여러 유체 페이즈 저수지 조건 기공 크기의 이미징 X 레이 Microtomography 사용

이 절차의 목적은 지하 저류층 및 대수층에서 발생하는 것과 유사한 실제 온도 및 압력 조건에서 암석 공극 공간 내의 다상 유체를 비침습적으로 영상화하는 것입니다. 이를 위해 먼저 코어 어셈블리를 주의 깊게 조립하여 고압 고온 코어 홀더 내에 배치합니다. 두 번째 단계는 유연한 PEEK 튜빙을 사용하여 코어 홀더를 고압 고온 제어 펌프 및 반응기에 연결하는 것입니다.

다음으로, 시스템 내의 압력과 온도를 대표값으로 조정합니다. 지하 조건과 유체를 평형 상태로 만든 후 암석의 공극 공간에 주입합니다. 최종적으로 저류층 조건을 형성합니다.

Micro CT 영상 촬영은 염수 주입 후 잔류 상으로 갇혀 있는 이산화탄소의 양과 분포를 모두 보여주는 데 사용됩니다. 이 방법은 모세관 포집을 위한 잔류 포화도 결정, 회수 가능성 및 접촉각 측정과 같이 다공성 매질 내 다상 유동 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 방법은 탄소 포집 및 저장(CCS)에 적용되는 초임계 CO2-염수-암석 시스템에 대한 통찰을 제공할 뿐만 아니라, 원유 회수 증진 및 천연자원 연구와 관련된 현상을 분석하기 위한 탄화수소-염수-암석 시스템에도 활용될 수 있습니다.

시료 준비 및 코어 조립 단계는 습득하기 어렵기 때문에 이 방법에 대한 시각적 시연이 매우 중요합니다. 이는 코어 조립물, 코어, 구속 슬리브 및 다중 알루미늄 랩 사이의 관계가 복잡하기 때문입니다. 이 절차를 시작하기 전, 장비의 연결 부위에 유체 누출이 있는지 주의 깊게 테스트하십시오.

다음으로 반응기 바닥에 염수를 넣습니다. 유동 셀 주위에 유연 가열기를 감습니다. 그 후, 1/16인치에서 1/8인치로 변환하는 리듀서 피팅의 1/8인치 끝단에서 나사산을 제거하여 금속 엔드 피팅을 제작합니다. 그런 다음, 주입된 이산화탄소가 코어 전면에 고르게 분산될 수 있도록 피팅의 1/8인치 끝단 면에 작은 홈을 냅니다.

그 다음, 고압 열전대를 미세 유동 셀의 금속 끝부분에 통과시키고 1/4인치 페룰과 너트를 사용하여 열전대를 밀봉함으로써, 고온 접점이 셀 L의 구속 환형 공간 내의 코어 안쪽 너트 면에 인접하게 위치하도록 합니다. 다음으로, 원하는 시료를 지름 6.5 mm, 길이 30 mm에서 50 mm의 코어로 시추합니다. 금속 끝부분과 잘 연결될 수 있도록 코어의 양 끝단을 평평하게 갈아냅니다. 그런 다음 이 코어를 알루미늄 호일로 감쌉니다.

그 후, 이를 불소 고분자 엘라스토머 슬리브 안에 넣습니다. 그다음, 엘라스토머 슬리브의 양 끝을 금속 엔드 피팅에 연결합니다. 열전대의 열접점을 코어의 입구 면 옆에 배치하기 전에 엘라스토머 슬리브 외부에 알루미늄 호일을 한 번 더 감고, 마지막으로 알루미늄 호일을 다시 한번 감아줍니다.

이것으로 코어 어셈블리가 구성됩니다. 이제 코어 어셈블리를 내부에 밀봉하여 마이크로 플로우 셀을 조립하십시오. 회전 CT 스테이지 상단에 장착된 클램프를 사용하여 셀을 마이크로 CT 인클로저 내의 스테이지에 연결하십시오.

이 절차에서는 밸브 1, 2, 3을 제외한 모든 밸브를 닫으십시오. 그 후, 실린더에서 펌프 1과 반응기로 이산화탄소를 충전하십시오. 그런 다음 밸브 1을 닫으십시오.

반응기의 온도와 압력을 공극 유체에 필요한 목표치까지 천천히 올리며 격렬하게 혼합합니다. 주입 전 모든 상이 화학적 평형 상태에 도달하도록 공극 유체를 최소 12시간 동안 혼합하십시오. 그 다음, 밸브 14를 열고 펌프 3에 구속 유체를 주입합니다.

그런 다음 이를 닫고 밸브 12와 13을 엽니다. 셀의 구속 환상부(confining annulus)를 제안된 공극 유체 압력보다 최소 10% 더 높게 가압하십시오. 그 후, 밸브 11을 엽니다.

펌프 2에 염수를 주입하고 닫습니다. 이어서 밸브 9, 8 및 6을 엽니다. 암석의 공극 공간을 원하는 공극 유체 압력에 도달할 때까지 천천히 가압하고, 초임계 이산화탄소와 평형을 이루지 않은 염수로 시료의 공극 공간을 채웁니다.

이제 밸브 4를 열고 펌프 2를 일정 유량으로 다시 채워 평형 상태의 브라인을 1000 pore volume 이상 코어에 통과시킵니다. 이 절차에서는 초임계 이산화탄소를 매우 낮은 유량으로 코어에 10 pore volume 통과시켜 모세관 수가 약 10⁻⁶ 정도로 낮게 유지되도록 합니다. 초임계 이산화탄소가 공극 공간의 브라인을 치환하는 동안 총 주입량을 정확하게 측정하기 위해 2D 투영 영상을 촬영합니다. 동일한 낮은 유량으로 평형 상태의 브라인을 다시 10 volume 코어에 통과시켜, 초임계 이산화탄소가 공극 공간에 잔류상으로 포집되도록 합니다.

그 후, 배수 또는 억제 상태를 이미지화하기 위해 샘플을 몇 차례 스캔합니다. 코어의 전체 직경이 시야(field of view) 내에 들어오도록 복셀 크기를 설정하십시오. 그런 다음 토모그래피 재구성 프로그램을 사용하여 스캔 데이터를 재구성합니다.

순차적으로 필요한 여러 개의 중첩된 섹션들을 함께 이어 붙여 복합 볼륨을 재구성합니다. 여기에 표시된 이미지는 배수 후 코어의 3D 렌더링으로, 각 비습윤상 클러스터에 서로 다른 색상이 부여되었습니다. 이 다섯 개의 이미지는 다섯 번의 개별적인 억제 실험 후 동일한 코어를 3D 렌더링한 것이며, 광범위한 색상 분포는 잔류상의 연결성이 낮음을 나타냅니다.

이는 배수 후 코어의 단면입니다. 가장 어두운 상은 초임계 이산화탄소입니다. 중간 단계의 상은 염수이며, 가장 밝은 상은 암석 입자입니다. 이것이 코어의 단면입니다.

억제 후, 잔류 신경절 크기 분포의 멱법칙 스케일링이 여기에 나타나 있습니다. 숙달되면 이 기술은 적절히 수행했을 때 약 2시간 정도 소요됩니다. 고압 및 고온의 장비를 사용하는 것은 매우 위험할 수 있으므로, 실험 절차를 수행하기 전에 적절한 교육 및 장비 인증과 같은 예방 조치를 반드시 취해야 함을 기억하십시오.