלש מים-רטוב). (b) לוח זה מראה את עוצמת הקול תת מופק מיני מדגם 2 (מעורב-wet). (ג) לוח זה מראה את עוצמת הקול תת מופק מיני מדגם 3 (מעורב-wet). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 9
איור 9 : זווית קשר גומלין יחיד ליחיד מדידת זרימת עבודה. () זהו פריט חזותי של נקודה זווית מגע שנבחרו באקראי (60 °) נמדד באמצעות הקוד אוטומטיות (התמונה המתקבל תוכנת ויזואליזציה נתונים בשימוש). (b) לוח זה מראה כיצד לזהות את המיקום של הנקודה באותו שימוש בתוכנת הדמיה וניתוח נתונים. (ג) לוח זה מראה כיצד לבצע מדידה ידנית זווית מגע באותו מיקום. (ד) זוהי דוגמה של הנקודה נמדד באופן ידני זווית מגע באותו מיקום (61 °). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 10
איור 10 : אוטומטית זווית מגע המידות בהשוואה המדידות זווית מגע ידני ב מהמיקומים של אמצעי האחסון תת מהדגימה מיני 1. הערכים נמדדו בעקבות ההליך המתואר באיור9. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 11
איור 11 : שמן השחזור כפונקציה של wettability. שחזורי שמן מדגם 1, 2 ו- 3 הם 67.1%, 58.6% 84.0%, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 12
איור 12 : המורפולוגיה שמן הנותרים בתנאי הרטבה שונים. () בדוגמת 1 (חלש מים-רטוב), השמן הנותר היה לכוד במרכז הנקבוביות כמו גרעיני מנותקות עם צורות מעין כדורית. פאנלים (b) ו- (ג) מראים איך בדגימות 2 ו- 3 (מעורב-wet), שאר השמן שנשאר במבנים גיליון מחוברים, רזה נקבוביות קטנות, מגרעות. הצבעים השונים מייצגים המנותקת שמן גרעיני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Discussion

להלן השלבים הקריטיים ביותר אפיון wettability בחיי עיר -בלחץ גבוה וטמפרטורה כדי להצליח. 1) צור סגמנטציה טוב כי הוא חיוני כדי לקבל מדידות זווית מגע מדויק. 2) להימנע כולל גרגרי אטום גדול המיני-כדוגמאות יכול לאטום את זרימת, ואת vugs גדולה וכתוצאה מכך מדגם שברירי עם נקבוביות בלתי מייצג. 3) ניסוי זרימה ומבוקרות היטב עם אין דליפות חשוב כי מיני-דגימות רגישים מאד כמות הנוזלים מוזרק (כלומר, אמצעי אחסון נקבובית אחת הוא כ- 0.1 מ"ל). 4) למנוע הנוכחות של אוויר (כמו שלב רביעי) בחלל נקבובית. 5) לשמור על שליטה בטמפרטורה של המדגם במהלך הניסוי זרימה כל. 6) למנוע כל רגיעה ממשק במהלך רכישת סריקה על-ידי מחכה המערכת להגיע שיווי משקל. 7) להשתמש תיקון משמרת במרכז המתאים, אשר יש צורך שחזור תמונות רנטגן יעיל.

השיטה האוטומטית זווית מגע הוא מוגבל על ידי דיוק סגמנטציה כי היא תחול רק בתמונות מקוטע. סגמנטציה תלוי במידה רבה הדמיה איכות זה תלוי בפרוטוקול הדמיה ואת הביצועים של הסורק microtomography. יתר על כן, הוא רגיש על שחזור התמונה את מסנני הפחתת רעש, כמו גם שיטת פילוח כגון של TWS32 או את שיטת הזריעה קו פרשת המים57. בעבודה זאת, השיטה TWS מסופקים מדידות זווית מגע מדויק יותר על raw תמונות רנטגן בהשוואה לאלו בשיטה פרשת המוחל על תמונות רנטגן מסוננים (באמצעות מסנני הפחתת רעש). השימוש של מסנני הפחתת רעש הופך את ממשק שנראה פחות שמן-wet-חלקים מסוימים של הסלע, עקב voxel בממוצע קרוב במיוחד, תלת-פאזי קשר קו31. TWS יכול ללכוד לא רק מידת הרוויה שמן הנותרות, אלא גם את צורת הגרעינים שמן הנותרות. זה במיוחד המקרה השמן הנותר המקרים מעורבים-wet, ב שמן אשר נשמר בחלל נקבובית כמו דק מבנים דמויי-גיליון, שהופך אותו אתגר להיות מקוטע בהתבסס על ערכי הסף גווני אפור בלבד.

