Dynamic Pore échelle Reservoir condition d'imagerie de Réaction en Carbonates utilisant Synchrotron Tomographie rapide

Synchrotron tomographie rapide a été utilisé pour l' image dynamique dissolution du calcaire en présence de CO ₂ de la saumure saturée dans des conditions de réservoir. 100 scans ont été prises avec une résolution de 6,1 pm sur une période de 2 h.

L’objectif global de cette expérience est d’observer le changement dynamique de l’interface de la roche fluide lors de la réaction avec la saumure acide dans la roche réelle dans des conditions de réservoir. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés sur le stockage du carbone, telles que la façon de prédire avec précision la migration des fluides souterrains et l’efficacité de la permanence des surtensions. Le principal avantage de cette technique est que les images tridimensionnelles peuvent être prises rapidement et de manière non invasive.

Bien que cette méthode puisse donner un aperçu des systèmes géochimiques, elle peut également être appliquée à d’autres systèmes. L’imagerie de plusieurs phases fluides dans des environnements de stress mécanique, ou le fonctionnement de batteries ou de systèmes biologiques tels que les yeux d’insectes, sont des applications typiques. Commencez par calculer les spectres de rayons X de la ligne de faisceau à l’énergie et au flux de faisceau rose les plus élevés.

Ensuite, prédisez les performances d’imagerie à l’aide de la courbe de réglage expérimentale et de la mesure des transmissions de filtrage. Ensuite, il est essentiel de calibrer le spectre du faisceau avec des filtres adéquats pour obtenir une bonne image. C’est chronophage, mais essentiel.

Commencez par filtrer les rayons X de faible énergie qui chauffent l’échantillon et n’améliorez pas l’imagerie. Calculez la transmission théorique du filtre aux longueurs d’onde lumineuses disponibles et sélectionnez les filtres appropriés. Dans ce cas, des filtres en aluminium et en or sont utilisés.

Ensuite, ajoutez un filtre passe-bande. Pour les filtres à rayons X passe-haut, utilisez un ensemble de filtres en carbone pyrolytique de 0,2 millimètre et de filtres en aluminium de 0,2 millimètre. Pour le filtre passe-bas, utilisez un miroir à rayons X fonctionnant près de l’angle critique.

Une bande recouverte de platine sous un angle d’incidence de 1,15 millitige est utilisée ici pour réfléchir la lumière en dessous de 30 kiloélectronvolts. Ensuite, choisissez un scintillateur qui scintille abondamment aux fréquences et au flux lumineux disponibles des lignes de faisceau. Ici, un tungsténate de cadmium empilé avec du tungsténate de plomb est utilisé.

Ensuite, choisissez un objectif et un appareil photo avec un champ de vision et une résolution de temps de prise de vue appropriés. Pour l’imagerie, utilisez la technique de balayage aérien afin que l’échantillon subisse moins de vibrations. Commencez par charger le noyau dans la cellule pour vous préparer à l’inondation du noyau.

Tout d’abord, enveloppez le noyau dans une couche de papier d’aluminium. Ensuite, insérez le noyau dans un manchon en Viton qui est coupé de manière à ce qu’il soit plus court de deux millimètres que la longueur combinée du noyau et des embouts intérieurs. Ensuite, étirez le manchon sur les raccords d’extrémité de cinq millimètres pour créer un joint étanche.

Il ne doit y avoir aucun espace entre les raccords d’extrémité dans le noyau, sinon l’écoulement sera pincé. Enveloppez les raccords et le manchon dans deux couches supplémentaires d’aluminium pour empêcher le dioxyde de carbone de se diffuser dans le fluide de confinement et pour maintenir le manchon en place sur les raccords. Maintenant, remontez le support de noyau.

Faites glisser le tube et les joints, puis replacez les boulons. Ensuite, montez le support de noyau sur la platine et connectez le flux et les lignes électriques. Le flux et les lignes électriques ne doivent pas empêcher la rotation libre de l’étage sur un arc de 180 degrés.

Maintenant, faites un balayage à sec de l’ensemble de la carotte avant de commencer l’expérience. Les détails sont dans le protocole texte. Prenez également des images des scintillateurs comme décrit dans le texte.

Pour commencer, chargez de la saumure fraîchement préparée dans le réacteur et remontez-la. Serrez les boulons, enroulez-les avec du ruban chauffant et insérez la sonde de température. Maintenant, chargez le dioxyde de carbone de la première vanne dans la pompe d’injection jusqu’à ce que la pression atteigne 100 bars.

Ensuite, ouvrez la vanne deux pour inonder le réacteur de dioxyde de carbone. Mélangez continuellement la saumure à l’aide d’un agitateur d’entraînement et chauffez le réacteur à 50 degrés Celsius. Équilibrez la saumure à 10 mégapascals pendant deux à six heures, pour la saturer de dioxyde de carbone et dissoudre complètement le carbonate.

