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 tackar tacksamt Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC) och ADNOC Onshore (tidigare känd som Abu Dhabi företaget för Onshore Petroleum Operations Ltd) för finansiering av detta arbete.

Den höga upplösningen röntgen mikro-tomografi datamängder redovisas i detta dokument finns på digitala Rocks Portal: www.digitalrocksportal.org/projects/151 De koder som används för att köra automatiska mätningar av kontaktvinkel och vätska/vätska gränssnitt krökning är tillgänglig på GitHub: https://github.com/AhmedAlratrout/ContactAngle-curvature-Roughness

De viktigaste stegen för en i situ Vätbarheten karaktärisering vid högt tryck och temperatur för att lyckas är följande. (1) skapa en bra bild segmentering som är avgörande för att erhålla korrekt kontaktvinkel mätningar. (2) Undvik inklusive stora ogenomtränglig korn i mini-prover som kan isolera flödet, och stora vugs vilket resulterar i en mycket bräcklig prov med icke-representativa porositet. (3) ett väl kontrollerat flöde experiment med inga läckor är viktigt eftersom mini-prover är mycket känsliga för mängden injicerad vätska (dvs.en porvolym är ca 0.1 mL). (4) undvika förekomsten av luft (som en fjärde fas) i pore utrymmet. (5) bibehålla en temperaturkontroll av provet under hela flödet experimentet. 6) undvika alla gränssnitt avkoppling under scan förvärvet av väntan för systemet att nå jämvikt. (7) använda en lämplig center Skift korrigering, som är nödvändiga för effektiv röntgen bild återuppbyggnad.
Den automatisera kontaktvinkel metoden begränsas av riktigheten av bild segmentering eftersom den tillämpas på segmenterade bilder bara. Bild segmentering beror på bildkvalitet som beror på protokollet imaging och utförandet av mikrotomografi skannern. Det är dessutom känsligt för bild återuppbyggnad och buller minskning filtren, samt metoden segmentering som TWS32 eller de seedade vattendelare metod57. I detta arbete som metoden TWS exaktare kontaktvinkel mätningar på raw röntgenbilder jämfört med dem med en vattendelare metod tillämpas på filtrerade röntgenbilder (med buller minskning filter). Användning av buller minskning filter gör gränssnittet verkar vara mindre olja-vått på vissa delar av berget, på grund av den voxel genomsnitt särskilt nära trefas kontaktledning31. TWS kan fånga inte bara resterande olja färgmättnaden utan även formen på de återstående olja ganglierna. Detta är särskilt fallet för den återstående oljan i blandat-vått fall, i vilken olja behålls i pore utrymme som tunn plåt-liknande strukturer, vilket gör det en utmaning att segmenteras baserat på gråskala tröskelvärden endast.
Denna i situ Vätbarheten beslutsamhet ger en grundlig beskrivning av vätning villkorar av reservoaren stenar jämfört med andra konventionella Vätbarheten mätmetoder. Det tar hänsyn till alla viktiga pore-skala rock parametrar, såsom rock ytjämnhet, rock kemiska sammansättningar, och porstorlek och geometri, som inte går genom Vätbarheten index7,8 och ex situ- kontakt Angle metoder4,9,10,11. Användning av en automatiserad i situ kontaktvinkel mätning på micron skalan är robust och tar bort eventuella subjektivitet som är associerad med den manuella metod24. Dessutom är det mer effektivt undanröja voxelization artefakter jämfört med andra automatiserade metoder25,26. I situ kontaktvinkel fördelningen mätt med den automatiserade metoden var relativt snabb. Runtime-modulen för att mäta kontaktvinkel på någon av de tre prov bilder som innehåller 595 miljoner voxlar är exempelvis cirka 2 h, med en enda processor 2,2 GHz CPU.
Detta protokoll kan i framtiden användas för att karakterisera andra reservoaren rock system mättad med bildandet saltlake och råolja. Samma metod kan är inte begränsat till oljeindustrin bara och vara och anpassade för att karakterisera Vätbarheten från någon segmenterade tredimensionella bilder med två icke blandbara vätskor i porösa medier med olika Vätbarheten villkor.

