Dinámica de los poros a escala embalse condición de imagen de la Reacción en carbonatos Uso de Sincrotrón Tomografía rápida

El objetivo general de este experimento es observar el cambio dinámico en la interfaz de la roca fluida durante la reacción con salmuera ácida en roca real en condiciones de yacimiento. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el almacenamiento de carbono, como cómo predecir con precisión la migración de fluidos bajo la superficie y la efectividad de la permanencia de la oleada. La principal ventaja de esta técnica es que las imágenes tridimensionales se pueden tomar de forma rápida y no invasiva.

Aunque este método puede proporcionar información sobre los sistemas geoquímicos, también se puede aplicar a otros sistemas. La obtención de imágenes de múltiples fases de fluidos durante entornos de estrés mecánico, o el funcionamiento de baterías o sistemas biológicos como los ojos de insectos, son aplicaciones típicas. Comience calculando los espectros de rayos X de la línea del haz con la energía y el flujo del haz rosa más altos.

A continuación, prediga el rendimiento de las imágenes utilizando la curva de ajuste experimental y midiendo las transmisiones de filtrado. A continuación, es fundamental calibrar el espectro del haz con filtros adecuados para obtener una buena imagen. Lleva mucho tiempo, pero es esencial.

Comience filtrando los rayos X de baja energía que calientan la muestra y no mejoran la obtención de imágenes. Calcule la transmisión teórica del filtro en las longitudes de onda de luz disponibles y seleccione los filtros adecuados. En este caso, se utilizan filtros de aluminio y oro.

A continuación, agregue un filtro de paso de banda. Para los filtros de rayos X de paso alto, utilice un juego de filtros de carbono pirolítico de 0,2 milímetros y de aluminio de 0,2 milímetros. Para el filtro de paso bajo, use un espejo de rayos X que opere cerca del ángulo crítico.

Aquí se utiliza una tira recubierta de platino con un ángulo de incidencia de 1,15 milirods para reflejar la luz por debajo de los 30 kiloelectronvoltios. A continuación, elija un centelleador que centellee abundantemente en las frecuencias de luz y el flujo disponibles de las líneas de haz. En este caso, se utiliza un tungstenato de cadmio apilado con tungstenato de plomo.

Luego, elija una lente de objetivo y una cámara con un campo de visión adecuado y una resolución de tiempo de captura. Para la obtención de imágenes, utilice la técnica de escaneo con mosca para que la muestra experimente menos vibración. Comience cargando el núcleo en la celda para prepararse para la inundación del núcleo.

Primero, envuelva el núcleo en una capa de papel de aluminio. A continuación, inserte el núcleo en un manguito de Viton que esté cortado de modo que sea dos milímetros más corto que la longitud combinada del núcleo y los accesorios finales interiores. A continuación, estire el manguito sobre los accesorios de los extremos de cinco milímetros para crear un sello hermético.

No debe haber espacio entre los accesorios de los extremos en el núcleo, o el flujo se pellizcará. Envuelva los accesorios y el manguito en dos capas adicionales de aluminio para evitar que el dióxido de carbono se difunda en el líquido de confinamiento y para mantener el manguito en su lugar en los accesorios. Ahora, vuelva a armar el soporte del núcleo.

Deslice la tubería y los sellos, y reemplace los pernos. A continuación, monte el soporte del núcleo en la plataforma y conecte el caudal y las líneas eléctricas. El flujo y las líneas eléctricas no deben inhibir la rotación libre de la plataforma en un arco de 180 grados.

Ahora, realice un escaneo en seco de todo el núcleo antes de comenzar el experimento. Los detalles se encuentran en el protocolo de texto. También tome imágenes de los centelleadores como se describe en el texto.

Para comenzar, cargue la salmuera recién preparada en el reactor y vuelva a ensamblarlo. Apriete los pernos, vuelva a envolverlo con cinta térmica e inserte la sonda de temperatura. Ahora, cargue el dióxido de carbono de la válvula uno en la bomba de inyección hasta que la presión alcance los 100 bares.

Luego, abra la válvula dos para inundar el reactor con dióxido de carbono. Agite continuamente la salmuera con un agitador de arrastre y caliente el reactor a 50 grados centígrados. Equilibre la salmuera a 10 megapascales durante dos a seis horas, para saturarla con dióxido de carbono y disolver completamente el carbonato.

Una vez equilibrado, purgue el sistema. Primero, conecte las líneas por encima y por debajo del soporte del núcleo para omitir el soporte del núcleo. En segundo lugar, configure la bomba receptora para que se rellene y cargue el agua ionizada en la bomba receptora a través de la válvula 11.

