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Engineering

एकाधिक द्रव चरणों के जलाशय हालत ताकना पैमाने इमेजिंग एक्स-रे Microtomography का प्रयोग

Published: February 25, 2015 doi: 10.3791/52440
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London

Abstract

एक्स-रे microtomography 6.6 माइक्रोन, सीओ 2 के भंडारण के लिए इस्तेमाल ठेठ संरचनाओं के दबाव और तापमान प्रतिनिधि में एक कार्बोनेट चट्टान की ताकना अंतरिक्ष में अवशिष्ट कार्बन डाइऑक्साइड गैन्ग्लिया के ध्यान में लीन होना पैमाने पर व्यवस्था के एक प्रस्ताव पर, छवि के लिए इस्तेमाल किया गया था। सीओ 2, नमकीन और रॉक चरणों के बीच रासायनिक संतुलन बहुत दूर इंजेक्शन साइट से स्थितियों नकल, एक उच्च दबाव उच्च तापमान रिएक्टर का उपयोग कर बनाए रखा गया था। द्रव का प्रवाह उच्च दबाव उच्च तापमान सिरिंज पंप का उपयोग कर नियंत्रित किया गया था। एक कार्बन फाइबर उच्च दबाव सूक्ष्म सीटी coreholder इस्तेमाल किया गया था सूक्ष्म सीटी स्कैनर के भीतर प्रतिनिधि में सीटू की स्थिति बनाए रखने के लिए। सीमित द्रव को चट्टान की ताकना-अंतरिक्ष से सीमित आस्तीन भर वाचाल सीओ 2 विनिमय एल्यूमीनियम पन्नी की एक ट्रिपल चादर के साथ कोर आसपास के द्वारा रोका गया था। खंगाला नमकीन विपरीत एक बहुरंगा एक्स-रे स्रोत का उपयोग कर मॉडलिंग की है, और नमकीन रचना डब्ल्यू किया गया थाके रूप में दो तरल पदार्थ और रॉक के बीच तीन चरण विपरीत अधिकतम करने के लिए चुना। लचीले प्रवाह लाइनों संभावित अवांछित नमूना गति, पिछले तकनीक में एक बड़ी कमी है, जिससे छवि अधिग्रहण के दौरान नमूना पर बलों को कम करने के लिए इस्तेमाल किया गया। एक बाहरी लचीला हीटिंग की चादर और एक पीआईडी ​​नियंत्रक के साथ युग्मित रॉक कोर करने के लिए सीधे आसन्न रखा एक आंतरिक thermocouple, प्रवाह सेल के भीतर एक निरंतर तापमान बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किया गया था। सीओ 2 की पर्याप्त मात्रा 0.203 ± 0.013 के एक अवशिष्ट संतृप्ति के साथ, फंस गए थे, और बड़ी मात्रा गैन्ग्लिया के आकार टपकन सिद्धांत के साथ लगातार बिजली कानून वितरण का पालन करना।

Introduction

कार्बन कैप्चर और स्टोरेज यह सैकड़ों साल एक के हजारों करने के लिए उपसतह में रहता है तो यह है कि सीओ 2 के निवासी brines विस्थापित, बड़ी बात स्रोतों से कब्जा कर लिया और झरझरा रॉक में संग्रहीत किया जाता है, जहां प्रक्रिया है। सीओ 2 के परिवेश की स्थिति में दो सीओ बिल्कुल भिन्न गुणों के साथ, एक घने सुपर क्रिटिकल चरण (scCO 2) के रूप में उपसतह में रहता है। स्तरीकृत, विलेयता, खनिज और अवशिष्ट फँसाने: scCO दो उपसतह में स्थिर किया जा सकता है जिसके द्वारा चार प्रमुख यांत्रिकी हैं। Stratigraphic फँसाने सीओ 2 अभेद्य मुहर चट्टानों के नीचे आयोजित किया जाता है, जहां है; सीओ 2 इंजेक्शन के सीओ 02-04 फ़रवरी आसपास के निवासी नमकीन में घुल जहां घुलनशीलता फँसाने है; कार्बोनेट खनिज चरणों रॉक 5 में उपजी हैं जहां खनिज फँसाने है; और अवशिष्ट या केशिका फँसाने सीओ 2 सतह बलों द्वारा आयोजित किया जाता है, जहां हैरॉक 6 की ताकना अंतरिक्ष में के रूप में छोटे बूंदों (गैन्ग्लिया)। इस सह दो पंख 7-9 के पलायन से, स्वाभाविक रूप से या तो हो सकता है, या पीछा करने के इंजेक्शन 10 brines द्वारा प्रेरित किया जा सकता है। प्रक्रियाओं को बेहतर बहु चरण प्रवाह के साथ जुड़े मौलिक भौतिकी को समझने के लिए प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में नए अग्रिमों का दोहन, प्रवाह को नियंत्रित करने और प्रयोगों का एक नया सूट आयोजित किया जाना चाहिए उपसतह में इस सीओ 2 का फँसाने को समझने के लिए।

