Name: pore-scale imaging and characterization of hydrocarbon reservoir rock wettability at subsurface conditions using x-ray microtomography
Uploaded: 2018-10-21T13:00:00
Duration: 12 min 18 s
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我们感谢阿布扎比国家石油公司 (ADNOC) 和 ADNOC (以前被称为阿布扎比公司陆上石油运营有限公司) 为这项工作提供资金。

本文报告的高分辨率 X 射线显微层析成像数据集可在数字岩石门户网站上获得: www.digitalrocksportal.org/projects/151 GitHub 上提供了用于运行接触角和流体/流体接口曲率自动测量的代码: https://github.com/AhmedAlratrout/ContactAngle-Curvature-Roughness

在高压和高温下进行原位润湿性表征的最关键步骤如下。1) 生成良好的图像分割, 这对于获得精确的接触角测量至关重要。2) 避免在微型样品中包括大的不透水颗粒, 可以封堵流动, 大溶洞导致一个非常脆弱的样品, 具有非代表性孔隙度。3) 由于微型样品对注入液体的用量非常敏感 (即一个孔隙体积约为 0.1 mL), 因此, 无泄漏的良好控制流实验非常重要。4) 在孔隙空间中避免空气 (第四相) 的存在。5) 在整个流动实验过程中保持样品的温度控制。6) 通过等待系统达到平衡, 避免扫描采集过程中的任何界面松弛。7) 使用适当的中心移位校正, 这对于有效的 X 射线图像重建是必要的。
自动接触角法受图像分割精度的限制, 因为它仅适用于分割图像。图像分割很大程度上取决于成像协议和层析扫描仪的性能。此外, 它对图像重建和降噪滤波器, 以及 TWS32或种子分水岭法57等分割方法都很敏感。在这项工作中, TWS 方法在原始 x 射线图像上提供了更精确的接触角测量, 与应用于过滤 X 射线图像的分水岭方法相比 (使用降噪滤波器)。使用降噪滤波器使界面在岩石的某些部位看起来更少油湿, 原因是体素平均尤其接近三相接触线31。TWS 不仅可以捕捉剩余油饱和度, 还能捕获剩余油节的形状。这尤其适用于混合湿箱中的剩余油, 在这种情况下, 油在孔隙空间中被保留为薄板状结构, 这是仅基于灰度阈值进行分段的挑战。
与其他常规润湿性测量方法相比, 该原位润湿性测定提供了对储层岩石润湿条件的透彻描述。它考虑了所有重要的孔隙尺度岩石参数, 如岩石表面粗糙度, 岩石化学成分, 孔隙大小和几何形状, 这是不可能的润湿指数7,8和前原位接触角度方法4,9,10,11。在微米尺度上使用自动原位接触角度测量是稳健的, 并消除了与手动方法24相关的任何主观性。此外, 与其他自动化方法25,26相比, 它更有效地去除体素化文物。采用自动方法测量的原位接触角分布相对较快。例如, 使用单个 2.2 GHz CPU 处理器, 用于测量包含5亿9500万体素的三个样本图像中任何一个接触角的运行时大约为 2 h。
在未来, 该协议可用于表征与地层卤水和原油饱和的其他储层岩石系统。同样的方法不仅限于石油工业, 而且可以进行修改和调整, 以表征具有不同润湿条件的多孔介质中具有两个不相容流体的任何分段三维图像的润湿性。

