Dieses Protokoll wird präsentiert, um die komplexe Benetzung Bedingungen eines undurchsichtigen porösen Mediums (Kohlenwasserstoff speichergestein) mit dreidimensionalen Bildern durch Röntgen-Mikrotomographie Untergrund Konditionen erhalten zu charakterisieren.
In Situ Benetzbarkeit Messungen in Kohlenwasserstoff Reservoir Rocks wurden vor kurzem nur möglich. Das Ziel dieser Arbeit ist ein Protokoll zur Charakterisierung der komplexen Benetzung Bedingungen von Kohlenwasserstoff speichergestein über dreidimensionale Röntgenaufnahmen Pore-Skala am Untergrund Bedingungen zu präsentieren. In dieser Arbeit haben heterogene Carbonat Reservoir Rocks, extrahiert aus einer sehr großen produzierenden Ölfeld verwendet, um das Protokoll zu demonstrieren. Die Felsen sind mit Salzwasser und Öl gesättigt und im Alter von über drei Wochen am Untergrund Bedingungen, die Benetzbarkeit Bedingungen zu replizieren, die in der Regel in Kohlenwasserstoff-Lagerstätten (bekannt als gemischt-Benetzbarkeit) vorhanden sind. Nach der Injektion Sole sind hochauflösende dreidimensionale Bilder (2 µm/Voxel) erworben und dann verarbeitet und segmentiert. Zum Berechnen der Verteilung des Kontaktwinkels, die die Benetzbarkeit definiert, sind die folgenden Schritte durchgeführt. Erste, flüssig-flüssig und flüssig-Rock Flächen werden vernetzt. Die Oberflächen sind geglättet, um Voxel Artefakte zu entfernen werden, und in Situ Kontaktwinkel mit Drehstrom-Oberleitung in das gesamte Bild. Der Hauptvorteil dieser Methode besteht darin, in Situ Benetzbarkeit Bilanzierung Pore-Skala GESTEINSEIGENSCHAFTEN wie Oberflächenrauheit Rock, Rock chemische Zusammensetzung und Porengröße zu charakterisieren. Die in Situ Benetzbarkeit ist schnell bei hunderttausenden von Punkten ermittelt.
Die Methode wird durch die Segmentierung Genauigkeit und x-ray Auflösung begrenzt. Dieses Protokoll kann verwendet werden, um die Benetzbarkeit von anderen komplexen Felsen, gesättigt mit verschiedenen Flüssigkeiten und bei unterschiedlichen Bedingungen für eine Vielzahl von Anwendungen zu charakterisieren. Zum Beispiel könnte es helfen, bei der Bestimmung der optimalen Benetzbarkeit, die zusätzliche Erdöles ergeben könnte (d.h.Gestaltung Sole Salzgehalt entsprechend höhere Ölförderung zu erhalten) und die effizienteste Benetzung Bedingungen zu mehr CO 2fangen in unterirdischen Formationen.
Benetzbarkeit (der Kontaktwinkel zwischen nicht mischbaren Flüssigkeiten auf einer festen Oberfläche) ist eine der wichtigsten Eigenschaften, die Fluid-Konfigurationen zu kontrollieren und Öl-Erholung im Reservoir Rocks. Benetzbarkeit betrifft makroskopische Fließverhalten einschließlich relative Permeabilität und Kapillaren Druck1,2,3,4,5,6. Messung der in Situ Benetzbarkeit der speichergestein blieb jedoch eine Herausforderung. Reservoir Rock Benetzbarkeit wurde traditionell an der Kern-Skala, indirekt über Benetzbarkeit Indizes7,8, und direkt ex-Situ flach Mineraloberflächen4,9 festgestellt , 10 , 11. sowohl Benetzbarkeit Indizes und Ex-Situ -Kontaktwinkel-Messungen sind begrenzt und können nicht charakterisieren die gemischt-Benetzbarkeit (oder der Bereich der Kontaktwinkel), die in der Regel in Kohlenwasserstoff-Lagerstätten vorhanden sind. Sie berücksichtigen darüber hinaus nicht für Pore-Skala GESTEINSEIGENSCHAFTEN wie Rock Mineralogie, Oberflächenrauhigkeit, Pore-Geometrie und räumliche Heterogenität, die einen direkten Einfluss auf die fließende Anordnung in die Pore Maßstab haben.