Vätbarheten (kontakt vinkeln mellan blandbara vätskor på en fast yta) är en av de viktigaste egenskaper som styr vätska konfigurationer och olja återvinning i reservoaren bergarter. Vätbarheten påverkar makroskopiska flödet egenskaper inklusive relativ permeabilitet och kapillär tryck1,2,3,4,5,6. Mätning i situ Vätbarheten hos preparat av reservoaren rock har förblev dock en utmaning. Reservoaren rock Vätbarheten har fastställts traditionellt på core skalan, indirekt använda Vätbarheten index7,8, och direkt ex situ på platt mineraliska ytor4,9 , 10 , 11. både Vätbarheten index och ex situ kontaktvinkel mätningar är begränsade och inte kan karakterisera de blandat-Vätbarheten (eller rad kontaktvinkel) som normalt finns i kolväte reservoarer. Dessutom de inte hänsyn till pore-rock egenskaper för skala, såsom rock mineralogi, ytjämnhet, por-geometri och rumslig heterogenitet, som har en direkt inverkan på skalan pore vätska arrangemanget.
Senaste framsteg i icke-invasiv tredimensionell avbildning med röntgen mikrotomografi12, i kombination med användning av en förhöjd temperatur och tryck apparaten13, har gjort studien av flerfasströmning i genomsläppliga media14 ,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Denna teknik har underlättat utvecklingen av manuell i situ kontaktvinkel mätningar vid pore skalan i ogenomskinliga porösa medium (stenbrottet kalksten rock) subsurface villkor24. En genomsnittlig kontaktvinkel värde av 45° ± 6° mellan CO2 och kaliumjodid (KI) saltlake erhölls för hand från raw-bilder på 300 poäng. Den manuella metoden är dock tidskrävande (dvs.100 kontaktvinkel Poäng kunde ta upp till flera dagar att mätas) och de värden som erhålls kan ha en subjektiv bias.
Mätning av en i situ kontaktvinkel har automatiserats med olika metoder tillämpas att segmenterad tredimensionella röntgen bilder25,26,27. Scanziani et al. 25 förbättrat den manuella metoden genom att placera en cirkel på vätska-vätska gränssnittet som korsar en linje som placeras på vätska-rock gränssnittet på skivor ortogonal till trefas kontaktledningen. Denna metod har tillämpats på små sub-volymer ur tredimensionella bilder av stenbrottet kalksten mättad med dekan och KI saltlake. Klise et al. 26 utvecklat en metod för att kvantifiera den i situ kontaktvinkel automatiskt genom att montera plan till den vätska-vätska och vätska-rock gränssnitt. Kontaktvinkel fastställdes mellan dessa plan. Denna metod tillämpades på tredimensionella bilder av pärlor mättad med fotogen och saltlake. Både automatiserade metoder tillämpades till voxelized bilder som skulle införa fel, och i båda metoderna, linjer eller flygplan utrustades på vätska-vätska och vätska-rock gränssnitt och kontaktvinkel mättes mellan dem. Tillämpa dessa två synsätt på voxelized kan segmenterade bilder av komplexa rock geometri leda till fel samtidigt vara tidskrävande.
I detta protokoll tillämpar vi den automatisera i situ kontaktvinkel metod utvecklad av AlRatrout et al. 27 som avlägsnar voxelization artefakter genom att tillämpa Gaussisk smoothing vätska-vätska och vätska-solid gränssnitten. Sedan, en enhetlig krökning utjämning används endast för gränssnittet vätska-vätska, vilket är förenligt med kapillär equilibriumen. Hundratusentals kontaktvinkel punkter mäts snabbt i kombination med deras x-, y-, och z-koordinater. Metoden av AlRatrout et al. 27 har tillämpats på vatten-vått och blandat-vått stenbrottet kalksten prover mättad med dekan och KI saltlake.
I detta protokoll anställer vi de senaste framstegen inom röntgen mikrotomografi kombinerat med ett högt tryck och hög temperatur apparaten att genomföra en i situ Vätbarheten karakterisering av komplexa karbonat reservoar stenar, utvinns ur en mycket stor producerande oljefält ligger i Mellanöstern. Klipporna var mättad med råolja vid markytan villkor att reproducera reservoar villkoren vid upptäckt. Det har varit en hypotes om att delar av reservoaren rock ytorna (med direktkontakt med råolja) blivit olja-vått, medan andra (fylld med inledande bildandet saltlake) förblir vatten-vått28,29,30. Den reservoar rock Vätbarheten är dock ännu mer komplex på grund av flera faktorer styra graden av Vätbarheten ändring, inklusive ytjämnheten, rock kemiska heterogenitet, råolja sammansättning, saltlake sammansättning och mättnad, och temperatur och tryck. En senare studie31 har visat att det vanligtvis finns en rad kontaktvinkel i reservoaren stenar med värden både ovanför och nedanför 90 °, mätt med den automatiserade metoden utvecklad av AlRatrout et al. 27.
