Este protocolo é apresentado para caracterizar as condições do complexo umectante de um meio poroso opaco (rocha reservatório de hidrocarbonetos) usando imagens tridimensionais obtidas por microtomografia de raios-x em condições de subsuperfície.
Em situ medições molhabilidade em rochas reservatório de hidrocarbonetos têm só foi possíveis recentemente. O objetivo deste trabalho é apresentar um protocolo para caracterizar as condições do complexo umectante de rocha reservatório de hidrocarbonetos utilizando imagens de raio-x tridimensional do pore-escala em condições de subsuperfície. Neste trabalho, heterogêneos carbonato rochas de reservatório, extraídas de um campo de petróleo produção muito grande, têm sido utilizadas para demonstrar o protocolo. As rochas são saturadas com óleo e salmoura e envelhecidas mais de três semanas no subsolo condições de replicar as condições de molhabilidade que normalmente existem nos reservatórios de hidrocarbonetos (conhecidos como misturado-molhabilidade). Após a injeção de salmoura, imagens tridimensionais de alta resolução (2 µm/voxel) são adquiridas e processadas e segmentadas. Para calcular a distribuição do ângulo de contato, que define a molhabilidade, as seguintes etapas são executadas. Primeiras, líquido-líquido e líquido-rock superfícies são engrenadas. As superfícies são suavizadas para remover artefatos de voxel e em situ ângulos de contacto são medidos na linha de contato de três fases ao longo de toda a imagem. A principal vantagem deste método é a sua capacidade para caracterizar em situ molhabilidade contabilização Propriedades da rocha poro-escala, tais como a rugosidade da superfície de rocha, composição química de pedra e tamanho dos poros. A molhabilidade em situ é determinada rapidamente em centenas de milhares de pontos.
O método é limitado pela precisão de segmentação e resolução de imagem de raio-x. Este protocolo pode ser usado para caracterizar a molhabilidade de outras rochas complexas saturado com diferentes fluidos e em condições diferentes para uma variedade de aplicações. Por exemplo, pode ajudar na determinação da molhabilidade ideal que poderia render uma recuperação de óleo extra (ou seja, projetar a salinidade de salmoura em conformidade para obter maior recuperação de petróleo) e para encontrar as condições de molhamento mais eficientes para apanhar mais CO2 em formações subsuperfície.
Molhabilidade (o ângulo de contato entre líquidos imiscíveis em uma superfície sólida) é uma das principais propriedades que controlam configurações fluidas e recuperação em rochas reservatório de petróleo. Molhabilidade afeta propriedades macroscópicas de fluxo incluindo relativa permeabilidade e pressão capilar1,2,3,4,5,6. No entanto, medindo a molhabilidade em situ da rocha reservatório manteve-se um desafio. Molhabilidade de rocha reservatório tiver sido determinada, tradicionalmente, na escala de núcleo, indiretamente usando molhabilidade índices7,8e diretamente ex situ em superfícies planas mineral4,9 , 10 , 11. ambos os índices de molhabilidade e medições de ângulo de contato de ex situ são limitadas e não podem caracterizar a molhabilidade misturado (ou intervalo de ângulo de contato) que normalmente existem nos reservatórios de hidrocarbonetos. Além disso, eles não representam poro-rocha Propriedades da escala, tais como a mineralogia da rocha, da aspereza de superfície, poro-geometria e heterogeneidade espacial, que têm um impacto directo sobre o arranjo de fluido à escala dos poros.
Avanços recentes em invasivo tridimensionais de imagens utilizando microtomografia de raios-x12, em combinação com o uso de uma temperatura elevada e de aparelhos de pressão13, permitiram que o estudo do fluxo multifásico em meios permeáveis14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Esta tecnologia tem facilitado o desenvolvimento de manuais em situ medições de ângulo de contacto à escala dos poros em meio poroso opaco (rock pedreira de calcário) com condições de subsuperfície24. Um valor médio ângulo de contato de 45° ± 6° entre o CO2 e salmoura de iodeto de potássio (KI) foi obtido com a mão de imagens raw em 300 pontos. No entanto, o método manual é demorado (ou seja, 100 pontos de ângulo de contato podem levar vários dias para ser medido) e os valores obtidos poderiam ter um viés subjetivo.
