Этот протокол, как представляется, характеризуют комплекс смачивания условий непрозрачной пористой среды (углеводородов породой) с использованием трехмерных изображений, полученных рентген микротомографии в подземных условиях.
В situ измерения смачиваемости в углеводородных пород-коллекторов стали возможными только недавно. Цель этой работы заключается в настоящее время протокол характеризовать условия сложные смачивания рок резервуар углеводородов, используя поры масштаба трехмерной рентгенография в подземных условиях. В этой работе гетерогенных карбонатных пород пласта, извлеченные из очень больших производство нефтяного месторождения, использовались для демонстрации протокол. Скалы насыщенный рассол и нефти и в возрасте свыше трех недель в подземных условиях для репликации смачиваемости условия, которые обычно существуют в залежей углеводородов (известный как смешанные смачиваемости). После введения рассола трехмерные изображения с высоким разрешением (2 мкм/вокселей) приобрела и затем обрабатываются и сегментирование. Чтобы вычислить распределение угол контакта, который определяет смачиваемость, выполняются следующие шаги. Первый, жидкость жидкость и жидкость рок поверхности отверстиями. Поверхности сглаживаются для удаления артефактов voxel, и в месте контакта углы измеряются на линии соприкосновения-трехфазная на протяжении всего изображения. Основным преимуществом данного метода является его способность характеризуют в situ смачиваемости учета поры масштаба рок свойств, таких как шероховатость поверхности рок, рок химический состав и размер пор. Смачиваемость в situ определяется быстро на сотни тысяч точек.
Этот метод ограничен сегментации точность и разрешение рентгеновского изображения. Этот протокол может использоваться для характеристики смачиваемости других сложных горных пород, насыщенных с различными жидкостями и в различных условиях для различных приложений. Например, это может помочь в определении оптимального смачиваемость, который может принести дополнительный нефтеотдачи (т.е., проектирование минерализации рапы соответственно для получения более высокой нефтеотдачи) и находить наиболее эффективные условия смачивания поймать больше CO2 в подземных пластах.
Смачиваемость (контактный угол между несмешивающихся жидкостей на твердой поверхности) является одним из ключевых свойств, которые управляют жидкости конфигурации и восстановления в пород-коллекторов нефти. Смачиваемость влияет на свойства макроскопических потока, включая относительная проницаемость и капиллярное давление1,2,3,4,5,6. Однако измерения в situ смачиваемости породой остается проблемой. Водохранилище рок смачиваемости было установлено, традиционно в масштабе ядро, косвенно с помощью смачиваемости индексы7,8и непосредственно ex situ на плоской минеральных поверхностей4,9 , 10 , 11. индексы смачиваемости и ex situ контактный угол измерения ограничены и не может характеризовать смешанного смачиваемости (или диапазон угла контакта), которая обычно существует в залежей углеводородов. Кроме того они не учитывают поры масштаба рок свойств, таких как рок минералогии, шероховатость поверхности, поры геометрии и пространственной гетерогенности, которые имеют непосредственное влияние на механизме жидкости в масштабе поры.
Последние достижения в области неинвазивной трехмерной визуализации с помощью рентгеновского микротомографии12, в сочетании с использованием повышенных температур и давления аппарат13, позволили исследование многофазных потоков в проницаемых СМИ14 ,,1516,,1718,19,20,21,22,23. Эта технология облегчает разработку вручную в situ контактный угол измерения на поры масштаба в непрозрачный пористой среде (карьер известняка рок) в подземных условиях24. Значение средней контактный угол 45° ± 6° между CO2 и йодида калия (KI) рассол был получен от руки от raw изображений на 300 пунктов. Однако, вручную занимает много времени (т.е., 100 точек угла контакта может занять до нескольких дней измеряться) и полученные значения может иметь субъективный уклоном.