Huvudsyftet med detta arbete är att ge en grundlig protokoll för att karakterisera den i situ Vätbarheten reservoar bergarter (blandat-Vätbarheten) på markytan villkor. En exakt mätning av i situ kontakt vinkel kräver en bra segmentering kvalitet. Därför underlätta en machine learning-baserade segmentering metod känd som Trainable WEKA segmentering (TWS)32 användes för att fånga inte bara mängden återstående olja utan även formen på de återstående olja ganglier, således mer exakt kontaktvinkel mätningar. Nyligen, TWS har använts i en mängd olika tillämpningar, såsom segmentering av packade partikel sängar, vätskor inom textilfibrer, och porerna i snäva reservoarer33,34,35,36, 37,38,39,40. För att bild den återstående oljan exakt på en hög upplösning och vid markytan, var en ny experimentell apparat används (figur 1 och figur 2). Mini-prover av rock lastades in i centrera av en Hassler-typen core innehavaren41 gjord av kolfiber. Användning av en lång och liten diameter kolfiber hylsa tillåter en röntgen källa föras mycket nära provet, därmed öka röntgen flux och minska krävs exponeringstid, vilket resulterar i en bättre bildkvalitet under en kortare tidsperiod. Kolfiber hylsan är tillräckligt stark för att klara höga tryck och temperatur förhållanden medan återstående tillräcklig insyn för att röntgen21.
I denna studie beskriver vi de stegen som följt för att karakterisera i situ Vätbarheten hos preparat av reservoaren klipporna vid markytan villkor. Detta inkluderar borrning representativa mini-prover, core innehavaren församlingen, flow apparaten och flöde förfarande, protokollet imaging, bildbehandling och segmentering och slutligen köra automatiserade kontaktvinkel kod för att generera kontaktvinkel 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 Vätbarheten mätningar i kolväte reservoar bergarter har endast varit möjligt nyligen. Syftet med detta arbete är att presentera ett protokoll för att karakterisera de komplexa vätning villkor av kolväte reservoar rock med pore-skala tredimensionellt röntgenundersökning vid markytan villkor. I detta arbete, har heterogena karbonat reservoar stenar, utvinns ur en mycket stor producerande oljefält, använts för att demonstrera protokollet. Klipporna är mättad med saltlake och olja och åldern över tre veckor på markytan villkor att replikera Vätbarheten villkor som vanligtvis finns i kolväte reservoarer (känd som blandat-Vätbarheten). Efter injektionen saltlake högupplösta tredimensionella bilder (2 µm/voxel) förvärvats och sedan bearbetas och segmenterad. Om du vill beräkna fördelningen av kontakt vinkel, som definierar Vätbarheten, utförs följande steg. Första, vätska-vätska och vätska-rock ytor är maskor. Ytorna jämnas ut för att ta bort voxel artefakter och i situ kontakt vinklar mäts på trefas kontaktledningen i hela hela bilden. Den största fördelen med denna metod är dess förmåga att karakterisera i situ Vätbarheten redovisning för pore-skala rock egenskaper, såsom rock ytjämnhet, rock kemiska sammansättning och porstorlek. Den i situ Vätbarheten bestäms snabbt hundratals tusentals punkter.
Metoden begränsas av segmentering noggrannhet och röntgen bildupplösning. Detta protokoll kan användas att karakterisera Vätbarheten hos preparat av andra komplexa bergarter mättade med olika vätskor och på olika förutsättningar för en mängd tillämpningar. Till exempel, det kan hjälpa att fastställa den optimala Vätbarheten som kunde ge en extra olja återvinning (dvsutforma saltlake salthalt med detta för att få högre oljeutvinning) och att hitta de mest effektiva vätning villkor att fälla mer CO2 i markytan formationer.

