使用小型蓄液装置确定处理液组成的制作方法

本公开大体上关于流体及其在地下处理操作(例如，碳氢化合物开采操作)中的使用方法。

处理液可在多种地下处理中使用。如本文所使用，术语“处理”指代将流体与所需的功能一起使用和/或将流体用于所需目的的任何地下操作。如本文所使用，术语“处理”不一定暗示流体或其任何特定组分的任何特定作用。本领域中用于提高地下地层的传导性的一种类型的处理是水力压裂。水力压裂操作大体上涉及以足够的水压或高于所述水压泵送处理液(例如，压裂液或“缓冲液”)到穿透地下地层的井筒中，以在地下地层中创建或增加一个或多个路径或“裂缝”。这些裂缝大体上提高地层的所述裂缝部分的渗透性和/或传导性。其它类型的处理尤其包括：注水、酸化处理、阻垢、阻蚀、减阻、CO₂驱油、水合物抑制、防蜡和发泡。所述处理可尤其被用于促成或提高从地下地层(例如，油井和/或气井)的碳氢化合物或其它目标材料的开采。

在某些情况下，可基于使用处理液的地下地层的性质(例如，岩石物理性质，诸如地层中的岩石的孔隙大小、可湿性、孔隙度和渗透性，地层的温度和/或岩石和/或嵌在地层内的流体的组成，包括油类型(如果有油存在)、地层中的物质的碱性和/或酸性等)的变化对处理液的组成进行定制。在可对高效的处理液进行选择和使用之前，获得与这些性质相关的数据可导致钻井操作的显著延迟(例如，几小时或甚至几天)。在其它情况下，可在不考虑地层的一些性质或所有性质的情况下使用处理液，由此带来从地下地层的碳水化合物或其它目标材料的次佳开采风险。

附图简述

图1是示出制作片上蓄液装置的工艺的一个实例的图示。

图2是一组图示，每一图示示出样本多孔介质模拟装置的孔隙网络。

图3是执行根据本公开的一些实施方案的方法的系统设置的示意性图示。

图4是执行根据本公开的一些实施方案的方法的系统设置的示意性图示。

图5是示出根据本公开的一些实施方案的小型蓄液装置中的流体饱和度的视觉分析的一组图像。

图6是示出根据本公开的一些实施方案的小型蓄液装置中的流体饱和度的视觉分析的一组图像。

图7是示出纳米通道中的水包油乳液的一个实例的图像。

图8是示出示例性小型蓄液装置的孔隙网络的一组图像。

图9a至图9d是根据本公开的一些实施方案的示出候选流体渗透到小型蓄液装置的孔隙网络中的处理图像。

图10a至图10c是根据本公开的一些实施方案的示出候选流体渗透到小型蓄液装置的孔隙网络中的处理图像。

图11a是根据本公开的一些实施方案的使用候选流体的原油驱替的光学显微照片。

图11b是根据本公开的一些实施方案的使用不同的候选流体的原油驱替的光学显微照片。

图11c是在根据本公开的一些实施方案实施的实例期间记录的乳化油滴的图像。

图12a至图12b是根据本公开的一些实施方案的示出候选流体渗透到小型蓄液装置的孔隙网络中的处理图像。

图13是根据本公开的某些实施方案的一组生产数据图表，每一图表示出来自各种井的生产数据。

图14是根据本公开的某些实施方案的一组生产数据图表，每一图表示出来自各种井的生产数据。

图15是根据本公开的某些实施方案的一组生产数据图表，每一图表示出来自各种井的生产数据。

图16是根据本公开的某些实施方案的一组生产数据图表，每一图表示出来自各种井的生产数据。

虽然已经描绘和描述了本公开的实施方案，并且通过参考示例性实施方案对本公开的实施方案进行限定，但是所述参考并不暗示对本公开的限制，并且不应推断所述限制。本领域且受益于本公开的技术人员将想到，所公开的主题能够在形式和功能上存在相当多的修改、变更和等效形式。本公开所描绘和所描述的实施方案仅仅是实例，而并非是对本公开的范围的详尽说明。

具体实施方式

本文中详细描述了本公开的说明性实施方案。为了清楚起见，可能并未在本说明书中描述实际实现方式的所有特征。当然，应了解，在开发任何所述实际实施方案时，可做出众多实现方式特定的决定以实现特定实现方式目标，所述特定实现方式目标可彼此不同。此外应了解，这种开发工作可能复杂且费时，但尽管如此，对受益于本公开的本领域技术人员来说也只是常规的任务。

为了促进对本公开的更好理解，给出某些实施方案的以下实例。以下实例不应被理解成限制或限定本发明的范围。本公开的实施方案可适用于任何类型的地下地层、岸上或离岸中的水平井筒、垂直井筒、斜井筒或其它非线性井筒。实施方案可适用于注入井、监控井和生产井，包括碳氢化合物井或地热井。

如本文所使用的术语“耦接”意在指代间接或直接连接或合并。因此，如果第一装置耦接至第二装置，那么所述连接或合并可利用直接连接，或利用经由其它装置和连接的间接机械、声学或电气连接。类似地，如本文中所使用的术语“通信地耦接”意在指代直接或间接的通信连接。所述连接可以是有线连接或无线连接，诸如像以太网或LAN。所述有线连接和无线连接对于本领域技术人员来说是众所周知的，并且因此本文中将不会进行详细讨论。因此，如果第一装置通信地耦接至第二装置，那么所述连接可利用直接连接，或利用经由其它装置和连接的间接通信连接。

出于本公开的目的，信息处理系统可包括任何工具或工具的集合，所述工具可操作用于计算、分类、加工、传输、接收、检索、发起、切换、存储、显示、证明、检测、记录、复制、处置或利用用于商业、科学、控制或其它目的任何形式的信息、情报或数据。举例来说，信息处理系统可以是个人计算机、网络存储装置或任何其它合适的装置，并且大小、形状、性能、功能和价格可不同。所述信息处理系统可包括随机存取存储器(RAM)、诸如中央处理单元(CPU)或硬件或软件控制逻辑的一个或多个处理资源、ROM和/或其它类型的非易失性存储器。信息处理系统的额外组件可包括一个或多个磁盘驱动器；用于与外部装置通信的一个或多个网络端口；以及各种输入和输出(I/O)装置，诸如键盘、鼠标和视频显示器。所述信息处理系统还可包括可操作用于在各种硬件组件之间传输通信的一个或多个总线。其还可包括能够将一个或多个信号传输至控制器、致动器或类似装置的一个或多个接口单元。

如受益于本公开的本领域技术人员将了解，一个或多个信息处理系统可用于实现本文所公开的方法。具体地说，一个或多个信息处理系统可包括用以执行本文所公开的方法的机器可读指令。在某些实施方案中，不同的信息处理系统可利用有线系统或无线系统通信地耦接，以促进不同子系统之间的数据传输。所述有线通信系统或无线通信系统的结构和操作对于受益于本公开的本领域技术人员来说是众所周知的，且因此本文将不会进行详细讨论。此外，每一信息处理系统可包括存储媒体和/或存储器，并且可为永久地或暂时地存储数据的任何计算机可读媒体。

出于本公开的目的，存储媒体和/或存储器可包括适合于存储信息的易失性或非易失性的本地或远程装置中的任何一个或组合。例如，存储媒体和/或存储器可包括直接存取存储装置(例如，硬盘驱动器或软盘驱动器)、顺序存取存储装置(例如，磁带盘驱动器)、光盘、CD-ROM、DVD、RAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、固态驱动器(“SSD”)、快闪存储器、磁性存储装置、光学存储设备、网络存储设备、云存储装置或任何其它合适的信息存储装置或这些装置的组合。

本公开大体上关于流体及其在地下处理操作(例如，碳氢化合物开采操作)中的使用方法。更具体地说，本公开关于确定处理液的组成的方法和系统。在一些实施方案中，以此方式确定组成的处理液可在诸如地下地层的多孔网络的多孔网络中使用。

更具体地说，本公开提供至少部分基于结合将两个或两个以上流体成分流动通过小型蓄液装置的分析来确定处理液的组成，所述装置可任选地包括一个或多个注入的化合物(诸如像，液态和/或气态碳氢化合物，其可被预注入，注入作为分析的准备步骤，和/或与处理液的注入一起注入(以连续流方式注入，或同时或相继分批注入))。在一些实施方案中，所述分析可包括两个或两个以上流体成分中的每一个的流体的视觉分析。根据一些实施方案的视觉分析的合适实例在下面更为详细地讨论。在其它实施方案中，分析还可包括或代替地包括对多个废液中的每一个的分析，每一废液包括流体成分中的一个，并且可任选地包括从小型蓄液装置离开的任何内嵌化学物。废液分析可包括例如废液的一个或多个性质(诸如废液的组成、密度、粘度、极性、乳化程度和/或任何其它性质)的表征。废液分析可通过本领域已知的用于分析废液的任何方法实施。

