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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Pore-scale Imaging and Characterization of Hydrocarbon Reservoir Rock Wettability at Subsurface Conditions Using X-ray Microtomography at JoVE.com

Vi takker taknemmeligt Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) og ADNOC Onshore (tidligere kendt som Abu Dhabi Company for Onshore olie operationer Ltd) til finansiering af dette arbejde.

Den høje opløsning X-ray mikro-tomografi datasæt rapporteret i dette papir er tilgængelige på portalen Digital klipper: www.digitalrocksportal.org/projects/151 De koder, der bruges til at køre automatiske målinger af kontakt vinkel og væske/væske interface krumning er tilgængelig på GitHub: https://github.com/AhmedAlratrout/ContactAngle-Curvature-Roughness

De mest kritiske trin for en i situ befugtningen karakterisering ved højt tryk og temperatur skal lykkes er som følger. 1) generere en god billedsegmentering, som er afgørende for at opnå nøjagtige kontakt vinkel målinger. 2) undgå herunder store uigennemtrængelige korn i mini-prøverne, der kunne forsegle flow, og store vugs resulterer i en meget skrøbelig prøve med ikke-repræsentant porøsitet. 3) en velkontrollerede flow eksperiment med ingen lækager er vigtigt fordi mini-prøver er meget følsomme over for mængden af injicerede væske (dvs.en porevolumen er omkring 0,1 mL). 4) undgå tilstedeværelsen af luft (som en fjerde fase) i pore plads. 5) opretholde en temperaturkontrol over eksemplet under hele flow eksperimentet. 6) undgå enhver grænseflade afslapning under scanning erhvervelse af venter nemlig ordningen hen til nå til ligevægt. 7) bruge en passende center Skift korrektion, der er nødvendig for effektiv X-ray billede genopbygning.
Metoden automatiseret kontakt vinkel er begrænset af nøjagtigheden af billedsegmentering, fordi det anvendes til segmenterede billeder kun. Billedsegmentering afhænger i høj grad imaging kvalitet, der afhænger af imaging protokollen og udførelsen af microtomography scanner. Det er desuden følsomme over for billede genopbygning samt støj reduktion filtre og metoden segmentering som TWS32 eller seedede vandskel metode57. I dette arbejde forudsat metoden TWS mere præcise kontakt vinkel målinger på rå X-ray billeder i forhold til dem af et vandskel metode anvendes filtreret X-ray billeder (ved hjælp af støj reduktion filtre). Brugen af støj reduktion filtre gør grænsefladen ser ud til at være mindre olie-vådt på nogle dele af rock, på grund af voxel gennemsnit især tæt på tre-faset køreledningen31. TWS kan fange ikke kun mængden af resterende olie mætning, men også form af de resterende olie ganglier. Dette er især tilfældet for den resterende olie i blandet-vådt tilfælde, i hvilke olie er bevaret i pore plads som tynde ark-lignende strukturer, gør det en udfordring at være segmenteret baseret på gråtoneskala tærskelværdier kun.
Denne i situ befugtningen bestemmelse giver en grundig beskrivelse af befugtning af reservoir klipper i forhold til andre konventionelle befugtningen målemetoder. Det tager hensyn til alle vigtige pore-skala rock parametre, såsom rock overfladeruhed, rock kemiske sammensætninger, og porestørrelse og geometri, der ikke er muligt ved befugtningen indekser7,8 og ex situ kontakt vinkel metoder4,9,10,11. Anvendelse af en automatiseret i situ kontakt vinkel måling på micron skala er robust og fjerner enhver subjektivitet, der er forbundet med den manuelle metode24. Det er desuden mere effektive til at fjerne voxelization artefakter i forhold til andre automatiserede metoder25,26. Den i situ kontakt vinkel distribution måles ved hjælp af den automatiserede metode var forholdsvis hurtig. For eksempel, er runtime til måling af den kontakt vinkel på nogen af de tre prøve billeder, der indeholder 595 millioner voxels ca. 2 h, ved hjælp af en enkelt 2.2 GHz CPU processor.
Denne protokol kan i fremtiden bruges til at karakterisere andre reservoir rock systemer mættet med dannelsen saltlage og råolie. Den samme metode kan er ikke begrænset til olieindustrien kun og ændres og tilpasses karakterisere befugtningen fra enhver segmenterede tredimensionelle billeder med to ikke-blandbare væsker i porøse medier med en række befugtningen betingelser.