润湿性 (固体表面不相容流体之间的接触角) 是控制储层岩石的流体配置和采油的关键特性之一。润湿性影响宏观流动特性, 包括相对渗透率和毛细管压力1、2、3、4、5、6。然而, 测量储层岩石原位润湿性仍然是一个挑战。储层岩石润湿性是传统上的核心尺度, 间接使用润湿指数7、8和直接原位在平坦矿物表面上4,9,10,11. 润湿指数和原位接触角测量都是有限的, 不能表征烃类油藏中通常存在的混合润湿性 (或接触角范围)。此外, 它们不考虑孔隙尺度岩石的性质, 如岩石矿物学、表面粗糙度、孔隙几何和空间异质性, 这些都直接影响到孔隙尺度上的流体排列。
使用 X 射线层析12的非侵入性三维成像的最新进展, 结合使用的高温和压力装置13, 允许在渗透介质中的多相流的研究14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23。该技术促进了在地下条件下, 在不透明多孔介质 (采石场石灰石岩) 的孔隙尺度上手动进行原位接触角测量的发展24。用300点的原始图像手工获得了 CO2与碘化钾 (淇) 盐水之间的45°±的平均接触角值。然而, 手动方法是耗时的 (即, 100 个接触角点可能需要数天的时间来测量) 和获得的值可能有主观偏见。
通过应用于分段三维 x 射线图像25、26、27的不同方法, 自动测量了原位接触角。Scanziani等。25通过在流体-流体界面上放置一个圆, 并在正交于三相接触线的片上的流体-岩石界面上放置一条线, 改进了手动方法。该方法已应用于癸烷和淇盐水饱和的采石场石灰石岩石三维图像中提取的小体积。Klise等。26开发了一种通过将平面与流体-流体界面和流体-岩石界面连接起来自动量化原位接触角的方法。在这些平面之间确定了接触角。该方法应用于含煤油和盐水的微珠三维图像。这两种自动化方法都适用于可能引入误差的体素化图像, 在这两种方法中, 线或平面都安装在流体流体和流体-岩石界面上, 并在它们之间测量接触角。将这两种方法应用于复杂岩石几何的体素化分割图像, 可能会导致误差, 同时也会耗费大量时间。
在本协议中, 我们应用了 AlRatrout等开发的自动原位接触角法。27通过对流体流体和流体-固体接口应用高斯平滑去除体素化文物。然后, 均匀曲率平滑仅适用于流体流体界面, 与毛细管平衡一致。成千上万的接触角点与它们的x、 y和z坐标一起快速测量。AlRatrout等的方法。27已应用于水湿和混合湿采石场石灰石样品饱和癸烷和淇盐水。
在本协议中, 我们采用了 X 射线层析与高压高温装置相结合的最新进展, 对复杂碳酸盐岩储层岩石进行原位润湿性表征, 从非常大的位于中东的油田生产。岩石在地下条件下饱和原油, 在发现时重现储层条件。据推测, 储层岩石表面 (与原油直接接触) 的部分变成油湿的, 而其他 (填充最初形成盐水) 保持水湿28,29,30。但由于控制润湿性变化程度的几个因素, 包括表面粗糙度、岩石化学异质性、原油组成、卤水组成和饱和度, 以及温度和压力。最近的一项研究31表明, 在储层中通常有一个接触角范围, 具有高于和低于90°的值, 使用 AlRatrout等开发的自动化方法进行测量。27。
这项工作的主要目的是提供一个彻底的协议, 以表征在地下条件下储层岩石 (混合润湿性) 的原位润湿。精确测量原位接触角需要良好的分割质量。因此, 基于机器学习的分割方法被称为可训练 WEKA 分割 (TWS)32被用来捕获不仅剩余的油量, 还有剩余油节的形状, 从而促进更准确的接触角测量。最近, TWS 已被用于各种应用, 如填料颗粒床的分割、纺织纤维内的液体和致密油藏的孔隙33、34、35、36、 37,38,39,40。为了在高分辨率和地下条件下准确地成像剩余油, 采用了一种新型实验装置 (图 1和图 2)。微型样品的岩石被加载到中心的哈塞拉罗马型芯架41由碳纤维制成。使用长而小直径的碳纤维套管, 可以使 x 射线源与样品非常接近, 从而增加 x 射线通量并减少所需的曝光时间, 从而在较短的时间内获得更好的图像质量。碳纤维套管的坚固程度足以处理高压和温度条件, 同时还能保持足够透明的 X 射线21。
在本研究中, 我们概述了在地下条件下储层岩石原位润湿性特征的步骤。这包括钻具代表性的微型样品, 核心支架总成, 流量设备和流程, 成像协议, 图像处理和分割, 最后运行自动接触角代码产生接触角分布。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1405px;" width="1404">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Xradia VersaXRM-500 X-ray micro-CT</td>
			<td style="width:115px;">ZEISS</td>
			<td style="width:145px;">Quote</td>
			<td style="width:892px;">X-ray microtomography scanner, https://www.zeiss.com/microscopy/int/products/x-ray-microscopy.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Teledyne Isco syringe pumps</td>
			<td>Teledyne Isco</td>
			<td>Quote</td>
			<td>Model 100DM, Model 260D and Model 1000D, http://www.teledyneisco.com/en-uk</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Core holder</td>
			<td>Airborne</td>
			<td>Quote</td>
			<td>9.5 ID Coreholder, www.airborne-international.com</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Gas pycnometer</td>
			<td>Micromeritics</td>
			<td>Quote</td>
			<td>AccuPyc II 1340 Pycnometer, http://www.micromeritics.com/Product-Showcase/AccuPyc-II-1340.aspx</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Thermocouple</td>
			<td>Omega</td>
			<td>KMTSS-IM025U-150</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Flexible heating jacket</td>
			<td style="width:115px;">Omega</td>
			<td>KH-112/5-P</td>
			<td height="21" style="height:21px;width:892px;">Kapton Insulated Flexible Heaters, https://www.omega.co.uk/pptst/KHR_KHLV_KH.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">PEEK tubing</td>