在某些实施方案中，在本公开的方法和系统的许多益处和优点中，尤其可对处理液进行选择，以便促成或提高从地下地层的石油、天然气和/或其它碳氢化合物开采。如果在一段给定的时间上利用处理液开采的碳氢化合物的量高于在相同的一段给定的时间上未使用处理液开采的碳氢化合物的量，那么所述特定处理液可“提高”碳氢化合物开采。提高的开采可由许多效应引起，包括但不限于以下实例：移除诸如污垢或腐蚀等流障碍；提高地层和/或井筒内碳氢化合物的移动性；提高地下地层对于碳氢化合物和/或其它流体的渗透性和/或传导性(例如，通过利用压裂操作来在地下地层内创建或增加一个或多个裂缝；和/或通过对地层的一部分进行蚀刻，诸如通过酸蚀作用)；等等。

例如，在处理液中加入表面活性剂添加剂和/或甚至加入与其它种类不同的特定种类的表面活性剂与使用不具有表面活性剂的处理液或使用不具有相同种类的表面活性剂的处理液相比，可能会引起提高的碳氢化合物开采。举特定实例来说，在压裂液中加入弱乳化的表面活性剂添加剂与在压裂液中使用非乳化的表面活性剂添加剂相比，可提供从致密页岩地层的提高的碳氢化合物开采。同样地，在另一实例中，使用具有特定组成的阻垢剂与在相同的地层中使用不同的阻垢剂相比，可提供提高的碳氢化合物开采(例如，通过有效地抑制特定地层中的污垢形成)(尽管在不同的地层中结果可能相反)。因此，一些实施方案的方法可使得能够对提供所述提高的碳氢化合物开采的处理液的组成进行确定。

如所指出，在某些实施方案中，处理液可在诸如地下地层的多孔网络的多孔网络中使用。所述处理液可在例如石油、天然气和/或其它碳氢化合物开采操作中具有应用(诸如，直接或间接地提供提高的碳氢化合物开采)。确切地说，某些实施方案可涉及确定在地下地层中使用的处理液。在特定实施方案中，所述处理液可至少部分基于以下中的一个从多个候选处理液中进行选择：视觉分析、废液分析以及其组合。根据某些实施方案的方法可包括确定将包括在处理液中的组分。在一些实施方案中，所述组分可从多个候选组分中进行选择。根据一些实施方案，组分可以是以下中的任何一个或多个：添加剂；基液；溶剂；以及以上的组分。更大体而言，其它实施方案不一定涉及多个候选处理液和/或候选组分。事实上，其它实施方案可包括：对一个或多个流体成分的分析，引起每一个流体成分流动通过小型蓄液装置；以及在处理液中后续加入物质；和/或至少部分基于对所述一个或多个流体成分的分析对处理液的组成进行修改。所述物质不一定是或不一定包括在所述分析的流体成分的任何一个或多个中。举例来说，所述物质可以是例如基于其它流体组成的分析识别的表面活性剂、阻蚀剂，和/或另一添加剂或物质。

受益于本公开的本领域技术人员应理解，这些仅仅是至少部分基于对流动通过小型蓄液装置的处理液流的分析确定处理液的组成的方法的实例。可以实践的其它方法也在本公开和本文所阐述的权利要求的范围内。

小型蓄液装置

如上面所讨论，根据一些实施方案的方法可采用“小型蓄液装置”。根据一些实施方案的小型蓄液装置可以是包括孔隙网络的合成薄板或芯片。所述芯片可由任何合适的材料组成。在一些实施方案中，所述芯片可包括硅或基于硅石的衬底，诸如石英；在其它实施方案中，所述芯片可包括基于聚合物的衬底，诸如聚二甲硅氧烷(PDMS)和/或热塑性弹性体(TPE)。在特定实施方案中，可对小型蓄液装置内的孔隙网络的表面进行定制，以具有特定表面化学性质。例如，可能够对小型蓄液装置的表面的可湿性进行细调。举例来说，表面可具有较之空气更喜欢油的可湿性，或者所述表面可偏好水湿润。例如，硅化学处理(诸如硅气相沉积、等离子增强化学气相沉积(PECVD)等)可引起更强的水湿润，而硅烷化学沉积可引起表面上的油湿润性质。在一些实施方案中，结构材料可引起特定的可湿性。举例来说，基于PDMS的装置可具有优先的油湿润性质，而基于硅的装置可偏好水湿润。除此以外或代替地，可通过各种沉积方法对表面电荷进行细调，诸如对表面进行二氧化硅的PECVD可引起负表面电荷，而通过气相沉积对不同化合物(诸如硅烷，例如氨丙基三甲氧基硅烷(3-APTMS))的功能化可引起正表面电荷。

可基于以下两个方法论中的一个对孔隙网络(包括孔隙和连接所述孔隙的喉道)进行蚀刻或以其它方式将其压印至芯片中：(1)所述孔隙网络可能是对从实际岩芯样本扫描到的孔隙网络的近似，在所述情况下小型蓄液装置可被称作“片上蓄液”(“ROC”)装置；或者(2)所述孔隙网络可能是对以计算方式或以其它方式合成设计的孔隙网络的压印，在所述情况下小型蓄液装置可称作“多孔介质模拟”(“PMA”)装置。在一些实施方案中，任一种类型的小型蓄液装置(ROC或PMA)可被配置用于对地下地层内的孔隙网络进行近似(通过复制，或者通过生成具有诸如与地下地层类似的渗透性和/或孔隙度等特征的结构，或者通过其它近似方法)。每一类型的装置在下面更为详细地讨论。

如一些实施方案的方法中所采用的片上蓄液可由用于将岩芯样本的孔隙结构的近似传递到芯片上的任何合适的方法形成。在一些实施方案中，所述近似可将收缩成二维孔隙网络的岩芯样本构成岩芯样本的三维孔隙网络。例如，可根据图1中示出的流程图对ROC进行设计和构建。岩芯栓105可从地层101提取。可在岩芯栓105上实施图像处理的各种方法，以便提取和以视觉方式重新构建所述栓的孔隙网络110的三维模型。例如，可在第一点处以及在所述第一点处扫描(例如，通过聚焦粒子束扫描电镜(“FIB-SEM”))的其截面处对岩芯进行切片；可从岩芯以及从在该点处扫描的第二截面取下第二薄(例如，纳米级或微米级)切片；以及如此迭代，以创建岩芯栓的孔隙网络的一系列截面扫描，所述截面扫描可重组在一起(例如，堆叠)以对岩芯样本的三维孔隙网络进行建模。在另一实例中，可通过微计算机断层扫描术对岩芯进行扫描，以获得内部孔隙网络结构的模型。然后使用以下合适的方法将三维孔隙网络模型110平整为对应的二维孔隙网络模型115：诸如Delauney三角测量或者Gunda等人的Reservoir-on-a-Chip(ROC):A new paradigm in reservoir engineering，Lab on a Chip，2011年11月第3785-3792页(下文中称作“Gunda等人”)以及本文所引用的参考文献中所描述的任何方法。根据所述方法形成的二维孔隙网络模型115的孔隙度、渗透性、孔隙大小和可湿性(连同其它特征一起)可密切近似三维孔隙网络模型110的这些特征。二维孔隙网络模型115然后可用于构建掩模(例如，玻璃掩模)，以用于将二维孔隙网络115的复制品蚀刻至衬底(例如，用于芯片的硅、PDMS或其它衬底)上，由此在芯片125上形成蚀刻的孔隙网络120。用于将流体流动通过蚀刻的孔隙网络120的入口通道和出口通道可能与孔隙网络呈流体连通。可蚀刻或以其它方式将所述通道添加至芯片125，和/或所述通道可耦接至所述芯片上的入口点和出口点。最终，玻璃透明衬底或另一透明衬底可嫁接至芯片，以便允许芯片125上的蚀刻的孔隙网络120的目测，从而形成最终的ROC 125。或者，ROC可由各种其它方法和/或上述方法的变化形式形成，例如Gupta等人和/或其中的引文中所描述的方法。

