In-situ capillary pressure and wettability in natural porous media: Multi-scale experimentation and automated characterization using X-ray images

毛细管压力 多孔介质 毛细管作用 表征(材料科学) 润湿 接触角 材料科学 饱和(图论) 多孔性 机械 流体力学 渗吸 矿物学 地质学 复合材料 纳米技术 物理 数学 发芽 组合数学 生物 植物
作者
Ahmed Zankoor,Mahdi Khishvand,Abdelhalim Mohamed,Rui Wang,Mohammad Piri
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:603: 356-369 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.06.052
摘要

Geometrical analyses of pore-scale fluid-fluid-rock interfaces have recently been used for in-situ characterization of capillary pressure and wettability in natural porous media. Nevertheless, more robust techniques and multi-scale, well-characterized experimental data are needed to rigorously validate these techniques and enhance their efficacy when applied to saturated porous media. We present two new techniques for automated measurements of in-situ capillary pressure and contact angle, which offer several advancements over previous methodologies. These approaches are methodically validated using synthetic data and X-ray images of capillary rise experiments, and subsequently, applied on pore-scale fluid occupancy maps of a miniature Berea sandstone sample obtained during steady-state drainage and imbibition flow experiments. The results show encouraging agreement between the image-based capillary pressure-saturation function and its macroscopic counterpart obtained from a porous membrane experiment. However, unlike the macroscopic behavior, the micro-scale measurements demonstrate a nonmonotonic increase with saturation due to the intermittency of the pore-scale displacement events controlling the overall flow behavior. This is further explained using the pertinent micro-scale mechanisms such as Haines jumps. The new methods also enable one to generate in-situ contact angle distributions and distinguish between the advancing and receding values while automatically excluding invalid measurements.

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