			<td>Kinesis</td>
			<td>1533XL</td>
			<td>PEEK Tubing 1/16&#8221;OD X 0.030&#8221; (0.75mm) ID Green, http://kinesis.co.uk/tubing-tubing-peek-green-1-16-x-0-030-0-75mm-x100ft-1533xl.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Tube cutter</td>
			<td>Kinesis</td>
			<td>003062</td>
			<td>Tube cutter, http://kinesis.co.uk/tubing-tube-cutter-003062.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">PEEK fingertight fitting</td>
			<td>Kinesis</td>
			<td>F-120X</td>
			<td>Fingertight Fitting, single piece, for 1/16&#34; 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</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">PEEK adapters and connectors</td>
			<td>Kinesis</td>
			<td>P-760</td>
			<td>Adapters &#38; Connectors: PEEK&#8482; ZDV Union, for 1/16&#34; OD Tubing, 10-32 Coned, http://kinesis.co.uk/catalogsearch/result/?q=P-760</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">PEEK plug</td>
			<td>Kinesis</td>
			<td>P-551</td>
			<td>Plug, 10-32 Coned, PEEK, Natural, http://kinesis.co.uk/plug-10-32-coned-peek-natural-p-551.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Digital Caliper</td>
			<td style="width:115px;">RS</td>
			<td style="width:145px;">50019630</td>
			<td>Digital caliper, http://uk.rs-online.com/web/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Three-way valve</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-41GXS1</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Viton sleeve</td>
			<td style="width:115px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:145px;">WZ-06435-03</td>
			<td>Viton FDA Compliant Tubing, 3/16&#34; (4.8 mm) ID, https://www.coleparmer.com/i/mn/0643503</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Drilling bit</td>
			<td style="width:115px;">dk-holdings</td>
			<td style="width:145px;">quote</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Heptane</td>
			<td style="width:115px;">Sigma-Aldarich</td>
			<td>246654-1L</td>
			<td height="21" style="height:21px;width:892px;">Heptane, anhydrous, 99%, http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/246654?lang=en&#38;region=GB</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Potassium iodide</td>
			<td style="width:115px;">Sigma-Aldarich</td>
			<td>231-659-4&#160;</td>
			<td>purity &#8805; 99.0%, https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/60399?lang=en&#38;region=GB</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">ParaView</td>
			<td style="width:115px;">Open source</td>
			<td style="width:145px;">Free</td>
			<td>Data visiualization software (Protocol step 1.2, 6.6), https://www.paraview.org/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Avizo Software</td>
			<td style="width:115px;">FEI</td>
			<td style="width:145px;">License</td>
			<td>Data visiualization and analysis software (Protocol step 5.7.1), https://www.fei.com/software/amira-avizo/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:253px;">Recontructor Software</td>
			<td style="width:115px;"></td>
			<td style="width:145px;"></td>
			<td>https://www.gexcel.it</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