PMA装置可由类似的方法论构建，不同之处在于，二维孔隙网络模型以合成方式生成，而不是源自于对实际岩芯样本的扫描或其它成像。合成生成可通过任何合适的方法，诸如计算机生成输入参数的孔隙网络，所述输入参数诸如孔隙度、渗透性、孔径大小和可湿性。在一些实施方案中，所述生成可对地下地层进行近似。图2是由显微镜以100x物镜捕获的图像，示出呈现在小型蓄液装置上的计算机生成的孔隙网络的四个实例。所述网络可以是固定结构，诸如在实例201和205中示出的格子，或者所述网络可如实例210和215中所示是随机的。PMA(或ROC)装置可全部或部分由以下方法形成，如Gupta等人所描述的方法，和/或如在Mao和Han的Fabrication and characterization of 20nm planar nanofluidic channels by glass-glass and glass-silicon bonding，Lab on a Chip，2011年5月(8)第837至844页(下文中称作“Mao和Han 2011”)中所描述的方法；和/或如在Wu等人的Single-and Two-phase Flow in Microfluidics Porous Media Analogs based on Voronoi Tessellation，Lab on a Chip，12(2)第253至261页(下文中称作“Wu等人2012”)中所描述的方法。

在一些实施方案中，任一种类型的小型蓄液装置(ROC或PMA)可包括多孔网络，所述多孔网络包括微孔、纳米孔或二者。微孔是具有大体微米级直径(例如，约1μm至约1,000μm)的孔隙、通道和/或喉道结构；纳米孔是具有大体纳米级直径(例如，约1nm至约1,000nm，或约1nm至约400nm，或约1nm至约300nm，或约1nm至约250nm)的孔隙、通道和/或喉道结构。包括与微孔一样小的孔隙的小型蓄液装置(ROC或PMA)可被称作“微流体装置”，并且包括与纳米孔一样小的孔隙的小型蓄液装置可被称作“纳流体装置”。特定实施方案可采用纳流体装置，例如以确定在具有低渗透性和/或孔隙度的地层中使用的处理液的组成，所述地层诸如非常规地层(例如，致密页岩地层)。

根据某些实施方案的小型蓄液装置可包括多个孔隙网络。在所述实施方案中，每一网络可能是分开的(即，装置上的一个孔隙网络可能不与装置上的任何其它孔隙网络流体连通)。在这些实施方案的某些实施方案中，每一孔隙网络可能大致相同。所述装置可允许对大致类似的孔隙网络中的多个不同流体或流体组中的每一个进行并行测试。在其它实施方案中，单个小型蓄液装置中的孔隙网络中的任何两个或两个以上可彼此不同。

使用小型蓄液装置的测试可包括注入一个或多个流体(例如，气体和/或液体)到小型蓄液装置的孔隙网络中。如前面所指出，小型蓄液装置被构造，以使得其可允许对例如通过小型蓄液装置的孔隙网络的注入流体流进行视觉分析。如本文所使用的视觉分析包括对流动通过小型蓄液装置的孔隙网络的至少一部分的流体(和/或与小型蓄液装置中存在流体相关的另一特征)进行分析的任何方法，所述分析方法至少部分基于：直接观察；对一个或多个图像和/或图像数据和/或视频进行观察或分析；以及其组合。视觉分析可包括获得视觉数据，诸如像：直接目测(例如，对一个或多个图像进行观察和/或自动化处理，和/或对小型蓄液装置进行实时观察)，对视觉图像数据进行记录等。可将视觉分析全部或部分自动化(即，全部或部分由实行机器可读指令的信息处理系统执行)。例如，可通过类似显微镜的成像装置获得通过小型蓄液装置的孔隙网络的流体流的视觉数据，特别是在观察到微孔网络和/或纳孔网络的地方。确切地说，诸如显微镜的成像装置可定位靠近小型蓄液装置，以便允许对装置的孔隙网络内的流体流进行目测。目测可以是例如利用经由成像装置的直接观察。也可以或代替地将其全部或部分自动化。例如，成像装置任选地可进一步包括和/或耦接至图像捕获装置，诸如适合于捕获流动通过小型蓄液装置的流体的视觉图像数据的摄像机或其它类似装置(例如，以用于一个或多个图像的后续观察和/或视频的后续播放)。特定实施方案可采用例如配备电控平移台和高速、高分辨率摄像机的显微镜。在一些实施方案中，高速摄像机可允许对流体流的详细分析。

除此以外或代替地，捕获视觉图像数据可包括对当前可观察的图像和/或一个或多个捕获的图像或视频进行图像处理(例如，自动化图像识别)。那么在某些实施方案中，成像装置和/或图像捕获装置可电子耦接至信息处理系统。信息处理系统可包括存储器，所述存储器包括机器可读指令，当所述机器可读指令被实行时引起所述信息处理系统捕获微流体装置(和装置内的任何流体)的一个或多个图像。除此以外或代替地，所述存储器可包括机器可读指令，当所述机器可读指令被实行时引起所述信息处理系统执行小型蓄液装置的图像数据的视觉分析。所述视觉分析的实例可包括例如在任何两个或两个以上图像之间(和/或任何两个或两个以上视频之间)对小型蓄液装置的孔隙网络中的任何一个或多个流体的体积进行比较。举例来说，图像相减可允许两个不同的时间对孔隙网络中的给定流体的相对体积的自动化(至少部分)确定。

另外，为了帮助或以其它方式伴随视觉分析，可将一个或多个染料或其它对比剂添加至将流动通过所述装置的任何一个或多个流体(碳氢化合物或其它)。所述染料或对比剂可增强流动通过所述装置的两个或两个以上流体(和/或两个或两个以上相态)之间的对比度，从而允许更加清楚的视觉分析。举例来说，可同时将食品着色染料添加至流动通过小型蓄液装置的流体作为碳氢化合物流体，以便更好地允许对与碳氢化合物流体和/或小型蓄液装置形成对比的染色流体进行观察。在一些实施方案中，对流动通过所述装置的一个或多个流体进行染色可允许对两个或两个以上流体之间的相互作用进行视觉分析，所述相互作用诸如乳液的形成。

在根据一些实施方案的方法中，与诸如岩芯样本测试的其它测试方法相比，小型蓄液装置可允许测试的最大再现性。举例来说，在一些实施方案中，可制作各自具有相同的孔隙结构的两个或两个以上小型蓄液装置，从而允许并行实施对多个流体成分的测试。在一些实施方案中，使用之后可将小型蓄液装置丢弃(由于例如夹带的流体成分、测试期间装置孔隙损坏等)，以便确保分析数据的最大精确度。因此，多个小型蓄液装置的制作不一定需要对流体组成的并行测试；相反，在一些实施方案的方法中，两个或两个以上连续步骤可简单地需要多个小型蓄液装置。然而在其它实施方案中，小型蓄液装置可重复利用，每次使用后任选地进行清洁(例如，通过氮气注入或其它合适的方法)。

使用小型蓄液装置的测试方法

根据一些示例性实施方案的方法可部分参考图3进行描述。图3是示出根据一些实施方案的在确定处理液的组成的方法中使用的设备的示例性系统300的图示。小型蓄液装置301包括与两个入口(305和306)以及两个出口(315和316)中的每一个流体连通的孔隙网络。每一入口-出口对(305加上315以及306加上316)的管路分别形成第一通道355和第二通道366。成像装置310定位靠近小型蓄液装置301。虽然图3中未示出，但是在一些实施方案中，成像装置310可以可通信地耦接至如前面所讨论的信息处理系统。根据前面关于视觉分析的讨论，成像装置可帮助或允许对流动通过小型蓄液装置301的流体的视觉分析。第一毛细管325和第二毛细管326与每一相应通道355和366流体连通，并且可容纳用于分析的流体(例如，候选处理液、候选添加剂或其它流体)和液态和/或气态碳氢化合物(例如，天然气、原油等)中的任何一个或二者。每一毛细管325和326可进一步包括用于接受额外流体的入口或其它装置(未示出)。驱动气体源370利用第一导管和第二导管(分别是375和376)连接至毛细管325和326中的每一个，每一导管分别包括用于独立地对进入每一毛细管325和326的驱动气体的流进行调节的第一压力调节器385和第二压力调节器386(以及用于切断或促成流量的压力开关383和384)，以便在可控压力下将每一毛细管中的每一流体驱动至通道355和366中。第一压力计395和第二压力计396可允许对驱动压力进行监控。

