Detta protokoll presenteras för att karakterisera komplexa vätning villkoren i en ogenomskinlig poröst medium (kolväte reservoar rock) med hjälp av tredimensionella bilder erhålls genom röntgen mikrotomografi på markytan villkor.
In situ Vätbarheten mätningar i kolväte reservoar bergarter har endast varit möjligt nyligen. Syftet med detta arbete är att presentera ett protokoll för att karakterisera de komplexa vätning villkor av kolväte reservoar rock med pore-skala tredimensionellt röntgenundersökning vid markytan villkor. I detta arbete, har heterogena karbonat reservoar stenar, utvinns ur en mycket stor producerande oljefält, använts för att demonstrera protokollet. Klipporna är mättad med saltlake och olja och åldern över tre veckor på markytan villkor att replikera Vätbarheten villkor som vanligtvis finns i kolväte reservoarer (känd som blandat-Vätbarheten). Efter injektionen saltlake högupplösta tredimensionella bilder (2 µm/voxel) förvärvats och sedan bearbetas och segmenterad. Om du vill beräkna fördelningen av kontakt vinkel, som definierar Vätbarheten, utförs följande steg. Första, vätska-vätska och vätska-rock ytor är maskor. Ytorna jämnas ut för att ta bort voxel artefakter och i situ kontakt vinklar mäts på trefas kontaktledningen i hela hela bilden. Den största fördelen med denna metod är dess förmåga att karakterisera i situ Vätbarheten redovisning för pore-skala rock egenskaper, såsom rock ytjämnhet, rock kemiska sammansättning och porstorlek. Den i situ Vätbarheten bestäms snabbt hundratals tusentals punkter.
Metoden begränsas av segmentering noggrannhet och röntgen bildupplösning. Detta protokoll kan användas att karakterisera Vätbarheten hos preparat av andra komplexa bergarter mättade med olika vätskor och på olika förutsättningar för en mängd tillämpningar. Till exempel, det kan hjälpa att fastställa den optimala Vätbarheten som kunde ge en extra olja återvinning (dvsutforma saltlake salthalt med detta för att få högre oljeutvinning) och att hitta de mest effektiva vätning villkor att fälla mer CO2 i markytan formationer.
Vätbarheten (kontakt vinkeln mellan blandbara vätskor på en fast yta) är en av de viktigaste egenskaper som styr vätska konfigurationer och olja återvinning i reservoaren bergarter. Vätbarheten påverkar makroskopiska flödet egenskaper inklusive relativ permeabilitet och kapillär tryck1,2,3,4,5,6. Mätning i situ Vätbarheten hos preparat av reservoaren rock har förblev dock en utmaning. Reservoaren rock Vätbarheten har fastställts traditionellt på core skalan, indirekt använda Vätbarheten index7,8, och direkt ex situ på platt mineraliska ytor4,9 , 10 , 11. både Vätbarheten index och ex situ kontaktvinkel mätningar är begränsade och inte kan karakterisera de blandat-Vätbarheten (eller rad kontaktvinkel) som normalt finns i kolväte reservoarer. Dessutom de inte hänsyn till pore-rock egenskaper för skala, såsom rock mineralogi, ytjämnhet, por-geometri och rumslig heterogenitet, som har en direkt inverkan på skalan pore vätska arrangemanget.
Senaste framsteg i icke-invasiv tredimensionell avbildning med röntgen mikrotomografi12, i kombination med användning av en förhöjd temperatur och tryck apparaten13, har gjort studien av flerfasströmning i genomsläppliga media14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Denna teknik har underlättat utvecklingen av manuell i situ kontaktvinkel mätningar vid pore skalan i ogenomskinliga porösa medium (stenbrottet kalksten rock) subsurface villkor24. En genomsnittlig kontaktvinkel värde av 45° ± 6° mellan CO2 och kaliumjodid (KI) saltlake erhölls för hand från raw-bilder på 300 poäng. Den manuella metoden är dock tidskrävande (dvs.100 kontaktvinkel Poäng kunde ta upp till flera dagar att mätas) och de värden som erhålls kan ha en subjektiv bias.
