-盐水接触角测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油科研技术领域，涉及到一种基于微焦点X射线CT的CO2-盐水接触角测量方法。
【背景技术】
[0002]随着工业生产和人类活动的不断发展，温室效应已严重威胁地球环境。日益突出的环境问题成为人类社会发展必须面对的挑战，积极采取措施减小CO2的排放迫在眉睫，CO2地质封存技术由于其巨大的封存量和较高的可行性而受到关注，多孔介质内的多相流动是其研宄的主要内容，毛细管力和相对渗透率是表征多孔介质内的多相流动的主要宏观参数，而CO2-盐水接触角又是影响毛细管力和相对渗透率的重要参数，因此研宄如何准确实际的测量CO2-盐水接触角对于0)2地质封存技术的发展具有重要意义。
[0003]传统CO2-盐水接触角测量方法大多采用动态座滴法进行测量，但它有以下缺点:其一，即便在一个简单测量体系中，测量结果数据稀少且不一致；其二，测量所得的CO2-盐水接触角为一个定值，这与实际情况不符；其三，由于采用了理想光滑的测试材料，忽略了表面粗造度、矿物组成和孔隙结构的非均质性等对CO2-盐水接触角的影响；其四，一次测试只能进行一次CO2-盐水接触角测量，误差较大，测试系统对测试材料和反应釜要求较高。
【发明内容】
[0004]微焦点X射线CT成像技术作为一种具有较高分辨率的先进无损检测技术，近年来已经被引用到CO2地质封存领域的研宄，为了解决传统CO 2-盐水接触角测量方法的局限与不足，本发明提出一种基于微焦点X射线CT的CO2-盐水接触角测量方法，目的为准确测量封存条件下实际岩芯的CO2-盐水接触角，实现CO2-盐水接触角的孔隙尺度原位测量。测量方法主要包括两个过程:岩芯驱替过程和微焦点X射线CT拍摄及图像后处理过程。
[0005]本发明的技术方案是:一种基于微焦点X射线CT的CO2-盐水接触角测量方法，主要包括以下步骤:
[0006]步骤1.将岩芯夹持器放置到CT载物台上，盐水注入泵和CO2注入泵通过管路与岩芯夹持器一端连接，背压泵通过管路与岩芯夹持器另一端相连，为了得到准确清晰的测量图像，应保证微焦点X射线CT达到孔隙尺度分辨率。
[0007]步骤2.将整个连接管路抽真空后通过盐水注入泵注入50倍孔隙体积盐水，控制压力和温度缓慢上升到具体工况要求，静置12小时，使岩芯被盐水充分饱和。
[0008]步骤3.利用盐水注入泵注入1000倍孔隙体积的饱和CO2盐水置换步骤2中盐水，确保岩芯被CO2盐水100%饱和，岩芯颗粒表面达到饱和稳定状态。
[0009]步骤4.CO2-盐水接触角包括:C02_盐水平衡接触角、CO2-盐水前进接触角和CO2-盐水后退接触角，针对不同的CO2-盐水接触角分别采用步骤5、6或7的注入方式。
[0010]步骤5.利用盐水注入泵和CO2注入泵以较低的相同流量同时注入总共20孔隙体积CO2和饱和CO 2盐水，保证毛细管数约为10 _6，静置6小时；[0011 ] 步骤6.利用CO2注入泵以较低流量注入20孔隙体积CO 2，保证毛细管数约为10_6，持续利用微焦点X射线CT进行2D扫描来观察CO2开始驱替盐水的时间；
[0012]步骤7.利用0)2注入泵以较低流量注入20孔隙体积CO2，保证毛细管数约为10_6，持续利用微焦点X射线CT进行2D扫描来观察0)2开始驱替盐水的时间。然后利用盐水注入泵以相同流量注入20孔隙体积饱和CO2盐水，持续利用微焦点X射线CT进行2D扫描来观察饱和CO2盐水开始驱替CO 2的时间。使CO 2成为残余相留在孔隙内。