A medida de um ângulo contato em situ foi automatizada por diferentes métodos aplicados para segmentado radiografia tridimensional de imagens25,26,27. Scanziani et al 25 melhorado o método manual, colocando um círculo na interface fluido-fluido que cruza com uma linha colocada na interface fluido-rocha em fatias ortogonal à linha de contato de três fases. Este método foi aplicado para pequenos volumes sub extraídos de imagens tridimensionais de rocha de calcário pedreira saturado com o decano e salmoura KI. Klise et al 26 desenvolveu um método para quantificar o em situ ângulo de contato automaticamente por encaixe aviões para as interfaces líquido-líquido e fluido-rocha interfaces. Determinou-se o ângulo de contato entre esses planos. Este método foi aplicado a imagens tridimensionais dos grânulos saturados com querosene e salmoura. Ambos métodos automatizados foram aplicados a imagens de voxelized que podem apresentar erro, e em ambos os métodos, linhas ou aviões foram equipados com o fluido-fluido e interfaces de fluido-rocha e o ângulo de contacto foi medido entre eles. Aplicando essas duas abordagens em voxelized imagens segmentadas de geometria complexa rocha poderem conduzir a erros, estando também demorado.
Neste protocolo, aplicamos o método ângulo de contato automatizado em situ desenvolvido por AlRatrout et al 27 que remove artefatos voxelization aplicando suavização gaussiana para as interfaces líquido-líquido e líquido-sólido. Em seguida, uma suavização de curvatura uniforme é aplicado apenas para a interface líquido-líquido, que é consistente com o equilíbrio capilar. Centenas de milhares de pontos de contacto de ângulo medem-se rapidamente em combinação com sua x-, y– e z-coordenadas. A abordagem de AlRatrout et al . 27 foi aplicado a amostras de calcário pedreira água-molhado e misturado-wet saturadas com o decano e salmoura KI.
Neste protocolo, empregamos os mais recentes avanços em microtomografia de raios-x, combinado com um aparelho de alta pressão e alta temperatura para realizar uma caracterização em situ molhabilidade do complexo carbonato rochas de reservatório, extraído de um grande produção de campo de petróleo localizado no Oriente Médio. As rochas foram saturadas com petróleo no subsolo condições para reproduzir as condições do reservatório em cima da descoberta. Isso tem sido a hipótese de que partes da superfície de rocha reservatório (com contacto directo com petróleo bruto) tornam-se óleo-molhado, enquanto outros (preenchido com salmoura de formação inicial) permanecem molhado de água28,29,30. No entanto, a molhabilidade de rocha reservatório é ainda mais complexa devido a vários fatores, controlando o grau de alteração de molhabilidade, incluindo a rugosidade da superfície, a heterogeneidade química da rocha, a composição do petróleo bruto, a composição da salmoura e saturação e a temperatura e pressão. Um recente estudo31 tem mostrado que normalmente existe uma gama de ângulo de contacto nas rochas de reservatório com valores ambos acima e abaixo de 90 °, medida utilizando o método automatizado desenvolvidos por AlRatrout et al . 27.
O objetivo principal deste trabalho é fornecer um protocolo completo para caracterizar a molhabilidade em situ de rochas de reservatório (misturado-molhabilidade) em condições de subsuperfície. Uma medição precisa do ângulo contato em situ requer uma qualidade boa segmentação. Portanto, um método de segmentação baseado em aprendizagem de máquina conhecido como WEKA treinável segmentação (TWS)32 foi usado para capturar não somente a quantidade de óleo remanescente, mas também a forma dos restantes de petróleo gânglios, assim facilitando mais exato ângulo de contato medições. Recentemente, a TWS tem sido usada em uma variedade de aplicações, tais como a segmentação de camas embalado partículas, líquidos dentro de fibras têxteis e poros de reservatórios apertado33,34,35,36, 37,38,39,40. Para o óleo restante com precisão em uma alta resolução e em condições de subsuperfície de imagem, um romance aparato experimental foi utilizado (Figura 1 e Figura 2). Miniamostras de rocha foram carregadas para o centro de um núcleo Hassler-tipo do titular41 feito de fibra de carbono. O uso de uma luva de fibra de carbono de longa e pequeno diâmetro permite uma fonte de raios-x ser trazido de muito perto a amostra, portanto, aumentando o fluxo de raio-x e reduzindo o tempo de exposição necessário, resultando em uma melhor qualidade de imagem em um curto período de tempo. A manga de fibra de carbono é forte o suficiente para lidar com alta pressão e temperatura condições mantendo-se suficientemente transparentes para os raios x21.