第一毛细管325可装有液态碳氢化合物，并且第二毛细管326可装有候选添加剂，诸如表面活性剂。在一些实施方案中，液态碳氢化合物可为原油、天然气、其它液态碳氢化合物及其组合。液态碳氢化合物可来源于特定的相关地下地层(例如，多个候选添加剂中的一个被研究使用的地下地层)。可对第一压力调节器385进行设置，以允许压缩气体(例如，压缩氮气)从气体源370流动通过第一导管375并且进入第一毛细管325，从而经由第一入口305将液态碳氢化合物挤压到第一通道355中，挤压到小型蓄液装置301中并且转而通过第一出口315。如所指出，在一些实施方案中，可对小型蓄液装置内的孔隙网络的表面进行制作，以使得所述表面具有较之空气更喜欢油的可湿性。因此，液态碳氢化合物可经由第一通道355渗入孔隙网络，而不是仅传递通过通道355以及经由第一出口315传出。在根据一些实施方案的方法中，可允许液态碳氢化合物达到连续流和/或稳定状态流，于是第二压力调节器386允许气体流入第二导管376中，以便经由第二入口306将候选添加剂从第二毛细管326挤压通过第二通道366进入小型蓄液装置301中，并且经由第二出口316离开所述装置。在装置301优选地为油湿润的实施方案中，候选流体的低初始驱动压力可引起候选流体流动通过第二通道366并且流出第二出口316，不穿透小型蓄液装置的孔隙网络(即，不在穿过孔隙网络中的至少一些的路径中流动，以便抵达相对的通道，也就是此处的第一通道365)。在某些其它实施方案中，另一方面，小型蓄液装置可代替地偏好由水相进行湿润，且所述候选流体可为水相，因而允许候选流体更为容易地穿透(但是使得注入的油更加难以穿透)。受益于本公开的本领域技术人员将识别出特定应用何时需要小型蓄液装置的孔隙网络表面的优选油湿润或水湿润(例如基于地层的性质或当前正在研究的其它孔隙网络)。可根据任何合适的方法对诸如偏好可湿性等表面性质进行设计并将其内置到小型蓄液装置中，所述合适的方法包括本文前面所讨论的方法。除此以外，在一些实施方案中，可将出口315和316中的任何一个或二者关闭，以便以所需的方式引导任何一个流体的流动(例如，可将第二出口316关闭，以帮助引导候选流体从第二通道366通过小型蓄液装置301的孔隙网络并且从第一出口315流出)。

所述示例性方法的其余部分将根据小型蓄液装置301偏好油湿润的实施方案进行描述，并且将进一步根据候选流体为水相流体的实施方案进行描述。因此，候选流体的初始驱动压力可能不会引起穿透。一些实施方案的方法可因此包括对注入小型蓄液装置中的流体的驱动压力进行改变。举例来说，该示例性实施方案中的候选流体的驱动压力可向上变化(例如，直至发生穿透)。然后可任选地对所述压力进行进一步改变。举例来说，所述压力可被进一步增加，以便实现所需的效果和/或获得所需的观察。确切地说，驱动压力可增加，以便实现对嵌在小型蓄液装置的孔隙网络中的碳氢化合物相态的更为完全(或大致完全)的驱替。驱动压力可增加，以便实现候选流体对孔隙网络内的孔隙和/或喉道的完全渗透或近乎完全渗透。

在上面所讨论的流程(在该示例性实施方案中是碳氢化合物和/或候选流体的流程)的任何一个或多个点期间，成像装置310可允许对流动通过小型蓄液装置的流体的即时图像的观察。其还可以或代替地捕获流的一个或多个图像和/或视频，并且可进一步引起一个或多个图像和/或视频中的任何一个被记录(例如，存储在所耦接的信息处理系统(图3中未示出)中的机器可读媒体上)。所述图像和/或视频(即时的或后续查看的)的视觉分析可提供对各种参数的洞察，所述参数诸如穿透压力、碳氢化合物驱替、传递通过小型蓄液装置的孔隙网络的任何一个或多个流体的流动特征等。在某些实施方案中，如前面所指出，可将所述分析全部或部分自动化。举例来说，图像处理软件或类似装置可存储在信息处理系统的机器可读媒体上，并且可能够例如对任何一个或多个给定的时间的每一个上小型蓄液装置的孔隙网络内所夹带的碳氢化合物或其它流体的体积进行确定。多个图像之间的比较可允许例如图像相减，所述图像相减用于确定任何一个或多个流体与时间相比的体积差。

另外，可以类似的方式对多个流体中的每一个进行跟踪和/或分析。举例来说，回到使用诸如图3中所示出的设备的示例性实施方案，可在相同方法内的不同步骤期间注入两个或两个以上候选流体中的每一个。即，可注入第一候选流体(例如，通过第二毛细管326注入第二通道366中，以及从所述第二通道366注入小型蓄液装置301中，以及经由第一出口315和第二出口316中的任何一个或二者流出)，可将所述第一候选流体的注入停止，此后可以类似的方式注入第二候选流体，其后任选地注入第三候选流体等。其它实施方案可涉及将每一候选流体注入多个小型蓄液装置的每一个中(以并行步骤注入或相继注入或部分重叠地注入)。类似地，其它实施方案可涉及将每一候选流体注入单个小型蓄液装置中的多个孔隙网络的每一个中。那么在涉及并行方法论的所述实施方案中，可将交叉污染(例如，先前注入留下的候选流体)的可能性降至最低，从而允许仅仅基于当前注入的候选流体进行更好的控制和更准确的分析。

将进一步了解的是，可使用根据一些实施方案的各种设置。举例来说，图4展示包括用于将候选流体和/或流体碳氢化合物注入小型蓄液装置301中的注射泵401的另一示例性设置，所述示例性设置可设置在显微镜410的电控平移台405上。废液可收集在任何合适的容器415中。当然，可对图3和图4的任何一个或多个要素进行组合以得到用于实施本文所描述的方法的更多示例性配置(例如，显微镜和电控平移台组件可用作成像装置310；和/或具有压力开关和/或压力调节器的气源可在图4的组件400中的注射泵401的位置中使用)。另外，本文中所使用的这些示例性组件300和400仅用以展示适合用于执行本文所描述的方法的组件的实例。受益于本公开的本领域技术人员将容易识别可与本公开的方法一起使用的任何变化形式或其它组件。

另外，如所指出，在一些实施方案中，驱动压力可随时间变化。确切地说，注入期间的驱动压力(如在小型蓄液装置的入口处或入口前方测量)可从约1psig至约5,000psig变化。在特定实施方案中，其范围可为约1psig至约100psig，并且在其它实施方案中，其范围可为约1至约50psig。在某些其它实施方案中，驱动压力可从约1至约60psig变化；从约1至约40psig变化；从约1至约20psig变化。在某些实施方案中，压力可随时间增加，以使得注入以初始驱动压力P₁开始，并且其后变化成更高的驱动压力P₂。在一些实施方案中，根据各种实施方案的初始驱动压力(碳氢化合物、候选流体和/或被注入小型蓄液装置中的任何流体)的范围可为约1psig至约5,000psig。在某些实施方案中，初始驱动压力可大约是1与100psig之间的任何整数值。因此，例如，根据所述实施方案的初始驱动压力可为以下中的任何一个：约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50等等直到100psig。在一些实施方案中，在初始驱动压力之后达到的第二、第三、第四、第五或更多的注入驱动压力中的每一个可高于初始驱动压力，并且可以是在1与100psig之间的任何整数值。在某些实施方案中，每一相继驱动压力可高于前一驱动压力。然而，在某些其它实施方案中，相继驱动压力可较低，并且在一些实施方案中，任何一个或多个连续驱动压力可低于初始驱动压力。

分析

可在一个或多个注入(任何组件中的注入)之后进行分析，并且可至少部分基于所述分析从候选流体(例如，在相关地下地层中使用)的群组中选择处理液、添加剂或其它流体。分析可包括视觉分析(如上所述)，和/或其可包括对来自过程的一个或多个废液的分析(例如，在所述过程的至少一部分期间，对被驱逐通过第一出口315和/或第二出口316的一个或多个流体的至少一部分进行分析)。

可参考图5对根据一些实施方案的视觉分析的实例进行描述。图5是以20x物镜取得的一组示例性显微图像，每一图像示出通过三个相同小型蓄液装置上的三个相同孔隙网络中的每一个的不同候选处理液的分布。在将每一单独候选处理液注入每一相应的小型蓄液装置中期间，这些图像由诸如成像装置310的成像装置捕获。候选处理液以黑色示出。图像易于帮助进行视觉分析，通过直接观察或通过全部或部分自动化。举例来说，示例性图像502示出与第一候选处理液(图像501)或第三候选处理液(图像503)相比，第二候选处理液至孔隙网络的更为深入的渗透(由网络内的更多数量的孔隙和通道展示出，所述孔隙和通道中设置有被示出为黑色的处理液)。

可参考图6对根据一些实施方案的视觉分析的另一实例进行描述。图6是在至同一小型蓄液装置的一组相同注入期间的不同时间以20x物镜取得的一系列显微图像。首先，以充分的驱动压力将准备流体(preliminary fluid)(诸如盐水或其它水相流体)注入小型蓄液装置中，以使得所述准备流体使小型蓄液装置的孔隙网络的很大一部分饱和，并获取所述饱和的图像601。通过所述盐水使孔隙网络部分饱和由图像601中的暗色孔隙和通道示出。然后将油注入小型蓄液装置，并取得第二图像602。第二图像602中的暗点示出一些残余的夹带盐水。然后，将候选处理液(在该实例中为表面活性剂)注入小型蓄液装置中，并获得第三图像603。第三图像603的暗色区域示出表面活性剂使孔隙网络饱和的位置。如前面所指出，为了帮助进行视觉分析，在一些实施方案中，在至小型蓄液装置的注入期间，候选流体可混合或可包括染料、对比剂等。所述染料、对比剂等可帮助对任何一个或多个图像中的流体的识别(如由图像601至603中的实例所示，其中所述流体相对于图像的其余部分以更深的黑色示出)。

