Forskere udvikler en ny måde at måle væske-sten interaktion i oliereservoir

University of Calgary geovidenskabsmænd har udviklet ny teknologi, der måler, i en meget fin skala, samspillet mellem vand og andre væsker og sten fra et ukonventionelt oliereservoir.

Forskere fra Det Naturvidenskabelige Fakultet brugte deres mikroinjektionssystem kombineret med levende billeddannelse til præcist at måle væske-sten-interaktion, kaldet "fugtbarhed, "ved det mikroskopiske, eller mikroskala, for første gang.

"Vi viste også, at der forekommer betydelig mikroskalavariation i befugtningsevne, som målt ved kontaktvinklerne af olie og vand mikrodråber med klippens overflade. Denne variabilitet afhænger af sammensætningen af ​​substratet (sten), " siger Chris Clarkson, professor ved Institut for Geovidenskab, og Alberta Innovates Technology Futures/Shell/Encana stol i ukonventionel gas- og letolieforskning.

Forskningen øger forståelsen af, hvordan fugtbarheden varierer i oliereservoirer, som vil bidrage til at optimere kulbrintegenvindingsprocesser og kan føre til nye metoder til udvinding af ukonventionel olie og gas. Holdets undersøgelse, "Live billeddannelse af mikrobefugtningseksperimenter udført for oliereservoirer med lav permeabilitet, " er offentliggjort i Videnskabelige rapporter , et tidsskrift i topplaceringen Natur serie.

Konventionel metode er upræcis

Forståelse af fugtbarhed er afgørende for at optimere nyttiggørelse af olie og naturgas, herunder i ukonventionelle, eller "stram, reservoirer, hvor bjergartens lave permeabilitet reducerer vejen, hvor olie og gas kan strømme.

Nylige fremskridt inden for billeddannelse gør det muligt at karakterisere stenporestrukturer og sammensætninger af tætte reservoirer på sub-mikron skala. Denne information bruges i poreskalamodeller, at forudsige vigtige reservoiregenskaber såsom permeabilitet (stens evne til at overføre væske gennem porer og revner).

Imidlertid, virksomheder måler stadig typisk befugtning på den meget større makroskala (i størrelsesordenen millimeter), ved at bruge vanddråber, olie og andre væsker placeret på en klippekernes overflade.

Problemet er, at kontrollen med befugtning og hvordan den varierer forekommer med ændringer i stensammensætning i mikroskalaen-ned til individuelle mineralkorn i klippen, bemærker Clarkson. Så makroskalamålinger af fugtbarhed afspejler ikke disse ændringer korrekt, "og kan give vildledende resultater, når de kombineres med pore-skala modellering, der bruges til at forudsige flerfaset væskestrøm i disse klipper, " han siger.

"Vores mål er at skabe 'befugtningskort' for at kvantificere ændringen i befugtningsevne på tværs af overfladen på mikronskalaen, og udfyld derefter poreskalamodellerne med denne information."

Holdet studerede forskellige mikrobefugtningsmetoder

Holdet studerede tre forskellige metoder til at måle befugtning på mikroskala, i stenkerneprøver fra en producerende tæt olieformation i Saskatchewan. Den første metode involverede billeddannelse af mikrodråber af destilleret vand kondenseret på og fordampet fra stenprøver gennem en afkølings- og opvarmningsproces. Den anden metode indsugede vand eller olie på prøver - lod stenen opsuge væskerne - og derefter kryogenisk nedfrysning af prøverne og lave røntgenbilleder af små stykker af stenen.

I den tredje og mest innovative tilgang, holdet mikro-injicerede nano-liter vand på præcise steder på stenprøverne, kontrollerer væskerne gennem et mikrokapillær - et 'rør' mindre end et knappenålshoved.

De fangede live videobilleder af alle tre metoder ved hjælp af et miljøfelt emission scanning elektronmikroskop (E-FESEM), placeret i UCalgarys instrumenteringsfacilitet for analytisk elektronmikroskopi. Clarkson siger, at time-lapse-billeddannelsen "gav os mulighed for at identificere det nøjagtige punkt for at måle de korrekte kontaktvinkler mellem væskerne og klippens overflade."

Billeddannelsen gjorde det også muligt for holdet at måle hastigheden af ​​væskeopsugning i klippen. Dette er vigtigt ved hydraulisk frakturering af ukonventionelle reservoirer for at øge olie- og gasindvindingen, til vurdering af den indvirkning, injicerede væsker har på ændring af reservoiregenskaber.

Næste trin:designervæsker for at forbedre restitutionen

Alle fire teammedlemmer er medforfattere på undersøgelsen. Clarkson kom med ideen om at bruge E-FESEM til at udføre systematiske undersøgelser af mikrobefugtning. Hanford Deglint, en ph.d.-studerende hos Clarkson, udviklet en innovativ metode til at udtrække og beregne kontaktvinklerne i mikrofugtighedsforsøgene og hjulpet i eksperimentelt design. Han og geovidenskabsteknolog Chris DeBuhr oprettede og kørte eksperimenterne. Amin Ghanizadeh, en geovidenskabsforsker, udførte makrobefugtningsmålinger på prøver for at sammenligne dem med mikrobefugtningsresultaterne.

Holdets næste skridt, i et separat projekt finansieret af Canada First Excellence Fund, er at samarbejde med UCalgary-kolleger om at designe væsker, der indeholder, for eksempel, nanopartikler eller polymerer, der kan ændre mikrobefugteligheden af ​​reservoirbjergarter.

"Dette vil give os mulighed for at skræddersy væsker til den type sten, vi har, at manipulere befugtningsevnen og forbedre genvindingen af ​​tæt olie og gas, " siger Clarkson.