pore-scale imaging and characterization of hydrocarbon reservoir rock wettability at subsurface conditions using x-ray microtomography

目前, 烃类储层岩石原位润湿性测量仅有可能。这项工作的目的是提出一个协议, 以描述在地下条件下使用孔径三维 x 射线成像来表征油气藏岩的复杂润湿条件。在这项工作中, 采用了从一个非常大的采油油田提取的异质碳酸盐岩储层, 以证明该方案。岩石饱和盐水和石油, 在地下条件下老化超过三周, 以复制烃类储层中通常存在的润湿性条件 (称为混合润湿性)。盐水注入后, 采集并处理和分割高分辨率的三维图像 (2 µm/体素)。要计算接触角的分布, 定义润湿性, 执行以下步骤。首先, 流体流体和流体-岩石表面是网状的。表面经过平滑处理以去除体素文物,在整个图像中, 在三相接触线上测量原位接触角。该方法的主要优点是能够表征岩石表面粗糙度、岩石化学成分和孔隙大小等孔隙尺度岩石性质的原位润湿性核算。原位润湿性是快速确定在成千上万点。
该方法受分割精度和 X 射线图像分辨率的限制。该协议可用于表征不同流体饱和的其他复杂岩石的润湿性和不同条件下的各种应用。例如, 它可以帮助确定可产生额外采收率的最佳润湿性 (即相应地设计盐水盐度以获得更高的采收率), 并找到最有效的润湿条件来捕获更多 CO2在地下地层中。

