JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Çoklu Akışkan Aşama Rezervuar Durumu Gözenek ölçekli Görüntüleme X-ışını Microtomography kullanma

Published: February 25, 2015
doi:
10.3791/52440
, ,
1Department of Earth Science and Engineering,Imperial College London

Summary

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

Abstract

X-ışını microtomography 6.6 um, CO2 depolama için kullanılan tipik oluşumlar basınçlar ve sıcaklıklar temsil bir karbonat kaya gözenek alanı içinde kalan karbon dioksit, gangliyonların gözenek çaplı düzeneğinin çözünürlükte görüntü için kullanılmıştır. CO2, tuzlu su ve kaya fazları arasındaki kimyasal denge uzak enjeksiyon bölgesinden koşulları kopyalayan bir yüksek basınç, yüksek sıcaklık reaktörü kullanılarak muhafaza edilmiştir. Akışkan akışı, yüksek basınç, yüksek sıcaklık şırınga pompaları kullanılarak kontrol edildi. Bir karbon fiber yüksek basınçlı mikro-BT coreholder kullanılan mikro-CT tarayıcı içinde in-situ koşullarını korumak için. Sınırlayıcı sıvıya kaya gözenek-uzaydan hapsedilmesini kovan karşısında dağılır CO 2 değişim alüminyum folyo bir üçlü şal ile çekirdeğini çevreleyen tarafından önlendi. Yeniden İnşa tuzlu su kontrast bir çok renkli röntgen kaynağı kullanılarak modellenmiştir ve tuzlu su kompozisyonu w olduiki sıvıları ve rock arasındaki üç fazlı kontrast maksimize etmek seçildi. Esnek akış çizgileri istenmeyen örnek hareketi, önceki teknikler büyük bir eksiklikler neden görüntü alımı sırasında numune üzerindeki kuvvetleri azaltmak için kullanılmıştır. Bir dış, esnek, ısıtma sargısı ve bir PID denetleyicisi ile birleştirilmiş taş çekirdeğe doğrudan bitişik olarak yerleştirilmiş bir iç termokupl, akış hücresi içinde sabit bir sıcaklıkta muhafaza etmek için kullanıldı. CO 2 önemli miktarda 0.203 ± 0,013 bir kalıntı doygunluğu ile, sıkışıp, ve büyük hacimli ganglionlar boyutları sızma teorisi ile tutarlı güç yasası dağılımları, itaat.

Introduction

Karbon Yakalama ve Depolama bunun yüzlerce yıl 1 binlerce için yeraltında kalacak şekilde CO 2 ikamet tuzlu sulardan yerinden, büyük nokta kaynaklardan yakalanan ve gözenekli kaya saklanır süreçtir. CO2 çevre koşullarında 2 CO için radikal olarak farklı özelliklere sahip, yoğun bir süper kritik faz (scCO 2) olarak yeraltında bulunur. Stratigrafik, çözünürlük, mineral ve artık tuzaklama: scCO 2 yeraltında hareketsiz olabilir hangi dört temel mekanizma vardır. Stratigrafik yakalama CO 2 geçirimsiz conta kayaların altında tutulur nerede; CO 2 enjekte CO 2-4 Şubat çevreleyen ikamet tuzlu suya erir nerede çözünürlük bindirme olduğu; karbonat mineral fazları kaya 5 içine çöktürülmüş nerede mineral bindirme olduğu; ve artık ya kılcal yakalama CO 2 yüzey kuvvetleri tarafından düzenlenen neredekaya 6 gözenek-uzayda gibi küçük damlacıklar (ganglionlar). Bu CO 2 tüy 7-9 göç, doğal ya oluşabilir, ya da kovalamaca enjeksiyon 10 salamuralar tarafından uyarılan edilebilir. Süreçleri daha çok fazlı akış ile ilgili temel fiziğini anlamak için teknolojinin yeni gelişmeler yararlanarak, akış yöneten ve deneyler yeni bir paketi yapılmalıdır yeraltında bu CO 2 yakalama anlamak için.

X-ışını microtomography modelleme amaçlı ve deneysel hem, kaya çekirdek non-invaziv görüntüleme için birincil yöntem kuru jeolojik numuneler 11 ve çoklu sıvı fazları 12 hem görselleştirmek için erken girişimlerinden son 25 yılda bir teknik olarak geliştirmiştir Uygulama 13-15. Microtomography non-invaziv olduğundan, bu attractiv özellikle bir temsilci koşullarda sistemleri çalışma yeteneğine sahiptirCO2 -brine kayaç sistemi e scCO 2 çok fazlı akış davranışı bu da sıcaklık gibi sistem koşullarının güçlü bir fonksiyonu olan ara yüzey gerilimi ve temas açısı olarak, termo-fiziksel özelliklerine bağlıdır olduğu gibi Basınç ve tuzluluk 16-18. Arası bağımlı değişkenlerin böyle kapsamlı ve çok az anlaşılmış seti ile böyle bir kompleks sistemde, idealize gözenek yapıları 19 veya analog sıvıları 20,21 kullanarak deneyler yeraltında süreçleri akış için geçerli olmayabilir. Prospektif CO 2 enjeksiyon oluşum koşulları temsilcisi birden fazla sıvıları görüntüleme, ancak, bir meydan okuma 22 olarak kalmıştır. Bu çalışmada 23,24 yakalama kılcal incelenmesi odaklanarak, rezervuar koşullarında çok sıvı davranış incelenmesi için bir metodoloji özetlemektedir. Bu bir görüntüleme stratejisinin tasarımı, sıvı hücrenin montajı, enjeksiyon st içerecektirrategy ve sonraki görüntü işleme.