För 3 prover studerade, visas mätt i situ fördelningen av kontakt vinkel i figur 6, med olja återvinning visas i figur 11. Figur 12 visar bilder av de återstående olja fördelningarna för olika vätning villkor i slutet av waterflooding. Den blandade-Vätbarheten (eller spänna av kontaktvinkel) mättes med automatiserade kontaktvinkel metod27. Den uppmätta kontaktvinkel distributioner anses vara representativa resultat om det finns en bra matchning mellan kontaktvinkel pekar mätt med den automatiserade metoden från segmenterade bilder jämfört med de manuellt uppmätta kontakt vinklarna från raw röntgen bilder. Figur 10 visar ett exempel på en bra match med en jämförelse mellan automatiserade kontakt och manuell kontakt vinklarna på samma platser för en sub volym från mini prov 1 (svagt vatten-vått).
Tre åldrande protokoll utfördes för att behandla de 3 proverna och generera 3 vätning villkor (figur 6). Åldrande provet vid lägre temperatur (60 ° C) och statiskt (ingen olja injektion under perioden åldrande) kan resultera i en svagt vatten-vått tillstånd, exempelvis ska fördelningen som visas för prov 1 i blått (figur 6). Däremot, kan åldrande provet vid en högre temperatur (80 ° C) och med delvis dynamiska åldrande (en olja injektion under perioden åldrande) resultera i blandat-blöta förhållanden med mer olja-våta ytor, som prov 2 visas i grått (figur 6).
Olja återvinning befanns vara en funktion av Vätbarheten, liknar tidigare core-skala studier51. Vid den tiden visades dock olja återvinning som en funktion av core-skala Vätbarheten index. Liknande olja återvinning beteende har observerats i pore skala och var ritas som en funktion av medelvärdet i situ kontaktvinkel fördelningen (figur 11). Låg oljenivå återvinning av prov 1 (svagt vatten-wet) berodde på fångst av olja i större pore utrymmen. Värmebäraren silats genom lilla pore hörn, lämnar oljan instängd som frånkopplad ganglier i mitten av pore utrymmen med kvasi sfäriska former (figur 12en), liknar vad har observerats i tidigare undersökningar i vatten-vått media52,53,54,55. Däremot hade prov 2 (en blandad-vått fallet med mer olja-blöta ytor) olja lager som var till stor del anslutna (figur 12b). Dessa tunna lager får endast en långsam oljeproduktion, lämnar en hög återstående olja mättnad i slutet av waterflooding. Den högsta oljeutvinning uppnåddes i prov 3 (blandade-vått med en genomsnittlig kontaktvinkel nära 90 °) vilket var varken vatten-vått (så det finns mindre svällning i stora porer) eller starkt olja-vått (mindre olja behålls i små por utrymmen)1. I blandat-vått fall av prov 2 och 3, olja var kvar i anslutna, tunna blad-liknande strukturer (figur 12b och 12 c) liknar andra studier i olja-vått porösa medier52,53,56.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig1.jpg"> Figur 1 : En Schematisk illustration diagram över församlingens kärna innehavaren. Komponenter av innehavaren av core är märkt, och vyn inre tvärsnitt av innehavaren av core visas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig2.jpg"> Figur 2 : Högt tryck, hög temperatur flöde apparaten. Flow apparaten består av fyra högtrycks sprutpumpar: (A), en olja pump, (B), en som får pumpen, (C) en brine pumpen och (D) en begränsande pump. Panelen (E) visar den core innehavare församlingen, (F) visar den PID-regulatorn, och (G) visar CO2 cylindern. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig2large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig3.jpg"> Figur 3 : Bilder visar borrning av mini-stickprov. (en) detta tecknad illustrerar de ortogonala märkena med bra borrning läge. x och y är avstånden från stadens kärna kontakten används för att hitta var du ska borra. (b) denna panel visar en torr tredimensionell röntgenbild av core kontakten (återges halvtransparent) med en mini prov (mörkgrå). (c) Detta är en horisontell tvärsnittsvyn core kontakten (skannas på 40 µm/voxel). Den rock korn och porer visas i grått och svart, respektive. (d) i denna panel visas en vågrät tvärsnittsvyn av mini provet (skannas på 5,5 µm/voxel). (e) Detta är en vertikal tvärsnittsvyn core kontakten visar den komplexa och heterogena pore storlekar och geometrier tillsammans med placeringen av mini provet anges av den svarta lådan. (f) Detta är en vertikal tvärsnittsdata förstorad av markerade mini provet i panelen e som skannas på 5,5 µm/voxel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig3large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig4.jpg"> Figur 4 : En fas kontrast scan. (en) i denna panel visas en kontrast genomsökning av krossad sten (ljusgrå) blandat med saltlake (mörkgrå) och olja (svart) faser. Detta användes för att bestämma lämplig dopning av värmebäraren att säkerställa en bra faskontrast. (b) Detta är ett histogram över gråskala värdet av de tre faserna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig4large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig5.jpg"> Figur 5 : En horisontell tvärsnittsvyn av raw och segmenterade röntgenbilder av tre mini-samples. Paneler (en), (b), och (c) Visa xy tvärsnittsdata utsikt över mini-prover 1, 2 och 3, respektive. Den översta raden visar raw gråskala röntgenbilderna (olja, saltlake, rock, finns i svart, grått och ljusgrått, respektive). De nedersta bilderna visar de segmenterade bilderna av samma segment med Trainable WEKA segmentering (olja, saltlake och rock, finns i svart, grått och vitt, respektive). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig5large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig6.jpg"> Figur 6 : Distributioner kontaktens vinkel mätning av tre mini-proverna. Prov 1 har en genomsnittlig kontaktvinkel 77° ± 21° med 462,000 värden visas i blått. Prov 2 har en genomsnittlig kontakta vinkel av 104° ± 26° med 1,41 miljoner värden visas i grått. Prov 3 har en genomsnittlig kontaktvinkel 94° ± 24° med 769,000 värden visas i rött. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig6large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig7.jpg"> Figur 7 : Arbetsflöde för en automatiserad kontaktvinkel mätning. (en) Detta är en tredimensionell segmenterad bild visar saltlake i blått och olja i rött, medan rock har blivit genomskinlig. (b) i denna panel visas extraherade ytor av hela bilden. Olja/saltlake ytorna visas i grönt, medan olja/rock ytorna visas i rött. (c) i denna panel visas hela bilden jämnas ytor. (d) i denna panel visas tre-fas kontaktledningen av hela bilden. (e) Detta är ett exempel av en olja ganglion framhävs av den svarta fyrkanten jämnas ytor. (f) panelen visar raden trefas kontakt i den markerade olja ganglion. (g) Detta är ett exempel på en enda kontaktvinkel mätning på punkt i (markerat i panelen f). Den olja/saltlake, olja/rock och saltlake/rock ytor visas i grönt, rött och blått, respektive. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig7large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig8.jpg"> Figur 8 : Tre sub-volymer ur tre mini-proverna. (en) i denna panel visas sub volymen utvinns ur mini prov 1 (svagt vatten-vått). (b) i denna panel visas volymen sub utvinns ur mini prov 2 (blandat-vått). (c) i denna panel visas volymen sub utvinns från mini prov 3 (blandade-vått). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig8large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig9.jpg"> Figur 9 : Ett direktsamtal kontaktvinkel mätning arbetsflöde. (en) Detta är en visualisering av en slumpmässigt vald kontaktvinkel punkt (60 °) mätt med hjälp av automatiserade kod (bilden erhålls från den programvara för visualisering av data som används). (b) i denna panel visas hur man identifierar platsen för samma punkt med hjälp av data visualisering och analys programvara. (c) i denna panel visas hur man genomför en manuell kontaktvinkel mätning vid samma plats. (d) Detta är ett exempel på den manuellt uppmätta kontaktvinkel punkten på samma plats (61 °). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig9large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig10.jpg"> Figur 10 : Automatiserad kontaktvinkel mätning jämfört med manuell kontaktvinkel mätningarna på samma platser av sub volym från mini prov 1. Värden mättes enligt anvisningarna i figur 9. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig10large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig11.jpg"> Figur 11 : Olja återvinning som en funktion av Vätbarheten. Olja återkrav av prov 1, 2 och 3 är 67,1% 58,6% och 84,0%, respektive. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig11large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57915/57915fig12.jpg"> Figur 12 : Återstående olja morfologi för olika vätning villkor. (en) i prov 1 (svagt vatten-våt), den återstående oljan var instängd i mitten av porerna som frånkopplad ganglier med kvasi sfäriska former. Paneler (b) och (c) visar hur i prov 2 och 3 (blandade-vått), den återstående oljan var kvar i anslutna, tunna blad-liknande strukturer i små porer och sprickor. De olika färgerna representerar frånkopplad olja ganglier. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57915/57915fig12large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</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