在研究的3个样本中, 接触角的实测分布如图6所示, 如图 11所示的油回收。图 12显示了在注水开发结束时不同润湿条件下剩余油分布的图像。使用自动接触角方法27测量混合润湿性 (或接触角的范围)。如果使用从分割图像自动方法测量的接触角点与原始 X 射线的手动测量接触角相比, 测量的接触角分布被视为具有代表性的结果。图像。图 10显示了一个在小样本 1 (弱水湿) 的同一位置的自动接触角和手动接触角之间进行比较测量的良好匹配示例。
三老化协议执行处理3样品和产生3润湿条件 (图 6)。在较低温度 (60 摄氏度) 和静态 (老化期间没有注油) 中老化样品可能导致弱水湿状态, 例如显示为蓝色样品1的分布 (图 6)。另一方面, 在更高的温度 (80 摄氏度) 和部分动态老化 (在老化期间的注油) 老化样品可能会导致混合湿的条件与更多油湿的表面, 如样本2所示的灰色 (图 6)。
油回收被发现是润湿性的功能, 类似于早期的核心规模研究51。然而, 在当时, 石油采收率显示为核心尺度润湿指数的函数。在孔隙尺度上观察到类似的油回收行为, 并绘制成原位接触角分布平均值的函数 (图 11)。样品 1 (弱水湿) 的低采收率是由于油在较大孔隙空间中的陷印所致。盐水渗出通过小的孔隙角, 留下的油被困作为断开的神经节在孔空间的中心与准球形形状 (图 12a), 类似于以前调查中观察到的水湿介质52,53,54,55。相比之下, 样品 2 (一个混合湿的情况下, 油湿的表面较多) 有大部分连接的油层 (图 12b)。这些薄层只允许缓慢的石油生产, 在水驱结束时留下高剩余油饱和度。样品 3 (混合湿与平均接触角接近 90°) 实现了最高的采收率, 这既不是水湿 (因此在大毛孔中的陷印较少), 也没有强油湿 (小孔隙空间中保留的油少)1。在样品2和3的混合湿的情况下, 油被留在连接, 薄板状结构 (图 12b和12c) 类似于其他研究在油湿多孔介质52,53,56。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig1.jpg"> 图 1: 核心支架组件的示意图图.对核心支架的组件进行了标记, 并显示了核心支架的内部剖面视图。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig1large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig2.jpg"> 图 2: 高压、高温流动装置.该流量装置由四个高压注射器泵组成: (A) 油泵、(B) 接收泵、(C) 盐水泵和 (D) 围泵。面板 (E) 显示核心支架组件, (F) 显示 PID 控制器, (G) 显示 CO2气缸。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig2large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig3.jpg"> 图 3: 展示典型微型样品钻孔的图像.(a) 这部动画片展示了具有良好钻孔位置的正交标记。x和y是用于查找钻取位置的核心插头中心的距离。(b) 此面板显示了核心插头 (呈半透明) 的干 X 射线三维图像, 并带有一个迷你样本 (在深灰色)。(c) 这是核心插头的横向横断面视图 (以40µm/体素扫描)。岩石颗粒和孔隙分别以灰色和黑色显示。(d) 此面板显示微型样品的水平横断面视图 (扫描5.5 µm/体素)。(e) 这是核心插头的垂直横断面视图, 显示复杂和异质孔径和几何形状以及由黑匣子指示的微型样品的位置。(f) 这是在5.5 µm/体素扫描的面板e中高亮显示的微型样本的放大垂直剖面视图。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig3large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig4.jpg"> 图 4: 相位对比度扫描.(a) 此面板显示了与盐水 (深灰色) 和油 (黑色) 相混合的碎石 (浅灰色) 的对比扫描。这是用来确定适当的盐水掺杂, 以确保良好的相位对比度。(b) 这是三阶段灰度值的直方图。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig4large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig5.jpg"> 图 5: 三个微型样品的原始和分割 X 射线图像的横向剖面图.面板 (a)、(b) 和 (c) 分别显示小样本1、2和3的xy剖面视图。顶行显示原始灰度 x 射线图像 (油、盐水和岩石, 分别为黑色、深灰色和浅灰色)。下图显示了使用可训练 WEKA 分割 (油、盐水和岩石) 相同切片的分割图像, 分别为黑色、灰色和白色。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig5large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig6.jpg"> 图 6: 三微型样品接触角测量的分布.样本1具有77°±20°的平均接触角, 46.2万个值以蓝色显示。样本2具有104°±25°的平均接触角, 141万个值以灰色显示。样本3具有94°±24°的平均接触角, 76.9万个值以红色显示。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig6large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig7.jpg"> 图 7: 用于自动接触角度测量的工作流.(a) 这是一幅三维的分割图像, 显示蓝色的盐水和红色的油, 而岩石则呈透明状。(b) 此面板显示整个图像的提取表面。油/盐水表面以绿色显示, 而油/岩石表面以红色显示。(c) 此面板显示整个图像的平滑表面。(d) 该面板显示了整个图像的三相接触线。(e) 这是黑色正方形突出的油节的光滑表面的一个例子。(f) 此面板显示突出显示的油节的三相接触线。(g) 这是在点i上的单个接触角度测量的示例 (在面板f中高亮显示).油/盐水、石油/岩石和盐水/岩石表面分别以绿色、红色和蓝色显示。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig7large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig8.jpg"> 图 8: 从三个微型样品中提取的三个子卷.(a) 此面板显示从微型样品 1 (弱水湿) 中提取的子体积。(b) 此面板显示从微型样品 2 (混合湿) 中提取的子体积。(c) 此面板显示从微型样品 3 (混合湿) 中提取的子体积.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig8large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig9.jpg"> 图 9: 一对一接触角测量工作流程.(a) 这是使用自动代码测量的随机选择接触角点 (60°) 的可视化 (图像是从使用的数据可视化软件获得的)。(b) 本小组展示如何使用数据可视化和分析软件识别同一点的位置。(c) 此面板显示如何在同一位置进行手动接触角度测量。(d) 这是在同一位置 (61°) 手动测量的接触角度点的一个示例。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig9large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig10.jpg"> 图 10: 与微型样品1的子体积相同位置的手动接触角度测量相比, 自动接触角度测量.这些值是按照图 9中所述的过程进行测量的。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig10large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig11.jpg"> 图 11: 油回收作为润湿性的功能.样品1、2和3的油回收率分别为67.1%、58.6% 和84.0%。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig11large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig12.jpg"> 图 12: 用于不同润湿条件的剩余油形态.(a) 在样本 1 (弱水湿) 中, 剩余的油被困在毛孔的中心, 作为具有准球形形状的断开的神经节。面板 (b) 和 (c) 显示如何在样品2和 3 (混合湿), 剩余的油是留在连接, 薄板状结构在小孔和缝隙。不同的颜色代表断开的油节。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig12large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>