Gerçek kaya sistemlerinde gözenek ölçekli fazlı akış davranışının deneysel incelenmesi olmayan ıslatma faz enjeksiyonu (drenaj) ve ıslatma faz enjeksiyon (imbibisyon) hem sonra kısmen doymuş kaya çekirdeklerinin görüntüleme üzerinde duruluyor. Bir Hassler tipi coreholder tasarımı 25 kullanılarak çekirdek hapsederek ederken Bu sıvılar, esnek akış hatlarını kullanarak sıvı enjeksiyon pompaları çekirdeklerin bağlayarak enjekte edilir. ScCO 2 ve tuzlu su, bir roman ve son derece hassas deney düzeneği yerinde düzenleme öncelikle yüksek çözünürlüklü röntgen mikroskop 23,24,26 kullanımı odaklanarak, kullanılan başarıyla görüntü için. yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda deneyler için gereksinimleri çok sıkı olan ve her iki malzeme teknolojisi ve mikro-BT tesislerinde son gelişmeler gereklidir. yerine getirilmesi gereken temel gereksinimleri herhangi bir çekirdek / numune tutucu ab olması gerektiğini vardırEtkili görüntüleme için izin şeffaf yeterince röntgen kalarak le yüksek basınç, yüksek sıcaklık (Yüksek Sıcaklık) koşullara dayanacak şekilde. Çekirdek-tutucu x-ışını kaynağı gözenek alanı olduğunu numune yakın yerleştirilebilir ve bu yeterince büyük geometrik x-ışını büyütme gibi elde edilebilir yeterli şekilde küçük olmalıdır gibi Lab-tabanlı araçlar, ek bir kısıtlama empoze etkin bir şekilde çözüldü. Bu kısıtlama yeni laboratuar tabanlı mikro-BT makineleri ikincil optik giriş ile biraz rahat olmasına rağmen, tamamen yüksek optik büyütme elde etmek için gerekli zamanı artma eğiliminde gibi hızlı satın alma süreleri, arzu, özellikle, kaldırılmadı görüntüler.

CO2 deney düzeneği polimerik kısımları boyunca dağılacağı şekilde in-situ sıvı doyma azaltarak, uzun toplama zamanı kullanıldığında çözünür sıvılar ile yapılan deneyler ek bir zorluk sağlar. Birll bu konular etrafında 2 saat daha uzun tarama süreleri pratik anlamına geliyordu. Laboratuar bazlı kaynaklar için özellikle sıkı, bu gereksinimi altında tarama kez tutmak için, çekirdek tutucu çapı yaklaşık 1 cm olmalıdır. Daha büyük coreholder boyutu gerekli projeksiyon pozlama süreleri dedektör x-ray akı olayı azaltılması ve dolayısıyla artan, aynı geometrik büyütme elde etmek için kaynak çok daha olmasını dedektör gerekli olurdu. . Bu deneylerde kullanılan akış hücresi 27 IGLAUER ve arkadaşları tarafından kullanılana benzer bir manşon tasarımı ile, bir karbon fiber kovanı üzerine inşa edilmiş bir geleneksel Hassler hücre tasarımına göre, fakat iki önemli değişiklikler ile: 1) karbon fiber bileşik kovan imalatında kullanılan 550 GPa arasında bir sertliğe sahip, M55 elyaflarına 230 GPa arasında bir sertliğe sahip, T700 liflerden değiştirildi. Bu tomografi edinimi sırasında numune hareket miktarı azalır, hem de wo maksimum artış sadece20 MPa ila 50 MPa hücrenin basınç rking. 2) kol mümkün olduğunca numune olarak yakın olmak kaynak ve dedektör izin 262 mm 212 mm den uzamış oldu.

Rezervuar koşullarında CO 2 incelemek için mikro-CT kullanan ilk çalışmada önemli bir deneysel eksiklik ve çekirdek-tutucu 27 akışını kontrol etmek, metal hatlarının kullanımı oldu. Örnek pompa göre döndürüldüğünde, akış çizgileri de döndürülmesi gerekebilir. Sert akış çizgileri etkili görüntü çözünürlüğünü azaltarak veya kullanılamaz veri kümesi bazı veya tüm yapım, örnek hareket etmesine neden olabilir. Bunu engellemek için esnek polieter eter keton (PEEK) boru ile dönüş aşamasına yakın, tüm akış hatları yerini aldı. Bu akış hatları edinimi sırasında çekirdek sahibine çok küçük yanal kuvvetleri (yük) sağlayan, esnek. Ayrıca daha çok coreholder akış hatları ekleme yerine, örnek aşamasına bağlı valflere akış hatları bağlı. Bu herhangi bir mevcut akış hattı yük örnek hareket olasılığını azaltarak, yerine örnek daha sahneye doğrudan iletilen anlamına geliyordu. PEEK boru kullanılarak önemli bir dezavantajı, CO2 yavaş yavaş yaklaşık 24 saatlik bir zaman ölçeği üzerinde, içinden nüfuz etme yeteneğine sahip oldu. Bu akış hatlarında sol CO 2 doymuş tuzlu su yavaş yavaş desature anlamına geliyordu.