[0013]步骤8.结束步骤5、6或7后利用微焦点X射线CT进行3D扫描。步骤5得到的是CO2-盐水平衡接触角，若岩芯3亲水，则步骤6得到的是CO2-盐水后退接触角，步骤7得到的是CO2-盐水前进接触角；若岩芯3亲C02，则步骤6得到的是CO2-盐水前进接触角，步骤7得到的是CO2-盐水后退接触角。
[0014]步骤9.利用计算机对CT图像进行分割处理，得到岩芯不同位置不同孔隙内的CO2-盐水接触角。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]1.利用基于微焦点X射线CT的CO2-盐水接触角测量方法，实现了 CO2-盐水接触角的孔隙级原位测量。
[0017]2.一次拍摄后可以测量岩芯不同位置不同孔隙内的CO2-盐水接触角，相比传统方法测量耗时少测量结果误差较小。
[0018]3.测量方法用于实际岩芯而非光滑理想材料，考虑了表面粗造度、矿物组成和孔隙结构的非均质性等对CO2-盐水接触角的影响。
[0019]4.测量方法适用于CO2-盐水平衡接触角、后退接触角和前进接触角测量，测量范围较广。
[0020]5.测量结果可以直接作为数值模拟的输入参数，测量方法可以推广到任何气-液-固或液-液-固三相体系的接触角测量。
【附图说明】
[0021]附图是一种基于微焦点X射线CT的CO2-盐水接触角测量方法原理图。
[0022]图中:1盐水注入泵；2C02注入泵；3岩芯；4岩芯夹持器；5发射源；
[0023]6接收器；7微焦点X射线CT ;8背压泵；9计算机。
【具体实施方式】
[0024]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0025]步骤1.将岩芯夹持器4放置到CT载物台上，盐水注入泵I和CO2注入泵2通过管路与岩芯夹持器4 一端连接，背压泵8通过管路与岩芯夹持器4另一端相连，为了得到准确清晰的测量图像，应保证微焦点X射线CT 7达到孔隙尺度分辨率。
[0026]步骤2.将整个连接管路抽真空后通过盐水注入泵I注入50倍孔隙体积盐水，控制压力和温度缓慢上升到具体工况要求，静置12小时，使岩芯3被盐水充分饱和。
[0027]步骤3.利用盐水注入泵I注入1000倍孔隙体积的饱和CO2盐水置换步骤2中盐水，确保岩芯3被CO2盐水100%饱和，岩芯3颗粒表面达到饱和稳定状态。
[0028]步骤4.CO2-盐水接触角包括:C02_盐水平衡接触角、CO2-盐水前进接触角和CO2-盐水后退接触角，针对不同的CO2-盐水接触角分别采用步骤5、6或7的注入方式。
[0029]步骤5.利用盐水注入泵I和CO2注入泵2以较低的相同流量同时注入总共20孔隙体积CO2和饱和CO 2盐水，保证毛细管数约为10 _6，静置6小时；
[0030]步骤6.利用CO2注入泵2以较低流量注入20孔隙体积CO 2，保证毛细管数约为10_6，持续利用微焦点X射线CT 7进行2D扫描来观察CO2开始驱替盐水的时间；
[0031]步骤7.利用CO2注入泵2以较低流量注入20孔隙体积CO2，保证毛细管数约为10_6，持续利用微焦点X射线CT 7进行2D扫描来观察0)2开始驱替盐水的时间。然后利用盐水注入泵I以相同流量注入20孔隙体积饱和CO2盐水，持续利用微焦点X射线CT 7进行2D扫描来观察饱和CO2盐水开始驱替CO 2的时间。使CO 2成为残余相留在孔隙内。