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Pore-scale Imaging and Characterization of Hydrocarbon Reservoir Rock Wettability at Subsurface Conditions Using X-ray Microtomography

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利用 X 射线层析在地下条件下油气储层岩石润湿性的孔隙度成像与表征

In situ wettability measurements in hydrocarbon reservoir rocks have only been possible recently. The purpose of this work is to present a protocol to ...

这项工作的总体目标是提供一个彻底的协议，描述水库岩石在地下条件下的原位可处理性。该方法有助于回答多相流多孔介质中的关键问题，并可用于石油回收、污染物去除和二氧化碳储存。该技术的主要优点是，我们可以研究自然系统中的位移过程和可处理性。该协议演示了如何在地下条件下或从分段三维X射线图像中确定油气藏岩的原位可处理性。该协议需要一个岩石的迷你样本。从核心样品中获取迷你样品并压平每一端，以方便良好的接触。确定样品的总孔隙度并评估其内部孔隙结构。在 X 射线显微断层扫描过程中，使用哈斯勒型型型芯架。首先使用芯架顶部到螺纹聚醚乙醚酮管。然后将管子连接到适合样品的定制端件上。用管子将支架底座螺纹到另一端。接下来，让橡胶管足够长，以覆盖样品和端片。将样品滑入油管中。一旦它进入内部，将端块连接到样品的顶部和底部。现在，在基端片上放置一个热电偶，其尖端在样品基座旁边。用铝胶带固定。小心地完成芯架的组装。此芯架组件已准备好在协议中使用。此示意图提供了其构造的详细信息。切口中显示的是样品周围的层，包括加热护套、碳纤维套管和限制流体。使用直径小的碳纤维套管，使 X 射线源靠近样品。热电偶测量粘液温度。使用夹具固定和运输芯架组件。将芯架组件安装到 X 射线显微断层扫描器。使用夹具，在旋转阶段垂直支撑型芯架。一旦芯架就位，从顶部和底部连接油管。从型芯支架顶部和底部的管材进入不同的打开三向阀。此外，将管材从芯架的夹线连接到含有去水的注射器泵。使用注射器泵施加 1.5 兆帕的限制压力。现在将二氧化碳缸连接到基座三向阀。以低速率冲洗二氧化碳一小时。然后断开二氧化碳缸。完成操作后，将注射器泵与掺杂盐水（盐水泵）连接到基础三向阀。最初设置阀门，以便流量不会进入样品以将空气从喷射管中排出。然后以每分钟0.3毫升的速度将盐水注入样品中一小时，使盐水完全饱和。将加热护套和热电偶连接到 PID 控制器。将接收泵（充满掺杂盐水的注射器泵）连接到基座三向阀。使用接收和限制泵将孔隙和限制压力以一兆帕斯增量分别增加至 10 和 11.5 兆帕。在PID控制器上，设定一个加热护套目标温度为60摄氏度，以完成模拟地下条件。从管路冲洗空气，将机油泵连接到关闭的顶三向阀。将压力升高到正确的等效压力。然后停止机油泵，打开顶部三向阀，以恒定的流速注入 20 个孔隙油。两小时后，准备获取 X 射线图像。对于高分辨率图像，请选择 4 倍目标。然后调整源和探测器的位置。检查芯架组件的旋转并开始扫描。开始型芯支架组件的旋转。确保连接到电池的管子不会干扰旋转。当一切有序时，使用大量投影开始 X 射线断层扫描。扫描后，断开芯架组件并将其从扫描仪中取出。将芯架在 80 摄氏度下移动到烤箱。在至少三周内重新确定流量、压力和老化。老化过程完成后，将芯架组件移回扫描仪。首先，连接限制泵以施加相同的限制压力。然后将盐水管路连接到基础三向阀。此外，通过三向阀将接收泵连接到芯架的顶部。当达到目标压力时，打开顶部三向阀，让接收泵将孔隙压力施加到型芯上。继续建立连接以重新建立样品的地下条件。然后关闭盐水泵，打开底部的三向阀，以较低的流速进行 20 孔隙体积的充水。系统达到平衡后，再次在同一位置获取高分辨率扫描。使用重建软件重建X射线断层扫描数据。保存图像，并在可培训的 Weka 分段软件中打开它。