En tercer lugar, abra las válvulas siete, cuatro y tres. Por último, use la bomba receptora en modo de presión constante para impulsar el agua hacia atrás a través del sistema y salir por la válvula tres, debajo del reactor. Utilice aproximadamente 10 volúmenes del sistema para asegurarse de que las líneas estén libres de aire y enjuagadas.

Ahora, vacíe la bomba receptora y cargue una salmuera más pesada en la bomba receptora a través de la válvula 11. Utilizar un 25% en peso de yoduro de potasio. Luego, cargue el agua ionizada en la bomba de confinamiento a través de la válvula 10.

A continuación, cierre la válvula 10 y abra las válvulas ocho y seis. Utilice la bomba de confinamiento para confinar el núcleo a dos megapascales. Ahora, cierre la válvula 11 y presurice la bomba receptora a 10 bar.

A continuación, abra las válvulas nueve, siete, cuatro y tres. Utilice la caída de presión resultante para impulsar la salmuera a través del núcleo. Aumente gradualmente las presiones de confinamiento y pobres para obtener un caudal razonable.

Conduzca aproximadamente dos volúmenes completos de salmuera del sistema hasta el núcleo. Cierre la válvula tres y luego aumente gradualmente las presiones de confinamiento y pobres, hasta que el núcleo esté confinado a 12 megapascales y la presión del núcleo sea de 10 megapascales. El núcleo también debe reequilibrarse a 50 grados centígrados.

Ahora, detenga la bomba receptora y abra la válvula cinco en la base del reactor para conectar el sistema del reactor al núcleo. Este es un experimento de presión a alta temperatura. Para garantizar el éxito, tenga mucho cuidado al ensamblar el equipo y pruébelo minuciosamente antes de iniciar el flujo reactivo.

Antes de iniciar el flujo de fluido, centre el campo de visión de la cámara CMOS en el centro del núcleo y comience a tomar proyecciones 2D continuas para rastrear la inundación del núcleo. A continuación, ajuste la bomba receptora para los caudales requeridos a través del núcleo. Utilice la bomba de inyección en la parte delantera para regular la presión del sistema.

Ahora, monitoree las proyecciones 2D para detectar cambios en la atenuación que señalen la llegada de salmuera reactiva. La transmisión del núcleo aumentará y las proyecciones se iluminarán a medida que más luz incida en el centelleador, a medida que el fluido reactivo altamente transparente a los rayos X se llene. Si no hay diferencia de atenuación entre la salmuera reactiva y la no reactiva, utilice una salmuera de mayor concentración de sal o una sal diferente de alta absorción.

Cuando llegue la salmuera de reacción, detenga los escaneos 2D y comience a tomar tomografías 3D sucesivas lo más rápido posible. Utilice alrededor de 1.000 proyecciones por escaneo y escanee el núcleo utilizando solo 180 grados de rotación. Escanee hasta que se alcance el límite de tiempo, o el núcleo se vea tan disuelto y exista un peligro inminente de colapso estructural interno.

Luego, despresurice el sistema de acuerdo con el protocolo de texto y retire con cuidado el conjunto de núcleos del soporte de núcleos. Una vez retirado, desconecte el manguito de los accesorios finales interiores y coloque el núcleo cubierto del manguito en un vaso de precipitados con agua desionizada para diluir cualquier salmuera potencialmente reactiva y detener toda reacción. Usando el método descrito, se obtuvo una imagen de una reacción entre la calcita y la salmuera saturada de dióxido de carbono supercrítico no tamponada en un núcleo de carbonato de Portland.

Las imágenes segmentadas se analizaron como una serie temporal de cambios en la porosidad contando el número de oxilos de poro y roca. Durante la disolución, la porosidad aumentó con el tiempo. La inspección visual de las imágenes segmentadas muestra la presencia de un canal en la dirección del flujo.

Investigaciones posteriores revelaron que el canal se formó en la primera hora y luego se ensanchó a medida que continuaba el experimento. A continuación, las imágenes segmentadas se utilizaron como entrada en un modelo de extracción de red para analizar los cambios de permeabilidad. Hubo un fuerte aumento de la permeabilidad durante la hora inicial, pero luego la permeabilidad se estabilizó.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo obtener imágenes de reacciones dinámicas utilizando tomografía de sincrotrón rápida. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en cuatro horas si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante recordar proteger todo el equipo de derrames de líquidos y probarlo minuciosamente antes de instalarlo en la línea de haz.

Seguimos procedimientos rigurosos para garantizar estándares de seguridad muy altos. Cuando se trata de la ciencia del sincrotrón, la salud y la seguridad son primordiales.