Une fois équilibré, purgez le système. Tout d’abord, connectez les lignes au-dessus et en dessous du support de noyau pour contourner le support de noyau. Deuxièmement, réglez la pompe réceptrice pour qu’elle se remplisse afin de charger l’eau ionisée dans la pompe réceptrice par la soupape 11.

Troisièmement, ouvrez les vannes sept, quatre et trois. Enfin, utilisez la pompe réceptrice en mode pression constante pour faire reculer l’eau à travers le système et la troisième soupape, sous le réacteur. Utilisez environ 10 volumes du système pour vous assurer que les conduites sont exemptes d’air et rincées.

Maintenant, videz la pompe réceptrice et chargez une saumure plus lourde dans la pompe réceptrice par la vanne 11. Utilisez 25 % en poids d’iodure de potassium. Ensuite, chargez l’eau ionisée dans la pompe de confinement via la vanne 10.

Ensuite, fermez la vanne 10 et ouvrez les vannes huit et six. Utilisez la pompe de confinement pour confiner le noyau à deux mégapascals. Maintenant, fermez la vanne 11 et mettez la pompe réceptrice sous pression à 10 bars.

Ouvrez ensuite les vannes neuf, sept, quatre et trois. Utilisez la chute de pression résultante pour entraîner la saumure à travers le noyau. Augmentez progressivement les pressions de confinement et faibles pour obtenir un débit raisonnable.

Conduisez environ deux volumes complets de saumure du système jusqu’au noyau. Fermez la vanne trois, puis augmentez progressivement les pressions de confinement et de faiblesse, jusqu’à ce que le noyau soit confiné à 12 mégapascals et que la pression du cœur soit de 10 mégapascals. Le noyau doit également se rééquilibrer à 50 degrés Celsius.

Maintenant, arrêtez la pompe réceptrice et ouvrez la vanne cinq à la base du réacteur pour connecter le système du réacteur au cœur. Il s’agit d’une expérience de pression à haute température. Pour garantir le succès, soyez très prudent lors de l’assemblage de l’équipement et testez-le minutieusement avant de commencer le flux réactif.

Avant de commencer l’écoulement du fluide, centrez le champ de vision de la caméra CMOS sur le milieu du cœur et commencez à prendre des projections 2D continues pour suivre l’inondation du cœur. Ensuite, ajustez la pompe réceptrice pour les débits requis à travers le noyau. Utilisez la pompe d’injection à l’avant pour réguler la pression du système.

Maintenant, surveillez les projections 2D pour détecter les changements d’atténuation qui signalent l’arrivée de saumure réactive. La transmission du noyau augmentera et les projections s’éclairciront à mesure que plus de lumière frappera le scintillateur, à mesure que le fluide réactif hautement transparent aux rayons X se remplit. S’il n’y a pas de différence d’atténuation entre la saumure réactive et non réactive, utilisez une saumure à plus forte concentration en sel ou un autre sel très absorbant.

Lorsque la saumure réactive arrive, arrêtez les scans 2D et commencez à prendre des tomographies 3D successives aussi vite que possible. Utilisez environ 1 000 projections par balayage et scannez le noyau en utilisant seulement 180 degrés de rotation. Balayez jusqu’à ce que la limite de temps soit atteinte, ou que le noyau semble si dissous et qu’il y ait un danger imminent d’effondrement structurel interne.

Ensuite, dépressurisez le système conformément au protocole de texte et retirez soigneusement l’ensemble du noyau du support de noyau. Une fois retiré, débranchez le manchon des embouts intérieurs et placez le noyau recouvert du manchon dans un bécher d’eau désionisée pour diluer toute saumure potentiellement réactive et arrêter toute réaction. À l’aide de la méthode décrite, une réaction a été imagée entre la calcite et la saumure saturée de dioxyde de carbone supercritique non tamponnée dans un noyau de carbonate de Portland.

Les images segmentées ont été analysées comme une série chronologique pour les changements de porosité en comptant le nombre d’oxyles de pores et de roches. Pendant la dissolution, la porosité a augmenté avec le temps. L’inspection visuelle des images segmentées montre la présence d’un canal dans le sens de l’écoulement.

Une enquête plus approfondie a révélé que le canal s’est formé au cours de la première heure, puis s’est élargi au fur et à mesure que l’expérience se poursuivait. Les images segmentées ont ensuite été utilisées comme entrée dans un modèle d’extraction de réseau pour analyser les changements de perméabilité. Il y a eu une forte augmentation de la perméabilité au cours de la première heure, mais ensuite la perméabilité s’est stabilisée.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’imager une réaction dynamique à l’aide de la tomographie synchrotron rapide. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en quatre heures si elle est exécutée correctement. Lors de cette procédure, il est important de ne pas oublier de protéger tout l’équipement contre les déversements de liquide et de le tester minutieusement avant de l’installer sur la ligne de faisceau.

Nous suivons des procédures rigoureuses afin d’assurer des normes de sécurité très élevées. Lorsqu’il s’agit de la science synchrotron, la santé et la sécurité sont primordiales.