选择自由手绘工具。使用免费手绘图工具突出显示整个图像中一个阶段的实例，本例中为油。完成后，单击"添加到类"。尝试在标记像素时遵循相位的形状。然后将区域添加到相应的类。标记所有三个阶段的示例后，单击"训练分类器"对整个图像进行分段。查看分段图像。根据需要重复培训和分段步骤，以取得好成绩。选择"创建结果"可获取最终分段图像。保存图像，供以后在分析软件中使用。使用分段图像测量原位接触角分布。自动化方法生成一个包含测量角度及其坐标的电子表格。这些数据允许绘制接触角分布图。这些是每周水湿样品和两个混合湿样品的分布。对于质量检查，裁剪和分割迷你样品的子卷。选择具有一个或多个油带的子卷进行手动接触角测量。使用自动代码查找原位接触角分布。将生成的 VTK 文件加载到数据可视化软件中。选择"区域"选项以查看油和盐水相位。单击"探头位置"。然后从自动方法生成的数据输入随机选择的接触角的坐标。在三相接触线上找到其空间位置。现在将分段子卷图像加载到数据分析软件中。在软件中，搜索算术模块。在模块中，找到表达式字段。键入隔离油和盐水相所需的表达式。接下来，搜索生成曲面模块。用它来生成油和盐水表面。然后直观地搜索曲面以寻找以前标识的点。从过滤的原始 X 射线图像查找并打开切片模块。更改平移值，使 X 射线图像切片达到曲面上的点级别。查找标签表面模块。在其中，在相位框中输入三个。移动到仅黑色体素，然后选择"否"。应用更改并更改颜色贴图后，返回到切片模块。选择设置的纯选项。在选项中，选择显示拖动器。将拖动器移动到测量接触角度的位置。显示显示选项。选择"旋转"选项。旋转切片以垂直于三相接触线。完成后，选择角度测量工具。使用该工具测量选定点的角度。自动接触角测量的测试是根据手动进行的角度测量绘制结果。与本例中一样，结果应大致相等。这些水平横截面是原始 X 射线图像及其三个样本的分割图像。分段图像允许测量接触角，确定剩余油饱和度并找到剩余油刚体的形状。这些是使用此方法找到的三个不同样品的接触角原位分布测量。样本一有每周水湿状态，从静态老化在60摄氏度，没有注油。样本 2 是混合湿条件的示例，由于老化期间注油在 80 摄氏度时老化，油湿表面增加。样本三与样品二相似，但由于老化温度降低和油成分不同，油湿不强。水淹后油态在不同润湿条件下变化。对于每周水湿样本之一，盐水通过小孔角渗透，使油被困在孔隙空间的中心。相比之下，对于样品二和三的混合湿情况，盐水作为非润湿相进入毛孔中心，使油在小毛孔和缝隙中以板材层连接。在查看图像时，避免系统中有任何空气可以充当第四阶段，这一点很重要。按照此协议，您可以查看其他系统中（如叶子、根或燃料电池）中流体的孔径分布和可散性。但请记住，我们正在处理X射线和高压流体，因此进行彻底的风险评估和做实验的人接受了适当的培训是非常重要的。这种原位可处理性特征技术为增强石油回收领域的研究人员探索由于可韦特变化而相关的额外石油回收铺平了道路。

Research

JoVE Journal

Engineering

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

正极材料的同步辐射技术锂离子和钠离子电池表征

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

科研

工程学

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

多重流体相储层孔隙条件级成像使用X射线微断层

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

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能量色散X射线断层摄影术对个人纳米3D元素映射

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Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

使用2-D棋盘相位光栅X射线束相干测量沿多个方向

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