根据这些图像，图像601中示出的准备流体(例如，盐水)体积可用于确定孔隙网络的初始水饱和度S_iw；图像602中的剩余盐水体积可用于确定束缚水饱和度S_wt；并且图像603中示出的候选处理液的体积可用于确定处理液饱和度S_f。在一些实施方案中，可通过图像处理来确定这些值，诸如通过存储在位于信息处理系统中或耦接至所述信息处理系统的机器可读媒体上的软件程序，当所述软件程序被实行时能够识别每一图像的黑色(流体饱和)区域，和/或基于这些区域计算相对饱和度。例如，可例如使用公众可获得的软件ImageJ(可从国立卫生研究院获得的公共域图像处理程序)(具有或不具有被适应用于捕获、记录和/或处理显微图像或其它图像的用户修改)。代替地或除此以外，可使用可从MathWorks,Inc.获得的程序中的代码。在处理确定S_iw、S_wt和S_f中的每一个后，可如下计算油采收率(RF)：

RF＝(S_f-S_wt)/(S_iw-S_wt) (方程式1)

在根据一些实施方案的方法中，可跳过初始准备流体饱和度步骤，并且可在油或其它碳氢化合物注入(对应于第二图像602)之后代替地使用图像的视觉分析来确定油或其它碳氢化合物饱和度S_o。在某些实施方案中，如前面所指出，染料或对比剂可与注入的油或其它碳氢化合物混合以帮助视觉识别。在所述实施方案中，仍然可如下计算RF：

RF＝S_f/S_o (方程式2)

这些仅仅是确定RF的实例；可采用根据本公开的一些实施方案的其它方法。

在更多的示例性实施方案中，分析还可能包括或代替地包括视觉分析，以识别所需的性质。例如，如果希望对候选表面活性剂进行测试以确定哪一种(如果有)将会使多孔网络中的油乳化，那么可从以上流程获得一个或多个图像，并对所述图像进行观察以确定乳化是否发生。举例来说，图7是以50x物镜获得的可对纳米孔705中的乳化油滴701进行观察的光学显微照片，示出在图7中观察到的表面活性剂确实将纳米级孔隙结构中的油乳化。因此，如果对候选处理液的要求是其能够将纳米级孔隙中的油乳化，那么图7的分析可引起对在图7中成像的候选流体进行使用的决定。在沿类似轨迹的更多实例中，一些实施方案中的视觉分析可包括将两个或两个以上流体中的每一个的乳化趋势进行比较。例如，可对每一流体对碳氢化合物进行乳化的趋势进行评估和/或比较。乳化趋势估计可包括对流体是否能够形成乳液(例如，其是否能够将油乳化，或者换句话说是否能够形成水包油乳液)的估计。其还可能包括或代替地包括对相分离速率和/或乳液液滴粒度和液滴粒度分布的量化。所述量化可至少部分基于在将一个或多个流体流动通过小型蓄液装置期间获得的视觉数据。包括所述乳化趋势分析的方法可进一步包括当小型蓄液装置中包含一个或多个流体时晃动或以其它方式对小型蓄液装置进行搅动，以便允许对乳化趋势的观察。

另外，如前面所讨论，分析的另一实例可包括废液分析。废液分析可包括例如对来自小型蓄液装置的废液的组成和/或一个或多个其它性质(密度、粘度、pH等)的表征。在一些实施方案中，可对测试和选择步骤进行定制，以获得特定废液。例如，废液可包括一部分候选流体和注入所述候选流体期间由所述候选流体驱替的一部分碳氢化合物。另一方面，在其它实例中，废液可包括流动通过小型蓄液装置的全部碳氢化合物和候选流体。可通过诸如UV、IR、NMR、色谱分析法等任何合适的化学分析技术和/或任何其它化学分析技术对废液进行分析。

在一些实施方案中，分析(视觉分析、废液分析或其它分析)可包括将两个或两个以上候选流体中的每一个的相对特征进行比较。举例来说，可根据以上描述实施分析和/或计算，并且根据所述分析，可对例如两个或两个以上候选流体之间的相对油采收率、相对效率、相对乳化和/或其它相对特征进行比较。确切地说，例如对两个或两个以上流体中的每一个的相对特征进行比较可包括对以下流体进行确定：产生最高油采收率的流体，和/或产生孔隙网络的最大观察饱和度的流体，和/或在孔隙网络表面产生最少腐蚀的流体，和/或在孔隙网络中形成最少沉淀物或其它固体颗粒的流体。

组成的确定

以上方法论和分析是可用于确定流体(例如，处理液)组成的方法的一些实例。举例来说，在一些实施方案中，其可用于确定将包括在处理液中的添加剂的组成，或者确定添加剂的身份。

在一些实施方案中，所述确定方法可包括从多个候选处理液中选择处理液，所述选择至少部分基于分析(例如，对流特征的分析，和/或对注入一个或多个小型蓄液装置中的候选处理液的一个或多个的废液特征的分析)。所选择的处理液可在例如地下地层(诸如地下地层中的碳氢化合物开采过程)中使用。同样地，在一些实施方案中，确定的方法可包括从多个候选添加剂中选择添加剂，所述选择的添加剂被并入处理液或其它流体中(例如，在地下地层中的碳氢化合物开采或其它操作中使用)。

在其它实施方案中，所述确定方法可包括至少部分基于对被注入通过小型蓄液装置的一个或多个流体的分析确定处理液的组成。

在其它实施方案中，确定方法可包括至少部分基于对注入一个或多个小型蓄液装置中的一种或多种处理液(或一种或多种添加剂)的分析确定不使用处理液或添加剂。

处理液

多个候选流体中的每一个可包括不同类型和/或不同组成的候选流体。例如，第一候选添加剂可以是弱乳化表面活性剂，第二候选添加剂可以是非乳化表面活性剂，且第三候选添加剂可以是强乳化表面活性剂。弱乳化表面活性剂可包括能够形成相对暂时的或短暂的酸包油、水包油或其它水相包油乳液的任何表面活性剂。在一些实施方案中，合适的弱乳化表面活性剂的特征可在于其形成一个或多个水相包油乳液的能力，所述乳液当承受剪切力时断裂和重组。因此，在一些实施方案中，在地层中选择包括弱乳化表面活性剂的处理液可引起乳液在遭受地层中的剪切流时分裂和重组。

在更多的实施方案中，可在多个表面活性剂之间进行选择，以便例如对最好地展示所需的性质的表面活性剂进行选择，诸如从候选表面活性剂中选择大部分弱乳化的表面活性剂，或者诸如选择最少乳化(即，大部分“非乳化”)的表面活性剂。在一些实施方案中，视觉分析可帮助识别弱乳化或非乳化表面活性剂。举例来说，可对在给定时间段上取得的多个图像进行分析，以确定水相包油乳液的形成和分裂是否发生，如可与弱乳化表面活性剂相一致。另一方面，在其它实施方案中，可对图像进行分析以确定不存在乳液，以便选择非乳化表面活性剂。所选择的表面活性剂可包括在处理液中。例如，在一些实施方案中，其可包括在压裂液中。类似地，根据一些实施方案的方法可包括从候选压裂液中选择压裂液，每一候选压裂液包括不同的表面活性剂。

在根据一些实施方案的另一实例中，第一候选处理液可包括弱乳化表面活性剂；第二候选处理液可包括非乳化表面活性剂；第三候选处理液可包括强乳化表面活性剂；并且第四候选处理液可大致不包括表面活性剂。可根据本文所描述的实施方案将四个候选处理液中的每一个注入小型蓄液装置中并对其进行分析。分析可包括例如对油采收率进行计算，并且可选择产生最高油采收率的候选表面活性剂在地下地层中使用。

在另一示例性实施方案中，两个或两个以上候选处理液和/或候选添加剂中的每一个可各自包括弱乳化表面活性剂。可对每一候选流体进行注入和分析，以便对例如乳化趋势进行评估。在一些情况下，相同的候选流体可在不同的地下地层中展示出不同的性质；因此，可在多个测试的每一个中对一组相同的候选流体进行测试，每一测试包括使用不同的小型蓄液装置(例如，每一装置可具有不同的构造、表面化学性质等，以便反映不同的地下地层中的差异，如本文其它地方所讨论)。