Jüngste Fortschritte in der nicht-invasiven dreidimensionale Bildgebung mit Röntgen-Mikrotomographie12, in Kombination mit dem Einsatz einer erhöhten Temperatur und Druck Apparat13, konnten die Studie von mehrphasigen Strömung in durchlässigen Medien14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Diese Technologie hat die Entwicklung der manuellen in Situ Kontaktwinkel Messungen auf der Skala der Pore in eine undurchsichtige porösen Medium (Steinbruch Kalkstein) bei unterirdischen Bedingungen24erleichtert. Ein mittlere Kontaktwinkel Wert von 45° ± 6° zwischen CO2 und Kaliumjodid (KI) Sole wurde per hand von raw-Bildern auf 300 Punkte erhalten. Die manuelle Methode ist jedoch zeitaufwendig (d.h.100 Kontaktwinkel Punkte könnte dauern bis zu mehreren Tagen gemessen werden) und die erhaltenen Werte hätte eine subjektive Voreingenommenheit.
Durch unterschiedliche Methoden angewendet wurde die Messung eine in Situ Kontaktwinkel automatisiert segmentiert dreidimensionale Röntgen Bilder25,26,27. Scanziani Et al. 25 verbessert die manuelle Methode, wenn einen Kreis an der Schnittstelle der Flüssigkeit-Flüssigkeit, die mit einer Linie platziert an der Schnittstelle der Flüssigkeit-Rock Scheiben orthogonal zu den Drehstrom-Oberleitung schneidet. Dieses Verfahren hat zu kleine Teilvolumina entzogene dreidimensionale Bilder der Steinbruch Kalkfelsen mit Decane und KI Sole gesättigt. Klise Et al. 26 entwickelt eine Methode zur Quantifizierung des in Situ Kontaktwinkels automatisch durch den Einbau von Flugzeugen, die flüssig-flüssig und flüssig-Rock Schnittstellen. Der Kontaktwinkel wurde zwischen diesen Ebenen bestimmt. Diese Methode wurde auf dreidimensionale Bilder von Perlen mit Kerosin und Sole gesättigt angewendet. Sowohl automatisierte Methoden wurden angewandt, um voxelisiert Bilder, die Fehler, führen könnten und bei beiden Methoden, Linien oder Flächen wurden an die Flüssigkeit-Flüssigkeit ausgestattet und Flüssigkeit-Rock-Schnittstellen und der Kontaktwinkel gemessen zwischen ihnen. Diese beiden Ansätze auf voxelisiert anwenden konnte segmentierte Bilder von komplexen Rock Geometrie zu Fehlern führen, aber auch zeitaufwändig.
In diesem Protokoll setzen wir automatisierte in Situ Kontaktwinkel entwickelte Methode durch AlRatrout Et al. 27 , die Voxelization Artefakte entfernt durch die Anwendung “glockenförmig” Glättung der flüssig-flüssig und flüssig-fest-Schnittstellen. Dann, eine einheitliche Krümmung Glättung nur die Flüssigkeit-Flüssigkeit-Schnittstelle, gilt für die im Einklang mit dem Kapillaren Gleichgewicht. Hunderttausende von Kontaktwinkel Punkte sind schnell gemessen, in Kombination mit ihrer X-, y– und Z-Koordinaten. Der Ansatz von AlRatrout Et al. 27 wurde auf Wasser-nass und gemischt-nass Steinbruch Kalkstein Proben mit Decane und KI Sole gesättigt angewendet.