Detta protokoll presenteras för att karakterisera komplexa vätning villkoren i en ogenomskinlig poröst medium (kolväte reservoar rock) med hjälp av tredimensionella bilder erhålls genom röntgen mikrotomografi på markytan villkor.

Pore-skala Imaging och karakterisering av kolväte reservoar Rock Vätbarheten på markytan förhållanden med hjälp av röntgen mikrotomografi

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 övergripande målet med detta arbete är att ge ett grundligt protokoll för att karakterisera in situ vätbarhet reservoarstenar vid underytan villkor. Denna metod kan hjälpa till att besvara viktiga frågor i flerfasflöde porösa medier med tillämpning på oljeåtervinning, föroreningsborttagning och koldioxidlagring. Den största fördelen med denna teknik är att vi kan studera förskjutningsprocesser och vätbarhet i naturliga system.Detta protokoll visar hur man bestämmer in situ-vätbarheten hos kolvätereservoarstenar vid förhållanden under ytan eller från segmenterade tredimensionella röntgenbilder. Protokollet kräver ett miniprov av sten. Erhåll miniprover från kärnprover och platta till varje ände för att underlätta god kontakt.Bestäm provets totala porositet och bedöm dess inre porstruktur. Under röntgen mikrotomografi, använd en Hassler-typ kärna innehavaren. Först arbeta med kärnan innehavarens topp för att gänga polyeter ketonrör.Fäst sedan slangen på ett specialtillverkade ändstycke som rymmer provet. Trä hållarens bas med slangar som går till den andra änden pjäs. Därefter får gummislang tillräckligt länge för att täcka provet och slutbitarna.Skjut in provet i slangen. När det är inne, anslut slutet bitar till provets topp och botten. Placera nu ett termoelement på basändstycket med dess spets bredvid provets bas.Säkra den med aluminiumtejp. Slutför försiktigt monteringen av kärnhållaren. Denna kärna innehavaren montering är klar för användning i protokollet.Detta schematiska ger detaljer om dess konstruktion. Visas i cutaway är de lager som omger provet inklusive en värmemantel, en kolfiberhylsa, och en begränsa vätska. Använd en kolfiberhylsa med liten diameter för att röntgenkällan ska vara nära provet.Termoelementet mäter den 11:a vätsketemperaturen. Utnyttja en klämma för att hålla och transportera kärnan innehavaren montering. Ta kärnan innehavaren montering till röntgen mikrotomografi scanner.Med klämman, stöd kärnhållaren vertikalt på rotationsstadiet. När kärnhållaren är på plats, anslut slangen från dess topp och botten. Slangar från toppen och botten av kärnan innehavaren går till olika öppna tre-vägs ventiler.Dessutom koppla slangar från kärnan innehavarens spärrlinje till en spruta pump som innehåller avjoniserat vatten. Använd sprutpumpen för att applicera 1,5 megapascals av spärrtryck. Anslut nu koldioxidcylindern till basen trevägsventil.Spola CO2 genom provet med låg hastighet under en timme. Koppla sedan bort koldioxidcylindern. När detta är gjort, anslut sprutan pumpen med dopad saltlake, saltlake pumpen, till basen trevägsventil.Initialt ställa ventilerna så flödet inte in i provet för att spola luft ur injektionsledningen. Injicera sedan saltlake i provet med 0,3 milliliter per minut i en timme för att mätta det helt. Anslut värmemanteln och termoelementet till en PID-styrenhet.Anslut mottagningspumpen, en spruta pump fylld med dopad saltlake, till basen trevägsventil. Använd de mottagande och spärrpumparna för att öka poren och det spärrtryck i en megapascal steg till 10 respektive 11,5 megapascal. Vid PID-styrenheten, ställ in en värmejacka måltemperatur på 60 grader Celsius för att slutföra härma underytan villkor.Spola luft från linjen och anslut en oljepump till den slutna topp trevägsventilen. Öka trycket till rätt likvärdigt tryck. Stoppa sedan oljepumpen och öppna den översta trevägsventilen för att injicera 20 