このプロトコルは、地下の条件で x 線マイクロトモグラフィーによる 3次元画像を用いた不透明な多孔質媒体 (炭化水素貯留岩) の複雑な湿潤状態を特徴付けるに提示されます。
炭化水素貯留岩に濡れその場でのみ可能だった最近。この作業の目的は、地盤状態で細孔スケール三次元 x 線イメージングを用いた炭化水素貯留岩の複雑な湿潤状態を特徴付けるためのプロトコルを提示することです。今回、不均質炭酸塩岩貯留岩には、非常に大規模な生産油田から抽出されたプロトコルを示すため使用されています。岩は飽和食塩水と油であり、通常 (混合濡れ性として知られている) 炭化水素貯留層に存在する濡れ性の条件を複製する地盤の状態で 3 週間以上を高齢者します。塩水注入後 (2 μ m/ボクセル) 高解像度 3次元画像が取得処理し、分割します。接触角、ぬれ性を定義する分布を計算するには、次の手順が実行されます。最初、流体-流体と岩石-流体の表面が噛み合っています。表面が滑らかにボクセル工芸品を削除して画像全体を通して三相接触線でその場で接触角を測定します。この方法の主な利点は、その場で濡れ会計岩表面粗さ、岩の化学組成、細孔径などの細孔スケール ロック プロパティを特徴付ける機能です。その場で濡れ性は、数十万点に急速に決定されます。
このメソッドは、分割精度と x 線画像の解像度によって制限されます。このプロトコルを使用する飽和異なる流体とさまざまなアプリケーションの異なる条件下で他の複雑な岩のぬれ性を特徴付けることができます。たとえば、それは余分な油回収をもたらすことができる最適な濡れ性の決定で助けることができる (すなわち、高い油回収を取得する塩水の塩分濃度をそれに応じて設計) とより多くの CO2 をトラップするための最も効率的な湿潤状態を見つけること地下の形成。
濡れ (混じり合わない流体固体表面での接触角) は、流体の構成の制御および石油貯留岩の回復キー プロパティの 1 つです。ぬれ性比透磁率および毛管圧力1,2,3,4,5,6などの巨視的フロー プロパティに影響します。しかし、課題であったが貯留岩の場でぬれ性を測定します。貯留岩の濡れ性を使用して間接的濡れ指数7、8、および直接元場フラットの鉱物表面4,9コア規模で伝統的決定されており,10,11. 両方濡れ指数ex接触角測定限定され、通常炭化水素貯留層に存在する混合濡れ性 (または接触角の範囲) を特徴付けることはできません。また、細孔スケール ロックなどのプロパティの岩石鉱物学、表面粗さ、毛穴-ジオメトリ、および空間的不均一性細孔スケールの流体の配置に直接的な影響を持つアカウントはありません。
高温と圧力装置13の使用と組み合わせて x 線マイクロトモグラフィー12を用いた三次元非侵襲の最近の進歩は、透水性メディア14 の混相流の研究を許可しています。 ,,1516,17,18,19,20,21,22,23。この技術は、地下条件24で不透明な多孔質媒体 (採石場の石灰岩) の細孔スケールでの接触角測定マニュアルその場の開発を促進しています。45 ° ± 6 ° CO2とヨウ化カリウム (KI) 塩水間の接触角の平均値は、300 ポイントでの raw 画像から手で得られました。しかし、マニュアルの方法は時間のかかる (すなわち、100 の接触角点とることができる数日測定する) し、得られた値が主観的なバイアスを持っています。
その場で接触角の測定方法は適用によって自動化されている三次元 x 線を分割するのには画像25,26,27。Scanzianiら25は、三相接触線に直交岩石-流体界面のスライス上に配置線と交差する流体-流体界面円をすることによって、手動の方法を改善しました。このメソッドは、デカンと氣塩水飽和採石場の石灰岩の三次元画像から抽出した小さなサブ ボリュームに適用されています。Kliseら26は、継手、流体-流体と岩石-流体インターフェイスに飛行機によって自動的にその場で接触角を定量化する手法を開発しました。接触角は、これらの平面の間に決定されました。このメソッドは、灯油や塩水で飽和ビーズの三次元画像に適用されました。両方自動化された方法は、エラーを引き起こす可能性が voxelized 画像に適用された、両方の方法での線または平面の流体-流体で装着され、それらの間岩石-流体のインターフェイスと接触角を測定しました。Voxelized にこれらの 2 つのアプローチを適用する複雑なロック形状の分割された画像エラーにつながる時間がかかりながらも。
このプロトコルでは、AlRatroutらが開発したその場で自動接触角の法を適用します。27ガウス平滑化を流体-流体と流体-固体インターフェイスに適用することによってボクセル化遺物を削除します。その後、平滑化均一曲率がキャピラリーの均衡と一致している流体流体のインターフェイスにのみ適用されます。接触角点の数十万との組み合わせで迅速に測定のx-、 y– とzの座標。AlRatroutらのアプローチ27はデカンや氣塩水で飽和水濡れていると混合ウェット採石場石灰岩のサンプルに適用されています。
このプロトコルでは、その場で濡れ特性複雑な炭酸塩岩油層、非常に大きいから抽出を実施する高圧・高温装置併用 x 線マイクロトモグラフィの最新の進歩を用いてください。中東に位置する油田の生産。岩が発見時に油層条件を再現する地盤で原油飽和状態。それは (原油との直接接触) と貯留層の石の表面の部分になる油にぬれた (初期形成ブライン充填) 残り水濡れている28,29,30をえられています。しかし、貯留岩濡れはかん水組成原油組成、岩石化学的不均質表面粗さなどの濡れ性変化の程度を制御するいくつかの要因も複雑と彩度と温度と圧力。最近研究31は通常接触角 90 °、自動化された方法を用いて上下両方が AlRatroutらによって開発された値と貯留岩の範囲があることを示しています。27。