Befugtningen (kontakt vinklen mellem blandbare væsker på en fast overflade) er en af de vigtige egenskaber, der styrer væske konfigurationer og olie opsving i reservoir klipper. Befugtningen påvirker makroskopisk flowegenskaber herunder relativ permeabilitet og kapillær pres1,2,3,4,5,6. Dog har måling i situ befugtningen af reservoir rock været en udfordring. Reservoir rock befugtningen er blevet fastlagt traditionelt på core skala, indirekte bruger befugtningen indekser7,8, og direkte ex situ på flad mineralske overflader4,9 , 10 , 11. både befugtningen indekser og ex situ kontakt vinkel målinger er begrænset og ikke kan karakterisere den blandet befugtningen (eller kontakt vinkel) der typisk findes i kulbrinte reservoirer. Desuden skal de ikke redegøre for pore-skala rock egenskaber, såsom rock mineralogi, overfladeruhed, pore-geometri og rumlige heterogenitet, der har en direkte indvirkning på den flydende arrangement på pore skala.
Seneste fremskridt inden for non-invasiv tredimensional billeddannelse ved hjælp af X-ray microtomography12, i kombination med brug af en høj temperatur og tryk apparatet13, har tilladt studiet af multifase flow i gennemtrængelig media14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Denne teknologi har fremmet udviklingen af manuel i situ kontakt vinkel målinger på pore skala i en uigennemsigtig porøst medium (stenbruddet kalksten rock) på undergrunden betingelser24. Papirilægning betyder kontakt vinkel på 45° ± 6° mellem CO2 og kaliumiodid (KI) saltlage var fremstillet i hånden af raw-billeder på 300 point. Den manuelle metode er dog tidskrævende (dvs.100 kontakt vinkel point kan tage op til flere dage til at blive målt) og de opnåede værdier kunne have en subjektiv bias.
Måling af en i situ kontakt vinkel er blevet automatiseret af forskellige metoder, som anvendes til segmenteret tredimensionale X-ray billeder25,26,27. Scanziani et al. 25 forbedret den manuelle metode ved at placere en cirkel på grænsefladen væske-væske, som skærer med en linje, der er placeret på grænsefladen væske-rock på skiver ortogonale i forhold til den trefasede køreledningen. Denne metode er blevet anvendt til små sub-mængder udvundet af tre-dimensionelle billeder af stenbruddet kalksten rock mættet med decan og KI saltlage. Klise et al. 26 udviklet en metode til at kvantificere den i situ kontakt vinkel automatisk ved at montere fly til væske-væske grænseflader og væske-rock grænseflader. Kontakt vinklen blev fastlagt mellem disse planer. Denne metode blev anvendt til tre-dimensionelle billeder af perler mættet med Petroleum og saltlage. Både automatiserede metoder blev anvendt til voxelized billeder, der kan introducere fejl, og i begge metoder, linjer eller fly blev monteret på væske-væske og væske-rock grænseflader og kontakt vinklen blev målt mellem dem. Anvende disse to tilgange på voxelized kan segmenterede billeder af komplekse rock geometri føre til fejl samtidig være tidskrævende.
I denne protokol anvender vi den automatiserede i situ kontakt vinkel metode udviklet af AlRatrout et al. 27 , der fjerner voxelization artefakter ved at anvende Gaussisk gulvafslibning til væske-væske og væske-solid grænseflader. Derefter, en ensartet krumning gulvafslibning anvendes kun til grænsefladen væske-væske, som er i overensstemmelse med den kapillære ligevægt. Hundredtusinder af kontakt vinkel punkter måles hastigt i kombination med deres x-, y- og z-koordinater. Tilgang af AlRatrout et al. 27 har været anvendt til vand-vådt og blandet-vådt stenbrud kalksten prøver mættet med decan og KI saltlage.
I denne protokol anvender vi de nyeste fremskridt inden for X-ray microtomography kombineret med et højt tryk og høj temperatur apparat til at foretage en i situ befugtningen karakterisering af komplekse karbonat reservoir klipper, udvundet af en meget stor producerer olie field findes i Mellemøsten. Klipperne var mættet med råolie på undergrunden betingelser at reproducere reservoir betingelser efter opdagelsen. Det har været en hypotese at dele af reservoiret sten overflader (med direkte kontakt med råolie) blive olie-våde, mens andre (fyldt med indledende dannelse saltlage) forbliver vand-vådt28,29,30. Reservoir rock befugtningen er dog endnu mere kompleks på grund af flere faktorer kontrollerende graden af befugtningen ændring, herunder den overfladeruhed, rock kemiske heterogenitet, råolie sammensætning, saltlage sammensætning og mætning, og den temperatur og tryk. En nylig undersøgelse31 har vist, at der er typisk en række kontakt vinkel i reservoir klipper med værdier både over og under 90 °, målt ved hjælp af den automatiserede metode udviklet af AlRatrout et al. 27.
Hovedformålet med dette arbejde er at give en grundig protokol for at karakterisere i situ befugtningen af reservoir klipper (blandet-befugtningen) på undergrunden betingelser. En nøjagtig måling af en i situ kontakt vinkel kræver en god segmentering kvalitet. Således, en machine learning-baserede segmentering metode kendt som Trainable WEKA segmentering (TWS)32 blev brugt til at fange ikke kun mængden af resterende olie, men også form af de resterende olie ganglier, dermed fremme mere præcise kontakt vinkel målinger. For nylig, TWS har været brugt i en lang række applikationer, såsom segmentering af pakket partikel senge, væsker inden for tekstilfibre, og porerne i stramme reservoirer33,34,35,36, 37,38,39,40. For at billed den resterende olie præcist på en høj opløsning og undergrunden betingelser, blev en roman eksperimentelle apparater brugt (figur 1 og figur 2). Mini-prøver af rock var læsset ind i midten af en Hassler-type core indehaveren41 lavet af kulfiber. Brugen af en lang og lille diameter kulfiber ærme giver en X-ray kilde skal bringes meget tæt på prøven, dermed øge X-ray flux og reducere den krævede eksponeringstid, hvilket resulterer i en bedre billedkvalitet i en kortere periode. Kulfiber ærme er stærk nok til at håndtere høj tryk og temperatur betingelser forbliver tilstrækkeligt gennemsigtige til røntgenstråler21.
I denne undersøgelse, vi redegøre for de trin, der følges for at karakterisere i situ befugtningen af reservoir klipper på undergrunden betingelser. Dette omfatter boring repræsentative mini-prøver, core indehaveren forsamling, apparatet flow og flow procedure, imaging protokollen, billedbehandling og segmentering, og endelig kører automatiserede kontakt vinkel kode for at generere kontakt vinkel distributioner.