[0032]步骤8.结束步骤5、6或7后利用微焦点X射线CT 7进行3D扫描。步骤5得到的是CO2-盐水平衡接触角，若岩芯3亲水，则步骤6得到的是CO2-盐水后退接触角，步骤7得到的是CO2-盐水前进接触角；若岩芯3亲C02，则步骤6得到的是CO2-盐水前进接触角，步骤7得到的是CO2-盐水后退接触角。
[0033]步骤9.利用计算机9对CT图像进行分割处理，得到岩芯3不同位置不同孔隙内的CO2-盐水接触角。
【主权项】
1.一种基于微焦点X射线CT的CO 2-盐水接触角测量方法，其特征在于，步骤如下:步骤1.将岩芯夹持器放置到CT载物台上，盐水注入泵和0)2注入泵通过管路与岩芯夹持器一端连接，背压泵通过管路与岩芯夹持器另一端相连； 步骤2.将管路抽真空后通过盐水注入泵注入50倍孔隙体积盐水，控制压力和温度缓慢上升到工况要求，静置12小时，使岩芯被盐水充分饱和； 步骤3.利用盐水注入泵注入1000倍孔隙体积的饱和CO2盐水置换步骤2中盐水，确保岩芯被CO2盐水100%饱和，岩芯颗粒表面达到饱和稳定状态； 步骤4.CO2-盐水接触角包括:C02-盐水平衡接触角、CO2-盐水前进接触角和CO2-盐水后退接触角，针对不同的CO2-盐水接触角分别采用步骤5、6或7的注入方式； 步骤5.利用盐水注入泵和CO2注入泵以的相同流量同时注入总共20倍孔隙体积CO 2和饱和CO2盐水，保证毛细管数为10 _6，静置6小时； 步骤6.利用CO2注入泵注入20倍孔隙体积CO 2，保证毛细管数为10_6，持续利用微焦点X射线CT进行2D扫描来观察CO2开始驱替盐水的时间； 步骤7.利用CO2注入泵注入20倍孔隙体积CO 2，保证毛细管数为10_6，持续利用微焦点X射线CT进行2D扫描来观察CO2开始驱替盐水的时间，然后利用盐水注入泵以相同流量注入20倍孔隙体积饱和CO2盐水，持续利用微焦点X射线CT进行2D扫描来观察饱和CO 2盐水开始驱替CO2的时间，使CO 2成为残余相留在孔隙内； 步骤8.结束步骤5、步骤6或步骤7后利用微焦点X射线CT进行3D扫描；步骤5得到的是CO2-盐水平衡接触角；若岩芯亲水，则步骤6得到的是CO2-盐水后退接触角，步骤7得到的是CO2-盐水前进接触角；若岩芯亲C02，则步骤6得到的是CO2-盐水前进接触角，步骤7得到的是CO2-盐水后退接触角； 步骤9.利用计算机对CT图像进行分割处理，得到岩芯不同位置不同孔隙内的CO2-盐水接触角。
【专利摘要】本发明属于石油科研技术领域，涉及到一种基于微焦点X射线CT的CO2-盐水接触角测量方法。测量方法包括岩芯驱替过程和微焦点X射线CT拍摄及图像后处理过程。本方法实现了CO2-盐水接触角的孔隙级原位测量。一次拍摄后可以测量岩芯不同位置不同孔隙内的CO2-盐水接触角，相比传统方法测量耗时少测量结果误差较小。本方法用于实际岩芯而非光滑理想材料，考虑了表面粗造度、矿物组成和孔隙结构的非均质性等对CO2-盐水接触角的影响。本方法适用于CO2-盐水平衡接触角、后退接触角和前进接触角测量，测量范围较广。测量结果直接作为数值模拟的输入参数，可以推广到任何气-液-固或液-液-固三相体系的接触角测量。
【IPC分类】G01N13-00
【公开号】CN104792662
【申请号】CN201510158532
【发明人】吕鹏飞, 宋永臣, 刘瑜, 蒋兰兰, 滕莹, 武博浩, 陆国欢, 王梦婷
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月3日