एक्स-रे microtomography मॉडलिंग प्रयोजनों के लिए और प्रयोगात्मक दोनों के लिए, रॉक कोर के गैर इनवेसिव इमेजिंग के लिए प्राथमिक विधि करने के लिए सूखी भूवैज्ञानिक नमूने 11 और कई तरल पदार्थ चरणों में 12 दोनों कल्पना करने के लिए जल्दी प्रयास से पिछले 25 वर्षों में एक तकनीक के रूप में विकसित किया गया है कार्यान्वयन 13-15। Microtomography गैर इनवेसिव है, क्योंकि यह attractiv विशेष रूप से है जो प्रतिनिधि शर्तों पर प्रणालियों का अध्ययन करने की क्षमता है,सीओ 2 -brine-रॉक प्रणाली के लिए ई, scCO दो की अवस्थायाँ प्रवाह व्यवहार इस तरह के बदले में इस तरह के तापमान के रूप में प्रणाली की स्थिति की एक मजबूत समारोह कर रहे हैं जो इंटरफेसियल तनाव और संपर्क कोण के रूप में, थर्मो-भौतिक गुणों पर अत्यधिक निर्भर है, के रूप में दबाव और लवणता 16-18। एक दूसरे पर निर्भर चर के इस तरह के एक व्यापक और खराब समझ सेट के साथ इस तरह के एक जटिल प्रणाली में, आर्दश ताकना संरचनाओं 19 या अनुरूप तरल पदार्थ 20,21 का उपयोग कर प्रयोगों उपसतह में प्रक्रियाओं प्रवाह करने के लिए लागू नहीं हो सकता। एक भावी सीओ 2 इंजेक्शन गठन की शर्तों प्रतिनिधि पर कई तरल पदार्थ इमेजिंग, हालांकि, एक चुनौती 22 रह गया है। इस अध्ययन में हम 23,24 फँसाने केशिका की परीक्षा पर ध्यान केंद्रित कर, जलाशय की स्थिति में बहु-द्रव व्यवहार की परीक्षा के लिए एक पद्धति रूपरेखा। यह एक इमेजिंग रणनीति की डिजाइनिंग, द्रव सेल की विधानसभा, इंजेक्शन सेंट शामिल होंगेrategy और बाद में छवि प्रसंस्करण।

वास्तविक रॉक प्रणालियों में ताकना पैमाने अवस्थायाँ प्रवाह व्यवहार की प्रयोगात्मक परीक्षा गैर गीला चरण इंजेक्शन (जल निकासी) और गीला चरण इंजेक्शन (अंत-शोषण) दोनों के बाद आंशिक रूप से संतृप्त रॉक कोर की इमेजिंग पर केंद्रित है। एक Hassler-प्रकार coreholder डिजाइन 25 का उपयोग करते हुए कोर सीमित है, जबकि ये तरल पदार्थ, लचीला प्रवाह लाइनों का उपयोग द्रव इंजेक्शन पंप करने के लिए कोर को जोड़ने से इंजेक्ट कर रहे हैं। ScCO दो और नमकीन, एक उपन्यास और अत्यधिक संवेदनशील प्रयोगात्मक स्थापना के यथास्थान व्यवस्था मुख्य रूप से एक उच्च संकल्प एक्स-रे सूक्ष्मदर्शी 23,24,26 के उपयोग पर ध्यान केंद्रित इस्तेमाल किया गया था सफलतापूर्वक छवि के लिए। ऊंचा तापमान और दबाव पर प्रयोगों के संचालन के लिए आवश्यकताओं को बहुत कड़े हैं, और दोनों सामग्री प्रौद्योगिकी और सूक्ष्म सीटी सुविधाओं में हाल के घटनाक्रम की आवश्यकता होती है। पूरा किया जाना है कि महत्वपूर्ण आवश्यकताओं कोई कोर / नमूना धारक अटल बिहारी होने की जरूरत है कि कर रहे हैंप्रभावी इमेजिंग के लिए अनुमति देने के लिए पारदर्शी पर्याप्त एक्स-रे, जबकि शेष Le उच्च दबाव उच्च तापमान (HPHT) की स्थिति का सामना करने के लिए। कोर-धारक एक्स-रे स्रोत ताकना अंतरिक्ष है कि नमूना के करीब रखा जा सकता है और कहा कि पर्याप्त बड़ी ज्यामितीय एक्स-रे बढ़ाई इस तरह से प्राप्त किया जा सकता है पर्याप्त है कि इस तरह छोटा होना चाहिए के रूप में लैब आधारित उपकरणों, एक अतिरिक्त बाधा थोपना प्रभावी ढंग से हल हो गई। इस बाधा नए प्रयोगशाला आधारित सूक्ष्म सीटी मशीनों में माध्यमिक प्रकाशिकी की शुरूआत के साथ कुछ हद तक ढील दी गई है, यह पूरी तरह से उच्च ऑप्टिकल आवर्धन प्राप्त करने के लिए आवश्यक समय को बढ़ाने के लिए करते हैं के रूप में तेजी से अधिग्रहण टाइम्स, वांछित हैं, खासकर अगर हटाया नहीं गया है इमेजिस।