בחיי עיר wettability קביעה זו מספקת תיאור מעמיק של התנאים הרטבה של סלעי מאגר בהשוואה לשיטות מדידה אחרות wettability קונבנציונלי. זה לוקח בחשבון כל נקבובית חשוב בקנה מידה רוק פרמטרים, כגון חספוס פני השטח רוק, רוק הכימי, ואת גודל הנקבוביות גאומטריה, אשר אינן אפשריות על-ידי wettability מדדי7,8 ו באתרו לשעבר פנה זווית שיטות4,9,10,11. השימוש מדידת זווית מגע אוטומטיות ב באתרו את המשקל מיקרון היא חזקה ומסירה כל הסובייקטיביות המשויך שיטה ידנית24. יתר על כן, זה יותר יעיל בהסרת חפצים voxelization לעומת אחרים בשיטות אוטומטיות25,26. בחיי עיר זווית מגע והפצה נמדד באמצעות השיטה האוטומטית היתה מהירה יחסית. לדוגמה, הריצה למדידת זווית קשר על כל אחד בתמונות לדוגמה שלוש המכילים 595 מיליון voxels הוא כ- 2 h, באמצעות מעבד אחד 2.2 ג'יגה-הרץ ב- CPU.

בעתיד, פרוטוקול זה יכול לשמש לאפיון מערכות רוק אחרות מאגר רווי היווצרות ליבוש ומזוט. באותה השיטה אינה מוגבלת רק בתעשיית הנפט, אפשרות לשנותם ולאחר הותאם לאפיין את wettability של כל תמונות תלת-ממדיות מקוטע בנוזלים immiscible שני בתקשורת נקבובי עם מגוון רחב של מצבים wettability.

Disclosures

ברזולוציה גבוהה רנטגן מיקרו-טומוגרפיה datasets דיווח בעיתון הזה הינם זמינים בפורטל סלעים דיגיטלי:
www.digitalrocksportal.org/projects/151
הקודים המשמשת להפעלת מדידות אוטומטיות של זווית מגע, ממשק נוזל/נוזל עקמומיות זמינים ב GitHub:
https://github.com/AhmedAlratrout/ContactAngle-Curvature-Roughness