可根据其它实施方案对其它候选流体进行评估和/或选择。例如，在某些实施方案中，候选流体(例如，候选处理液和/或候选添加剂)可各自包括选自由以下组成的组的物质：酸；阻垢剂；阻蚀剂；减阻剂；用于气体注入的气体；水合物抑制剂；防蜡剂；起泡剂；稠化剂；破乳剂；灭微生物剂；以及其组合。

另外，术语“候选添加剂”、“候选处理液”、“候选流体”等不一定意在暗示任何特定程度或者甚至是考虑将所述添加剂或处理液用于任何特定目的。事实上，所述术语仅意在帮助在一组测试的流体与从所述一组测试的流体和/或从所述组的子集中实际选择的流体之间进行区别(在从群组进行选择适用的实施方案中)。类似地，在一些实施方案中，选择的流体不一定来自那些被测试的群组；事实上，对候选处理液和/或添加剂的分析可引起不使用所述流体和/或添加剂的决定。同样地，所述分析可引起完全使用另一流体或添加剂的决定。候选流体等可替代地被简单描述成第二流体、第三流体、第四流体等，以便将其从可同时、事先和/或随后被注入正在、已经或将被注入候选流体的小型蓄液装置中的碳氢化合物流体区别开。

尽管如此，对根据一些实施方案的多个候选流体(和/或处理液、添加剂等)的参考可识别被测试的或考虑引入到地下地层中的一组流体；和/或所述参考可识别可适合于引入到地下地层中的一组流体。在特定实施方案中，所述一组合适的流体可以是那些适合于特定目的的流体(例如，一组合适的表面活性剂、破乳剂、防蜡剂、水合物抑制剂、稠化剂、减阻剂、阻蚀剂、阻垢剂、酸、灭微生物剂、起泡剂等)。

上面所描述的示例性方法和分析包括仅根据本公开的一些实施方案的方法论的特定和具体实例。根据各种实施方案的其它系统和方法是可能的，并且一些实施方案可包括更多的一般方法，所述方法不一定受到特定注入方式或特定分析等的限制。

例如，可通过任何合适的方式将液态碳氢化合物注入小型蓄液装置的孔隙网络中，诸如通过合适的高驱动压力和出口位置，以使得液态碳氢化合物必须传递通过孔隙网络以抵达出口。因此，不一定将小型蓄液装置构建成较之空气偏好被碳氢化合物湿润。除此以外，液态碳氢化合物的驱动压力不必保持不变；其可能会在所述方法期间变化。另外，在液态碳氢化合物大致将孔隙网络的通道湿润后可将一个或多个出口关闭(如果存在一个以上出口)，和/或可中断至液态碳氢化合物的驱动力(例如，可将驱动气体调节器关闭)，从而在小型蓄液装置的孔隙网络中产生内嵌碳氢化合物。或者，可在切断液态碳氢化合物的驱动力的同时留下一个打开的出口，从而允许孔隙网络内的液态碳氢化合物的至少一部分(而不一定是全部)保持在孔隙网络中。因此一般来说，在一些实施方案中，将液态碳氢化合物注入小型蓄液装置的孔隙网络中可包括：(1)稳态和/或连续流注入，或(2)分批注入。在一些实施方案中，相同的方法论可同等地适用于任何其它注入流体(例如，候选添加剂、候选处理液或注入小型蓄液装置中的其它物质)，以使得注入任何流体到小型蓄液装置的孔隙网络中可同样地包括稳态和/或连续流注入或分批注入。另外，如所描述，分批注入可与出口的关闭相耦接。受益于本公开的本领域技术人员将识别出各种注入类型中的任何一个或多个可合适的情况。

将进一步显而易见的是，这些明显的注入子类型可引起根据更多实施方案的更多方法论，诸如液态碳氢化合物和其它流体至小型蓄液装置的孔隙网络中的离散注入。即，一些实施方案的方法可包括：将液态碳氢化合物注入孔隙网络中；停止液态碳氢化合物的注入；并且之后将候选处理液(和/或候选添加剂或其它流体)注入孔隙网络中。另一方面，其它实施方案的方法可类似于上面参考图3的详细描述，包括液态碳氢化合物和候选流体的至少部分同时注入。即，在至少一些时间段期间，液态碳氢化合物和候选流体二者可大致同时注入小型蓄液装置中(虽然将了解的是，所述注入可能具有或可能不具有同等的驱动压力和/或同等的流率)。

因此，受益于本公开的本领域技术人员将明白，可根据各种实施方案的方法对许多不同的碳氢化合物开采过程(连同其它流程一起)进行模拟。例如，根据上面结合图3所讨论的方法的实施方案，且尤其是涉及两个或两个以上流体的至少部分同时注入的那些实施方案，可提供对共同碳开采过程的模拟的实例(例如，诸如注水的过程，其中处理液和碳氢化合物在相同方向上流动，如可在例如包括生产井和注入井的两个井设置中出现)。根据其它实施方案的其它方法可对反碳生产方法进行模拟，诸如可在液压和/或酸压裂过程(例如，处理液从井筒流到地下地层中的处理液，并且碳氢化合物从地下地层流出至同一井筒中，大体上是与关于处理液的流动方向的逆流)中见到。举例来说，涉及在将碳氢化合物嵌入小型蓄液装置中之后注入一个或多个其它流体的方法可用于对诸如液压压裂的反碳过程进行模拟。

另外，如已经指出，可由根据本公开的各种实施方案的方法对各种流体进行评估。举例来说，可对用于处理液的多个候选处理液和/或候选添加剂中的每一个进行评估。确切地说，候选添加剂可以是或可包括以下中的任何一个或多个(和/或候选处理液可包括以下中的任何一个或多个)：表面活性剂、阻蚀剂、阻垢剂、用于气体注入的气体、水合物抑制剂、防蜡剂、起泡剂、减阻剂、稠化剂、灭微生物剂、破乳剂以及其组合。

为了促成对本公开的更好理解，下面讨论根据各种实施方案的额外示例性方法。一般而言，除了下面另外指出，否则对以下方法的各种特定方面的先前描述(诸如潜在候选流体的范围、分析类型、关于注入的各种方法论等)同等地适用于下面讨论的实施方案。例如，下面讨论的方法对注入等的参考可包括与上面所讨论的将液态碳氢化合物和其它流体注入小型蓄液装置的多孔网络中相一致的任何注入方法。

根据一些示例性实施方案的方法可包括：将碳氢化合物流体的第一部分注入小型蓄液装置的孔隙网络中；将第二流体注入孔隙网络中；对通过小型蓄液装置的孔隙网络的第二流体流进行分析；以及至少部分基于对第二流体流的分析确定在地下地层中使用的处理液的组成。在一些实施方案中，所述方法可进一步包括将第二碳氢化合物流体注入第二小型蓄液装置的孔隙网络中；将第四流体注入第二小型蓄液装置的孔隙网络中；以及对通过第二小型蓄液装置的孔隙网络的第四流体流进行分析。确定所述实施方案中的处理液的组成可进一步至少部分基于对第四流体流的分析。在某些实施方案中，第二流体或第四流体中的任何一个可独立地选自由以下组成的组：候选处理液、候选添加剂及其组合。就这些实施方案而言，确定处理液的组成可包括选择第二流体或第三流体用作处理液或用于包括在处理液中。其它实施方案可类似地涉及将第三碳氢化合物流体注入第三小型蓄液装置的孔隙网络中，以及将第六流体注入第三小型蓄液装置的孔隙网络中等等，其中包含对每一注入的第二、第四、第六等流体的分析(并且在一些实施方案中，包括对第二、第四、第六等流体的相对特征进行比较)。

第1实施方案可包括一种方法，所述方法包括：将第一候选流体注入第一小型蓄液装置的孔隙网络中；将第二候选流体注入第二小型蓄液装置的孔隙网络中；获得通过第一小型蓄液装置的第一候选流体流的第一视觉数据；获得通过第二小型蓄液装置的第二候选流体流的第二视觉数据；以及至少部分基于所述第一视觉数据和所述第二视觉数据的视觉分析选择用于引入地下地层中的流体。

第2实施方案可包括根据第一实施方案的方法，其中所述第一候选流体和所述第二候选流体来自多个候选流体；所述多个候选流体中的每一个包括选自由以下组成的组的物质：处理液、添加剂和其任意组合；并且用于引入地下地层中的流体从多个候选流体中进行选择。

第3实施方案可包括根据第1和第2实施方案中的任何一个的方法，所述方法进一步包括：将第一碳氢化合物流体注入第一小型蓄液装置的孔隙网络中；以及将第二碳氢化合物流体注入第二小型蓄液装置的孔隙网络中。