सीओ 2 प्रयोगात्मक विधानसभा की बहुलक भाग के माध्यम से फैलाना होगा के रूप में सीटू द्रव संतृप्ति को कम करने, लंबी अधिग्रहण टाइम्स का उपयोग करते समय घुलनशील तरल पदार्थ के साथ प्रयोग के लिए एक अतिरिक्त चुनौती प्रदान करते हैं। एकटू इन मुद्दों के आसपास दो घंटा से अधिक समय स्कैन टाइम्स अव्यावहारिक थे मतलब है कि। प्रयोगशाला आधारित स्रोतों के लिए विशेष रूप से कठोर, इस आवश्यकता को नीचे स्कैन टाइम्स रखने के क्रम में, कोर-धारक व्यास में लगभग 1 सेमी होना चाहिए। एक बड़ा coreholder आकार आवश्यक प्रक्षेपण जोखिम बार डिटेक्टर पर एक्स-रे प्रवाह घटना को कम करने और इसलिए बढ़ रही है, उसी ज्यामितीय बढ़ाई प्राप्त करने के स्रोत से बहुत आगे होने के लिए डिटेक्टर की आवश्यकता होगी। । इन प्रयोगों में इस्तेमाल किया प्रवाह सेल 27 Iglauer एट अल द्वारा प्रयोग किया जाता है कि इसी तरह एक आस्तीन के डिजाइन के साथ, एक कार्बन फाइबर आस्तीन के आसपास का निर्माण एक पारंपरिक Hassler सेल डिजाइन पर आधारित था, लेकिन दो महत्वपूर्ण परिवर्तन के साथ: 1) कार्बन फाइबर कम्पोजिट आस्तीन निर्माण में प्रयुक्त 550 GPA के एक कठोरता के साथ, M55 के तंतुओं को, 230 GPA के एक कठोरता के साथ, T700 के रेशों से बदल गया था। इस टोमोग्राफी अधिग्रहण के दौरान नमूना आंदोलन की मात्रा कम है, लेकिन यह भी है wo अधिकतम वृद्धि हुई न केवल20 MPA से 50 एमपीए के लिए सेल का दबाव rking। 2) आस्तीन संभव के रूप में नमूने के रूप में बंद होने के लिए स्रोत और डिटेक्टर अनुमति देने के लिए 262 मिमी से 212 मिमी से लम्बी किया गया है।