Acknowledgments

אנו מודים בתודה אבו דאבי הלאומית שמן החברה (ADNOC), ADNOC יבשתי (שנקראה בעבר ' אבו דאבי חברת נפט ביבשה-פעולות בע מ) למימון העבודה הזאת.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Xradia VersaXRM-500 X-ray micro-CT ZEISS Quote X-ray microtomography scanner, https://www.zeiss.com/microscopy/int/products/x-ray-microscopy.html
Teledyne Isco syringe pumps Teledyne Isco Quote Model 100DM, Model 260D and Model 1000D, http://www.teledyneisco.com/en-uk
Core holder Airborne Quote 9.5 ID Coreholder, www.airborne-international.com
Gas pycnometer Micromeritics Quote AccuPyc II 1340 Pycnometer, http://www.micromeritics.com/Product-Showcase/AccuPyc-II-1340.aspx
Thermocouple Omega KMTSS-IM025U-150 0.25 to 1.0 mm Fine Diameter MI Construction Thermocouples Terminated With A Mini Pot-Seal and 1m PFA Lead Wire, https://www.omega.co.uk/pptst/TJMINI_025-075MM_IEC.html
Flexible heating jacket Omega KH-112/5-P Kapton Insulated Flexible Heaters, https://www.omega.co.uk/pptst/KHR_KHLV_KH.html
PEEK tubing Kinesis 1533XL PEEK Tubing 1/16”OD X 0.030” (0.75mm) ID Green, http://kinesis.co.uk/tubing-tubing-peek-green-1-16-x-0-030-0-75mm-x100ft-1533xl.html
Tube cutter Kinesis 003062 Tube cutter, http://kinesis.co.uk/tubing-tube-cutter-003062.html
PEEK fingertight fitting Kinesis F-120X Fingertight Fitting, single piece, for 1/16" OD Tubing, 10-32 Coned, PEEK, Natural, http://kinesis.co.uk/fingertight-fitting-single-piece-for-1-16-od-tubing-10-32-coned-peek-natural-f-120x.html
PEEK adapters and connectors Kinesis P-760 Adapters & Connectors: PEEK™ ZDV Union, for 1/16" OD Tubing, 10-32 Coned, http://kinesis.co.uk/catalogsearch/result/?q=P-760
PEEK plug Kinesis P-551 Plug, 10-32 Coned, PEEK, Natural, http://kinesis.co.uk/plug-10-32-coned-peek-natural-p-551.html
Digital Caliper RS 50019630 Digital caliper, http://uk.rs-online.com/web/
Three-way valve Swagelok SS-41GXS1 Stainless Steel 1-Piece 40G Series 3-Way Ball Valve, 0.08 Cv, 1/16 in. Swagelok Tube Fitting, https://www.swagelok.com/en/catalog/Product/Detail?part=SS-41GXS1
Viton sleeve Cole-Parmer WZ-06435-03 Viton FDA Compliant Tubing, 3/16" (4.8 mm) ID, https://www.coleparmer.com/i/mn/0643503
Drilling bit dk-holdings quote Standard wall drill *EDS540, 5mm internal diameter x continental shank, reinforced stepped shank 5mm of the tube behind 20mm of diamond, http://www.dk-holdings.co.uk/glass/stanwall.html
Heptane Sigma-Aldarich 246654-1L Heptane, anhydrous, 99%, http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/246654?lang=en&region=GB
Potassium iodide Sigma-Aldarich 231-659-4  purity ≥ 99.0%, https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/60399?lang=en&region=GB
ParaView Open source Free Data visiualization software (Protocol step 6.6), https://www.paraview.org/
Avizo Software FEI License Data visiualization and analysis software (Protocol step 1.2, 5.7.1), https://www.fei.com/software/amira-avizo/
Recontructor Software ZEISS License https://www.zeiss.com/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Blunt, M. J. Multiphase flow in permeable media: A pore-scale perspective. , Cambridge University Press. (2017).
  2. Anderson, W. G. Wettability literature survey-part 2: Wettability measurement. Journal of Petroleum Technology. 38 (11), 1246-1262 (1986).
  3. Cuiec, L. E. Evaluation of reservoir wettability and its effect on oil recovery. Interfacial Phenomena in Petroleum Recovery. Morrow, N. R. , CRC Press. 319-375 (1990).
  4. Morrow, N. R. Wettability and its effect on oil recovery. Journal of Petroleum Technology. 42 (12), 1476-1484 (1990).
  5. Anderson, W. G. Wettability literature survey - part 5: The effects of wettability on relative permeability. Journal of Petroleum Technology. 39 (11), 1453-1468 (1987).
  6. Anderson, W. G. Wettability literature survey - part 6: The effects of wettability on waterflooding. Journal of Petroleum Technology. 39 (12), 1605-1622 (1987).
  7. Amott, E. Observations relating to the wettability of porous rock. Petroleum Transactions, AIME. 216, 156-162 (1959).
  8. Donaldson, E. C., Thomas, R. D., Lorenz, P. B. Wettability determination and its effect on recovery efficiency. Society of Petroleum Engineers Journal. 9 (1), 13-20 (1969).
  9. Wagner, O. R., Leach, R. O. Improving oil displacement efficiency by wettability adjustment. Transactions of the AIME. 216 (1), 65-72 (1959).
  10. McCaffery, F. G. Measurement of interfacial tensions and contact angles at high temperature and pressure. Journal of Canadian Petroleum Technology. 11 (3), 26-32 (1972).
  11. Buckley, J. S. Effective wettability of minerals exposed to crude oil. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 6 (3), 191-196 (2001).