Mätning av en i situ kontaktvinkel har automatiserats med olika metoder tillämpas att segmenterad tredimensionella röntgen bilder25,26,27. Scanziani et al. 25 förbättrat den manuella metoden genom att placera en cirkel på vätska-vätska gränssnittet som korsar en linje som placeras på vätska-rock gränssnittet på skivor ortogonal till trefas kontaktledningen. Denna metod har tillämpats på små sub-volymer ur tredimensionella bilder av stenbrottet kalksten mättad med dekan och KI saltlake. Klise et al. 26 utvecklat en metod för att kvantifiera den i situ kontaktvinkel automatiskt genom att montera plan till den vätska-vätska och vätska-rock gränssnitt. Kontaktvinkel fastställdes mellan dessa plan. Denna metod tillämpades på tredimensionella bilder av pärlor mättad med fotogen och saltlake. Både automatiserade metoder tillämpades till voxelized bilder som skulle införa fel, och i båda metoderna, linjer eller flygplan utrustades på vätska-vätska och vätska-rock gränssnitt och kontaktvinkel mättes mellan dem. Tillämpa dessa två synsätt på voxelized kan segmenterade bilder av komplexa rock geometri leda till fel samtidigt vara tidskrävande.
I detta protokoll tillämpar vi den automatisera i situ kontaktvinkel metod utvecklad av AlRatrout et al. 27 som avlägsnar voxelization artefakter genom att tillämpa Gaussisk smoothing vätska-vätska och vätska-solid gränssnitten. Sedan, en enhetlig krökning utjämning används endast för gränssnittet vätska-vätska, vilket är förenligt med kapillär equilibriumen. Hundratusentals kontaktvinkel punkter mäts snabbt i kombination med deras x-, y-, och z-koordinater. Metoden av AlRatrout et al. 27 har tillämpats på vatten-vått och blandat-vått stenbrottet kalksten prover mättad med dekan och KI saltlake.
I detta protokoll anställer vi de senaste framstegen inom röntgen mikrotomografi kombinerat med ett högt tryck och hög temperatur apparaten att genomföra en i situ Vätbarheten karakterisering av komplexa karbonat reservoar stenar, utvinns ur en mycket stor producerande oljefält ligger i Mellanöstern. Klipporna var mättad med råolja vid markytan villkor att reproducera reservoar villkoren vid upptäckt. Det har varit en hypotes om att delar av reservoaren rock ytorna (med direktkontakt med råolja) blivit olja-vått, medan andra (fylld med inledande bildandet saltlake) förblir vatten-vått28,29,30. Den reservoar rock Vätbarheten är dock ännu mer komplex på grund av flera faktorer styra graden av Vätbarheten ändring, inklusive ytjämnheten, rock kemiska heterogenitet, råolja sammansättning, saltlake sammansättning och mättnad, och temperatur och tryck. En senare studie31 har visat att det vanligtvis finns en rad kontaktvinkel i reservoaren stenar med värden både ovanför och nedanför 90 °, mätt med den automatiserade metoden utvecklad av AlRatrout et al. 27.
Huvudsyftet med detta arbete är att ge en grundlig protokoll för att karakterisera den i situ Vätbarheten reservoar bergarter (blandat-Vätbarheten) på markytan villkor. En exakt mätning av i situ kontakt vinkel kräver en bra segmentering kvalitet. Därför underlätta en machine learning-baserade segmentering metod känd som Trainable WEKA segmentering (TWS)32 användes för att fånga inte bara mängden återstående olja utan även formen på de återstående olja ganglier, således mer exakt kontaktvinkel mätningar. Nyligen, TWS har använts i en mängd olika tillämpningar, såsom segmentering av packade partikel sängar, vätskor inom textilfibrer, och porerna i snäva reservoarer33,34,35,36, 37,38,39,40. För att bild den återstående oljan exakt på en hög upplösning och vid markytan, var en ny experimentell apparat används (figur 1 och figur 2). Mini-prover av rock lastades in i centrera av en Hassler-typen core innehavaren41 gjord av kolfiber. Användning av en lång och liten diameter kolfiber hylsa tillåter en röntgen källa föras mycket nära provet, därmed öka röntgen flux och minska krävs exponeringstid, vilket resulterar i en bättre bildkvalitet under en kortare tidsperiod. Kolfiber hylsan är tillräckligt stark för att klara höga tryck och temperatur förhållanden medan återstående tillräcklig insyn för att röntgen21.
I denna studie beskriver vi de stegen som följt för att karakterisera i situ Vätbarheten hos preparat av reservoaren klipporna vid markytan villkor. Detta inkluderar borrning representativa mini-prover, core innehavaren församlingen, flow apparaten och flöde förfarande, protokollet imaging, bildbehandling och segmentering och slutligen köra automatiserade kontaktvinkel kod för att generera kontaktvinkel distributioner.