जलाशय की स्थिति में सीओ 2 की जांच करने के लिए सूक्ष्म सीटी का उपयोग करने के पहले अध्ययन में एक प्रमुख प्रयोगात्मक कमी करने और कोर-धारक 27 से प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए धातु लाइनों का उपयोग किया गया था। नमूना पंप के सापेक्ष घुमाया जाता है, प्रवाह लाइनें भी घुमाया जा करने की जरूरत है। कड़ी प्रवाह लाइनों प्रभावी छवि संकल्प को कम करने या व्यर्थ डाटासेट कुछ या सभी बना रही है, नमूना स्थानांतरित करने के लिए पैदा कर सकता है। इसे रोकने के लिए हम लचीला polyether ईथर ketone (तिरछी) टयूबिंग के साथ रोटेशन चरण के लिए करीब सभी प्रवाह लाइनों को बदल दिया। ये प्रवाह लाइनों अधिग्रहण के दौरान कोर-धारक के लिए बहुत छोटे पार्श्व बल (लोड) प्रदान करने, लचीला थे। हम यह भी नहीं बल्कि coreholder प्रवाह लाइनों संलग्न की तुलना में, नमूना मंच से जुड़ी वाल्व के प्रवाह लाइनों संलग्न। यह किसी भी मौजूदा प्रवाह लाइन लोड नमूना प्रस्ताव की संभावना को कम करने, बल्कि नमूने के लिए की तुलना में, मंच पर सीधे प्रसारित किया गया था। तिरछी ट्यूबिंग का उपयोग करने का एक बड़ा नुकसान सीओ 2 धीरे-धीरे चारों ओर 24 घंटा के एक timescale से अधिक है, इसके माध्यम से फैलाना करने में सक्षम था। इस प्रवाह लाइनों में छोड़ दिया सीओ 2 संतृप्त नमकीन धीरे-धीरे desaturate होता था।

पिछले अध्ययनों का एक अन्य प्रमुख प्रयोगात्मक कमी तापमान की गलत नियंत्रण था। इस तरीके की एक संख्या में परिणामों को प्रभावित कर सकते हैं। सबसे पहले, तापमान दोनों इंटरफेसियल तनाव और संपर्क कोण 16-18 पर एक मजबूत नियंत्रण है। इसके अलावा, नमकीन पानी में दोनों scCO दो और कार्बोनेट चट्टान की विलेयता भी अत्यधिक तापमान 28 से निर्भर है। ScCO दो एक उच्च प्रतिक्रियाशील कार्बोनिक एसिड बनाने, यह निवासी नमकीन में भंग होगा एक खारा कार्बोनेट जलभृत में इंजेक्ट किया जाता है के रूप में जब घुलनशीलता नियंत्रण जो टू में होगा, महत्वपूर्ण हैकिसी भी केल्साइट उपस्थित भंग करने के लिए शुरू आर.एन.। घुलनशीलता नियंत्रण में किसी भी अशुद्धि इसलिए scCO दो विघटन / exsolution या ठोस विघटन / वर्षा हो सकती है।

पिछले अध्ययनों से 27 coreholder गर्म करने के लिए एक गर्म सीमित तरल पदार्थ का इस्तेमाल किया; हालांकि इस समस्याग्रस्त था। यह सही, एक recirculating पानी की आपूर्ति का उपयोग कर एक निरंतर सीमित दबाव बनाए रखने कि आपूर्ति के लिए अतिरिक्त हीटिंग स्नान की आवश्यकता होती है की कठिनाई के साथ जुड़े नुकसान है। इसके अलावा, इस प्रणाली केवल हीटिंग स्नान के बिंदु पर तापमान का सही नियंत्रण रखता है (न कि कोर धारक के बिंदु पर, और सीमित तरल पदार्थ पानी के स्नान और कोर धारक के बीच शांत होता है)। यह भी तरल पदार्थ coreholder से जुड़ी लाइनों और इसलिए प्रवाह लाइन लोड बढ़ाने की संख्या बढ़ रही है, एक इनलेट और सीमित तरल पदार्थ के लिए एक दुकान बंदरगाह दोनों की आवश्यकता है।

इसके बजाय एक गर्म सीमित तरल पदार्थ का उपयोग करने का एक लचीला Heatiएनजी जैकेट कोर धारक के चारों ओर करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। यह बहुत ही सरल हीटिंग विधि बहुत कम coreholder भार में हुई, और सटीक और सही हीटिंग के लिए अनुमति दी। एक अत्यंत पतली polyimide के ताप फिल्म नमूने का आकार कम करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। इस फिल्म का निर्माण 0.0508 मिमी Polyimide फिल्म की दो परतों के बीच समझाया 0.0127 मिमी मोटी एक etched तांबे पन्नी तत्व, के होते हैं। जैकेट में मौजूद तांबा तत्वों काफ़ी छवि गुणवत्ता को प्रभावित नहीं किया। तापमान सेल के सीमित वलय में बैठे एक thermocouple का उपयोग कर मापा गया था। यह ध्यान में लीन होना द्रव तापमान के एक सटीक, विश्वसनीय और स्थिर पढ़ने, यह सुनिश्चित करना कोर करने के लिए संभव के रूप में बंद सीमित आस्तीन, के बाहर पर तैनात किया गया था। thermocouple और हीटिंग फिल्म एक कस्टम बनाया आनुपातिक इंटीग्रल व्युत्पन्न (पीआईडी) नियंत्रक से जुड़े थे, और तापमान ± 1 के भीतर नियंत्रित किया गया सी।