  12. Wildenschild, D., Sheppard, A. P. X-ray imaging and analysis techniques for quantifying pore-scale structure and processes in subsurface porous medium systems. Advances in Water Resources. 51, 217-246 (2013).
  13. Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Pore-scale imaging of geological carbon dioxide storage at in situ conditions. Geophysical Research Letters. 40 (15), 3915-3918 (2013).
  14. Blunt, M. J., et al. Pore-scale imaging and modelling. Advances in Water Resources. 51, 197-216 (2013).
  15. Berg, S., et al. Real-time 3D imaging of Haines jumps in porous media flow. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (10), 3755-3759 (2013).
  16. Schlüter, S., Sheppard, A., Brown, K., Wildenschild, D. Image processing of multiphase images obtained via X-ray microtomography: a review. Water Resources Research. 50 (4), 3615-3639 (2014).
  17. Reynolds, C. A., Menke, H., Andrew, M., Blunt, M. J., Krevor, S. Dynamic fluid connectivity during steady-state multiphase flow in a sandstone. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (31), 8187-8192 (2017).
  18. Singh, K., et al. Dynamics of snap-off and pore-filling events during two-phase fluid flow in permeable media. Scientific Reports. 7 (1), 5192 (2017).
  19. Armstrong, R. T., Porter, M. L., Wildenschild, D. Linking pore-scale interfacial curvature to column-scale capillary pressure. Advances in Water Resources. 46, 55-62 (2012).
  20. Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Pore-by-pore capillary pressure measurements using X-ray microtomography at reservoir conditions: Curvature, snap-off, and remobilization of residual CO2. Water Resources Research. 50 (11), 8760-8774 (2014).
  21. Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Pore-scale imaging of trapped supercritical carbon dioxide in sandstones and carbonates. International Journal of Greenhouse Gas Control. 22, 1-14 (2014).
  22. Herring, A. L., Middleton, J., Walsh, R., Kingston, A., Sheppard, A. Flow rate impacts on capillary pressure and interface curvature of connected and disconnected fluid phases during multiphase flow in sandstone. Advances in Water Resources. 107, 460-469 (2017).
  23. Herring, A. L., Andersson, L., Wildenschild, D. Enhancing residual trapping of supercritical CO2 via cyclic injections. Geophysical Research Letters. 43 (18), 9677-9685 (2016).
  24. Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Pore-scale contact angle measurements at reservoir conditions using X-ray microtomography. Advances in Water Resources. 68, 24-31 (2014).
  25. Scanziani, A., Singh, K., Blunt, M. J., Guadagnini, A. Automatic method for estimation of in situ. effective contact angle from X-ray micro tomography images of two-phase flow in porous media. Journal of colloid and interface science. 496, 51-59 (2017).
  26. Klise, K. A., Moriarty, D., Yoon, H., Karpyn, Z. Automated contact angle estimation for three-dimensional X-ray microtomography data. Advances in Water Resources. 95, 152-160 (2016).
  27. AlRatrout, A., Raeini, A. Q., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Automatic measurement of contact angle in pore-space images. Advances in Water Resources. 109, 158-169 (2017).
  28. Salathiel, R. A. Oil recovery by surface film drainage in mixed-wettability rocks. Journal of Petroleum Technology. 25 (10), 1216-1224 (1973).
  29. Kovscek, A. R., Wong, H., Radke, C. J. A pore-level scenario for the development of mixed wettability in oil reservoirs. AIChE Journal. 39 (6), 1072-1085 (1993).
  30. Buckley, J. S., Liu, Y., Monsterleet, S. Mechanisms of wetting alteration by crude oils. Society of Petroleum Engineers Journal. 3 (1), 54-61 (1998).
  31. Alhammadi, A. M., AlRatrout, A., Singh, K., Bijeljic, B., Blunt, M. J. In situ characterization of mixed-wettability in a reservoir rock at subsurface conditions. Scientific Reports. 7 (1), 10753 (2017).
  32. Arganda-Carreras, I., et al. Trainable weka segmentation: a machine learning tool for microscopy pixel classification. Bioinformatics. 33 (15), 2424-2426 (2017).
  33. Wang, Y., Lin, C. L., Miller, J. D. Improved 3D image segmentation for X-ray tomographic analysis of packed particle beds. Minerals Engineering. 83, 185-191 (2015).
  34. Zhang, G., Parwani, R., Stone, C. A., Barber, A. H., Botto, L. X-ray imaging of transplanar liquid transport mechanisms in single layer textiles. Langmuir. 33 (43), 12072-12079 (2017).
  35. Su, Y., et al. Pore type and pore size distribution of tight reservoirs in the Permian Lucaogou Formation of the Jimsar Sag, Junggar Basin, NW China. Marine and Petroleum Geology. 89, 761-774 (2018).