<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

In situ befugtningen målinger i kulbrinte reservoir klipper har kun været muligt for nylig. Formålet med dette arbejde er at præsentere en protokol til at karakterisere de komplekse befugtning betingelser af kulbrinte reservoir rock ved hjælp af pore-skala tredimensionale røntgenoptagelser på undergrunden betingelser. I dette arbejde, har heterogene karbonat reservoir klipper, udvundet fra en meget store producerende oliefelt, været brugt til at demonstrere i protokollen. Klipperne er mættet med saltlage og olie og alderen over tre uger på undergrunden betingelser til at replikere befugtningen betingelserne, der typisk findes i kulbrinte reservoirer (kendt som blandet befugtningen). Efter saltlage injektion, tre-dimensionelle billeder med høj opløsning (2 µm/voxel) erhvervet og derefter behandles og segmenteret. For at beregne fordelingen af den kontakte vinkel, som definerer befugtningen, udføres følgende trin. Første, væske-væske og væske-rock overflader er fintmaskede. Overfladen glattes for at fjerne voxel artefakter, og i situ kontakt vinkler er målt på 3-faset køreledning hele hele billedet. Den største fordel ved denne metode er dens evne til at karakterisere i situ befugtningen regnskab for pore-skala rock egenskaber rock overfladeruhed, rock kemiske sammensætning og porestørrelse. I situ befugtningen bestemmes hurtigt på hundreder af tusinder af point.
Metoden er begrænset af segmentering nøjagtighed og X-ray billedopløsning. Denne protokol kan bruges til at karakterisere befugtningen af andre komplekse klipper mættet med forskellige væsker og på forskellige betingelser for en bred vifte af applikationer. For eksempel, det kunne hjælpe til at bestemme den optimale befugtningen, som kunne give en ekstra olieindvinding (dvs., designe saltlage saltholdighed i overensstemmelse hermed for at opnå højere olieindvinding) og til at finde de mest effektive befugtning betingelser til at fælde mere CO2 i undergrunden formationer.