पूरा नियंत्रण ov बनाए रखने के लिएएर अंतर-चरण घुलनशीलता, और दूर नमकीन सख्ती मेजबान चट्टान के छोटे कणों (1-2 मिमी) के साथ मिलकर दो तरल पदार्थ के मिश्रण से scCO 2 के साथ equilibrated गया था इंजेक्शन के लिए पहले इंजेक्शन साइट से जलभृत में वर्तमान परिस्थितियों का प्रतिनिधित्व एक हड़कंप मच गया और गर्म रिएक्टर में। इस रिएक्टर के भीतर सभी गीला घटकों जंग को कम करने के Hastelloy के बने होते हैं। रिएक्टर रिएक्टर (scCO 2) के ऊपर से निकाला जा करने के लिए रिएक्टर (नमकीन) के आधार से निकाले जाने की सघन तरल पदार्थ और कम घने तरल पदार्थ के लिए अनुमति देने के लिए एक फ़िल्टर डुबकी ट्यूब शामिल हैं। उच्च दबाव सिरिंज पंप 25.4 NL के एक विस्थापन सटीकता के साथ, रॉक के ताकना अंतरिक्ष में और रिएक्टर में दबाव और नियंत्रण प्रवाह बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किया गया। इस अध्ययन में इस्तेमाल प्रायोगिक उपकरण चित्र 1 में दिखाया गया है। प्रतिनिधि परिणाम पोटेशियम आयोडाइड (केआई) था तैयार किया गया है जिसमें से प्रयोग के लिए इस्तेमाल आयनिक नमक, यह तो एक एक उच्च परमाणु वजन और रूपयह एक प्रभावी विपरीत एजेंट बनाने उच्च एक्स-रे क्षीणन गुणांक। कम attenuating (जैसे सोडियम क्लोराइड के रूप में) लवण या मिश्रण का उपयोग किया जा सकता है, हालांकि बड़े salinities एक ही एक्स-रे क्षीणन को प्राप्त करने की आवश्यकता होगी।

Protocol

1. इमेजिंग की रणनीति डिजाइन

  1. , नमकीन के लिए अलग घुला हुआ पदार्थ विकल्पों की इमेजिंग प्रदर्शन की भविष्यवाणी घटना एक्स-रे 29-31 का एक्स-रे स्पेक्ट्रम की गणना करने के लिए आदेश में। एक्स-रे स्पेक्ट्रम पर कोर-धारक, कोर विधानसभा के प्रभाव और सीमित तरल पदार्थ शामिल करें। 87 μA के 80 केवी और इलेक्ट्रॉन वर्तमान की एक त्वरण वोल्टेज का उपयोग कर एक उदाहरण घटना एक्स-रे स्पेक्ट्रम चित्र 1 में दिखाया गया है।
  2. अलग ताकना-तरल पदार्थ युक्त नमूना के संचरण कारकों के इस स्पेक्ट्रम की तुलना करें। एक नमूना भीतर प्रजातियों के प्रभावी ऑप्टिकल लंबाई, और गणना की एक्स-रे क्षीणन गुणांकों (चित्रा 3) 32, संभालने की वजह से बीयर-लैम्बर्ट कानून का उपयोग कर ताकना-तरल पदार्थ में परिवर्तन करने के लिए संचरण कारक में परिवर्तन अनुकरण। सभी घटना एक्स-रे ऊर्जा से अधिक एकीकृत करके समग्र संचरण कारक निर्धारित करते हैं। रॉक मातृ के लिए जिसके परिणामस्वरूप प्रभावी संचरण कारकों का एक उदाहरणएक्स और ताकना अंतरिक्ष सामग्री, और ताकना अंतरिक्ष वैक्यूम से भर जाता है जब मामले के सापेक्ष संचरण कारकों में परिवर्तन तालिका 1 में देखा जा सकता है।
  3. नमकीन के साथ जुड़े संचरण कारक में परिवर्तन ठोस साथ जुड़े संचरण कारक में आधा परिवर्तन लगभग ऐसी है कि एक नमकीन घुला हुआ पदार्थ और एकाग्रता चुनें। इस खंगाला छवि में तीन चरण विपरीत अधिकतम जाएगा। नमक के लिए आवश्यक राशि वजन और सख्ती विआयनीकृत पानी के साथ मिक्स (7% (केआई प्रतिनिधि परिणाम ले जाया गया, जहां से प्रयोग के लिए इस्तेमाल किया गया था) डब्ल्यू / डब्ल्यू)।
    1. एक विशिष्ट नमकीन रचना वांछित है अगर वैकल्पिक रूप से, इस घटना के एक्स-रे के स्पेक्ट्रम को बदलने के लिए एक्स-रे स्रोत त्वरण वोल्टेज बदल जाते हैं।

