Pore ​​escala dinâmica Reservatório-condição de imagem de Reacção em Carbonatos Usando Síncrotron Tomografia rápido

Tomografia rápido Synchrotron foi usado para dinamicamente imagem dissolução do calcário na presença de CO ₂ salmoura saturados em condições de reservatório. 100 leituras foram tiradas com uma resolução de 6,1 uM, durante um período de 2 h.

O objetivo geral deste experimento é observar a mudança dinâmica na interface da rocha fluida durante a reação com salmoura ácida em rocha real sob condições de reservatório. Esse método pode ajudar a responder a questões-chave no armazenamento de carbono, como prever com precisão a migração de fluidos subterrâneos e a eficácia da permanência de surtos. A principal vantagem dessa técnica é que as imagens tridimensionais podem ser obtidas de forma rápida e não invasiva.

Embora esse método possa fornecer informações sobre sistemas geoquímicos, ele também pode ser aplicado a outros sistemas. A aquisição de imagens de várias fases fluidas durante ambientes de estresse mecânico ou o funcionamento de baterias ou sistemas biológicos, como olhos de insetos, são aplicações típicas. Comece calculando os espectros de raios-X da linha do feixe na energia e fluxo mais altos do feixe rosa.

Em seguida, preveja o desempenho da imagem usando a curva de ajuste experimental e medindo as transmissões de filtragem. Em seguida, é fundamental calibrar o espectro do feixe com filtros adequados para obter uma boa imagem. É demorado, mas essencial.

Comece filtrando os raios-X de baixa energia que aquecem a amostra e não melhoram a imagem. Calcule a transmissão teórica do filtro nos comprimentos de onda de luz disponíveis e selecione os filtros apropriados. Neste caso, são utilizados filtros de alumínio e ouro.

Em seguida, adicione um filtro passa-banda. Para os filtros de raios-X passa-altas, use um conjunto de filtros de carbono pirolítico de 0,2 milímetro e filtros de alumínio de 0,2 milímetro. Para o filtro passa-baixo, use um espelho de raios-X operando próximo ao ângulo crítico.

Uma tira revestida de platina sob um ângulo de incidência de 1,15 milirods é usada aqui para refletir a luz abaixo de 30 quiloelétron-volts. Em seguida, escolha um cintilador que cintila abundantemente nas frequências de luz e fluxo disponíveis nas linhas de feixe. Aqui, um tungstenato de cádmio empilhado com tungstenato de chumbo é usado.

Em seguida, escolha uma lente objetiva e uma câmera com um campo de visão apropriado e resolução de tempo de captura. Para a imagem, use a técnica de varredura de mosca para que a amostra experimente menos vibração. Comece carregando o núcleo na célula para se preparar para a inundação do núcleo.

Primeiro, enrole o núcleo em uma camada de papel alumínio. Em seguida, insira o núcleo em uma luva Viton que é cortada de forma que seja dois milímetros mais curta que o comprimento combinado do núcleo e dos acessórios da extremidade interna. Em seguida, estique a luva sobre os encaixes finais de cinco milímetros para criar uma vedação firme.

Não deve haver espaço entre as conexões finais no núcleo, ou o fluxo será comprimido. Enrole as conexões e a luva em duas camadas adicionais de alumínio para evitar que o dióxido de carbono se difunda no fluido confinante e para manter a luva no lugar nas conexões. Agora, monte o suporte do núcleo novamente.

Deslize a tubulação e as vedações e substitua os parafusos. Em seguida, monte o suporte do núcleo no palco e conecte o fluxo e as linhas elétricas. O fluxo e as linhas elétricas não devem inibir a rotação livre da platina em um arco de 180 graus.

Agora, faça uma varredura seca de todo o núcleo antes de iniciar o experimento. Os detalhes estão no protocolo de texto. Tire também imagens dos cintiladores conforme descrito no texto.

Para começar, carregue salmoura recém-preparada no reator e remonte-a. Aperte os parafusos, envolva-os novamente com fita térmica e insira a sonda de temperatura. Agora, carregue o dióxido de carbono da válvula um na bomba injetora até que a pressão atinja 100 bar.

Em seguida, abra a válvula dois para inundar o reator com dióxido de carbono. Agite continuamente a salmoura com um agitador de arrastamento e aqueça o reator a 50 graus Celsius. Equilibre a salmoura a 10 megapascais por duas a seis horas, para saturá-la com dióxido de carbono e dissolver totalmente o carbonato.

