Dinamico Pore scala Reservoir-condizione Imaging di Reazione a Carbonati Utilizzando sincrotrone tomografia veloce

Synchrotron veloce tomografia stato usato per dinamicamente immagine dissoluzione del calcare in presenza di CO ₂ salamoia saturi a condizioni di giacimento. 100 scansioni sono state prese a risoluzione 6,1 micron per un periodo di 2 h.

L'obiettivo generale di questo esperimento è osservare il cambiamento dinamico nell'interfaccia della roccia fluida durante la reazione con la salamoia acida in una roccia reale in condizioni di serbatoio. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nello stoccaggio del carbonio, ad esempio come prevedere con precisione la migrazione dei fluidi sotto la superficie e l'efficacia della permanenza dei picchi. Il vantaggio principale di questa tecnica è che le immagini tridimensionali possono essere scattate rapidamente e in modo non invasivo.

Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sui sistemi geochimici, può essere applicato anche ad altri sistemi. L'imaging di più fasi fluide durante ambienti di stress meccanico o il funzionamento di batterie o sistemi biologici come gli occhi degli insetti sono applicazioni tipiche. Iniziare con il calcolo degli spettri dei raggi X della linea del fascio alla massima energia e flusso del fascio rosa.

Quindi, prevedere le prestazioni dell'imaging utilizzando la curva di sintonizzazione sperimentale e misurando le trasmissioni di filtraggio. Successivamente, è fondamentale calibrare lo spettro del fascio con filtri adeguati per ottenere una buona immagine. È dispendioso in termini di tempo, ma essenziale.

Iniziare filtrando i raggi X a bassa energia che riscaldano il campione e non migliorano l'imaging. Calcolare la trasmissione teorica del filtro alle lunghezze d'onda della luce disponibili e selezionare i filtri appropriati. In questo caso vengono utilizzati filtri in alluminio e oro.

Quindi, aggiungi un filtro passa-banda. Per i filtri a raggi X passa-alto, utilizzare un set di carbone pirolitico da 0,2 millimetri e filtri in alluminio da 0,2 millimetri. Per il filtro passa-basso, utilizzare uno specchio a raggi X che operi vicino all'angolo critico.

Una striscia rivestita di platino con un angolo di incidenza di 1,15 millirod viene utilizzata qui per riflettere la luce al di sotto di 30 kiloelettronvolt. Quindi, scegli uno scintillatore che scintilla abbondantemente alle frequenze di luce e al flusso disponibili delle linee del fascio. Qui viene utilizzato un tungstenato di cadmio impilato con tungstenato di piombo.

Quindi, scegli un obiettivo e una fotocamera con un campo visivo appropriato e una risoluzione del tempo di scatto. Per l'imaging, utilizzare la tecnica fly-scan in modo che il campione subisca meno vibrazioni. Inizia caricando il nucleo nella cella per prepararti all'allagamento del nucleo.

Per prima cosa, avvolgi il torsolo in uno strato di foglio di alluminio. Quindi, inserire l'anima in un manicotto di Viton tagliato in modo che sia due millimetri più corto della lunghezza combinata dell'anima e dei raccordi terminali interni. Quindi, allungare il manicotto sui raccordi terminali da cinque millimetri per creare una tenuta ermetica.

Non dovrebbe esserci spazio tra i raccordi terminali nel nucleo, altrimenti il flusso verrà pizzicato. Avvolgere i raccordi e il manicotto in due strati aggiuntivi di alluminio per evitare che l'anidride carbonica si diffonda nel fluido di confinamento e per mantenere il manicotto in posizione sui raccordi. Ora, rimonta il supporto dell'anima.

Far scorrere il tubo e le guarnizioni e sostituire i bulloni. Quindi, montare il supporto dell'anima sul tavolino e collegare il flusso e le linee elettriche. Le linee di flusso ed elettriche non devono inibire la libera rotazione dello stadio su un arco di 180 gradi.

Ora, fai una scansione a secco dell'intero nucleo prima di iniziare l'esperimento. I dettagli sono nel protocollo di testo. Scatta anche immagini degli scintillatori come descritto nel testo.

Per iniziare, caricare la salamoia appena preparata nel reattore e rimontarla. Serrare i bulloni, riavvolgerli con nastro termico e inserire la sonda di temperatura. A questo punto, caricare l'anidride carbonica dalla valvola uno nella pompa di iniezione fino a quando la pressione raggiunge i 100 bar.

Quindi, aprire la valvola due per inondare il reattore con anidride carbonica. Mescolare continuamente la salamoia con un agitatore di trascinamento e riscaldare il reattore a 50 gradi Celsius. Equilibrare la salamoia a 10 megapascal per due-sei ore, per saturarla con anidride carbonica e sciogliere completamente il carbonato.

Una volta equilibrato, spurgare il sistema. Innanzitutto, collegare le linee sopra e sotto il supporto del nucleo per bypassare il supporto del nucleo. In secondo luogo, impostare la pompa ricevente in modo che si riempia per caricare l'acqua ionizzata nella pompa ricevente attraverso la valvola 11.