Önceki çalışmaların bir diğer önemli deneysel eksiklik sıcaklığının yanlış kontrolü oldu. Bu çeşitli şekillerde sonuçları etkiler. Öncelikle, sıcaklık hem ara yüzey gerilimi ve temas açısı 16-18 güçlü bir kontroldür. Ayrıca, tuzlu su hem de scCO 2 ve karbonat kaya çözünürlüğünün yüksek sıcaklığı 28 bağlıdır. ScCO 2 derece reaktif karbonik asit oluşturan, bu yerleşik tuzlu suya eriyecektir tuzlu karbonat akifer içine enjekte edildiğinde olarak Çözünürlük kontrolü hangi tu olacak, kritikHerhangi bir kalsit mevcut eritmek başlar rn. Çözünürlük kontrolünde herhangi bir yanlışlık dolayısıyla scCO 2 çözünme / ekssolüsyon veya katı çözünme / yağış neden olabilir.

Önceki çalışmalarda 27 coreholder ısıtmak için bir ısıtılmış hapsedilmesini sıvıyı kullanılan; Ancak bu sorunlu oldu. Bu doğru bir sirkülasyon su kaynağı kullanarak bir sabit sınırlayıcı basıncı muhafaza o temini için ekstra ısıtma banyoları gerektiren güçlükle ilişkili dezavantajları vardır. Ayrıca, bu sistem sadece ısıtma banyosu noktasında sıcaklığın doğru kontrolünü tutar (değil çekirdek tutucu noktasında, ve sınırlayıcı sıvı su banyosu ve çekirdek tutucu arasındaki serin olurdu). Aynı zamanda, sıvı coreholder bağlı hat ve bu yüzden akış hat yüküne artan sayısının artırılması, bir giriş ve sınırlayıcı sıvı için bir çıkış deliği gerektirir.

Bunun yerine ısıtılmış sınırlayıcı akışkan kullanmak yerine, esnek heating kılıf çekirdek tutucu çevreleyecek şekilde kullanılmıştır. Bu çok basit bir ısıtma yöntemi çok az coreholder yükü dağılımı ile sonuçlanan ve hassas ve doğru bir ısıtma sağladı. Son derece ince poliimid ısıtma film numune büyüklüğünü en aza indirmek için, kullanılmıştır. Bu filmin yapımı 0,0508 mm polimid iki film tabakası arasında sarmalanır 0.0127 mm kalınlığında bir kazınmış bakır folyo elemanı oluşur. ceket mevcut bakır elemanları belirgin görüntü kalitesini etkilemedi. Sıcaklık hücrenin hapsederek halkasında oturan bir termokupl kullanılarak ölçüldü. Bu gözenek sıvı sıcaklığının doğru, güvenilir ve kararlı bir okuma sağlayan, iç kısım için mümkün olan en yakın sınırlayıcı manşonu dışında konumlandırılmıştır. termokupl ve ısıtma film özel inşa Oransal İntegral Türev (PID) denetleyiciye bağlı idi, ve sıcaklıklar ± 1 içinde kontrol altına alındı ° C.

Tam kontrol ov korumak içiner arası faz çözünürlük ve uzak tuzlu su kuvvetli bir şekilde ana kaya küçük parçacıklar (1-2 mm) ile birlikte iki adet sıvıları karıştırılmasıyla scCO 2 ile dengelenmiştir enjeksiyondan önce enjeksiyon alanından akiferde mevcut koşulları temsil karıştırılmış ve ısıtılmış reaktör içinde. Bu reaktörün içindeki bütün kaynaklı parçalar korozyona en aza indirmek için Hastelloy yapılmıştır. reaktörü (scCO 2) üst ekstre edilecek reaktörü (tuzlu su) tabanından ekstre edilmesi için yoğun bir sıvı ve daha az yoğun sıvı için izin vermek için bir filtre edildi daldırma tüpü içerir. Yüksek basınçlı şırınga pompaları 25.4 nl bir yer değiştirme hassasiyetle, kaya gözenek alanı ve reaktördeki basıncı ve kontrol akışı sağlamak üzere kullanılmıştır. Bu çalışmada kullanılan deney cihazı, Şekil 1 'de gösterilmiştir. temsili sonuçlar potasyum iyodür (Ki) olarak çizildi başka deney için kullanılan iyonik tuzu, bu nedenle yüksek bir atom ağırlığına sahip olduğu veetkili bir kontrast maddesi yapma yüksek x-ışını zayıflama katsayısı. Daha zayıflatıcı (NaCl gibi) tuzları ya da bunların karışımları kullanılabilir, ancak daha büyük bir tuzluluk aynı X-ışını zayıflama elde etmek için gerekli olacaktır.

Protocol

1. Görüntüleme Stratejisi Tasarımı Tuzlu su için farklı çözünen seçimler görüntüleme performansını tahmin olay x-ışınları 29-31 x-ışını spektrumunu hesaplamak için. X-ışını spektrumu çekirdek tutucu, çekirdek montaj etkisini ve sınırlayıcı sıvıları ekleyin. 87 uA 80 kV elektron akımı için hızlanma gerilimi kullanarak bir örnek, vaki olan x-ışını spektrumu, Şekil 1 'de gösterilmiştir. Farklı gözenek-sıvılar içeren numunenin iletim faktörlere bu spektrum karşılaştırın. Bir örnek içindeki türlerin etkin bir optik uzunlukta ve hesaplanan X ışını zayıflama katsayıları (Şekil 3) 32 varsayarak bağlı Beer-Lambert yasası kullanılarak gözenek sıvı değişim nakil faktörü değişiklikleri simüle eder. Tüm olay, x-ışını enerjileri üzerine entegre ederek genel iletim faktörü belirleyin. Kaya Matri için ortaya çıkan etkili iletim faktörlerinin bir örnekX ve gözenek alanı malzemesi ve gözenek alanı vakum dolu olduğu durumlarda göre iletim faktörlerindeki değişiklikler Tablo 1 'de görülebilir. Tuzlu su ile bağlantılı iletim faktörü değişim katı madde ile bağlantılı iletim faktörü yarım değişimi yaklaşık olacak şekilde bir tuzlu su çözünmüş madde ve konsantrasyonu seçin. Bu yeniden görüntüdeki üç fazlı kontrast maksimize edecek. Tuz gerekli miktarda tartılır ve kuvvetli bir şekilde deiyonize su ile karıştırmak (% 7 (Kİ temsili sonuçlar alındığı deney için kullanılmıştır) a / a). Belirli bir tuzlu su bir bileşim arzu edildiği takdirde, alternatif olarak, vaki olan x-ışınlarının spektrumu değiştirmek için, x-ışını kaynağı, hızlanma gerilimi değiştirir. Ekipman ve Hücre 2. Meclisi Şekil 2'de aşağıda gösterildiği gibi ekipman monte edin. Kullanımlar PEEK akış hücresi üzerine yan taraftan numune yükünü azaltmak için flowlines.Herhangi bir sıvı sızıntıları için dikkatle her bağlantıyı sınayın. Kompozisyon reaktörün tabanında, adım 1,1-1,3 sırasında karar bölgesinin tuzlu su koyun. Akış hücresi etrafında esnek ısıtıcı sarın. Metal uç parçaları Construct. Uydurma redüktör "1/8 1/8" bir 1/16 sonunda "ipliği çıkarın. Daha sonra iç kısmın tüm yüzü boyunca enjekte CO2 dağıtmak için uygun bir 1/8 "ucunun bir yüzeyi içine küçük oluklar kesti. "Bileziklerin ve somun ¼ kullanarak mikro-akış hücresi ve mühür metal uç parçaları ile yüksek basınçlı termokupl geçmek, bu nedenle termokupl sıcak kavşak hücresinin hapsetmesi dairesi içinde, çekirdek giriş yüzüne bitişik oturuyor. Bir çekirdeğin içine çapı 6.5 mm ve uzunluğu 50 mm ile 30 mm, istenen örnek delin. Metal uç parçaları ile iyi bir bağlantı sağlamak için, çekirdek düz uçlarını çektirmek. Daha sonra withi yerleştirin alüminyum folyo bu çekirdek sarınna floro-polimer elastomer kol. Metal uç parçaları elastomer kovanının uçlarını bağlayın. Hücre sınırlayıcı halka yanında termokupl sıcak birleşme yerleştirilmesi ve bir alüminyum folyo son sarma eklemeden önce bir elastomer manşonun dış alüminyum folyo bir sarma ekleyin. Bu çekirdek tertibatını (Şekil 4) oluşturur. Bir kelepçe kullanarak onun içinde mühürlü çekirdek düzeneği ile mikro-akım hücre birleştirin ve mikro-BT Muhafaza içinde sahneye hücreyi bağlayın (Şekil 5) dönme BT sahnede üstüne monte edilmiş. 3. Sistem Basınçlandırma Pompa 1 ve reaktöre silindirden Şekil 3. Yük CO2 tanımlandığı gibi, vana 1, 2 ve 3 dışında tüm valfleri kapatın, ardından kapak 1. yavaşça için arzu edilene reaktör içindeki sıcaklığı ve basıncı arttırmak deney sırasında sıvıyı gözenek. <li> şiddetle tüm aşamaları enjeksiyondan önce kimyasal dengede olmasını sağlamak için en az 12 saat boyunca reaktör karıştırın. Açık vana 14 ve pompa 3. 14. Açık 12 ve 13 basınç önerilen gözenek akışkan basıncından en az% 10 daha yüksek bir hücre sınırlayıcı halka valfler yakın vanasını sınırlandırıcı akışkan yükleyin. Pompa 2. kapatın vana 11 ve açık vanalar 9, 8 ve 6 içine açın valf 11. Yük tuzlu. O scCO 2 ile dengelenmiş olmamıştır tuzlu su ile numunenin gözenek-boşluk doldurma, istenilen gözenek-sıvı basıncında kadar yavaşça kayanın gözenek-boşluk basınç. Açık vana 4. yıkayın sabit bir akış hızında pompayı 2 dolumu ile çekirdek ile dengelenmiş tuzlu su 1000'den fazla gözenek hacimleri. Gözenek hacmi helyum porozimetresi kullanarak bulundu gözeneklilik çekirdek hacmi çarpılarak bulunur. NOT: Bu miscibly un-dengelenmiş tuzlu yerinden edecek,% 100 ilk tuzlu su doygunluğu ve yaratmasını sağlamakbiraz ileride bir scCO 2 dumanın önüne bir noktada bir akiferde yeraltı koşullarına benzer çekirdek ting koşulları. 4. Akışkan Akışı ve Görüntü Alma Yaklaşık 10 -6 düşük kılcal numarası sağlanması, çok düşük debilerde (1.67 × 10 -9 m 3 / sn) ile çekirdek arasında scCO 2 10 gözenek hacimleri (yaklaşık 1 ml) geçer. Sürekli doğru scCO 2 gözenek uzayda tuzlu suyun yerini zaman noktasını gözlemleyerek toplam enjekte hacmini ölçmek için 2D projeksiyonları. Gözenek alan bir artık faz olarak kapalı kalmış olma scCO 2 neden aynı düşük akış oranında çekirdek boyunca dengelenmiş tuzlu su 10 gözenek hacimleri (yaklaşık 1 mi) içinden geçmektedir. 4.1 veya 4.2 adım sonra, sırasıyla görüntü drenaj veya imbibisyon numune taramaları almak. Iç kısmın tüm çapı vie alanı dahilinde bu tür bir voksel kullanınw. Bir tomografik rekonstrüksiyon programı kullanarak taramaları Yeniden İnşa. Küçük bir voksel boyutu korumak birlikte sırayla edinilen birden örtüşen bölümleri, dikiş kompozit hacimleri yeniden ederken çekirdeğin tüm uzunluğu taramak için. NOT: Her bir bölüm kazanmak için 15-20 dakika alarak, 400 projeksiyonlar etrafında gerekli, bu yüzden bütün bir kompozit hacminin tarama yaklaşık 90 dakika sürdü. 5. Görüntü İşleme ve Segmentasyon Veri kümesi filtreyi 33,34 koruyarak yerel olmayan araçlar kenar uygulayın ve düzeltmek görüntüleri herhangi bir ışın sertleştirme veya bu eserler olarak radyal simetrik Gauss fonksiyonları 35 modelleyerek görüntü rekonstrüksiyonu sırasında oluşturulan eserler yumuşatma. Segment veri CO tedavi, bir 2B histogram 36 kullanılarak oluşturulan bir tohum ile bir havza algoritması kullanılarak (görüntü içinde CO 2 ikili gösterimi içine gri tonlama bilgisini açmak) <sub> 2 bir faz ve tuzlu su ve diğer faz olarak birlikte kaya gibi. CO 2 voksellerin toplam sayısını ve kalıntı CO 2 bağlanan her küme de boyutlarını hem de bulmak için bu parçalı görüntü analiz.

Representative Results

Tek bir karbonat, Ketton kireçtaşı, üst Lincolnshire Kireçtaşı Üyesi bir oolitli sonuçları belirlemek ve daha sonra etiketli her benzersiz bağlantısız ganglion, (Şekil 6) hacmini ölçmek için 3D analiz edildi. Tüm işlemler Avizo Yangın 8.0 ve ImageJ programları 37 içinde yürütülmüştür. kılcal yakalama kapasitesi – dilimli kısmen doymuş görüntüler tuzağa scCO 2 tarafından işgal kaya hacminin oranını bulmak için residually tuzağa scCO 2 voksellerin sayarak analiz edildi. Bu, daha sonra, helyum porozimetresi kullanılarak elde edilen gibi bir gözenekli yapı sayesinde, bu değerine bölünmesiyle kalan doygunluğu (S r) dönüştürülebilir. ScCO 2 Önemli oranları 0.203 ± 0,013 bir kalıntı doygunluğu ile, artık doygunluk olarak kaldılar. Bu mikro kullanarak önceki çalışmalarda bulunan sonuçlarla kabul23 -CT. Bu kaya türü artık ezilme Büyük çekirdek ölçekli çalışmalar 0,137 ± 0.012 38 daha düşük bir kalıntı doygunluğu gösterdi. Bir scCO 2 doymuş çekirdek içine tuzlu su girişi, bir ıslatma sıvısı (tuzlu su) olmayan ıslatma sıvısı yerinden, her gözenek işgal bir imbibisyon süreci (scCO 2) 'dir. Güçlü bir su-ıslak kaya biz su süreci denilen geçmeli-off bağlantısız gangliyonları yakalama, büyüklüğü 39,40 sırasına gözenek alanı alanlarını doldurmak için bekliyoruz. 41 yüzden tahminler izole kümelerin boyut dağılımı hakkında yapılabilir gibi bu süreç sızma olmalıdır. τ Fisher üs 42 olduğu (voksellerden ölçülen) hacmi s kümeleri sayısı n, olarak ölçek gerekir. Ağ modelleme, üç boyutlu küp düzenli örgülerde bu üs değeri = τ civarında 2,189 43 olduğunu göstermiştir. Gerçek veriler bu üs ayıklanması biri doğal yoluDias ve Wilkinson 41 ile tanımlanan, binned miktar çizmektir. hangi ölçekli olmalıdır: Bu daha sonra büyük ganglionlar için güç hukuk davranışı gösteren, s bir fonksiyonu olarak log-log arsa (Şekil 7) üzerine çizilir, ama daha küçük ganglionlar bir alt-temsil gücü yasası modeline göre. Üs (güç hukuk davranış yaklaşık başlangıcı) ganglionlar daha küçük 10 5 vokselleri hariç ve en az mutlak kalan sağlam uydurma algoritması 46,47 kullanarak Levenberg-Marquardt regresyon 44,45 gerçekleştirerek hesaplanmıştır. Bu, ticari bir yazılım paketi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu sistem için Fisher Üs 2,287 ± 0,009, cl olduose bu sistemde o imbibisyon belirten 2,189 teorik değeri, gerçekten de böyle sızma olduğunu. Daha genel olarak bu sonuçlar büyük çekirdek-sel deneylerinde 38,48,49 yılında sonuçları teyit ki karbonatlar olmayan ıslatma faz olarak scCO 2 davranır. Şekil 1. Deneysel cihaz, pompalar, vanalar ve reaktör akışını kontrol etmek için kullanılan ve mikro-BT Muhafaza içinde coreholder bir oturma gösteren. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Çekirdek, fi x-ışınları olay için normalleştirilmiş enerji spektrumunun 2. Şekil kol hapsederek ve sıvıyı hapsedip, coreholder aracılığıyla ltered. SpekCALC 29-31 kullanılarak hesaplanmıştır. Şekil 3. foton enerjinin bir fonksiyonu olarak farklı sıvıların ve kaya malzemelerin doğrusal zayıflama katsayıları. Şekil 4. çekirdek montaj Detay, çekirdek etrafında bir üçlü alüminyum şal gösteren floro-elastomer kovanı boyunca dağılır CO 2 alışverişini önler. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. 0 / 52440fig5.jpg "/> Akış hücresi, ısıtma cihazları ve akış hücresi içindeki çekirdek takımının konuşlandırılması Şekil 5. Detay. Termokupl çekirdeğinin giriş yüzü mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayınız . Drenaj ve imbibisyon sonra karbonat 6. Image Şekil. (A) dışındaki her ıslatma faz küme farklı bir renk verilir drenaj sonra çekirdek bir 3D render. (BF), beş imbibisyon deneylerinden sonra çekirdek bir 3D render, (A) için tarif edildiği gibi renkli. renklerin geniş aralığı takılmıştır kalıntı evresini gösterir. (G) Drenaj sonrası çekirdeğin bir kesit. karanlık faz, scCO 2 ara faz tuzlu su ve hafif faz kaya tane olduğunu. (H) imbibisyon sonra çekirdeğin bir kesit. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 7, Şekil 6'da gösterilen kalıntı gangliyonların boyut dağılımı. Malzeme Dolum Porozite Vakum CO2 H2O H2O -% 7 ağırlık NaCl H2O – 7 ağırlık% KI Katı (CaCO 3) İletim Faktörü 0.25 0.247 0.243 0.242 0.224 0.202 Iletim faktörü göreceli değişim vakum N / A -0,003 -0,007 -0,008 -0,026 -0,048 Bu çalışma esnasında görüntülendi kaya ve gözenek-uzay doldurma malzemesi x-ray optik özelliklerinin simülasyon sonuçları (iletim faktörü ve vakum dolu durumda iletim faktörü göreli değişim) Tablo 1. Özeti. Her sütun farklı bir malzeme temsil coreholder içinde kaya gözenek-boşluk doldurma.

Discussion

yüksek basınç ve ısılarda çok fazlı sıvı başarılı görüntüleme için en kritik adımlar şunlardır: 1) Çevre sınırlayıcı sıvıdan gözenek sıvının başarılı izole edilmesi; 2) enjeksiyondan önce sıvı ve kaya etkili dengeleme; 3) Deney boyunca etkin sıcaklık kontrolü; ve 4) Elde edilen görüntülerin etkili segmentasyon.

kovan, hızlı ve çekirdek içinde doyma tarama süresi için her zaman aynı kalmaz arasında alüminyum saran kullanımı yokluğu dağılır karşılığında çevreleyen sınırlayıcı sıvıdan gözenek sıvının başarılı izolasyonu için kritik önem taşır. Sıvı Aşama 4.1, 4.2 çekirdek içine enjeksiyondan önce uzun zaman süreleri (> 2 saat) PEEK flowlines kalır, bu sorun, aynı zamanda belirgin olabilir. Tuzlu su Desaturate neden plastik genelinde kez daha, CO 2 dağılmak değişim. Bu de iseKalıntı kümeler enjekte tuzlu su ile çözülmüştür, doymuş tuzlu su ile çekirdek içine enjekte edilir, iç kısım olarak doygunluk azalacaktır.

Sıvılar ve sıvı devridaim 50 de dahil olmak üzere kayaların dengeleme için diğer yöntemler literatürde önerilmiştir. Bu yöntemler sırayla olurdu sırayla her bir deney için süreyi artmış olurdu deney düzeneği, karmaşıklığı akış hatlarında tuzlu su dağılmak desaturated olurdu olasılığını artırır arttı.

Etkin ısı kontrolü çok önemlidir ve akış hücresinin sınırlayıcı dairesi içinde büyük bir termokup varlığı için bu önemlidir. Sıcaklık sadece çözünürlük dengesizliği ve çözülme veya ekssolüsyon yol, numune karşısında bazı degrade olabilir, yani tek bir noktada ölçülür. Bu t olabildiğince yakın olarak termokupl sıcak kavşak bularak minimize edilebilirO kaya çekirdek yüzünü girişine.

Birden fazla sıvıların kısmi doygunluk içeren görüntülerin segmentasyon kuru görüntülerin segmentasyon, çok basit gri ölçekli evrensel eşikleme kullanımı önemli ölçüde daha zor olduğu gibi ortaya çıkan görüntülerin etkili segmentasyon, bu sistemler ile gerçek bir meydan okuma olabilir 51 yetersiz. Havza segmentasyon kullanımı sadece literatürde diğer algoritmalara göre, en güvenilir sonuçlar verir, ama aynı zamanda halka ve kısmi hacim eserler 35 ile ilgili en etkilidir.

Bu yöntemin en önemli sınırlamalar biri, sadece kaya makro-gözenekli alan erişebilir olmasıdır. (görüntü çözünürlüğü daha küçük ölçeklerde) mikro-ulaşılmaz kalır ve çok fazlı akış için önemli olabilir. Daha yüksek çözünürlük gözenek alanı bu parçaların daha büyük bir kısmının ortaya değil, aynı zamanda th bir azalmaya tekabülGörüş e alanı. Belirli bir kaya tipine tekniğin uygulanabilirliği gibi cıva enjeksiyon kılcal basınç gibi bağımsız bir yöntem kullanılarak elde edilen gözenek boğaz boyutu dağılımına tarama çözünürlüğü karşılaştırarak ele alınabilir.

Bu yöntem, 24 tutucu kılcal bir enine karşılaştırmalı çalışma ve temas açısı 26 ölçümü de dahil olmak üzere mevcut uygulamalar ile gerçekçi sistemlerde rezervuar şartlarında bir çok sıvı gözenek çaplı görüntüleme için lider bir tekniktir ve yöntem kolayca uygulanabilir gözenekli sistemlerin geniş bir ürün yelpazesi. Gelecek çalışma yeraltı aquifers, petrol ve gaz alanları ve diğer derin jeolojik sistemlerin koşulları temsilcisi olarak, gözenek ölçekte, gözenekli ortam sorunların tek faz ve çok fazlı akışın çeşitli çalışma olabilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Biz minnetle Katar Petrol, Shell ve Katar Bilim ve Teknoloji Parkı tarafından ortaklaşa sağlanan Katar Karbonatlar ve Karbon Depolama Araştırma Merkezi (QCCSRC) fon, kabul. Biz de Gözenek Ölçekli Modelleme Imperial College Konsorsiyumu fon kabul.

Materials

Name of Reagent/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
High Pressure Syringe Pump Teledyne ISCO 1000D
Parr Reactor Parr Instrument Company 4547A – hastelloy
PEEK Tubing Kinesis 1560xL
Potassium Iodide Salt Sigma Aldrich 30315-1KG
Carbon Dioxide BOC CO2 – size E
Thermocouple Omega Engineering KMTSS-IM300U-150
Kapton Flexible Heater Omega Engineering KH-112/10-P
X-Ray Microscope Zeiss Versa XRM 500
Snoop Leak Detector Swagelok MS-SNOOP-8OZ
Flouro-Elastomer Polymer (Viton) Sleeve Fisher Scientific 11572583
Micro-CT Coreholder Airborne Composites 262mm Coreholder Constructed in conjunction with Imperial College
Tomographic program Zeiss XM-Reconstructor
ImageJ – image processing NIH ImageJ
Matlab Mathworks Matlab Used for regression analysis
Avizo FEI Avizo
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. . . Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. , (2005).
  2. Ennis-King, J., Paterson, L. Engineering aspects of geological sequestration of carbon dioxide. SPE 77809, Proceedings of the Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition. , (2002).
  3. Weir, G. J., White, S. P., Kissling, W. M. Reservoir storage and containment of greenhouse gases. Transport in Porous Media. 23 (1), 61-82 (1996).
  4. Lindeberg, E., Wessel-Berg, D. Vertical convection in an aquifer column under a gas cap of CO2. Energy Conversion & Management. 38, 229-234 (1997).
  5. Lin, H., Fujii, T., Takisawa, R., Takahashi, T., Hashida, T. Experimental evaluation of interactions in supercritical CO2/water/rock minerals system under geologic CO2 sequestration conditions. Journal of Materials Science. 43 (7), 2307-2315 (2007).
  6. Juanes, R., Spiteri, E. J., Orr, F. M., Blunt, M. J. Impact of relative permeability hysteresis on geological CO2 storage. Water Resources Research. 42 (12), (2006).
  7. Hesse, M., Orr, F. M., Tchelepi, H. A. Gravity Currents with Residual trapping. Journal of Fluid Mechanics. 661, 35-60 (2008).
  8. MacMinn, C., Szulczewski, M. L., Juanes, R. CO2 migration in saline aquifers. Part 1. Capillary trapping under slope and groundwater flow. Journal of Fluid Mechanics. 662, 329-351 (2010).
  9. MacMinn, C., Szulczewski, M. L., Juanes, R. CO2 migration in saline aquifers. Part 2. Capillary and solubility trapping. Journal of Fluid Mechanics. 688, 321-351 (2011).
  10. Qi, R., LaForce, T. C., Blunt, M. J. Design of carbon dioxide storage in aquifers. International Journal of Greenhouse Gas Control. 3 (2), 195-205 (2009).
  11. Flannery, B. P., Deckman, H. W., Roberge, W. G., D’Amico, K. L. Three-Dimensional X-Ray Microtomography. Science. 237 (4821), 1439-1444 (1987).
  12. Jatsi, J. K., Jesion, G., Feldkamp, L. Microscopic Imaging of Porous Media with X-Ray Computer Tomography. SPE 20495. SPE Formation Evaluation. , 189-193 (1993).
  13. Blunt, M. J., et al. Pore-scale imaging and modelling. Advances in Water Resources. 51, 197-216 (2013).
  14. Cnudde, V., Boone, M. N. High-resolution X-ray computed tomography in geosciences: A review of the current technology and applications. Earth-Science Reviews. 123, 1-17 (2013).
  15. 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).
  16. Espinoza, D. N., Santamarina, J. C. Water-CO2-mineral systems: Interfacial tension, contact angle, and diffusion-Implications to CO2 geological storage. Water Resources Research. 46 (7), (2010).
  17. Li, X., Boek, E., Maitland, G., Trusler, J. P. M. Interfacial Tension of (Brines + CO2): (0.864 NaCl+0.136 KCl) at Temperatures between (298 and 448) K, Pressures between (2 and 50) MPa, and Total Molalities of (1 to 5) mol/kg. Journal of Chemical and Engineering Data. 57 (4), 1078-1088 (2012).
  18. Spiteri, E. J., Juanes, R., Blunt, M. J., Orr, F. M. A New Model of Trapping and Relative Permeability Hysteresis for All Wettability Characteristics. SPE Journal. 13 (3), 277-288 (2008).
  19. Chaudhary, K., et al. Pore-scale trapping of supercritical CO2 and the role of grain wettability and shape. Geophysical Research Letters. 40, 1-5 (2013).
  20. Karpyn, Z. T., Piri, M., Singh, G. Experimental investigation of trapped oil clusters in a water-wet bead pack using X-ray microtomography. Water Resources Research. 46 (4), (2010).
  21. Wildenschild, D., Armstrong, R. T., Herring, A. L., Young, I. M., Carey, J. W. Exploring capillary trapping efficiency as a function of interfacial tension, viscosity, and flow rate. Energy Procedia. 4, 4945-4952 (2011).
  22. Silin, D., Tomutsa, L., Benson, S. M., Patzek, T. W. Microtomography and Pore-Scale Modeling of Two-Phase Fluid Distribution. Transport in Porous Media. 86, 495-515 (2011).
  23. Andrew, M. G., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Pore-scale imaging of geological carbon dioxide storage under in situ conditions. Geophysical Research Letters. 40 (15), 3915-3918 (2013).
  24. Andrew, M. G., 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).
  25. Hassler, G. L. Method and Apparatus for Permeability Measurements. US Patent. , (1944).
  26. Andrew, M. G., 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).
  27. Iglauer, S., Paluszny, A., Pentland, C. H., Blunt, M. J. Residual CO2 imaged with x-ray micro-tomography. Geophysical Research Letters. 38, (2011).
  28. Carroll, J. J., Slupsky, J. D., Mather, A. E. The Solubility of Carbon Dioxide in Water at Low Pressure. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 20 (6), (1991).
  29. Poludniowski, G. Calculation of x-ray spectra emerging from an x-ray tube. Part II. X-ray production and filtration in x-ray targets. Medical Physics. 34 (2175), (2007).
  30. Poludniowski, G., Evans, P. M. Calculation of x-ray spectra emerging from an x-ray tube. Part I. Electron penetration characteristics in x-ray targets. Medical Physics. 34 (2161), (2007).
  31. Poludniowski, G., Landry, G., DeBlois, F., Evans, P. M., Verhaegen, F. SpekCalc: a program to calculate photon spectra from tungsten anode x-ray tubes. Physics in Medicine and Biology. 57 (19), (2009).
  32. Berger, M. J., et al. XCOM: Photon Cross Section Database (version 1.5). National Institute of Standards and Technology. , (2007).
  33. Buades, A., Coll, B., Morel, J. -. M. A non-local algorithm for image denoising. Computer Vision and Pattern Recognition. , (2005).
  34. Buades, A., Coll, B., Morel, J. -. M. Nonlocal Image and Movie Denoising. International Journal of Computer Vision. 76 (2), 123-139 (2008).
  35. Schluter, S., Sheppard, A. P., Brown, K., Wildenschild, D. Image processing of multiphase images obtained via X-ray microtomography: A review. Water Resources Research. 50 (4), 3615-3639 (2014).
  36. Jones, A. C., et al. Assessment of bone ingrowth into porous biomaterials using MICRO-CT. Imaging Techniques for Biomaterials Characterization. 28 (15), 2491-2504 (2007).
  37. Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods. 9, 671-675 (2012).
  38. El-Maghraby, R. . Measurements of CO2 trapping in Carbonate and Sandstone Rocks. , (2013).
  39. Roof, J. G. Snap-Off of Oil Droplets in Water-Wet Pores. SPE Journal. 10 (1), 85-90 (1970).
  40. Lenormand, R., Zarcone, C., Sarr, A. Mechanisms of the displacement of one fluid by another in a network of capillary ducts. Journal of Fluid Mechanics. 135, 337-353 (1983).
  41. Dias, M. M., Wilkinson, D. Percolation with trapping. Journal of Physics A: Mathematical and General. 19, 3131-3146 (1986).
  42. Fisher, M. E. The theory of equilibrium critical phenomena. Reports on Progress in Physics. 30 (2), 615 (1967).
  43. Lorenz, C. D., Ziff, R. M. Precise determination of the bond percolation thresholds and finite-size scaling corrections for the sc, fcc and bcc lattices. Physical Review E. 57 (1), 230-236 (1998).
  44. Levenberg, K. A method for the solution of certain non-linear problems in least squares. Quarterly Journal of Applied Mathmatics. 2, 164-168 (1944).
  45. Marquardt, D. W. An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameters. Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics. 11 (2), 431-441 (1963).
  46. Holland, P. W., Welsch, R. E. Robust regression using iteratively reweighted least-squares. Communications in Statistics – Theory and Methods. 6 (9), 813-827 (1977).
  47. Huber, P. J. . Robust Statistics. , (1981).
  48. Akbarabadi, M., Piri, M. Relative permeability hysteresis and capillary trapping characteristics of supercritical CO2/brine systems: An experimental study at reservoir conditions. Advances in Water Resources. 52, 190-206 (2013).
  49. Pentland, C. H., El-Maghraby, R., Iglauer, S., Blunt, M. J. Measurements of the capillary trapping of super-critical carbon dioxide in Berea sandstone. Geophysical Research Letters. 38, 4 (2011).
  50. El-Maghraby, R. M., Blunt, M. J. Residual CO2 Trapping in Indiana Limestone. Environmental Science and Technology. 47 (1), 227-233 (2013).
  51. Sheppard, A. P., Sok, R. M., Averdunk, H. Techniques for image enhancement and segmentation of tomographic images of porous materials. Physica A. 339 (1-2), 145-151 (2004).

Tags

Reservoir ConditionsPore-scale ImagingX-ray MicrotomographyCO2 StorageMultiphase FlowCarbonate RockHigh PressureHigh TemperatureChemical EquilibriumFluid FlowCore HolderDiffusive ExchangeBrine ContrastFlexible Flow LinesTemperature Control

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography. J. Vis. Exp. (96), e52440, doi:10.3791/52440 (2015).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image