Измерение угла в месте контакта были автоматизированы различными методами применяется сегментирована трехмерные рентгеновские изображения25,,2627. Scanziani и др. 25 улучшен ручной метод, поместив круг в интерфейсе жидкость жидкость, который пересекается с линией помещены в интерфейсе жидкость рок на ломтики ортогональные линии три фазы. Этот метод был применен для малых суб томов, извлеченные из трехмерных изображений карьер известняка скалы насыщается Дечане и Ки рассола. Klise и др. 26 разработан метод количественной оценки угол контакта на месте автоматически путем установки самолетов в жидкость жидкость и жидкость рок интерфейсы. Контактный угол был определен между этими плоскостями. Этот метод был применен для трехмерных изображений бусин насыщенный керосин и рассола. Автоматизированные методы были применены к voxelized изображения, которые могут внести ошибки, и в обоих методах, линии или самолеты были установлены в жидкость жидкость и жидкость рок интерфейсов и угол контакта было измерено между ними. Применение этих двух подходов на voxelized сегментирована изображения рок сложной геометрии может привести к ошибкам также будучи времени.
В этом протоколе мы применяем автоматизированных в situ угол контакта метод, разработанный AlRatrout и др. 27 , который удаляет артефакты voxelization, применяя Гаусса сглаживания к интерфейсам жидкость жидкость и жидкость твердое. Тогда форма кривизны сглаживание применяется только к интерфейсу жидкость жидкость, которая согласуется с капиллярной равновесия. Сотни тысяч точек угла контакта быстро измеряются в сочетании с их x-, y– и z-координаты. Подход AlRatrout и др. 27 был применен к воды мокрый и смешанные мокрой карьер известняка образцы насыщается Дечане и Ки рассола.
В этом протоколе мы используем последние достижения в рентгеновских микротомографии в сочетании с высокого давления и высокой температуры аппарат для проведения на месте смачиваемости характеристика сложных карбонатных пород пласта, извлеченные из очень большой производство нефтяного месторождения, расположенные на Ближнем Востоке. Скалы были насыщены сырой нефти в подземных условиях воспроизвести условия водохранилище после обнаружения. Он было предположил, что части водохранилища рок поверхностей (с прямым контактом с сырой нефти) становятся нефти влажный, в то время как другие (заполнены с первоначального формирования рассола) остаются воды влажный28,29,30. Однако, смачиваемости рок водохранилище является еще более сложным из-за нескольких факторов, контролируя степень смачиваемости изменениями, в том числе шероховатость поверхности, рок химической неоднородности, состав сырой нефти, состава рапы и насыщенность и температура и давление. Недавнее исследование31 показал, что обычно существует широкий спектр угол контакта в пород-коллекторов с ценностями, как выше и ниже 90 °, измеряется с помощью метода автоматизированного разработанный AlRatrout et al. 27.
Основная цель этой работы заключается в том, предоставить подробный протокол характеризовать смачиваемости в situ пород-коллекторов (смешанная смачиваемости) в подземных условиях. Точное измерение угла контакта на месте требует хорошей сегментации качества. Следовательно метод сегментации на основе обучения машины, известный как обучаемая WEKA сегментации (TWS)32 был использован для захвата не только количество оставшихся нефти, но и форму оставшееся масло ганглии, таким образом содействие более точный угол контакта измерения. Недавно TWS был использован в различных приложениях, таких как сегментация Упакованные частиц кровати, жидкости в текстильных волокон и поры плотно водохранилищах33,34,,3536, 37,,3839,40. Для изображения оставшееся масло точно с высоким разрешением и в подземных условиях, Роман экспериментальный аппарат был (рис. 1 и рис. 2). Мини образцы породы были загружены в центре Hassler тип основной держатель против41 из углеродного волокна. Использование углеродного волокна рукав длинный и малого диаметра позволяет источник рентгеновского излучения предстать очень близко к образцу, следовательно увеличивая поток рентгеновского и уменьшая требуется выдержка, что приводит к более высокое качество изображения в более короткий период времени. Углеродного волокна рукав достаточно сильны, чтобы справиться высокого давления и температуры условий оставаясь достаточно прозрачной для рентгена21.
