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.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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.
Xradia VersaXRM-500 X-ray micro-CT | ZEISS | Quote | X-ray microtomography scanner, https://www.zeiss.com/microscopy/int/products/x-ray-microscopy.html |
Teledyne Isco syringe pumps | Teledyne Isco | Quote | Model 100DM, Model 260D and Model 1000D, http://www.teledyneisco.com/en-uk |
Core holder | Airborne | Quote | 9.5 ID Coreholder, www.airborne-international.com |
Gas pycnometer | Micromeritics | Quote | AccuPyc II 1340 Pycnometer, http://www.micromeritics.com/Product-Showcase/AccuPyc-II-1340.aspx |
Thermocouple | Omega | KMTSS-IM025U-150 | 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 |
Flexible heating jacket | Omega | KH-112/5-P | Kapton Insulated Flexible Heaters, https://www.omega.co.uk/pptst/KHR_KHLV_KH.html |
PEEK tubing | Kinesis | 1533XL | PEEK Tubing 1/16”OD X 0.030” (0.75mm) ID Green, http://kinesis.co.uk/tubing-tubing-peek-green-1-16-x-0-030-0-75mm-x100ft-1533xl.html |
Tube cutter | Kinesis | 003062 | Tube cutter, http://kinesis.co.uk/tubing-tube-cutter-003062.html |
PEEK fingertight fitting | Kinesis | F-120X | Fingertight Fitting, single piece, for 1/16" 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 |
PEEK adapters and connectors | Kinesis | P-760 | Adapters & Connectors: PEEK™ ZDV Union, for 1/16" OD Tubing, 10-32 Coned, http://kinesis.co.uk/catalogsearch/result/?q=P-760 |
PEEK plug | Kinesis | P-551 | Plug, 10-32 Coned, PEEK, Natural, http://kinesis.co.uk/plug-10-32-coned-peek-natural-p-551.html |
Digital Caliper | RS | 50019630 | Digital caliper, http://uk.rs-online.com/web/ |
Three-way valve | Swagelok | SS-41GXS1 | 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 |
Viton sleeve | Cole-Parmer | WZ-06435-03 | Viton FDA Compliant Tubing, 3/16" (4.8 mm) ID, https://www.coleparmer.com/i/mn/0643503 |
Drilling bit | dk-holdings | quote | 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 |
Heptane | Sigma-Aldarich | 246654-1L | Heptane, anhydrous, 99%, http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/246654?lang=en®ion=GB |
Potassium iodide | Sigma-Aldarich | 231-659-4 | purity ≥ 99.0%, https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/60399?lang=en®ion=GB |
ParaView | Open source | Free | Data visiualization software (Protocol step 1.2, 6.6), https://www.paraview.org/ |
Avizo Software | FEI | License | Data visiualization and analysis software (Protocol step 5.7.1), https://www.fei.com/software/amira-avizo/ |
Recontructor Software | https://www.gexcel.it |