De 3 prøver undersøgt, er målt i situ -distribution af kontakt vinkel vist i figur 6, med olieindvinding vist i Figur 11. Figur 12 viser billeder af de resterende olie fordelinger for forskellige befugtning betingelser for enden af waterflooding. Den blandede befugtningen (eller rækken af den kontakte vinkel) blev målt ved hjælp af automatiseret kontakt vinkel metode27. De målte kontakte vinkel distributioner anses for at være repræsentative resultater, hvis der er et godt match mellem punkterne kontakt vinkel målt ved hjælp af den automatiserede metode fra segmenterede billeder i forhold til de manuelt målte kontakt vinkler fra rå X-ray billeder. Figur 10 viser et eksempel på et godt match for en sammenligning måling mellem de automatiserede kontakte vinkler og manuel kontakt vinkler på de samme steder for en sub volumen fra mini prøve 1 (svagt vand-vådt).
Tre aging protokoller blev udført for at behandle de 3 prøver og generere 3 befugtning betingelser (figur 6). Aging prøve ved en lavere temperatur (60 ° C) og statisk (ingen olie indsprøjtning under forældelsesperioden) kan resultere i en svagt vand-våd tilstand, såsom distribution vist for prøve 1 i blå (figur 6). På den anden side kan aging stikprøven ved en højere temperatur (80 ° C) og med delvis dynamiske aldring (en olie indsprøjtning under forældelsesperioden) resultere i blandet våde forhold med mere olie-vådt underlag, som der af prøve 2 vist i grå (figur 6).
Olieindvinding fandtes for at være en funktion af befugtningen, svarende til tidligere core-skala undersøgelser51. Men på tidspunktet, olieindvinding blev vist som en funktion af kerne-skala befugtningen indeks. Lignende olie opsving adfærd er blevet observeret på pore skala og blev afbildet som en funktion af den gennemsnitlige værdi af i situ kontakt vinkel distributionen (Figur 11). Prøve 1 lav olieindvinding (svagt vand-vådt) skyldtes diffusering af olie i større pore rum. Saltlagen nedsives gennem små pore hjørner, forlade olie fanget som frakoblet ganglier i midten af pore rum med kvasi sfæriske figurer (figur 12et), svarende til hvad er blevet observeret i tidligere undersøgelser i vand-vådt media52,53,54,55. Derimod havde prøve 2 (blandet-vådt tilfælde med mere olie-våde overflader) olie lag, der var stort set tilsluttet (figur 12b). Disse tynde lag kun tilladt en langsom olieproduktion, forlader en høj resterende olie mætning i slutningen af waterflooding. Den højeste olieindvinding blev opnået i prøven 3 (blandet-vådt med en gennemsnitlig kontakt vinkel tæt på 90 °), der var hverken vand-våd (så der er mindre diffusering i store porer) eller stærkt olie-vådt (mindre olie er bevaret i små pore rum)1. I blandet-vådt tilfælde af prøve 2 og 3, olie var tilbage i forbundet, tynde ark-lignende strukturer (figur 12b og 12 c) svarer til andre undersøgelser i olie-vådt porøse medier52,53,56.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig1.jpg"> Figur 1 : En skematisk illustration diagram af core indehaveren forsamling. Komponenter af core indehaveren er mærket, og visningen interne tværsnit af core indehaveren er vist. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig2.jpg"> Figur 2 : Apparatet højtryks, høj temperatur flow. Flow apparatet består af fire højtryks sprøjte pumper: (A) en olie pumpe, (B) en modtagende pumpe, (C) en saltlage pumpe og (D) en stille pumpe. Panel (E) viser core indehaveren forsamling, (F) viser PID controlleren, og (G) viser CO2 cylinder. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig3.jpg"> Figur 3 : Billeder demonstrere boring af vareproever mini. (en) Denne tegneserie viser de ortogonale mærker med en god boring placering. x og y er afstanden fra midten af core stikket bruges til at finde, hvor at bore. (b) dette panel viser en tør X-ray tre-dimensionelle billede af core stikket (afsmeltet semi-transparent) med en mini prøve (i mørk grå). (c) Dette er en vandret tværsnits visning af core stikket (scannet på 40 µm/voxel). Rock korn og porerne er vist i grå og sort, henholdsvis. (d) dette panel viser en vandret tværsnits visning af mini prøven (scannet på 5,5 µm/voxel). (e) det er en lodret tværsnits visning af core stikket viser kompleks og heterogen pore størrelser og geometrier sammen med placeringen af mini prøven fremgår af den sorte boks. (f) Dette er en forstørret lodret tværsnits visning af den markerede mini prøve vist i panelet e som blev scannet på 5,5 µm/voxel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig3large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig4.jpg"> Figur 4 : En fase kontrast scanning. (en) dette panel viser en kontrast scanning af skærver (lys grå) blandet med saltlage (mørk grå) og olie (sort) faser. Dette blev anvendt til at bestemme den passende doping af saltlage til at sikre en god fasekontrast. (b) Dette er et histogram over den grå-skala værdi af de tre faser. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig4large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig5.jpg"> Figur 5 : En vandret tværsnits visning af rå og segmenterede X-ray billeder af tre mini-prøver. Paneler (en), (b), og (c) Vis xy tværsnits visninger af mini-prøver 1, 2 og 3, henholdsvis. Den øverste række viser de rå grå-skala X-ray billeder (olie, saltlage og rock, er i sort, mørk grå, og lys grå, henholdsvis). De nederste billeder viser de segmenterede billeder af den samme skive ved hjælp af Trainable WEKA segmentering (olie, saltlage, og rock, er i sort, grå og hvid, henholdsvis). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig5large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig6.jpg"> Figur 6 : Distributioner af kontaktpersonen vinkel måling af tre mini-prøverne. Prøve 1 har en gennemsnitlig kontakt vinkel på 77° ± 21° med 462,000 værdier vises med blåt. Prøve 2 har en gennemsnitlig kontakt vinkel på 104 ± 26° med 1,41 millioner værdierne vist i grå. Prøve 3 har en gennemsnitlig kontakt vinkel på 94° ± 24° med 769,000 værdier vises med rødt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig6large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig7.jpg"> Figur 7 : Arbejdsgang for en automatiseret kontakt vinkel måling. (en) Dette er en tre-dimensionelle segmenterede billede viser saltlage i blå og olie i rødt, mens rock er gøres gennemsigtig. (b) dette panel viser uddraget overflader af hele billedet. Olie/saltlage overflader er vist i grøn, mens olie/sten overflader er vist med rødt. (c) dette panel viser glattes overfladen af hele billedet. (d) dette panel viser tre-faset køreledningen af hele billedet. (e) Dette er et eksempel på glattes overfladen af en olie ganglion fremhævet af den sorte firkant. (f) dette panel viser tre-faset køreledningen fremhævet olie ganglion. (g) Dette er et eksempel på en enkelt kontakt vinkel måling på punkt i (fremhævet i panelet f). Olie/saltlage, olie/rock og saltlage/sten overflader er vist i grøn, rød og blå, henholdsvis. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig7large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig8.jpg"> Figur 8 : Tre sub-mængder udvundet af tre mini-prøverne. (en) dette panel viser den sub volumen udvundet fra mini prøve 1 (svagt vand-vådt). (b) dette panel viser den sub volumen udvundet fra mini prøve 2 (blandet-vådt). (c) dette panel viser den sub volumen udvundet fra mini prøve 3 (blandet-vådt). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig8large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig9.jpg"> Figur 9 : En én til én-kontakt vinkel måling arbejdsproces. (en) Dette er en visualisering af et tilfældigt valgte kontakt vinkel punkt (60 °) måles ved hjælp af automatiseret kode (billedet er fremstillet af data visualisering software anvendes). (b) dette panel viser, hvordan til at identificere placeringen af det samme punkt ved hjælp af data visualisering og analyse software. (c) dette panel viser, hvordan man gennemføre en manuel kontakt vinkel måling på den samme placering. (d) Dette er et eksempel på punktet manuelt målte kontakt vinkel på den samme placering (61 °). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig9large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig10.jpg"> Figur 10 : Automatiseret kontakt vinkel målinger i forhold til manuel kontakt vinkel målinger på de samme steder af sub volumen fra mini prøve 1. Værdierne, der blev målt efter proceduren beskrevet i figur 9. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig10large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig11.jpg"> Figur 11 : Olie recovery som en funktion af befugtningen. Olie inddrivelser af prøve 1, 2 og 3 er 67.1%, 58,6% og 84,0%, henholdsvis. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig11large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig12.jpg"> Figur 12 : Den resterende olie morfologi for forskellige befugtning betingelser. (en) i sample 1 (svagt vand-vådt), den resterende olie var fanget i midten af porer som frakoblet ganglier med kvasi sfæriske figurer. Paneler (b) og (c) Vis hvordan i prøver 2 og 3 (blandet-vådt), den resterende olie var tilbage i forbundet, tynde ark-lignende strukturer i små porer og sprækker. De forskellige farver repræsenterer afbrudt olie ganglier. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig12large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Pore-scale Imaging and Characterization of Hydrocarbon Reservoir Rock Wettability at Subsurface Conditions Using X-ray Microtomography at JoVE.com

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

Denne protokol er præsenteret for at karakterisere de komplekse befugtning betingelser af en uigennemsigtig porøst medium (kulbrinte reservoir rock) ved hjælp af tredimensionelle billeder fremstillet af X-ray microtomography på undergrunden betingelser.

Pore-skala Imaging og karakterisering af kulbrinte Reservoir Rock befugtningen på undergrunden betingelser ved hjælp af X-ray Microtomography

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

Det overordnede mål med dette arbejde er at give en grundig protokol til at karakterisere in situ vådhed reservoir klipper på undergrunden betingelser. Denne metode kan hjælpe med at besvare vigtige spørgsmål i flerfaset flow porøse medier med anvendelse til oliegenvinding, forurening fjernelse og kuldioxid opbevaring. Den største fordel ved denne teknik er, at vi kan studere forskydningsprocesser og vådhed i naturlige systemer.Denne protokol viser, hvordan man kan bestemme in situ vådhed af kulbrinte reservoir klipper på undergrunden betingelser eller fra segmenteret tre-dimensionelle x-ray billeder. Protokollen kræver en mini prøve af rock. Få mini prøver fra centrale prøver og flade hver ende for at lette god kontakt.Prøvens samlede porøsitet bestemmes, og dens interne porestruktur vurderes. Under røntgenmikrotomografi skal du bruge en Hassler-type kerneholder. Første arbejde med kernen indehaverens top til tråd polyether ether keton slanger.Fastgør derefter slangen til et specialfremstillet endestykke, der passer til prøven. Før holderens bund med slanger, der går til den anden ende. Få derefter gummislanger længe nok til at dække prøven og slutstykkerne.Skub prøven ind i slangen. Når den er inde, skal du forbinde endestykkerne til prøvens top og bund. Placer nu et termoelement på grundslutstykket med spidsen ved siden af prøvens bund.Fastgør den med aluminiumstape. Fuldfør forsigtigt samlingen af kerneholderen. Denne kerneholdersamling er klar til brug i protokollen.Denne skematisk giver nærmere oplysninger om dens konstruktion. Vist i cutaway er de lag, der omgiver prøven, herunder en varmejakke, en kulfiber ærme, og en begrænsende væske. Brug en kulfiber ærme med en lille diameter for at tillade x-ray kilde til at være tæt på prøven.Termoelementet måler den begrænsende væsketemperatur. Gør brug af en klemme til at holde og transportere kerneholderen samling. Tag kerneholderen til røntgenmikrotomografiscanneren.Med klemmen skal du støtte kerneholderen lodret på rotationsstadiet. Når kerneholderen er på plads, skal slangen forbindes fra toppen og bunden. Slanger fra toppen og bunden af kerneholderen går til forskellige åbne trevejsventiler.Tilslut desuden slange fra kerneholderens afsvindingslinje til en sprøjtepumpe, der indeholder deioniseret vand. Brug sprøjtepumpen til at påføre 1,5 megapascals begrænsende tryk. Tilslut nu kuldioxidcylinderen til basens trevejsventil.Skyl CO2 gennem prøven med en lav hastighed i en time. Fjern derefter kuldioxidcylinderen. Når dette er gjort, skal du tilslutte sprøjtepumpen med doteret saltlage, saltlagepumpen, til basen tre-vejs ventil.I første omgang indstilles ventilerne, så flowet ikke kommer ind i prøven for at skylle luft ud af injektionsledningen. Saltlage indsprøjtes derefter i prøven ved 0,3 milliliter i minuttet i en time for at mætte den fuldt ud. Tilslut varmejakken og termoelementet til en PID-controller.Tilslut den modtagende pumpe, en sprøjtepumpe fyldt med doteret saltlage, til basen tre-vejs ventil. Brug de modtagende og begrænsende pumper til at øge pore og begrænse trykkene i en megapascal intervaller til 10 og 11,5 megapascal hhv. På PID controller, indstille en opvarmning jakke måltemperatur på 60 grader Celsius at fuldføre efterligne undergrunden betingelser.Skyl luft fra linjen og tilslut en oliepumpe til den lukkede top tre-vejs ventil. Forøg trykket til det korrekte ækvivalente tryk. Derefter stoppe oliepumpen og åbne den øverste tre-vejs ventil til at injicere 20 pore mængder af olie ved en konstant strømningshastighed.Efter to timer, forberede sig på at erhverve røntgenbilleder. Vælg en 4X-målsætning for billeder i høj opløsning. Juster derefter kildens og detektorens positioner.Kontroller rotationen af kerneholderens samling, og begynd scanningen. Start rotationen af kerneholderens samling. Sørg for, at slangen, der er fastgjort til cellen, ikke forstyrrer rotationen.Når alt er i orden, skal du begynde røntgentomografiscanningen med et stort antal projektioner. Efter scanningen skal du tage kerneholderens montering ud og fjerne den fra scanneren. Flyt kerneholderen til en ovn ved 80 grader Celsius.Der genetablere strømningshastigheder, tryk, og udføre aldring over mindst tre uger. Når aldringsprocessen er færdig, skal du flytte kerneholderens samling tilbage til scanneren. Tilslut først den begrænsende pumpe for at anvende det samme begrænsende tryk.Tilslut derefter saltlagelinjen til basen trevejsventil. Også forbinde den modtagende pumpe til toppen af kernen indehaveren via sin tre-vejs ventil. Når måltrykket er nået, skal du åbne den øverste trevejsventil for at få den modtagende pumpe til at trykke poretrykket på kernen.Fortsæt med at oprette forbindelser for at genoprette undergrunden betingelser for prøven. Så med saltlage pumpe slukket, åbne bunden tre-vejs ventil til at udføre vand oversvømmelser af 20 pore mængder ved en lav strømningshastighed. Når systemet når ligevægt, igen erhverve høj opløsning scanninger på samme sted.Rekonstruere x-ray tomografi data ved hjælp af genopbygning software. Gem billedet og åbne det i Trainable Weka Segmentering software. Vælg det frie håndtegningsværktøj.Brug værktøjet til fri håndtegning til at fremhæve forekomster af en af faserne i hele billedet, i dette tilfælde olie. Når du er færdig, skal du klikke på Føj til klasse. Prøv at følge formen på en fase, mens du mærker pixel.Føj derefter området til den relevante klasse. Når eksempler på alle tre faser er blevet mærket, skal du klikke på Togsekvisifier for at segmentere hele billedet. Gennemse det segmenterede billede.Gentag trænings- og segmenteringstrinnene efter behov for at opnå gode resultater. Vælg Opret resultater for at få det endelige segmenterede billede. Gem billedet til senere brug i analysesoftware.Brug det segmenterede billede til at måle in situ-kontaktvinkelfordelingen. Den automatiserede metode producerer et regneark med de målte vinkler og deres koordinater. Disse data gør det muligt at afbilde fordelingen af kontaktvinklerne.Disse er fordelinger for en ugentlig vand vådprøve og to blandede våde prøver. Til kvalitetskontrol beskæres og segmenteres en undervolum af miniprøven. Vælg en undervolum med en eller flere olieganglier til manuel måling af kontaktvinkel.Find in situ kontakt vinkel distribution med den automatiserede kode. Indlæs den genererede VTK-fil i datavisualiseringssoftwaren. Vælg indstillingen region for at få vist olie- og saltlagefasen.Klik på Sonde placering. Indtast derefter koordinaterne for en tilfældigt udvalgt kontaktvinkel fra de data, der genereres ved hjælp af den automatiserede metode. Find dens rumlige placering ved den trefasede kontaktlinje.Indlæs nu det segmenterede subvolumebillede i dataanalysesoftwaren. Søg efter det aritmetiske modul i softwaren. Find udtryksfeltet i modulet.Skriv det udtryk, der kræves for at isolere olie- og saltlagefasen. Søg derefter efter generereoverflademodulet. Brug den til at generere olie og saltlage overflader.Søg derefter visuelt på overfladerne efter det tidligere identificerede punkt. Find og åbn udsnitsmodulet fra det filtrerede rå røntgenbillede. Rediger oversætte-værdien for at bringe røntgenbilledets udsnit op på niveau med punktet på overfladen.Find modulet etiketoverflader. I den skal du skrive tre i feltet Antal faser. Flyt til kun sorte voxels og vælg nej.Når du har anvendt ændringerne og ændret farvekortet, skal du vende tilbage til udsnitsmodulet. Vælg den indstillede almindelige indstilling. Vælg vis dragger i indstillingerne.Flyt trækkeren til det sted, hvor kontaktvinklen måles. Hent visningsindstillinger. Der skal du vælge indstillingen Roter.Roter udsnittet, så det er vinkelret på den trefasede kontaktlinje. Når du er færdig, skal du vælge vinkelmålingsværktøjet. Brug værktøjet til at måle vinklen på det valgte punkt.En test af den automatiserede måling af kontaktvinkel er at afbilde resultaterne i forhold til vinkelmålinger, der foretages manuelt. Som i dette tilfælde bør resultaterne være omtrent lige. Disse vandrette tværsnit er af rå røntgenbilleder og deres segmenterede billeder af tre prøver.De segmenterede billeder gør det muligt at måle kontaktvinkler, der bestemmer den resterende oliemætning og finder formen på de resterende olieganglier. Disse er de målte in situ-fordelinger af kontaktvinklen for de tre forskellige prøver, der findes ved hjælp af denne metode. Prøve man har en ugentlig vand våd tilstand fra statisk aldring ved 60 grader Celsius uden olieindsprøjtning.Prøve to er et eksempel på en blandet våd tilstand med mere olie våde overflader på grund af aldring ved 80 grader Celsius med olieindsprøjtning under aldring. Prøve tre svarer til prøve to, men ikke stærkt olie våd som følge af en lavere aldrende temperatur og forskellige olie sammensætning. Den oliemorfologi, der er tilbage efter vandoversvømmelser, varierer under de forskellige befugtningsforhold.For den ugentlige vand våd prøve en, saltlage percolated gennem de små pore hjørner forlader olien fanget i midten af pore rum. I modsætning hertil, for de blandede våde tilfælde af prøver to og tre, saltlage ind i midten af porerne som en ikke-befugtning fase forlader olie forbundet i ark-lignende lag i små porer og sprækker. Det er vigtigt at undgå at have luft i systemet, der kan fungere som en fjerde fase, når man ser på billederne.Efter denne protokol, kan du se pore skala fordeling af væsker og vådhed i andre systemer såsom blade, rødder, eller brændselsceller. Men husk, vi har at gøre med røntgenstråler og højtryksvæsker, så det er meget vigtigt, at der er en grundig risikovurdering, og de mennesker, der gør eksperimenterne har haft passende uddannelse. Denne teknik til at karakterisere in situ vådhed banede vejen for forskere inden for øget oliegenvinding at udforske den tilhørende ekstra olie opsving på grund af ændringen i vådhed.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Karakterisering af elektrode materialer til lithium-ion og natrium ion-batterier Brug synkrotronstråling Techniques

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

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

Reservoir Tilstand Pore-skala Imaging af flere Fluid Faser Brug røntgen Microtomography

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 ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Kortlægning af Individuelle Nanopartikler

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Manglende Analyse af batterier Brug Synchrotronbestrålingscenter-baserede Hard røntgen Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

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

Måling af X-ray Beam Sammenhæng ad flere retninger Brug 2-D Checkerboard Phase rist

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Brug synkrotronstråling Microtomography at undersøge Multi-skala Tre-dimensionelle Mikroelektroniske pakker

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

Protokol for elektrokemisk Test og karakterisering på aprotiske Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; Batteri

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Dynamisk Pore-skala Reservoir-tilstand Imaging af reaktion i Karbonater Brug Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

Anvendelse X-ray Imaging Crystal spektroskopi til brug som en høj temperatur Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Lokalisering af overfladefejl ved struktureret opvarmning ved hjælp af laserprojiceret fototermisk termografi

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...