In terzo luogo, aprire le valvole sette, quattro e tre. Infine, utilizzare la pompa ricevente in modalità a pressione costante per guidare l'acqua all'indietro attraverso il sistema e uscire dalla valvola tre, sotto il reattore. Utilizzare circa 10 volumi di sistema per assicurarsi che le linee siano libere dall'aria e risciacquate.

A questo punto, svuotare la pompa di ricezione e caricare una salamoia più pesante nella pompa di ricezione attraverso la valvola 11. Utilizzare il 25% in peso di ioduro di potassio. Quindi, caricare l'acqua ionizzata nella pompa di confinamento tramite la valvola 10.

Quindi, chiudere la valvola 10 e aprire le valvole otto e sei. Utilizzare la pompa di confinamento per confinare il nucleo a due megapascal. A questo punto, chiudere la valvola 11 e pressurizzare la pompa ricevente a 10 bar.

Quindi aprire le valvole nove, sette, quattro e tre. Utilizzare la caduta di pressione risultante per far passare la salamoia attraverso il nocciolo. Aumentare gradualmente le pressioni di confinamento e le scarse pressioni per ottenere una portata ragionevole.

Guidare circa due volumi completi del sistema di salamoia fino al nucleo. Chiudere la valvola tre, quindi aumentare in modo incrementale le pressioni di confinamento e scarse, fino a quando il nucleo è confinato a 12 megapascal e la pressione del nucleo è di 10 megapascal. Il nucleo deve anche riequilibrarsi a 50 gradi Celsius.

Ora, arrestare la pompa ricevente e aprire la valvola cinque alla base del reattore per collegare il sistema del reattore al nocciolo. Questo è un esperimento di pressione ad alta temperatura. Per garantire il successo, prestare molta attenzione all'assemblaggio dell'apparecchiatura e testarla accuratamente prima di avviare il flusso reattivo.

Prima di iniziare il flusso del fluido, centrare il campo visivo della telecamera CMOS al centro del nucleo e iniziare a scattare proiezioni 2D continue per tracciare l'allagamento del nucleo. Quindi, regolare la pompa ricevente per le portate richieste attraverso il nucleo. Utilizzare la pompa di iniezione all'estremità anteriore per regolare la pressione del sistema.

Ora, monitora le proiezioni 2D per i cambiamenti nell'attenuazione che segnalano l'arrivo della salamoia reattiva. La trasmissione del nucleo aumenterà e le proiezioni si illumineranno man mano che più luce colpirà lo scintillatore, mentre il fluido reattivo altamente trasparente ai raggi X si riempie. Se non c'è differenza di attenuazione tra salamoia reattiva e non reattiva, utilizzare una salamoia con una concentrazione di sale più elevata o un sale diverso ad alto assorbimento.

Quando arriva la salamoia reattiva, interrompi le scansioni 2D e inizia a scattare tomografie 3D successive il più velocemente possibile. Utilizza circa 1.000 proiezioni per scansione e scansiona il nucleo utilizzando solo 180 gradi di rotazione. Eseguire la scansione fino a quando non viene raggiunto il limite di tempo, o il nucleo sembra così disciolto e c'è un pericolo imminente di collasso strutturale interno.

Quindi, depressurizzare il sistema secondo il protocollo di testo e rimuovere con cautela il gruppo nucleo dal supporto del nucleo. Una volta rimosso, scollegare il manicotto dai raccordi terminali interni e posizionare il nucleo coperto dal manicotto in un becher di acqua deionizzata per diluire qualsiasi salamoia potenzialmente reattiva e fermare ogni reazione. Utilizzando il metodo descritto, è stata rilevata una reazione tra calcite e salamoia satura di anidride carbonica supercritica non tamponata in un nucleo di carbonato di Portland.

Le immagini segmentate sono state analizzate come una serie temporale per i cambiamenti di porosità contando il numero di ossili di poro e roccia. Durante la dissoluzione, la porosità aumentava con il tempo. L'ispezione visiva delle immagini segmentate mostra la presenza di un canale nella direzione del flusso.

Ulteriori indagini hanno rivelato che il canale si è formato nella prima ora e poi si è allargato man mano che l'esperimento continuava. Le immagini segmentate sono state quindi utilizzate come input in un modello di estrazione della rete per analizzare i cambiamenti di permeabilità. C'è stato un forte aumento della permeabilità durante l'ora iniziale, ma poi la permeabilità si è stabilizzata.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come visualizzare la reazione dinamica utilizzando la tomografia a sincrotrone veloce. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in quattro ore se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di proteggere tutte le apparecchiature da fuoriuscite di liquidi e di testarle accuratamente prima di installarle sulla linea di trasmissione.

Seguiamo procedure rigorose per garantire standard di sicurezza molto elevati. Quando si tratta di scienza del sincrotrone, la salute e la sicurezza sono fondamentali.