第4实施方案可包括根据第3实施方案的方法，其中在注入第一候选流体之前注入第一碳氢化合物流体；并且另外其中，在注入第二候选流体之前注入第二碳氢化合物流体。

第5实施方案可包括根据第4实施方案的方法，其中分批注入第一碳氢化合物流体和第二碳氢化合物流体中的每一个；其中在注入第一候选流体之前大致完成第一碳氢化合物流体的注入；并且其中，在注入第二候选流体之前大致完成第二碳氢化合物流体的注入。

第6实施方案可包括根据第3至第5实施方案中的任何一个的方法，其中至少部分与第一碳氢化合物流体同时注入第一候选流体；并且另外其中，至少部分与第二碳氢化合物流体同时注入第二候选流体。

第7实施方案可包括根据第3至第6实施方案中的任何一个的方法，其中以连续流方式注入第一碳氢化合物流体和第二碳氢化合物流体中的每一个。

第8实施方案可包括根据前述实施方案中的任何一个的方法，其中在大致相同的时间注入第一候选流体和第二候选流体中的每一个。

第9实施方案可包括根据前述实施方案中的任何一个的方法，其中在以大约同等的驱动压力将第一候选流体和第二候选流体中的每一个注入小型蓄液装置的同时获得第一视觉数据和第二视觉数据中的每一个。

第10实施方案可包括根据前述实施方案中的任何一个的方法，其中第一小型蓄液装置的孔隙网络包括纳米孔；并且另外其中，第二小型蓄液装置的孔隙网络包括纳米孔。

第11实施方案可包括根据第3至第7实施方案中的任何一个的方法，其中第一碳氢化合物流体和第二碳氢化合物流体中的每一个具有大致类似的组成。

第12实施方案可包括根据第3至第7和第11实施方案中的任何一个的方法，其中第一碳氢化合物流体和第二碳氢化合物流体中的每一个具有大致类似的组成。

第13实施方案可包括根据前述实施方案中的任何一个的方法，其中每一候选流体包括表面活性剂。

第14实施方案可包括根据前述实施方案中的任何一个的方法，其进一步包括在压裂液中将选择的流体引入地下地层中。

第15实施方案可包括根据第13和第14实施方案中的任何一个的方法，其中选择用于引入地下地层中的流体包括对包括弱乳化表面活性剂的候选流体进行选择。

第16实施方案可包括根据前述实施方案中的任何一个的方法，其中第一视觉数据和第二视觉数据的视觉分析包括对乳化趋势进行估计。

第17实施方案可包括根据第16实施方案的方法，所述方法进一步包括：当第一小型蓄液装置中包含一个或多个流体时搅动第一小型蓄液装置；以及当所述第二小型蓄液装置中包含一个或多个流体时搅动所述第二小型蓄液装置。

第18实施方案可包括一种方法，所述方法包括：将碳氢化合物流体注入小型蓄液装置的孔隙网络中；将第二流体注入孔隙网络中；确定注入孔隙网络中的碳氢化合物流体的饱和度；确定注入孔隙网络中的第二流体的饱和度；以及至少部分基于对碳氢化合物流体和第二流体中的每一个的饱和度的确定，确定与第二流体相关联的油采收率。

第19实施方案可包括根据第18实施方案的方法，所述方法进一步包括将准备流体注入孔隙网络中以及确定注入孔隙网络中的准备流体的饱和度；其中对与第二流体相关联的油采收率的确定进一步至少部分基于对准备流体的饱和度的确定。

第20实施方案可包括根据第18和第19实施方案中的任何一个的方法，所述方法进一步包括：将碳氢化合物流体的额外部分注入第二小型蓄液装置的孔隙网络中；将第三流体注入第二小型蓄液装置的孔隙网络中；确定注入第二小型蓄液装置的孔隙网络中的碳氢化合物流体的额外部分的饱和度；确定注入第二小型蓄液装置的孔隙网络中的第三流体的饱和度；以及至少部分基于碳氢化合物流体的额外部分和第三流体中的每一个的饱和度的确定，确定第二油采收率，所述第二油采收率与第三流体相关联。

第21实施方案可包括根据第20实施方案的方法，其中第二流体和第三流体中的每一个是来自多个候选处理液的候选处理液。

第22实施方案可包括根据第21实施方案的方法，所述方法进一步包括：至少部分基于对油采收率和第二油采收率的确定，从多个候选处理液中选择在地下地层中使用的处理液。

第23实施方案可包括根据第22实施方案的方法，其中选择的处理液包括弱乳化表面活性剂。

第24实施方案可包括一种方法，所述方法包括：将碳氢化合物流体注入多个小型蓄液装置中的每一个中，每一小型蓄液装置包括孔隙网络；将多个候选流体中的每一个注入多个小型蓄液装置的相应一个中；观察每一相应小型蓄液装置中的多个候选流体中的每一个的相对特征；以及至少部分基于观察的相对特征，从多个候选流体中选择在地下地层中使用的候选流体。

第25实施方案可包括根据第24实施方案的方法，其中每一候选流体包括选自由以下组成的组的物质：表面活性剂；阻蚀剂；阻垢剂；用于气体注入的气体；减阻剂；起泡剂；水合物抑制剂；防蜡剂；灭微生物剂；稠化剂；破乳剂；以及其组合。

第26实施方案可包括一种方法，所述方法包括：将第一候选流体注入小型蓄液装置的第一孔隙网络中；将第二候选流体注入小型蓄液装置的第二孔隙网络中；获得通过第一孔隙网络的第一候选流体流的第一视觉数据；获得通过第二孔隙网络的第二候选流体流的第二视觉数据；以及至少部分基于所述第一视觉数据和所述第二视觉数据的视觉分析选择用于引入地下地层中的流体。

第27实施方案可包括根据第26实施方案的方法，所述方法进一步包括：将第一碳氢化合物流体注入第一孔隙网络中；以及将第二碳氢化合物流体注入第二孔隙网络中。

第28实施方案可包括根据第27实施方案的方法，其中在注入第一候选流体之前注入第一碳氢化合物流体；并且另外其中，在注入第二候选流体之前注入第二碳氢化合物流体。

第29实施方案可包括根据第27和第28实施方案中的任何一个的方法，其中第一碳氢化合物流体和第二碳氢化合物流体中的每一个来源于相同的地下地层。

第30实施方案可包括根据第26至第29实施方案中的任何一个的方法，其中每一候选流体包括表面活性剂。

第31实施方案可包括根据第30实施方案的方法，其中从多个候选流体选择用于引入地下地层中的流体。

第32实施方案可包括根据第26至第31实施方案中的任何一个的方法，其中在大致相同的时间注入第一候选流体和第二候选流体。

第33实施方案可包括根据第1至第17实施方案中的任何一个的方法，其中对第一小型蓄液装置的孔隙网络和第二小型蓄液装置的孔隙网络中的每一个进行配置，以近似地下地层内的孔隙网络。

第34实施方案可包括根据第18至第23实施方案中的任何一个的方法，其中对小型蓄液装置的孔隙网络进行配置，以近似地下地层内的孔隙网络。

第35实施方案可包括根据第24至第25实施方案中的任何一个的方法，其中对每一小型蓄液装置的每一孔隙网络进行配置，以近似地下地层内的孔隙网络。

第36实施方案可包括根据第26至第32实施方案中的任何一个的方法，其中对第一孔隙网络和第二孔隙网络中的每一个进行配置，以近似地下地层内的孔隙网络。

第37实施方案可包括根据第1、第3至第17、第24至第33和第35至第36实施方案中的任何一个的方法，其中每一候选流体来自多个候选流体。

为了促进对本公开的更好理解，呈现根据一些示例性实施方案的以下实例。所述实例不应被理解成将本发明的范围限制为仅下面提供的实例。

实例

在该实例中，将两种不同类型的候选表面活性剂进行相互比较以及与不包括表面活性剂的对照流体(此处为4％KCl溶液)进行比较。基于流动通过基于硅石的纳流体多孔介质模拟(PMA)装置对相对油采收能力进行分析。

A.设置

从鹰滩页岩地层(位于德克萨斯州)获得的原油具有41.8的API数。油组成分析显示其具有0.01的总酸值和1.97的总碱值，表明其包含较多的碱性化合物，所述碱性化合物的性质是其通常带有正电荷。实验期间使用具有显著不同的化学性质的两种表面活性剂。一种是通常不会与油生成乳液的领域标准非乳化表面活性剂；另一种是通常会生成暂时的水包油(水外部)乳液的弱乳化表面活性剂。两种表面活性剂均在具有2000ppm或大约2gal/1,000gal浓度的4％KCl中制备。