De viktigaste stegen för en i situ Vätbarheten karaktärisering vid högt tryck och temperatur för att lyckas är följande. (1) skapa en bra bild segmentering som är avgörande för att erhålla korrekt kontaktvinkel mätningar. (2) Undvik inklusive stora ogenomtränglig korn i mini-prover som kan isolera flödet, och stora vugs vilket resulterar i en mycket bräcklig prov med icke-representativa porositet. (3) ett väl kontrollerat flöde experiment med inga läckor är viktigt eftersom mini-prover är mycket känsliga för mängden injicerad vätska (dvs.en porvolym är ca 0.1 mL). (4) undvika förekomsten av luft (som en fjärde fas) i pore utrymmet. (5) bibehålla en temperaturkontroll av provet under hela flödet experimentet. 6) undvika alla gränssnitt avkoppling under scan förvärvet av väntan för systemet att nå jämvikt. (7) använda en lämplig center Skift korrigering, som är nödvändiga för effektiv röntgen bild återuppbyggnad.
Den automatisera kontaktvinkel metoden begränsas av riktigheten av bild segmentering eftersom den tillämpas på segmenterade bilder bara. Bild segmentering beror på bildkvalitet som beror på protokollet imaging och utförandet av mikrotomografi skannern. Det är dessutom känsligt för bild återuppbyggnad och buller minskning filtren, samt metoden segmentering som TWS32 eller de seedade vattendelare metod57. I detta arbete som metoden TWS exaktare kontaktvinkel mätningar på raw röntgenbilder jämfört med dem med en vattendelare metod tillämpas på filtrerade röntgenbilder (med buller minskning filter). Användning av buller minskning filter gör gränssnittet verkar vara mindre olja-vått på vissa delar av berget, på grund av den voxel genomsnitt särskilt nära trefas kontaktledning31. TWS kan fånga inte bara resterande olja färgmättnaden utan även formen på de återstående olja ganglierna. Detta är särskilt fallet för den återstående oljan i blandat-vått fall, i vilken olja behålls i pore utrymme som tunn plåt-liknande strukturer, vilket gör det en utmaning att segmenteras baserat på gråskala tröskelvärden endast.
Denna i situ Vätbarheten beslutsamhet ger en grundlig beskrivning av vätning villkorar av reservoaren stenar jämfört med andra konventionella Vätbarheten mätmetoder. Det tar hänsyn till alla viktiga pore-skala rock parametrar, såsom rock ytjämnhet, rock kemiska sammansättningar, och porstorlek och geometri, som inte går genom Vätbarheten index7,8 och ex situ- kontakt Angle metoder4,9,10,11. Användning av en automatiserad i situ kontaktvinkel mätning på micron skalan är robust och tar bort eventuella subjektivitet som är associerad med den manuella metod24. Dessutom är det mer effektivt undanröja voxelization artefakter jämfört med andra automatiserade metoder25,26. I situ kontaktvinkel fördelningen mätt med den automatiserade metoden var relativt snabb. Runtime-modulen för att mäta kontaktvinkel på någon av de tre prov bilder som innehåller 595 miljoner voxlar är exempelvis cirka 2 h, med en enda processor 2,2 GHz CPU.
Detta protokoll kan i framtiden användas för att karakterisera andra reservoaren rock system mättad med bildandet saltlake och råolja. Samma metod kan är inte begränsat till oljeindustrin bara och vara och anpassade för att karakterisera Vätbarheten från någon segmenterade tredimensionella bilder med två icke blandbara vätskor i porösa medier med olika Vätbarheten villkor.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar tacksamt Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) och ADNOC Onshore (tidigare känd som Abu Dhabi företaget för Onshore Petroleum Operations Ltd) för finansiering av detta arbete.
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®ion=GB |
Potassium iodide | Sigma-Aldarich | 231-659-4 | purity ≥ 99.0%, https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/60399?lang=en®ion=GB |
ParaView | Open source | Free | Data visiualization software (Protocol step 1.2, 6.6), https://www.paraview.org/ |
Avizo Software | FEI | License | Data visiualization and analysis software (Protocol step 5.7.1), https://www.fei.com/software/amira-avizo/ |
Recontructor Software | https://www.gexcel.it |