उपकरण और सेल के 2. विधानसभा

  1. चित्रा 2 में नीचे दिखाया के रूप में उपकरण इकट्ठा। उपयोग तिरछी प्रवाह सेल पर पार्श्व नमूना भार को कम करने के लिए flowlines।कोई भी तरल पदार्थ लीक के लिए ध्यान से प्रत्येक कनेक्शन का परीक्षण करें।
    1. रचना रिएक्टर के आधार में, कदम 1.1-1.3 दौरान निर्णय लिया की, नमकीन रखें। प्रवाह सेल के आसपास लचीला हीटर लपेटें।
  2. धातु अंत फिटिंग का निर्माण। फिटिंग reducer "08/01 को 1/8" एक 1/16 के अंत "से धागा निकालें। तब कोर के पूरे चेहरे पर इंजेक्ट सीओ 2 को वितरित करने के लिए उपयुक्त की 1/8 "अंत के चेहरे में छोटे खांचे में कटौती।
  3. "Ferrules और अखरोट ¼ का उपयोग करते हुए सूक्ष्म प्रवाह सेल और सील की धातु अंत भागों के माध्यम से उच्च दबाव thermocouple के दर्रा, तो thermocouple के गर्म जंक्शन सेल की सीमित वलय के भीतर, कोर के इनलेट सामना करने के लिए आसन्न बैठता है।
  4. एक कोर में व्यास में 6.5 मिमी और लंबाई में 50 मिमी से 30 मिमी वांछित नमूना ड्रिल। धातु अंत टुकड़े के साथ एक अच्छे संबंध सुनिश्चित करने के लिए, कोर फ्लैट के सिरों नीचे पीसने। तो ढंग से जगह एल्यूमीनियम पन्नी में इस कोर लपेटेंNA flouro बहुलक इलास्टोमेर आस्तीन।
    1. धातु अंत फिटिंग के लिए इलास्टोमेर आस्तीन के सिरों से कनेक्ट करें। सेल के सीमित वलय के बगल में thermocouple के गर्म जंक्शन रखने और एल्यूमीनियम पन्नी की एक अंतिम चादर के जोड़ने से पहले इलास्टोमेर आस्तीन के बाहरी एल्यूमीनियम पन्नी की एक और लपेट जोड़ें। इस कोर विधानसभा (चित्रा 4) रूपों।
  5. एक क्लैंप का उपयोग कर इसे भीतर सील कोर विधानसभा के साथ सूक्ष्म प्रवाह सेल इकट्ठा और सूक्ष्म सीटी बाड़े के भीतर चरण के लिए सेल कनेक्ट (चित्रा 5) घूर्णी सीटी चरण के शीर्ष पर मुहिम शुरू की।