Uma vez equilibrado, purgue o sistema. Primeiro, conecte as linhas acima e abaixo do suporte do núcleo para ignorar o suporte do núcleo. Em segundo lugar, ajuste a bomba receptora para reabastecer para carregar a água ionizada na bomba receptora através da válvula 11.

Em terceiro lugar, abra as válvulas sete, quatro e três. Por fim, use a bomba receptora no modo de pressão constante para conduzir a água para trás através do sistema e sair da válvula três, abaixo do reator. Use aproximadamente 10 volumes do sistema para garantir que as linhas estejam livres de ar e enxaguadas.

Agora, esvazie a bomba receptora e carregue uma salmoura mais pesada na bomba receptora através da válvula 11. Use 25% em peso de iodeto de potássio. Em seguida, carregue a água ionizada na bomba de confinamento através da válvula 10.

Em seguida, feche a válvula 10 e abra as válvulas oito e seis. Use a bomba de confinamento para confinar o núcleo em dois megapascais. Agora, feche a válvula 11 e pressurize a bomba receptora a 10 bar.

Em seguida, abra as válvulas nove, sete, quatro e três. Use a queda de pressão resultante para conduzir a salmoura através do núcleo. Aumente gradualmente as pressões confinantes e ruins para obter uma taxa de fluxo razoável.

Conduza aproximadamente dois volumes completos de salmoura do sistema até o núcleo. Feche a válvula três e, em seguida, aumente incrementalmente as pressões confinantes e pobres, até que o núcleo esteja confinado a 12 megapascal e a pressão do núcleo seja de 10 megapascal. O núcleo também deve se reequilibrar a 50 graus Celsius.

Agora, pare a bomba receptora e abra a válvula cinco na base do reator para conectar o sistema do reator ao núcleo. Este é um experimento de pressão de alta temperatura. Para garantir o sucesso, tenha muito cuidado ao montar o equipamento e teste-o minuciosamente antes de iniciar o fluxo reativo.

Antes de iniciar o fluxo de fluido, centralize o campo de visão da câmera CMOS no meio do núcleo e comece a fazer projeções 2D contínuas para rastrear a inundação do núcleo. Em seguida, ajuste a bomba receptora para as taxas de fluxo necessárias através do núcleo. Use a bomba injetora na extremidade frontal para regular a pressão do sistema.

Agora, monitore as projeções 2D para mudanças na atenuação que sinalizam a chegada da salmoura reativa. A transmissão do núcleo aumentará e as projeções ficarão mais brilhantes à medida que mais luz atingir o cintilador, à medida que o fluido reativo transparente altamente raios-X for preenchido. Se não houver diferença de atenuação entre salmoura reativa e não reativa, use uma salmoura de maior concentração de sal ou um sal diferente de alta absorção.

Quando a salmoura reagente chegar, pare as varreduras 2D e comece a fazer tomografias 3D sucessivas o mais rápido possível. Use cerca de 1.000 projeções por varredura e escaneie o núcleo usando apenas 180 graus de rotação. Digitalize até que o limite de tempo seja atingido, ou o núcleo pareça tão dissolvido e haja um perigo iminente de colapso estrutural interno.

Em seguida, despressurize o sistema de acordo com o protocolo de texto e remova cuidadosamente o conjunto do núcleo do suporte do núcleo. Uma vez removida, desconecte a luva dos encaixes da extremidade interna e coloque o núcleo coberto pela luva em um copo de água deionizada para diluir qualquer salmoura potencialmente reativa e interromper todas as reações. Usando o método descrito, uma reação foi visualizada entre calcita e salmoura saturada de dióxido de carbono supercrítica não tamponada em um núcleo de carbonato de Portland.

As imagens segmentadas foram analisadas como uma série temporal para mudanças de porosidade por meio da contagem do número de oxilas de poros e rochas. Durante a dissolução, a porosidade aumentou com o tempo. A inspeção visual das imagens segmentadas mostra a presença de um canal na direção do fluxo.

Investigações posteriores revelaram que o canal se formou na primeira hora e depois se alargou à medida que o experimento continuava. As imagens segmentadas foram então usadas como entrada em um modelo de extração de rede para analisar as mudanças de permeabilidade. Houve um aumento acentuado na permeabilidade durante a hora inicial, mas depois a permeabilidade se estabilizou.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como obter imagens de reação dinâmica usando tomografia síncrotron rápida. Uma dominada, essa técnica pode ser feita em quatro horas se for executada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de proteger todos os equipamentos contra derramamentos de líquidos e testá-los minuciosamente antes de instalá-los na linha de feixe.

Seguimos procedimentos rigorosos para garantir padrões de segurança muito elevados. Quando se trata de ciência síncrotron, saúde e segurança são primordiais.