この作業の主な目的は、貯留岩 (混合濡れ) 地盤条件下での場で濡れ性を特徴付けるための徹底的なプロトコルを提供することです。その場で接触角の正確な測定には、良いセグメンテーションの品質が必要です。したがって、Trainable ウェカ ・ セグメンテーション (TWS)32は、残りの油の量だけでなく、残りの形状をキャプチャする使用されたオイルこうして神経節として知られている機械学習に基づくセグメンテーション法より正確な接触角を促進します。測定。最近では、TWS は、充填粒子ベッドのセグメンテーション、繊維、内液体などのアプリケーションのさまざまな、、3633,34,35,タイトな貯水池の毛穴で使用されています 37,38,,3940。地盤、高解像度で正確に残りの油をイメージするには、新しい実験装置だった使用される (図 1および図 2)。岩のミニ サンプルは、カーボンファイバー製ハスラー型芯ホルダー41のセンターに読み込まれました。長い小径炭素繊維スリーブは、使用サンプル、それ故に x 線の量の増加と時間の短い期間でより良い画質の結果必要な露出時間を短縮に近い非常に持って来られるべき x 線源です。炭素繊維スリーブは高圧および温度条件を維持しながら x 線21十分に透明を処理するには十分に強いです。
本研究では表層状態で貯留岩の場で濡れ性を特徴付けるための手順の概要を説明します。これは、代表的なミニ ・ サンプル、コア ・ ホルダ ・ アセンブリ、フロー装置、フロー手順、イメージング プロトコル、画像処理、セグメンテーション、掘削など最後にコードを実行する、自動接触角接触角を生成するには分布。
その場で濡れ性評価成功する温高圧下での最も重要な手順は次のとおりです。1) 接触角の正確な測定を得るために不可欠である良好な画像分割を生成します。2) フロー、および空隙率の代表でない非常に壊れやすいサンプルに終って大きいさらされた封印できるミニ ・ サンプルの不浸透性の大粒を含めないようにします。ミニ サンプルが注入された液量に非常に敏感なので、3) 漏れと十分に制御フロー実験は重要です (つまり、1 つの細孔容積は約 0.1 mL)。4) 気孔スペースの空気 (第 4 期) としての存在を避けます。5) 全体の流れの実験中に、サンプルの温度制御を維持します。6) 平衡に到達するシステムを待機してスキャン データ収集中に任意のインターフェイスの緩和を避けてください。7) 効果的な x 線画像再構成に必要な適切なセンターのシフト補正を使用します。
自動接触角法は、セグメント化されたイメージのみに適用されるため、画像の領域分割の精度によって制限されます。画像の領域分割は画像の撮像プロトコルとマイクロトモグラフィー スキャナーの性能に依存する画質に大きく依存します。さらに、画像再生ノイズ除去フィルターと TWS32などシード流域法57の切り出しに敏感です。この作品では、TWS メソッドは、生 x 線写真 (ノイズ除去フィルターを使用して) フィルター処理された x 線画像に適用 watershed 法によってそれらと比較してより正確な接触角測定を提供しました。ノイズ除去フィルターの使用は、特に三相接触線31に近いボクセル平均のため、岩のいくつかの部分で少ない湿式のオイルのように見えるインターフェイスできます。TWS は、残り油飽和の量だけでなく、残りの油節の形状をキャプチャできます。これは混合にぬれた場合残りの油の場合特に、として気孔スペースでどのオイルが保持されるの薄いシートのような構造、それはセグメント化への挑戦ベース グレー縮尺の閾値値のみに。
この場で濡れ性決定他の従来の濡れ性の測定方法と比較して貯留岩の湿潤状態の徹底的な説明を提供します。それパラメーターを受け取るアカウントにすべて重要な細孔スケール ロック、ジオメトリと細孔径岩化学組成、岩石表面粗さなどは濡れ指数7、8 、元場接触によって不可能です角度法4,9,10,11。ミクロン スケールでその場で自動接触角測定の使用は堅牢で、手動の方法24に関連付けられている任意の主観を削除します。また、他の自動化された方法の25,26に比べてボクセル化遺物を除去するに効果的です。自動化された方法を用いてその場で接触角の分布は比較的早かった。たとえば、5 億 9500 万画素を含む 3 つのサンプル画像のいずれかを接触角を測定するためのランタイムは単一の 2.2 GHz の CPU プロセッサを使用して約 2 時間です。
将来は、飽和塩水形成と原油他の貯留層ロック システムを特徴付けるこのプロトコルを使用できます。同じメソッドは石油業界だけに限定されていませんと変更し、濡れ濡れ性の条件の様々 な多孔質媒体における混じり合わない流体を任意のセグメント化された 3次元画像からの特徴に適応することができます。
The authors have nothing to disclose.
我々 は感謝して、この作業を資金調達のため、アブダビ国営石油会社 (ADNOC) と ADNOC 陸上 (以前は陸上石油事業会社アブダビ会社として知られている) をありがとうございます。
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 |