В этом исследовании мы наметим шаги следует характеризовать смачиваемости в situ пород-коллекторов в подземных условиях. Это включает в себя бурение мини репрезентативных, Ассамблея держатель основной, аппарат потока и потока процедуры, визуализации протокола, обработки изображений и сегментации и наконец Запуск автоматизированных угол контакта код для создания угол контакта дистрибутивы.
Ниже приводятся наиболее важные шаги в situ смачиваемости характеристика при высоком давлении и температуре, чтобы быть успешным. 1) генерировать хороший имидж сегментации, которая необходима для получения точных контактный угол измерения. 2) Избегайте включения больших непроницаемой зерна в мини образцы, которые могут перекрыть поток и большие пустоты, что приводит к очень хрупкие образца с не представитель пористость. 3) хорошо контролируемых потока эксперимент с утечки важно, потому что мини образцы очень чувствительны к количества закачиваемой жидкости (то есть, один объем пор составляет около 0,1 мл). 4) Избегайте наличие воздуха (как четвертый этап) в порового пространства. 5) поддерживать контроль температуры образца в ходе эксперимента всего потока. 6) Избегайте любого интерфейса релаксации во время сканирования приобретения, ожидания для системы, чтобы достичь равновесия. 7) используйте соответствующий центр коррекции сдвиг, который необходим для эффективного восстановления рентгеновского изображения.
Метод автоматической угол контакта ограничен точности сегментации изображений потому, что он применяется только сегментирована изображения. Сегментации изображений во многом зависит от изображения качества, что зависит от протокола изображений и производительность сканера микротомографии. Кроме того он чувствителен к реконструкции изображения и фильтры снижения шума, а также метод сегментации например TWS32 или водоразделом в сеяный метод57. В этой работе метод TWS предусмотрено более точные измерения угла контакта на сырье рентгеновских снимков, по сравнению с методом водоразделом, применяется для отфильтрованных рентгеновских изображений (с использованием фильтров снижения шума). Использование фильтров снижения шума делает интерфейс представляется менее нефти мокрый в некоторых частях рок, благодаря усреднения voxel особенно близко к линии соприкосновения трехфазные31. TWS может захватить не только количество оставшихся насыщения нефти, но и форма оставшиеся ганглиев нефти. Это особенно характерно для оставшееся масло в случаях смешанных влажный, в которой масло сохраняется в порового пространства как тонкий лист как структуры, что делает его вызов сегментировать основаны на серого пороговые значения только.
Это определение в situ смачиваемости обеспечивает тщательное описание смачивания условий по сравнению с другими методами измерения обычных смачиваемости пород-коллекторов. Он принимает во внимание все важные поры масштаба рок параметры, такие как шероховатость поверхности рок, рок химических составов и размер пор и геометрии, которые не возможны смачиваемости индексы7,8 и ex situ контакт угла методы4,9,10,11. Использование автоматизированных в situ контактный угол измерения в масштабе микрон является надежной и удаляет любые субъективности, связанные с ручной метод24. Кроме того он является более эффективным в устранении voxelization артефакты, по сравнению с другими автоматизированных методов25,26. В situ распределение контактный угол измеряется с помощью автоматического метода был относительно быстро. Например среда выполнения для измерения угла контакта на любом из трех образцов изображений, которые содержат 595 млн вокселей является примерно 2 h, с помощью одного процессора 2,2 ГГц процессор.
В будущем этот протокол может использоваться для характеристики других систем рок водохранилище, насыщенный рассол формирования и сырой нефти. Тот же метод не ограничивается только нефтяной промышленности может быть модифицированны и адаптированы к характеризуют смачиваемости от любого сегментирована трехмерных изображений с двух несмешивающихся жидкостей в пористых средах с различными смачиваемости условий.
The authors have nothing to disclose.
Мы с благодарностью поблагодарить ADNOC береговых (ранее известный как Абу-Даби компания для береговых нефтяных операций Ltd) и Абу-Даби национальной нефтяной компании (ADNOC) за финансирование этой работы.
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 |