3. सिस्टम दबाव

  1. पंप एक और रिएक्टर में सिलेंडर से में चित्रा 3। लोड सीओ 2 के रूप में परिभाषित, वाल्व 1, 2 और 3 के अलावा सभी वाल्व बंद करें तो करीब वाल्व 1. धीरे लिए वांछित है कि करने के लिए रिएक्टर के अंदर तापमान और दबाव बढ़ा प्रयोग के दौरान तरल पदार्थ ताकना।
  2. ओपन वाल्व 14 और पंप 3. 14. ओपन 12 और 13 पर दबाव प्रस्तावित ताकना-द्रव दबाव से कम से कम 10% से अधिक करने के लिए सेल की सीमित वलय वाल्व बंद वाल्व में सीमित द्रव लोड।
  3. पंप 2. बंद वाल्व 11 और खुले वाल्व 9, 8 और 6 में खुला वाल्व 11. लोड नमकीन।
    1. यह scCO 2 के साथ equilibrated नहीं किया गया है कि नमकीन पानी के साथ नमूना के ध्यान में लीन होना-जगह भरने, वांछित ताकना-द्रव दबाव में है जब तक धीरे धीरे चट्टान की ताकना अंतरिक्ष दबाव।
  4. ओपन वाल्व 4. फ्लश एक निरंतर प्रवाह दर पर पंप दो refilling द्वारा कोर के माध्यम से equilibrated नमकीन के 1,000 से अधिक ताकना संस्करणों। ताकना मात्रा हीलियम porosimetry का उपयोग कर पाया सरंध्रता द्वारा कोर मात्रा से गुणा करके पाया जाता है।
    नोट: यह miscibly संयुक्त राष्ट्र के equilibrated नमकीन विस्थापित होंगे, 100% प्रारंभिक नमकीन संतृप्ति और बनाने की प्रक्रिया को सुनिश्चितथोड़ा आगे एक scCO दो पंख के सामने के एक बिंदु पर एक aquifer में उपसतह स्थितियों के लिए समान कोर में ting शर्तों।

4. द्रव का प्रवाह और छवि अधिग्रहण

  1. लगभग 10 -6 के एक कम केशिका संख्या, यह सुनिश्चित करना बहुत कम प्रवाह दर (1.67 × 10 -9 एम 3 / सेक) में कोर के माध्यम से scCO 2 के 10 ताकना मात्रा (लगभग 1 मिलीलीटर) के माध्यम से गुजरती हैं। लगातार सटीकता से scCO दो ताकना अंतरिक्ष में नमकीन विस्थापित जब बिंदु देख द्वारा कुल इंजेक्शन की मात्रा को मापने के क्रम में 2 डी अनुमानों ले।
  2. ताकना अंतरिक्ष में एक अवशिष्ट चरण के रूप में फंस बनने के लिए scCO दो, जिससे एक ही कम प्रवाह दर पर कोर के माध्यम से equilibrated नमकीन के 10 ताकना मात्रा (लगभग 1 मिलीलीटर) के माध्यम से गुजरती हैं।
  3. 4.1 या 4.2 कदम के बाद, क्रमशः छवि जल निकासी या अंत-शोषण करने के लिए नमूना के स्कैन ले। कोर के पूरे व्यास होड़ के क्षेत्र के भीतर फिट बैठता है कि इस तरह के एक voxel आकार का उपयोग करेंडब्ल्यू।
  4. एक tomographic पुनर्निर्माण कार्यक्रम का उपयोग कर स्कैन पुनर्निर्माण किया। एक छोटे से voxel के आकार को बनाए रखने के लिए एक साथ क्रमिक रूप से अधिग्रहीत कई अतिव्यापी वर्गों, सिलाई द्वारा समग्र संस्करणों का पुनर्निर्माण, जबकि कोर की पूरी लंबाई को स्कैन करने के लिए।
    नोट: प्रत्येक खंड के अधिग्रहण के लिए 15-20 मिनट ले रही है, 400 के अनुमानों के आसपास की आवश्यकता है, तो एक पूरे समग्र मात्रा की स्कैनिंग लगभग 90 मिनट लग गए।

5. इमेज प्रोसेसिंग और विभाजन

  1. डाटासेट करने के लिए फिल्टर 33,34 के संरक्षण के लिए एक गैर-स्थानीय साधन बढ़त लागू करें और सही छवियों किसी भी किरण सख्त के लिए या इन कलाकृतियों के रूप में त्रिज्यात सममित गाऊसी कार्यों 35 मॉडलिंग से छवि पुनर्निर्माण के दौरान बनाई गई कलाकृतियों नरम।
  2. खंड डेटा कंपनी के इलाज, एक 2 डी हिस्टोग्राम 36 का उपयोग कर उत्पन्न एक बीज के साथ एक जल कलन विधि के उपयोग द्वारा (छवि के भीतर सीओ 2 के एक द्विआधारी प्रतिनिधित्व में greyscale जानकारी बारी)
  3. सीओ 2 voxels की कुल संख्या और अवशिष्ट सीओ 2 के प्रत्येक जुड़े क्लस्टर का भी आकार दोनों को खोजने के लिए इस खंडों छवि का विश्लेषण करें।