  36. Ozcelikkale, A., et al. Differential response to doxorubicin in breast cancer subtypes simulated by a microfluidic tumor model. Journal of Controlled Release. 266, 129-139 (2017).
  37. Zeller-Plumhoff, B., et al. Quantitative characterization of degradation processes in situ. by means of a bioreactor coupled flow chamber under physiological conditions using time-lapse SRµCT. Materials and Corrosion. 69 (3), 298-306 (2017).
  38. Daly, K. R., et al. Modelling water dynamics in the rhizosphere. Rhizosphere. 4, 139-151 (2017).
  39. Borgmann, K., Ghorpade, A. Methamphetamine Augments Concurrent Astrocyte Mitochondrial Stress, Oxidative Burden, and Antioxidant Capacity: Tipping the Balance in HIV-Associated Neurodegeneration. Neurotoxicity Research. 33 (2), 433-447 (2018).
  40. Wollatz, L., Johnston, S. J., Lackie, P. M., Cox, S. J. 3D histopathology-a lung tissue segmentation workflow for microfocus X-ray-computed tomography scans. Journal of Digital Imaging. 30 (6), 772-781 (2017).
  41. Method and apparatus for permeability measurements. U.S.A. Patent. Hassler, G. L. , 2,345,935 (1944).
  42. McCaffery, F. G. Measurement of interfacial tensions and contact angles at high temperature and pressure. Journal of Canadian Petroleum Technology. 11 (03), 26-32 (1972).
  43. Hjelmeland, O. S., Larrondo, L. E. Experimental investigation of the effects of temperature, pressure, and crude oil Composition on interfacial properties. SPE Reservoir Engineering. 1 (04), 321-328 (1986).
  44. Buckley, J. S., Takamura, K., Morrow, N. R. Influence of electrical surface charges on the wetting properties of crude oils. SPE Reservoir Engineering. 4 (03), 332-340 (1989).
  45. Fernø, M. A., Torsvik, M., Haugland, S., Graue, A. Dynamic laboratory wettability alteration. Energy & Fuels. 24 (07), 3950-3958 (2010).
  46. Al-Menhali, A. S., Krevor, S. Capillary trapping of CO2 in oil reservoirs: Observations in a mixed-wet carbonate rock. Environmental Science & Technology. 50 (05), 2727-2734 (2016).
  47. Wang, J., Buckley, J. S. Asphaltene stability in crude oil and aromatic solvents-the influence of oil composition. Energy & Fuels. 17 (06), 1445-1451 (2003).
  48. Wang, J. X., Buckley, J. S. A two-component solubility model of the onset of asphaltene flocculation in crude oils. Energy & Fuels. 15 (05), 1004-1012 (2001).
  49. Buades, A., Coll, B., Morel, J. M. A non-local algorithm for image denoising. Proceedings / CVPR, IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2 (7), 60-65 (2005).
  50. Buades, A., Coll, B., Morel, J. M. Nonlocal image and movie denoising. International Journal of Computer Vision. 76 (2), 123-139 (2008).
  51. Jadhunandan, P. P., Morrow, N. R. Effect of wettability on waterflooding recovery for crude oil/brine/rock systems. SPE Reservoir Engineering. 10 (1), 40-46 (1995).
  52. Singh, K., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Imaging of oil layers, curvature and contact angle in a mixed-wet and a water-wet carbonate rock. Water Resources Research. 52 (3), 1716-1728 (2016).
  53. Iglauer, S., Fernø, M. A., Shearing, P., Blunt, M. J. Comparison of residual oil cluster size distribution, morphology and saturation in oil-wet and water-wet sandstone. Journal of Colloid and Interface Science. 375 (1), 187-192 (2012).
  54. Al-Raoush, R. I. Impact of wettability on pore-scale characteristics of residual nonaqueous phase liquids. Environmental Science & Technology. 43 (13), 4796-4801 (2009).
  55. Chatzis, I., Morrow, N. R., Lim, H. T. Magnitude and detailed structure of residual oil saturation. Society of Petroleum Engineers Journal. 23 (2), 311-326 (1983).
  56. Alhammadi, A. M., AlRatrout, A., Bijeljic, B., Blunt, M. J. In situ wettability measurement in a carbonate reservoir rock at high temperature and pressure. Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference. , Abu Dhabi, UAE, 13-16 November 2017 (2017).
  57. Jones, A. C., et al. Assessment of bone ingrowth into porous biomaterials using micro-CT. Biomaterials. 28 (15), 2491-2504 (2007).

Tags

הנדסה בעיה 140 Wettability צור קשר עם זווית רנטגן microtomography סולם נקבובית זרימה טורבולנטית רב פזית תנאים מהסבא פילוח.
סרגל נקבובית הדמיה ואפיון של פחמימנים המאגר סלע Wettability-תנאים מהסבא בעזרת רנטגן Microtomography
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Alhammadi, A. M., AlRatrout, A.,… More

Alhammadi, A. M., AlRatrout, A., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Pore-scale Imaging and Characterization of Hydrocarbon Reservoir Rock Wettability at Subsurface Conditions Using X-ray Microtomography. J. Vis. Exp. (140), e57915, doi:10.3791/57915 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter