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 takknemlig Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) og ADNOC Onshore (tidligere kjent som Abu Dhabi Company for Onshore olje operasjoner Ltd) for finansiering dette arbeidet.

Høyoppløselig X-ray mikro-tomografi datasett i dette dokumentet er tilgjengelig på den digitale bergarter Portal: www.digitalrocksportal.org/projects/151 Kodene brukes til å kjøre automatisk målinger av kontakt vinkel og væske/fluid grensesnitt kurvatur er tilgjengelig på GitHub: https://GitHub.com/AhmedAlratrout/ContactAngle-Curvature-Roughness

De viktigste trinnene for en i situ wettability karakterisering ved høyt trykk og temperatur skal lykkes er som følger: 1) Generer en god image segmentering som er avgjørende for å få nøyaktig kontakt vinkel målinger. 2) unngå inkludert store ugjennomtrengelig korn i mini-eksemplene kan forsegle av strømmen, og store ametrin som resulterer i en svært skjøre prøve med ikke-representative porøsitet. 3) et godt kontrollerte flyten eksperiment med ingen lekkasjer er viktig fordi mini-prøver er svært følsomme for mengden av injisert væske (dvs.en pore volum er ca 0,1 mL). 4) unngå tilstedeværelsen av luft (som en fjerde fase) i pore plass. 5) opprettholde en temperaturkontroll av prøven under hele flyt eksperimentet. 6) unngå alle grensesnitt avslapping under skanning oppkjøpet av venter for systemet å nå likevekt. 7) bruk en passende center Skift rettelsen, som er nødvendig for effektiv X-ray bilde gjenoppbygging.
Metoden automatisert kontakt vinkel er begrenset av nøyaktigheten av bildesegmentering fordi det brukes bare segmentert bilder. Bildesegmentering avhenger i stor grad imaging kvalitet som avhenger av tenkelig protokollen og ytelsen til microtomography skanneren. Det er følsom for bildet gjenoppbygging og støy reduksjon filtrene, i tillegg til segmentering metoden som TWS32 eller seeded vannskille metoden57. I dette arbeidet gitt TWS metoden mer nøyaktig kontakt vinkel målinger på rå røntgen bilder sammenlignet med de av en vannskille metode brukt filtrerte røntgen bilder (med støy reduksjon filtre). Bruk av støy reduksjon filtre gjør grensesnittet synes å være mindre olje-vått i noen deler av rock, på grunn av voxel gjennomsnitt spesielt nær de tre-fase kontaktledningsanlegget31. TWS kan ta ikke bare mengden av gjenværende olje metning, men også formen på de gjenværende oljen Ganglion. Dette er spesielt tilfelle for den gjenværende oljen i blandet-vått tilfeller, i hvilken olje beholdes i pore plass som tynn som strukturer, gjør det en utfordring å segmenteres basert på gråtone terskelverdier bare.
Dette i situ wettability forsøket gir en grundig beskrivelse av wetting forhold reservoarbergarter sammenlignet med andre konvensjonelle wettability målemetoder. Det tar alle viktige pore skala rock parametere, for eksempel rock overflateruhet, rock kjemiske komposisjoner, og porestørrelse og geometri, det ikke er mulig ved wettability indekser7,8 og ex situ kontakt vinkel metoder4,9,10,11. Bruk av en automatisert i situ kontakt vinkel måling på micron skalaen er robust og fjerner eventuelle subjektivitet forbundet med den manuelle metode24. Videre er det mer effektiv i å fjerne voxelization gjenstander sammenlignet med andre automatiserte metoder25,26. I situ kontakt vinkel fordelingen målt ved hjelp av automatisert metoden var relativt rask. For eksempel er runtime for å måle kontakt vinkelen på noen av de tre eksempler på bildene som inneholder 595 millioner voxels ca 2 timer, med en enkelt 2,2 GHz CPU prosessor.
I fremtiden, kan denne protokollen brukes til å beskrive andre reservoaret rock systemer mettet med dannelse saltlake og råolje. Den samme metoden kan er ikke begrenset til oljeindustrien bare og endres og tilpasses karakteriserer wettability fra segmentert tredimensjonale bilder med to ikke blandbar væsker i porøse medier med en rekke wettability forhold.

Wettability (kontakt vinkelen mellom ikke blandbar væsker på en solid overflate) er en av de viktigste egenskapene som styrer væske konfigurasjoner og gjenvinning i reservoarbergarter. Wettability påvirker makroskopisk flytegenskaper inkludert relative permeabilitet og kapillær trykk1,2,3,4,5,6. Imidlertid har måle i situ wettability reservoaret rock vært en utfordring. Reservoaret rock wettability har blitt bestemt tradisjonelt på kjernen skalaen, indirekte bruker wettability indekser7,8, og direkte ex situ på flat mineral overflater4,9 , 10 , 11. både wettability indekser og ex situ kontakt vinkel målinger er begrenset og kan ikke karakterisere blandet-wettability (eller rekke kontakt vinkel) som vanligvis finnes i hydrokarbon reservoarer. Videre gjøre de ikke rede for pore skala bergartsparametere, som rock mineralogi, overflateruhet, pore-geometri og romlig heterogenitet, som har en direkte innvirkning på væske ordningen i pore skala.
Nylige fremskritt innen ikke-invasiv tredimensjonale imaging bruker X-ray microtomography12, i kombinasjon med bruk av en høy temperatur og trykk apparater13, har tillatt studiet av Flerfaseteknologi i permeable media14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Denne teknologien har muliggjort utviklingen av manuell i situ kontakt vinkel målinger på pore skalaen i et ugjennomsiktig porøse medium (steinbrudd kalkstein rock) på geologiske forhold24. Verdien betyr kontakt vinkel ± 45° 6° mellom CO2 og kalium iodide (KI) saltlake ble oppnådd for hånd fra raw-bilder på 300 poeng. Men den manuelle metoden er tidkrevende (i.e.100 kontakt vinkel poeng kan ta til flere dager skal måles) og verdier Hentet kunne ha en subjektiv skjevhet.
Måling av i situ kontakt vinkel er blitt automatisert med forskjellige metoder brukes til segmentert tredimensjonale røntgen bilder25,26,27. Scanziani et al. 25 forbedret den manuelle metoden ved å plassere en sirkel på væske-fluid grensesnittet som skjærer med en linje plassert på væske-rock grensesnittet på skiver ortogonale til tre-fase kontakten linjen. Denne metoden har blitt brukt på små sub-volumer utvunnet fra tredimensjonale bilder av steinbruddet kalkstein rock mettet med decane og KI saltlake. Klise et al. 26 utviklet en metode for å kvantifisere i situ kontakt vinkelen automatisk omrisset fly til væske-fluid grensesnitt og væske-rock grensesnitt. Kontakt vinkelen identifiserte mellom disse flyene. Denne metoden ble brukt til tredimensjonale bilder av perler mettet med parafin og saltlake. Både automatiserte metoder ble brukt til voxelized bilder som skulle introdusere feil, og i begge metoder, linjer eller fly ble montert på væske-væsken og væske-rock grensesnitt og kontakt vinkelen ble målt mellom dem. Bruk disse to tilnærmingene på voxelized kan segmentert bilder av komplekse rock geometri føre til feil samtidig være tidkrevende.
I denne protokollen bruke vi automatiserte i situ kontakt vinkel metoden utviklet av AlRatrout et al. 27 som fjerner voxelization gjenstander ved å bruke Gaussian utjevning væske-væske og væske-solid grensesnittene. Deretter brukes en ensartet kurvatur utjevning bare på væske-fluid grensesnittet, som samsvarer med kapillær likevekt. Hundretusener av kontakt vinkel poeng måles raskt sammen med deres x-, y-, og z-koordinater. Tilnærmingen av AlRatrout et al. 27 utlignet til vann-vått og blandet-vått steinbruddet kalkstein prøver mettet med decane og KI saltlake.
I denne protokollen benytter vi de siste fremskrittene innen X-ray microtomography kombinert med en høyt trykk og høy temperatur apparater å gjennomføre en i situ wettability karakteristikk av komplekse karbonat reservoarbergarter, Hentet fra en stor produserer oljefelt i Midtøsten. Steinene var mettet med råolje på geologiske forhold å reprodusere reservoaret betingelsene etter oppdagelsen. Det har vært hypotese som deler av reservoaret rock overflater (med direkte kontakt med råolje) bli olje-vått, mens andre (fylt med Magny saltlake) forblir vann-vått28,29,30. Reservoaret rock wettability er imidlertid enda mer komplisert på grunn av flere faktorer styre graden av wettability endring, inkludert overflateruhet, rock kjemiske heterogenitet, råolje sammensetningen, saltlake sammensetningen og metning og temperatur og trykk. En fersk studie31 har vist at det er vanligvis en rekke kontakt vinkel i reservoarbergarter med verdier både over og under 90 °, målt ved hjelp av automatisert metoden utviklet av AlRatrout et al. 27.
Hovedmålet med dette arbeidet er å gi en grundig protokoll betegner i situ wettability reservoarbergarter (blandet-wettability) på geologiske forhold. En nøyaktig måling av i situ kontakt vinkel krever en god segmentering kvalitet. Derfor tilrettelegge en maskin læring-basert segmentering metode kjent som Trainable WEKA segmentering (TWS)32 ble brukt til å ta ikke bare mengden av gjenværende olje, men også form av gjenværende olje Ganglion, dermed mer nøyaktig kontakt vinkel målinger. Nylig har TWS vært brukt i en rekke programmer, for eksempel segmentering av pakket partikkel senger, væsker i tekstil fibre, og porene i tett reservoarer33,34,35,36, 37,38,39,40. For å bilde den gjenværende oljen nøyaktig med en høy oppløsning og geologiske forhold, var en roman eksperimentelle apparater brukes (figur 1 og figur 2). Mini-prøver av stein ble lastet inn i midten av en Hassler-type kjernen holderen41 laget av karbonfiber. Bruk av en lang og liten diameter karbonfiber ermet kan en X-ray kilde bringes svært nær prøven, dermed øke X-ray fluks og redusere nødvendige eksponeringstid, resulterer i en bedre bildekvalitet i en kortere periode. Karbonfiber ermet er sterk nok til å håndtere høy trykk og temperatur forhold mens resterende tilstrekkelig gjennomsiktig til røntgenstråler21.
I denne studien vi skissere fremgangsmåten fulgt betegner i situ wettability reservoarbergarter på geologiske forhold. Dette omfatter boring representative mini-utvalg, kjernen holderen forsamlingen, flyt apparatet og flyt prosedyre, tenkelig protokollen, bildebehandling og segmentering og til slutt kjører automatiserte kontakt vinkel koden for å generere kontakt vinkel distribusjoner.

<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 wettability mål i hydrokarbon reservoarbergarter har bare vært mulig nylig. Formålet med dette arbeidet er å presentere en protokoll for å karakterisere komplekse wetting betingelsene hydrokarbon reservoaret rock med pore skala tredimensjonale X-ray imaging på geologiske forhold. I dette arbeidet har heterogene karbonat reservoarbergarter, Hentet fra en stor produserende oljefelt, blitt brukt til å demonstrere protokollen. Steinene er mettet med saltlake og olje og alderen over tre uker på geologiske forhold å gjenskape wettability betingelsene som vanligvis finnes i hydrokarbon-reservoarene (kjent som blandet-wettability). Etter saltlake injeksjon, er tredimensjonale oppløsning (2 µm/voxel) ervervet behandlet og segmentert. Hvis du vil beregne fordelingen av kontakt vinkelen, som definerer wettability, utføres følgende trinn. Første, væske-væske og væske-rock overflater er meshed. Overflater er utjevnet for å fjerne voxel gjenstander, og i situ kontakt vinkler måles på tre-fase kontaktledningsanlegget gjennom hele bildet. Den største fordelen med denne metoden er dens evne å karakterisere i situ wettability regnskap for pore skala bergartsparametere, som rock overflateruhet, rock kjemiske sammensetning og porestørrelse. I situ wettability bestemmes raskt på hundretusenvis av poeng.
Metoden er begrenset av segmentering nøyaktigheten og X-ray bildeoppløsning. Denne protokollen kan brukes til å beskrive wettability av andre komplekse bergarter mettet med ulike væsker og ulike betingelser for en rekke applikasjoner. For eksempel det kan hjelpe å bestemme den optimale wettability som kan gi en ekstra utvinning (dvsutforme saltlake saltholdighet følgelig for å oppnå høyere utvinning) og finne de mest effektive wetting forholdene å fange mer CO2 i geologiske formasjoner.

For 3 prøvene studerte, er målt i situ fordelingen av kontakt vinkelen vist i figur 6, med utvinningen vist i Figur 11. Figur 12 viser bilder av gjenværende olje distribusjonene for ulike wetting forhold på slutten av waterflooding. Blandet-wettability (eller området av kontakt vinkel) ble målt ved hjelp av de automatiserte kontakte vinkel metoden27. Den målte kontakte vinkel distribusjonen anses å være representativt resultater hvis det er en god match mellom kontakt vinkel poengene måles ved hjelp av automatisert metoden fra segmentert bilder sammenlignet manuelt målt kontakt vinkler fra rå X-ray bilder. Figur 10 viser et eksempel på en god match for en sammenligning måling mellom automatisert kontakt vinkler og manuell kontakt vinkler på samme plasseringene for en sub volum fra mini prøve 1 (svakt vann-vått).
Tre aldring protokoller ble utført for å behandle 3 prøvene og generere 3 wetting forhold (figur 6). Aldring prøven ved lavere temperatur (60 ° C) og statisk (ingen olje injeksjon under foreldelsestiden) kan medføre svakt vann-vått betingelse, som fordeling vises for eksempel 1 i blått (figur 6). På den annen side, kan aldring prøven ved høyere temperatur (80 ° C) og med delvis dynamisk aldring (olje injeksjon under foreldelsestiden) resultere i blandet-vått forhold med mer olje-vått flater, som for eksempel 2 vises i grått (figur 6).
Utvinningen ble funnet for å være en funksjon av wettability, ligner på tidligere kjernen skala studier51. Men på den tiden, ble utvinningen vist som en funksjon av kjernen skala wettability indeksen. Lignende olje utvinning atferd har blitt observert i pore skala og var tegnet som en funksjon av middelverdien fordelingens i situ kontakt vinkel (Figur 11). Lav oljeutvinning av prøve 1 (svakt vann-vått) var fangst av olje i større pore områder. Saltlake percolated gjennom lille pore hjørner, forlater olje fanget som frakoblet Ganglion midt i pore mellomrommene med kvasi sfærisk figurene (Figur 12en), analog med hva er observert i tidligere undersøkelser i vann-vått media52,53,54,55. Derimot hadde eksempel 2 (en blandet-vått sak med mer olje-vått underlag) olje lag som var hovedsakelig koblet (Figur 12b). Disse tynne lag bare tillatt en langsom oljeproduksjon, forlate en høy gjenværende olje metning på slutten av waterflooding. Den høyeste utvinningen ble oppnådd i eksempel 3 (blandet-vått med en gjennomsnittlig kontakt vinkel nær 90 °) som var hverken vann-vått (så det er mindre overlapping i store porer) eller sterkt olje-vått (mindre olje beholdes i liten pore mellomrom)1. I blandet-vått tilfeller av prøve 2 og 3, olje var igjen i tilkoblet, tynne ark-lignende strukturer (figur 12b og 12 c) ligner andre studier i olje-vått porøse medier52,53,56.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig1.jpg"> Figur 1 : Et Mactac diagram av kjernen holderen. Komponenter av kjernen holderen merket og interne tverrsnittvisningen av kjernen holderen vises. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig2.jpg"> Figur 2 : Høytrykks, høy temperatur flyt apparatet. Flyt apparatet består av fire høytrykks sprøyte pumper: (A) en olje pumpe, (B) et mottak pumpe, (C) en saltlake pumpen og (D) en avgrense pumpen. Panelet (E) viser samlingen kjernen holderen (F) viser PID kontrolleren, og (G) CO2 sylinderen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig2large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig3.jpg"> Figur 3 : Bilder demonstrere boringen av representative mini-utvalg. (en) denne tegneserie illustrerer ortogonale merkene med boring sentralt. x og y er avstanden fra sentrum av kjernen brukes til å finne der å bore. (b) dette panelet viser et tørt X-ray tredimensjonalt bilde av kjernen pluggen (gjengitt semi-transparent) med en mini prøve (i mørk grå). (c) Dette er en horisontal cross-sectional visning av kjernen (skannet på 40 µm/voxel). Rock korn og porene er vist i grå og svart, henholdsvis. (d) dette panelet viser en horisontal cross-sectional visning av mini utvalget (skannet på 5,5 µm/voxel). (e) Dette er en vertikal cross-sectional visning av kjernen viser den komplekse og heterogene pore størrelse og geometrier sammen med plasseringen av mini prøven angitt av den svarte boksen. (f) Dette er loddrett cross-sectional forstørre uthevede mini utvalget vises i panelet e som ble skannet på 5,5 µm/voxel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig3large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig4.jpg"> Figur 4 : En fase kontrast skanning. (en) dette panelet viser en kontrast skanning av knust stein (lys grå) blandet med saltlake (mørk grå) og olje (svart) faser. Denne ble brukt til å bestemme riktig doping av saltlake å sikre en god kontrast. (b) Dette er et histogram for gråtone verdien av de tre fasene. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig4large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig5.jpg"> Figur 5 : En vannrett cross-sectional visning av rå og segmentert røntgen bilder på tre mini-prøvene. Paneler (en), (b), og (c) vise xy tverrsnittvisninger av mini-prøver 1, 2 og 3, henholdsvis. Den øverste raden viser de rå X-ray gråtonebilder (olje, saltlake og rock, i svart, mørk grå, og lys grå, henholdsvis). Lavere bildene viser segmenterte bilder av samme stykke ved hjelp av Trainable WEKA segmentering (olje, saltlake og stein, er i svart, grått og hvitt, henholdsvis). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig5large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig6.jpg"> Figur 6 : Distribusjoner av kontakten vinkel mål på tre mini-prøvene. Eksempel 1 har en gjennomsnittlig kontakt vinkel 77° + 21° med 462.000 verdier vises i blått. Eksempel 2 har en gjennomsnittlig kontakte vinkelen på 104° ± 26° med 1,41 millioner verdier vises i grått. Eksempel 3 har en gjennomsnittlig kontakt vinkel 94° + 24° med 769,000 verdier vises i rødt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig6large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig7.jpg"> Figur 7 : Arbeidsflyten for et automatisert kontakt vinkelmål. (en) Dette er et tredimensjonalt segmentert bilde viser saltlake i blått og olje i rødt, mens rock gjengis gjennomsiktig. (b) dette panelet viser utdraget overflater av hele bildet. Olje/saltlake overflater vises i grønt, mens olje/rock overflater er vist i rødt. (c) dette panelet viser buede overflater av hele bildet. (d) dette panelet viser tre-fase kontakten linjen av hele bildet. (e) Dette er et eksempel på buede overflater av en olje ganglion markert ved den svarte firkanten. (f) dette panelet viser tre-fase kontakten linjen av merkede olje ganglion. (g) Dette er et eksempel på en enkelt kontakt vinkel måler for punkt jeg (uthevet i panelet f). Olje/saltlake, olje/rock og saltlake/rock overflater vises i grønt, rødt og blått, henholdsvis. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig7large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig8.jpg"> Figur 8 : Tre sub-volumer utdraget fra tre mini-prøvene. (en) dette panelet viser det sub volumet utvunnet fra mini prøve 1 (svakt vann-vått). (b) dette panelet viser sub volumet utvunnet fra mini eksempel 2 (blandet-vått). (c) dette panelet viser sub volumet utvunnet fra mini eksempel 3 (blandet-vått). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig8large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig9.jpg"> Figur 9 : En én kontakt vinkel måling arbeidsflyt. (en) Dette er en visualisering av et tilfeldig valgt kontakt vinkel punkt (60 °) målt ved hjelp av automatiserte koden (bildet er innhentet fra data visualisering programvare brukes). (b) dette panelet viser hvordan å identifisere plasseringen til det samme punktet ved hjelp av data visualisering og analyse programvare. (c) dette panelet viser hvordan å utføre en manuell kontakt vinkel måling på samme sted. (d) Dette er et eksempel på et manuelt målt kontakt vinkel punkt på samme sted (61 °). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig9large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig10.jpg"> Figur 10 : Automatisert kontakt vinkel mål i forhold til manuelle kontakt vinkel målinger på de samme stedene av sub volumet fra mini prøve 1. Verdiene ble målt etter fremgangsmåten i figur 9. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig10large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig11.jpg"> Figur 11 : Olje gjenvinning som en funksjon av wettability. Olje-inngang for eksempel 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">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig12.jpg"> Figur 12 : Gjenværende olje morfologi for ulike wetting forhold. (en) i eksempel 1 (svakt vann-vått), den gjenværende oljen var fanget i midten av porene som frakoblet Ganglion med kvasi sfæriske former. Paneler (b) og (c) viser hvordan i prøver 2 og 3 (blandet-vått), den gjenværende oljen ble forlatt i tilkoblet, tynne ark-lignende strukturer i små porer og sprekker. De forskjellige fargene representerer frakoblet olje Ganglion. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig12large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</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 protokollen er presentert for å karakterisere komplekse wetting betingelsene for en ugjennomsiktig porøse medium (hydrokarbon reservoaret rock) bruke tredimensjonale bilder fremstilt ved røntgen microtomography på geologiske forhold.

Pore skala Imaging og karakterisering av hydrokarbon reservoaret Rock Wettability på geologiske forhold med 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 målet med dette arbeidet er å gi en grundig protokoll for å karakterisere in situ fuktbarheten av reservoarbergarter ved undergrunnsforhold. Denne metoden kan bidra til å svare på viktige spørsmål i flerfase strømning porøse medier med anvendelse på oljeutvinning, forurensning fjerning og karbondioksid lagring. Den største fordelen med denne teknikken er at vi kan studere forskyvningsprosesser og fuktbarhet i naturlige systemer.Denne protokollen viser hvordan man fastslår in situ fuktbarheten av hydrokarbonreservoararter ved undergrunnsforhold eller fra segmenterte tredimensjonale røntgenbilder. Protokollen krever en miniprøve av stein. Få miniprøver fra kjerneprøver og flat hver ende for å lette god kontakt.Bestem prøvens totale porøsitet og vurder den interne porestrukturen. Bruk en Hassler-type kjerneholder under røntgenmikrotomografi. Arbeid først med kjerneholderens topp for å gjenge polyetereterketonrør.Fest deretter slangen til et skreddersydd endestykke som passer til prøven. Tre holderens base med slange som går til den andre enden. Deretter får gummirør lenge nok til å dekke prøven og endestykkene.Skyv prøven inn i slangen. Når den er inne, kobler du endestykkene til prøvens topp og bunn. Plasser nå et termoelement på den grunnleggende endestykket med spissen ved siden av prøvens base.Fest den med aluminiumtape. Fullfør forsiktig monteringen av kjerneholderen. Denne kjerneholderenheten er klar til bruk i protokollen.Denne skjematiske gir detaljer om konstruksjonen. Vist i cutaway er lagene som omgir prøven, inkludert en varmejakke, en karbonfiberhylse og en begrensende væske. Bruk en karbonfiberhylse med en liten diameter for å la røntgenkilden være nær prøven.Termoelementet måler den begrensende væsketemperaturen. Bruk en klemme for å holde og transportere kjerneholderenheten. Ta kjerneholderenheten til røntgenmikrotomografiskanneren.Med klemmen støtter du kjerneholderen vertikalt på rotasjonsstadiet. Når kjerneholderen er på plass, kobler du slangen fra toppen og bunnen. Rør fra toppen og bunnen av kjerneholderen går til forskjellige åpne treveis ventiler.I tillegg kobler du slangen fra kjerneholderens begrensende linje til en sprøytepumpe som inneholder deionisert vann. Bruk sprøytepumpen til å påføre 1,5 megapascals med begrensende trykk. Koble nå karbondioksidsylinderen til den treveis basen.Skyll CO2 gjennom prøven med lav hastighet i én time. Koble deretter fra karbondioksidsylinderen. Når dette er gjort, koble sprøytepumpen med dopet saltlake, saltlakepumpen, til basen treveis ventil.Still først ventilene slik at strømmen ikke kommer inn i prøven for å skylle luft ut av injeksjonslinjen. Injiser deretter saltlake i prøven på 0,3 milliliter per minutt i en time for å mette den fullt ut. Koble varmejakken og termoelementet til en PID-kontroller.Koble mottakerpumpen, en sprøytepumpe fylt med dopet saltlake, til den treveis basen. Bruk mottaks- og begrensende pumper til å øke poren og begrense trykket i ett megapascal trinn til henholdsvis 10 og 11,5 megapascals. På PID-kontrolleren setter du en måltemperatur for varmejakke på 60 grader Celsius for å fullføre etterligne undergrunnsforhold.Skyll luft fra linjen og koble en oljepumpe til den lukkede treveisventilen. Øk trykket til riktig tilsvarende trykk. Stopp deretter oljepumpen og åpne den øverste treveisventilen for å injisere 20 porevolumer olje med konstant strømningshastighet.Etter to timer, forberede seg på å skaffe røntgenbilder. Velg et mål for 4X for høyoppløselige bilder. Juster deretter posisjonene til kilden og detektoren.Kontroller rotasjonen av kjerneholderenheten og start skanningen. Start rotasjonen av kjerneholderenheten. Kontroller at slangen som er festet til cellen ikke forstyrrer rotasjonen.Når alt er i orden, start røntgentomografiskanningen med et høyt antall projeksjoner. Etter skanningen kobler du kjerneholderenheten og fjerner den fra skanneren. Flytt kjerneholderen til en ovn ved 80 grader Celsius.Der re-etablere strømningshastigheter, trykk, og utføre aldring over minst tre uker. Når aldringsprosessen er fullført, flytter du kjerneholderenheten tilbake til skanneren. Koble først innesperrepumpen for å bruke samme begrensende trykk.Koble deretter saltlakelinjen til den treveis basen. Koble også mottakerpumpen til toppen av kjerneholderen via treveisventilen. Når måltrykket er nådd, åpner du den øverste treveisventilen for å få mottakerpumpen til å bruke poretrykket til kjernen.Fortsett å opprette tilkoblinger for å gjenopprette undergrunnsforhold for prøven. Deretter med saltlakepumpen av, åpne den nederste treveisventilen for å utføre vannflom på 20 porevolumer med lav strømningshastighet. Etter at systemet når likevekt, igjen skaffe høy oppløsning skanner på samme sted.Rekonstruer røntgentomografidataene ved hjelp av rekonstruksjonsprogramvare. Lagre bildet og åpne det i Trainable Weka Segmentation programvare. Velg frihåndstegningsverktøyet.Bruk frihåndstegningsverktøyet til å utheve forekomster av en av fasene i hele bildet, i dette tilfellet olje. Når du er ferdig, klikker du Legg til i klassen. Prøv å følge formen på en fase mens du merker pikslene.Deretter legger du til regionen i riktig klasse. Når eksempler på alle tre fasene er merket, klikker du På Togklasseifier for å segmentere hele bildet. Se gjennom det segmenterte bildet.Gjenta trenings- og segmenteringstrinnene etter behov for å oppnå gode resultater. Velg Opprett resultater for å få det endelige segmenterte bildet. Lagre bildet for senere bruk i analyseprogramvare.Bruk det segmenterte bildet til å måle in situ-kontaktvinkelfordelingen. Den automatiserte metoden produserer et regneark med målte vinkler og koordinater. Disse dataene tillater en plott av fordelingen av kontaktvinklene.Dette er distribusjoner for en ukentlig vann våt prøve og to blandede våte prøver. For kvalitetskontroll, beskjære og segmentere et undervolum av miniprøven. Velg et undervolum med én eller flere oljevinkler for manuell måling av kontaktvinkel.Finn in situ kontaktvinkeldistribusjonen med den automatiserte koden. Last den genererte VTK-filen inn i datavisualiseringsprogramvaren. Velg områdealternativet for å vise olje- og saltlakefasene.Klikk på Probe Location. Skriv deretter inn koordinatene til en tilfeldig valgt kontaktvinkel fra dataene som genereres ved hjelp av den automatiserte metoden. Finn den romlige plasseringen på trefasekontaktlinjen.Last nå det segmenterte delvolumbildet inn i dataanalyseprogramvaren. Søk etter den aritmetiske modulen i programvaren. Finn uttrykksfeltet i modulen.Skriv inn uttrykket som kreves for å isolere olje- og saltlakefasene. Deretter søker du etter generereoverflatemodulen. Bruk den til å generere olje- og saltlakeoverflater.Deretter visuelt søke overflatene etter det tidligere identifiserte punktet. Finn og åpne skivemodulen fra det filtrerte rå røntgenbildet. Endre oversettverdien for å bringe røntgenbildeskiven til nivået på punktet på overflaten.Finn modulen for etikettoverflater. I den skriver du inn tre i antall faser-boksen. Gå til bare svarte voxels og velg nei.Når du har brukt endringene og endret fargekartet, går du tilbake til skivemodulen. Velg alternativet angi vanlig. Velg vis dra dra i alternativene.Flytt dra dra dra dra til stedet der kontaktvinkelen skal måles. Få opp visningsalternativer. Der velger du roteringsalternativet.Roter stykket for å være vinkelrett på den trefasede kontaktlinjen. Når du er ferdig, velger du vinkelmålingsverktøyet. Bruk verktøyet til å måle vinkelen på det valgte punktet.En test av den automatiserte kontaktvinkelmålingen er å plotte resultatene mot vinkelmålinger som gjøres manuelt. Som i dette tilfellet bør resultatene være omtrent like. Disse horisontale tverrsnittene er av rå røntgenbilder og deres segmenterte bilder av tre prøver.De segmenterte bildene gjør det mulig å måle kontaktvinkler som bestemmer gjenværende oljemetning og finne formen på de gjenværende oljegangene. Dette er de målte in situ-fordelingene av kontaktvinkelen for de tre forskjellige prøvene som ble funnet ved hjelp av denne metoden. Prøve man har en ukentlig vann våt tilstand fra statisk aldring på 60 grader Celsius uten olje injeksjon.Prøve to er et eksempel på en blandet våt tilstand med mer olje våte overflater på grunn av aldring på 80 grader Celsius med oljeinjeksjon under aldring. Prøve tre ligner på prøve to, men ikke sterkt olje våt som følge av lavere aldringstemperatur og forskjellig oljesammensetning. Oljemorfologien som gjenstår etter vannflom varierer under de forskjellige fuktforholdene.For den ukentlige vanntopptatte prøven percolated saltlake gjennom de små porehjørnene som etterlot oljen fanget i midten av porerommene. I motsetning, for de blandede våte tilfellene av prøver to og tre, kom saltlake inn i midten av porene som en ikke-fuktende fase som etterlot olje koblet i arklignende lag i små porer og sprekker. Det er viktig å unngå å ha luft i systemet som kan fungere som en fjerde fase når du ser på bildene.Etter denne protokollen kan du se poreskalafordelingen av væsker og fuktbarhet i andre systemer som blader, røtter eller brenselceller. Men husk, vi har å gjøre med røntgen og høytrykksvæsker, så det er svært viktig at det er en grundig risikovurdering og de som gjør eksperimentene har hatt riktig opplæring. Denne teknikken for å karakterisere in situ fuktbarhet banet vei for forskere innen økt oljeutvinning for å utforske tilhørende ekstra oljeutvinning på grunn av endringen i fuktbarhet.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Karakterisering av elektrodematerialer for Lithium Ion og Sodium Ion batterier Bruke Synchrotron Radiation Teknikker

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 av flere Fluid Faser Med X-ray 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

Energi dispersive X-ray Tomografi for 3D Elemental Kartlegging av 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

Failure Analysis of Batteries Bruke Synchrotron baserte Hard X-ray 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 av X-ray Beam Coherence sammen flere retninger ved hjelp av 2-D Sjakkbrett fasegitter

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

Bruke Synchrotron Radiation microtomography å etterforske Multi-skala Tredimensjonal Mikro 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

Protokoll fra Elektrokjemisk Test og karakterisering av aprotisk 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 av Reaction i karbonater Bruke 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

Bruk av X-ray Imaging Crystal spektroskopi for bruk som en High Temperature 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

Subsurface Defekt lokalisering ved strukturert oppvarming ved hjelp av laserprojisert fototermisk termografi

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