Neste estudo, descrevem as etapas seguidas para caracterizar a molhabilidade em situ de rochas de reservatório no subsolo condições. Isso inclui a perfuração de miniamostras representativas, o conjunto de suporte do núcleo, o aparelho de fluxo e procedimento de fluxo, o protocolo de imagem, o processamento de imagem e segmentação e finalmente, executar o código de ângulo de contato automatizado para gerar o ângulo de contato distribuições.
Os passos mais críticos para uma caracterização de molhabilidade em situ em alta pressão e temperatura para ser bem sucedido são como segue. 1) gere uma segmentação de imagem boa que é essencial para obter medições precisas ângulo de contato. 2) evitar incluindo grandes grãos impermeáveis nas miniamostras que podem selar o fluxo e a grandes vugs, resultando em uma amostra muito frágil com porosidade não representativos. 3) um experimento de fluxo bem controlados com sem vazamentos é importante porque miniamostras são muito sensíveis à quantidade de fluido injetado (isto é, um volume de poros é cerca de 0,1 mL). 4) Evite a presença de ar (como uma quarta fase) no espaço dos poros. 5) manter um controle de temperatura da amostra durante a experiência de toda a moral. 6) Evite qualquer relaxamento de interface durante a aquisição de varredura, esperando para que o sistema atingir o equilíbrio. 7) use uma correção de turno centro adequado, que é necessária para a efetiva reconstrução de imagem raio-x.
O método automatizado ângulo de contato é limitado pela precisão da segmentação imagem porque é aplicado a apenas imagens segmentadas. Segmentação de imagem depende em grande parte de imagens de qualidade que varia de acordo com o protocolo de imagem e o desempenho do scanner de microtomografia. Além disso, é sensível para a reconstrução de imagem e filtros de redução de ruído, bem como o método de segmentação como o TWS32 ou o método de bacias hidrográficas semeado57. Neste trabalho, o método TWS fornecido medições mais precisas do ângulo de contato em imagens de raio-x raw em comparação com os de um método de bacia hidrográfica aplicado a imagens de raio-x filtradas (usando filtros de redução de ruído). O uso de filtros de redução de ruído faz com que a interface parecem ser menos óleo-molhado em algumas partes da rocha, devido a média de voxel especialmente perto o contato linha trifásica31. TWS pode capturar não somente a quantidade de saturação de óleo restantes, mas também a forma dos restantes gânglios de óleo. Este é especialmente o caso para o óleo restante nos casos mistos-molhado, no qual óleo é retido no espaço dos poros como fina folha-como estruturas, tornando-se um desafio a ser segmentados com base em apenas valores de limiar de escala de cinza.
Essa determinação de molhabilidade em situ fornece uma descrição detalhada das condições de molhamento das rochas reservatório, em comparação com outros métodos de medição de molhabilidade convencional. Ele leva em consideração todos os poro-escala importante rocha parâmetros, tais como rugosidade da superfície da rocha, composições químicas de rocha e o tamanho dos poros e geometria, que não são possíveis por molhabilidade índices7,8 e ex situ contato ângulo métodos4,9,10,11. O uso de uma medida de ângulo de contato automatizado em situ à escala mícron é robusto e remove qualquer subjetividade associada com o método manual24. Além disso, é mais eficaz na remoção de artefatos de voxelization em comparação com outros métodos automatizados25,26. A distribuição ângulo de contato em situ medida usando o método automatizado foi relativamente rápida. Por exemplo, o tempo de execução para medir o ângulo de contato em qualquer uma das três imagens de amostra que contêm voxels 595 milhões é aproximadamente 2 h, usando um único processador de 2.2 GHz CPU.
No futuro, este protocolo pode ser usado para caracterizar a outros sistemas de rocha reservatório saturados com salmoura de formação e petróleo bruto. O mesmo método não está limitado a apenas a indústria de petróleo e pode ser modificado e adaptado para caracterizar a molhabilidade de quaisquer imagens tridimensionais segmentadas com dois líquidos imiscíveis em meios porosos com uma variedade de condições de molhabilidade.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos com gratidão a Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) e ADNOC Onshore (anteriormente conhecido como Abu Dhabi Company Ltd de operações de petróleo Onshore) para o financiamento deste trabalho.
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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 |