In diesem Protokoll setzen wir die neuesten Fortschritte in der Röntgen-Mikrotomographie kombiniert mit einem Hochdruck- und Hochtemperatur-Apparat, eine in Situ Benetzbarkeit Charakterisierung des komplexen Carbonat Reservoir Rocks, extrahiert aus einer sehr großen durchzuführen Herstellung von Ölfeld befindet sich im Nahen Osten. Die Felsen wurden mit Rohöl zu reproduzieren die Reservoir Bedingungen nach Entdeckung Untergrund Bedingungen gesättigt. Es ist vermutet worden, die Teile von dem Stausee Gesteinsoberflächen (mit direktem Kontakt zu Rohöl) Öl-nass geworden, während andere (gefüllt mit grundlegenden Ausbildung Salzlake) Wasser-nass28,29,30bleiben. Reservoir Rock Benetzbarkeit ist jedoch auch komplexere aufgrund mehrerer Faktoren steuern den Grad der Benetzbarkeit Änderung, einschließlich die Rauheit der Oberfläche, die Felsen chemischen Heterogenität, die Rohöl-Zusammensetzung der Sole Zusammensetzung und Sättigung, Temperatur und Druck. Eine aktuelle Studie31 hat gezeigt, dass in der Regel gibt es eine Reihe von Kontaktwinkel im Reservoir Rocks mit Werten über und unter 90 °, gemessen mit der automatisierten Methode von AlRatrout Et Al. entwickelt 27.
Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, eine gründliche Protokoll zur Charakterisierung der in Situ Benetzbarkeit von Reservoir Rocks (gemischt-Benetzbarkeit) Untergrund Konditionen bieten. Eine genaue Messung der eine in Situ Kontaktwinkel erfordert eine gute Segmentierung Qualität. Damit Erleichterung eine Maschine Learning-basierte Segmentierung Methode bekannt als lernfähig WEKA Segmentierung (TWS)32 verwendet wurde, um nicht nur die Menge des verbleibenden Öls, sondern auch die Form der übrigen erfassen Ganglien, also Öl genauer Kontaktwinkel Messungen. Vor kurzem wurde TWS in einer Vielzahl von Anwendungen, wie die Segmentierung der gepackte Partikel Betten, Flüssigkeiten innerhalb von Textilfasern, und Poren des engen Stauseen33,34,35,36eingesetzt, 37,38,39,40. Um das restliche Öl genau mit einer hohen Auflösung und unterirdischen Konditionen Bild, wurde eine neuartige experimentelle Vorrichtung verwendet (Abbildung 1 und Abbildung 2). Mini-Proben des Felsens wurden in die Mitte eine Hassler-Typ Kern Halter41 hergestellt aus Kohlefaser geladen. Die Verwendung einer langen und kleinen Durchmesser Kohlefaser-Hülse ermöglicht eine Röntgenquelle sehr nah an die Probe, damit den x-ray Flux Erhöhung und Verringerung der erforderlichen Einwirkzeit, woraus sich eine bessere Bildqualität in kürzerer Zeit gebracht werden. Die Kohlefaser-Hülle ist stark genug, um hohen Druck und Temperatur Bedingungen gleichzeitig ausreichend transparent für Röntgenstrahlen21Griff.
In dieser Studie beschreiben wir die Schritte befolgt, um die in Situ Benetzbarkeit von Reservoir Rocks zu unterirdischen Konditionen zu charakterisieren. Dazu gehören Bohren repräsentative Mini-Proben, Inhaber Rumpfgruppe, der Fluss-Apparat und Flow Verfahren, das bildgebende Protokoll, Bildverarbeitung und Segmentierung und schließlich laufen automatisierte Kontaktwinkel Code zum Generieren der Kontaktwinkel Distributionen.
Die wichtigsten Schritte für eine in Situ Benetzbarkeit Charakterisierung bei hohem Druck und Temperatur, um erfolgreich zu sein sind wie folgt. (1) erzeugen Sie eine gutes Image-Segmentierung, die unerlässlich ist, genaue Kontaktwinkel Messungen zu erhalten. (2) zu vermeiden, einschließlich große undurchlässig Körner in den Mini-Proben, die den Fluss und die große Hohlräume ergibt sich in einem sehr fragilen Probe mit nicht-repräsentative Porosität verschließen könnte. (3) eine gut kontrollierte Experiment mit keine Lecks ist wichtig, da Mini-Proben sehr empfindlich auf die Menge der injizierten Flüssigkeit sind (d.h.ein Porenvolumen ist etwa 0,1 mL). (4) vermeiden Sie das Vorhandensein von Luft (als eine vierte phase) im Porenraum. (5) pflegen Sie eine Temperierung der Probe während des gesamten Fluss-Experiments. (6) vermeiden Sie jede Schnittstelle Entspannung während der Scan-Übernahme durch warten auf das System, Gleichgewicht zu erreichen. (7) verwenden Sie einen entsprechenden Center schaltkorrektur, die notwendig ist für die effektive Röntgen Bildrekonstruktion.