porvolymer olja med ett konstant flöde.Efter två timmar, förbereda sig för att förvärva röntgenbilder. För högupplösta bilder väljer du ett 4X-mål. Justera sedan käll- och detektorns positioner.Kontrollera rotationen av kärnan innehavaren montering och påbörja skanningen. Starta rotationen av kärnhållarens montering. Se till att slangen som är fäst vid cellen inte stör rotationen.När allt är i ordning, börja röntgentomografi scan med ett stort antal prognoser. Efter skanningen kopplar du bort kärnans hållarmontering och tar bort den från skannern. Flytta kärnhållaren till en ugn vid 80 grader Celsius.Det återupprätta flödeshastigheter, tryck, och utföra åldrande under minst tre veckor. När åldrandeprocessen är klar flyttar du tillbaka kärnhållarens montering till skannern. Anslut först den spärrpump som ska applicera samma spärrtryck.Anslut sedan saltlakeledningen till basen trevägsventil. Anslut även mottagningspumpen till toppen av kärnans hållare via sin trevägsventil. När måltrycket är uppnått, öppna den översta trevägsventilen för att få den mottagande pumpen att applicera portrycket på kärnan.Fortsätt att göra anslutningar för att återupprätta underytans villkor för provet. Sedan med saltlake pumpen avstängd, öppna den nedre trevägsventilen för att utföra vattenöversvämning av 20 porvolymer vid ett lågt flöde. Efter att systemet nått jämvikt, återigen förvärva högupplösta skanningar på samma plats.Rekonstruera röntgentomografidata med hjälp av rekonstruktionsprogram. Spara bilden och öppna den i Trainable Weka Segmentation programvara. Välj verktyget för fri handritning.Använd verktyget för fri handritning för att markera instanser av en av faserna i hela bilden, i det här fallet olja. När du är klar klickar du på Lägg till i klass. Försök att följa formen på en fas medan du märker pixlarna.Lägg sedan till regionen i lämplig klass. När exempel på alla tre faser har märkts klickar du på Träna klassificerare för att segmentera hela bilden. Granska den segmenterade bilden.Upprepa utbildnings- och segmenteringsstegen efter behov för att få goda resultat. Välj Skapa resultat för att få den slutliga segmenterade bilden. Spara bilden för senare användning i analysprogram.Använd den segmenterade bilden för att mäta in situ-kontaktvinkelfördelningen. Den automatiserade metoden producerar ett kalkylblad med de uppmätta vinklarna och deras koordinater. Dessa data tillåter en tomt av fördelningen av kontaktvinklarna.Dessa är distributioner för ett veckovis vatten våtprov och två blandade våtprover. För kvalitetskontroll, beskära och segmentera en delvolym av miniprovet. Välj en delvolym med en eller flera olje ganglier för manuell kontaktvinkelmätning.Hitta in situ kontaktvinkelfördelningen med den automatiserade koden. Ladda den genererade VTK-filen i datavisualiseringsprogrammet. Välj regionalternativet för att visa olje- och saltlakefaserna.Klicka på Probe Plats. Ange sedan koordinaterna för en slumpmässigt vald kontaktvinkel från de data som genereras av den automatiserade metoden. Lokalisera dess rumsliga plats vid trefaskontaktlinjen.Nu ladda den segmenterade delvolymen bilden i dataanalys programvara. I programvaran söker du efter den aritmetiska modulen. Inom modulen, hitta uttrycksfältet.Skriv det uttryck som krävs för att isolera olje- och saltlakefaserna. Därefter söker du efter modulen generera yta. Använd den för att generera olja och saltlake ytor.Sök sedan visuellt igenom ytorna efter den tidigare identifierade punkten. Hitta och öppna segmentmodulen från den filtrerade råa röntgenbilden. Ändra översättsvärdet för att föra utbildningsbildssegmentet till nivån för punkten på ytan.Hitta modulen etikettytor. Inom den anger du tre i rutan Antal faser. Flytta till endast svarta voxels och välj nej.När du har tillämpat ändringarna och ändrat färgkartan går du