纳流体PMA装置根据由Mao和Han 2011所描述的方法制作。图8是在该实例中使用的纳流体芯片的一系列4个电子显微照片。多孔网络具有约400x 600μm²的面积。图像801给出装置的概观；图像802示出随机多孔网络的俯视图；图像803示出随机多孔网络的30°倾斜视图；且图像804示出孔隙结构的一部分的高度放大视图。

孔隙结构界定在两侧上具有低应力氮化硅(～100nm)的双面抛光<100>硅片(厚度＝250μm)上。首先，使用基于由Wu等人2012所描述的Voronoi随机模型方法的深反应离子蚀刻对由具有400×600μm²的面积和3μm的通道宽度的纳米通道组成的随机多孔网络进行定义。纳米通道深度为大约300nm，其被定义成孔隙喉道大小，且估计的孔隙度为20％。接着，将具有10μm宽度的两个微通道定义在随机多孔网络的两侧上。最后，执行穿过硅片的背面深反应离子蚀刻，以在微通道的四个末端处生成入口孔和出口孔。然后将制作的装置阳极结合至薄Pyrex盖玻片(Pyrex 7740，40×20×0.25mm)并使用硅烷化学进行处理，产生油湿润均匀性。为了防止表面污染，使用去离子(DI)水和甲醇对整个装置进行冲洗，并且然后在使用前使用氮气进行干燥。

使用与图3中所描述的设置类似的设置。经由压力调节器将氮源连接至两个毛细管。毛细管充当该实例中所使用的各种流体(油，4％KCl溶液，2000ppm弱乳化表面活性剂溶液和2000ppm非乳化表面活性剂溶液)的容器。毛细管经由具有150μm的内直径和360μm的外直径的管路连接至纳流体装置。各步骤在环境温度下执行。每次使用后对装置进行清洁。

B.方法

使用0.22μm尼龙过滤器对原油进行预过滤，然后以10psi的压力将其注入，以填充微通道和微通道之间的纳通道。通道表面具有较之空气更喜欢油的可湿性。因此，该过程并未在纳流体装置中留下被困的空气。

通过在微通道(油微通道)的入口与出口之间维持10psi的压差建立通过两个微通道中的一个的恒定原油流量。使用连接至氮气瓶的精确压力调节器对入口压力进行调节，所述氮气瓶由数字压力计进行监控。出口对大气开放。该流在纳通道与油微通道接合处建立5psig的压力，因为该接合处定位在油微通道的入口与出口之间。对三个装置中的每一个重复该设置和该流。

以10psig的压力将KCI和每一表面活性剂溶液分别地注入其它微通道(水微通道)中。水微通道的出口也向大气开放。在建立恒定表面活性剂溶液流之后，纳通道与水微通道接合处的压力也是5psig，因为所述接合处在油微通道的入口与出口之间。因为纳通道中的流体动力学阻力比微通道中的流体动力学阻力高得多，所以注入的流体中的大部分移动通过微通道。因此，纳通道中的流在微通道中的流中的比例可忽略，并且可在微通道中实现稳定的压力梯度和流率。

虽然原油至油微通道中的流被维持在10psi，但是水通道的入口压力逐步增加，这使得纳通道与水微通道接合处的压力升高。例如，当入口压力升高20psi时，纳通道与水微通道接合处的压力升高至10psi，并且微通道上从水侧到油侧的的压差为5psi。当压差超出毛细压力时，从纳通道对油进行排放。使用具有10X物镜和50X物镜的BX60显微镜(诸如可从Olympus America Inc.获得)对驱替模式和效率进行监控和测量。

C.图像处理

为了将油采收可视化以及对油驱替效率进行比较，使用可从MathWorks,Inc.获得的软件执行图像处理。在该过程期间，使用图像相减来突出油相与水相之间的对比度。通常来说，当对纳通道填充油时取得参考图像(图像A，tiff格式)。随着驱替不断进展，取得另一图像(图像B,tiff格式)，并且可利用图像A与新图像B的直接相减检测油饱和度的变化。

D.结果

1.KCl流体驱油

将不包含表面活性剂的流体4％KCl溶液注入纳流体装置，以对原油进行驱替。图9示出由KCI在图9a、图9b、图9c和图9d中的每一个中的以下给定驱动压力(在入口侧测量)38、40、45和50psig的每一个下执行的原油驱替的处理的显微照片。每一驱动压力分别对应于随机多孔网络上的11.5、12.5、15和17.5psi的压差。KCl穿透(即，当对照流体抵达油通道时)在38psi下发生。重要的是，根据观察，当将压力保持恒定时穿透之后油饱和度并未降低。可能的情况是，驱替流体中的大部分简单地遵循具有最小阻力的路径，并且留下大部分油。相反地，图9a至图9d还指示，油饱和度随着升高压力而降低，表明充分的压力降低或压力下移可能最终会克服毛细力并且利用300nm的孔隙喉道尺寸将大部分油从随机多孔网络驱出。

2.弱乳化表面活性剂驱油

将在4％KCl中制备的弱乳化表面活性剂注入纳流体装置中，以用于原油驱替。图10示出在图10a、图10b和图10c中的每一个中的20、30和40psi驱动压力(在入口侧测量)(对应于随机多孔网络上的压差5、10和15)下的油驱替的处理的图像。如图11a和图11b中所示，根据观察，与对照流体相比原油与表面活性剂溶液之间的对比度非常低，并且几乎未检测出穿透模式。图11a是在40psig的驱动压力下使用对照流体的原油驱替的光学显微照片；图11b示出弱乳化表面活性剂在30psig驱动压力下的原油驱替。该作用可能由附接至随机多孔网络的表面上的乳化油滴或薄油膜引起(参见图11c)，从而降低对比度。当使用WES而不是对照流体对油进行驱替时驱替模式更加统一，这指示表面活性剂大大降低毛细压力且更多地修改了驱油流体的前沿移动，因此所述前沿移动是活塞式的。另外，已示出的是，在40psi下使用WES比使用对照流体采收的原油更多。

3.非乳化表面活性剂驱油

将在4％KCl中制备的非乳化表面活性剂注入纳流体装置中，以对原油进行驱替。图12a和图12b示出在20和30psi的驱动压力(对应于随机多孔网络上的压差5和10psi)下的油驱替的处理的图像。这就说明穿透可能在30psi下发生；然而，由于超低的对比度，20与30psi之间的油饱和度变化几乎看不出来。

纳流体装置上的三个测试结果指示，表面活性剂可大大降低毛细压力，从而更多地对驱替前缘进行修改，因此所述驱替前缘更像是活塞式的。在相同的驱动压力下，与不包含表面活性剂的对照流体相比，弱乳化表面活性剂得到较高的油采收率。弱乳化表面活性剂驱油的活塞式驱替模式可转化成较高的油采收效率。因此，所述方法为在取得原油的鹰滩页岩地层中使用的弱乳化表面活性剂的选择提供依据。

E.验证研究

对鹰滩页岩的被分成两个区域的45个井中的弱乳化表面活性剂和非乳化表面活性剂的生产数据进行比较，以验证实验室结果。对这些井进行仔细选择，并且认为这些井的地层几何结构和化学性质具有微小差异。压裂工艺的策略也是类似的。使用弱乳化表面活性剂对第一区域中的井1至井7进行处理。使用非乳化表面活性剂对井8至井23(也在第一区域中)进行处理。使用弱乳化表面活性剂对第二区域中的井24至井31进行处理；使用非乳化表面活性剂对井32至井45(也在第二区域中)进行处理。图13示出针对每一表面活性剂的关于在至多30天里鹰滩中的两个区域中的每一个中的这些井的生产数据。图14类似地示出针对每一表面活性剂的关于在至多90天里这些井的生产数据。图13和图14中示出的数据被横向长度和压裂阶段归一化，使得生产井尺寸和表面活性剂用途的作用分离。为了对现场性能进行比较，对生产数据的平均值进行计算。如图15和图16中所示出(分别示出30天生产数据和90天生产数据中的每一个的平均生产数据)，弱乳化表面活性剂在关于两个不同区域的两组生产数据中得到更好的性能。

因此，本发明充分适用于实现所提及的目标和优点以及其中固有的目标和优点。上面所公开的特定实施方案只是说明性的，因为可以按照受益于本教示的本领域技术人员所明白的不同但等效的方式来对本发明进行修改和实践。另外，除非所附权利要求书中另有描述，否则无意限制本文所示的构造或设计的细节。因此，明显的是，可对上文公开的特定说明性实施方案进行变更或修改，且所有所述变化被视为在本发明的范围和精神内。具体地说，本文所公开的每一个值的范围(其形式为“从约a至约b”或等效形式“从大约a至b”或等效形式“从大约a-b”)应理解成是指相应值范围的幂集(所有子集的集合)，并且阐释涵盖在更宽的值范围内的每一个范围。另外，除非专利权所有人另外明确地和清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其一般的普通含义。