Die automatisierte Kontaktwinkel-Methode ist durch die Genauigkeit der Bild-Segmentierung begrenzt, weil es nur segmentierte Bilder angewendet wird. Bild Segmentierung hängt weitgehend von der Bildqualität, die von der imaging-Protokoll und die Leistung des Scanners Mikrotomographie abhängt. Darüber hinaus ist es für die Bildrekonstruktion sowie Reduzierung Rauschfilter und die Segmentierung Methode wie die TWS-32 oder ausgesät Wasserscheide Methode57empfindlich. In diesem Werk vorgesehen die TWS-Methode genauere Messungen der Kontaktwinkel auf raw Röntgen-Bilder im Vergleich zu denen durch eine Wasserscheide-Methode auf gefilterte Röntgenbilder (mit Reduzierung Rauschfilter) angewendet. Lärm-Reduzierung-Filter nutzt die Schnittstelle scheinen weniger Öl-nass an manchen Stellen des Gesteins durch die Voxel Mittelung vor allem in der Nähe der Drehstrom-Oberleitung31. TWS können nicht nur die Menge der verbleibenden Öl Sättigung, sondern auch die Form von dem restlichen Öl Ganglien erfassen. Dies gilt vor allem für das restliche Öl in den Fällen der gemischt-nass, in welches Öl im Porenraum als beibehalten wird dünnes Blatt-wie Strukturen, so dass es eine Herausforderung segmentiert werden basierend auf Graustufen-Schwellenwerte nur.
Diese Bestimmung in Situ Benetzbarkeit bietet eine ausführliche Beschreibung der Benetzung Nutzungsbedingungen Reservoir Rocks im Vergleich zu anderen herkömmlichen Benetzbarkeit Messverfahren. Es berücksichtigt alle wichtigen Pore-Skala Rock Parameter, wie Rock Oberflächenrauheit, Rock chemischen Zusammensetzungen und Porengröße und Geometrie, die nicht durch Benetzbarkeit Indizes7,8 und ex-Situ -Kontakt möglich sind Winkel Methoden4,9,10,11. Die Verwendung einer automatisierten in Situ Kontaktwinkel-Messung an der Micron-Skala ist robust und entfernt Subjektivität mit der manuellen Methode24verbunden. Darüber hinaus ist es effektiver bei der Beseitigung von Voxelization Artefakten im Vergleich zu anderen automatisierten Methoden25,26. Die in Situ Kontaktwinkel-Verteilung mit der automatisierten Methode gemessen wurde relativ schnell. Beispielsweise ist die Laufzeit für die Messung des Kontaktwinkels auf jedem der drei Beispielbilder, die 595 Millionen Voxel enthalten ca. 2 h mit einem 2,2 GHz CPU Prozessor.
In Zukunft kann dieses Protokoll verwendet werden, zu Fremdsystemen Reservoir Felsen gesättigt mit Bildung Sole und Rohöl zu charakterisieren. Die gleiche Methode beschränkt sich nicht auf die Petroleum-Industrie nur modifiziert und angepasst, um die Benetzbarkeit von segmentierten dreidimensionale Bilder mit zwei nicht mischbare Flüssigkeiten in porösen Medien mit einer Vielzahl von Benetzbarkeit Bedingungen zu charakterisieren.
The authors have nothing to disclose.
Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) und ADNOC Onshore (früher bekannt als Abu Dhabi Unternehmen für Onshore-Petroleum Operations Ltd) danken wir dankbar für die Finanzierung dieser Arbeit.
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 |