tillbaka till segmentmodulen. Välj alternativet ange vanligt. I alternativen väljer du Visa dragger.Flytta draggern till den plats där kontaktvinkeln ska mätas. Ta fram visningsalternativ. Där väljer du alternativet rotera.Rotera segmentet för att vara vinkelrätt mot trefaskontaktlinjen. När du är klar, välj vinkelmätningsverktyget. Använd verktyget för att mäta vinkeln vid den valda punkten.Ett test av den automatiserade kontaktvinkelmätningen är att rita sina resultat mot vinkelmätningar som görs manuellt. Som i detta fall bör resultaten vara ungefär lika. Dessa horisontella tvärsnitt är av råa röntgenbilder och deras segmenterade bilder av tre prover.De segmenterade bilderna tillåter mätning kontaktvinklar bestämma återstående olja mättnad och hitta formen på de återstående olja ganglier. Dessa är de uppmätta in situ-distributionerna av kontaktvinkeln för de tre olika prover som hittades med hjälp av denna metod. Prov ett har en vecka vatten våt tillstånd från statiskt åldrande vid 60 grader Celsius utan oljeinjektion.Prov två är ett exempel på en blandad våt tillstånd med mer olja våta ytor på grund av åldrande vid 80 grader Celsius med oljeinsprutning under åldrande. Prov tre liknar prov två, men inte starkt olja våt till följd av en lägre åldrande temperatur och olika oljesammansättning. Oljan morfologi kvar efter vatten översvämningar varierar under de olika vätningsförhållanden.För veckovatten våtprov en, saltlake percolated genom de små por hörn lämnar oljan instängd i mitten av porutrymmen. Däremot, för de blandade våta fall av prover två och tre, saltlake in i mitten av porerna som en icke-vätning fas lämnar olja ansluten i ark-liknande lager i små porer och sprickor. Det är viktigt att undvika att ha någon luft i systemet som kan fungera som en fjärde fas när man tittar på bilderna.Efter detta protokoll, du kan se porskala fördelningen av vätskor och vätbarhet i andra system såsom blad, rötter, eller bränsleceller. Men kom ihåg, vi har att göra med röntgen och högtrycksvätskor så det är mycket viktigt att det finns en grundlig riskbedömning och de människor som gör experimenten har haft lämplig utbildning. Denna teknik för att karakterisera in situ vättability banade väg för forskare inom området för förbättrad oljeåtervinning för att utforska den tillhörande extra oljeåtervinning på grund av förändringen i vätterbarhet.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Karakterisering av elektrodmaterial för Lithium Ion och Sodium Ion batterier Använda tekniker Synchrotron Radiation

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 skick Pore skala avbildning av flera Fluid Faser Använda röntgen 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 röntgen Tomography för 3D Elemental Kartläggning av enskilda nanopartiklar

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

Underlåtenhet Analys av batterier Använda Synchrotron-baserade Hard röntgen 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

Mätning av röntgen Beam Coherence längs flera riktningar användning av 2-D Checkerboard fasgitter

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

Använda Synchrotron Radiation Microtomography att undersöka Multi skala Tredimensionella Microelectronic paket

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

Protokollet av Elektro Test och karakterisering av aprotiskt 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-tillstånd avbildning av reaktion i karbonater Använda Synchrotron Snabb 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

Tillämpa X-ray Imaging Crystal spektroskopi för användning som en hög 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

Subsurface Defekt lokalisering genom strukturerad uppvärmning med hjälp av laserprojicerad fototermisk termografi

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