Representative Results

एक एकल कार्बोनेट, Ketton चूना पत्थर, ऊपरी लिंकनशायर चूना सदस्य से एक ओओलीट के लिए परिणाम की पहचान करने और फिर चिह्नित किया गया है, जो एक अद्वितीय काट दिया नाड़ीग्रन्थि, चित्रा (6) की मात्रा को मापने के लिए आदेश में 3 डी में विश्लेषण किया गया। सभी प्रसंस्करण Avizo फायर 8.0 और ImageJ कार्यक्रमों 37 के भीतर आयोजित किया गया।

केशिका फँसाने क्षमता - खंडों आंशिक रूप से संतृप्त छवियों फंस scCO दो के कब्जे में रॉक मात्रा के अनुपात को खोजने के लिए अवशिष्ट फंस scCO दो की voxels की संख्या की गणना के द्वारा विश्लेषण किया गया। यह तो हीलियम porosimetry का उपयोग कर प्राप्त के रूप में porosity के द्वारा इस मूल्य विभाजित करके एक अवशिष्ट संतृप्ति (एस आर) में परिवर्तित किया जा सकता है। ScCO दो की महत्वपूर्ण अनुपात 0.203 ± 0.013 के एक अवशिष्ट संतृप्ति के साथ, एक अवशिष्ट संतृप्ति के रूप में फंस गए थे। इस माइक्रो का उपयोग कर पिछले अध्ययनों में पाया परिणामों के साथ सहमत23 -CT। इस चट्टान प्रकार में अवशिष्ट फँसाने के बड़े कोर पैमाने पर अध्ययन 0.137 ± 0.012 38 के एक कम अवशिष्ट संतृप्ति दिखाया।

एक scCO दो संतृप्त कोर में नमकीन पानी के प्रवेश को एक गीला द्रव (नमकीन) गैर गीला तरल पदार्थ विस्थापित, प्रत्येक ताकना पर हमला जहां एक अंत-शोषण की प्रक्रिया (scCO 2) है। एक जोरदार पानी गीला चट्टान में हम पानी की प्रक्रिया कहा जाता तस्वीर बंद में काट दिया गैन्ग्लिया फँसाने, आकार 39,40 के क्रम में ताकना अंतरिक्ष के क्षेत्रों को भरने की उम्मीद है। 41 ताकि भविष्यवाणियों अलग समूहों के आकार के वितरण के बारे में बनाया जा सकता है की तरह यह प्रक्रिया टपकन होना चाहिए। τ फिशर प्रतिपादक 42 है, जहां (voxels में मापा) की मात्रा एस के समूहों की संख्या एन, के रूप पैमाने पर होना चाहिए। नेटवर्क मॉडलिंग तीन आयामी घन नियमित lattices में इस प्रतिपादक के मूल्य = τ के आसपास 2.189 43 है कि दिखाया गया है। वास्तविक आंकड़ों से इस प्रतिपादक निकालने का एक प्राकृतिक तरीकाडायस और विल्किनसन 41 द्वारा परिभाषित के रूप में, binned मात्रा साजिश करने के लिए है।

1 समीकरण

जो रूप में बड़े पैमाने चाहिए:

2 समीकरण

यह तो बड़ी गैन्ग्लिया के लिए बिजली-कानून व्यवहार दिखा, एस के एक समारोह के रूप में एक लॉग-प्रवेश साजिश (चित्रा 7) पर साजिश रची है, लेकिन छोटे गैन्ग्लिया के एक के तहत प्रतिनिधित्व बिजली कानून मॉडल की तुलना में। प्रतिपादक (बिजली-कानून व्यवहार के लगभग शुरू) गैन्ग्लिया छोटे 10 से 5 voxels को छोड़कर और एक कम से कम निरपेक्ष अवशिष्ट मजबूत फिटिंग एल्गोरिथ्म 46,47 का उपयोग कर Levenberg-Marquardt प्रतिगमन 44,45 प्रदर्शन द्वारा गणना की गई। यह एक वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग किया गया था। इस प्रणाली के लिए फिशर प्रतिपादक 2.287 ± 0.009, सीएल थाose इस प्रणाली में है कि अंत-शोषण का संकेत 2.189 के सैद्धांतिक मूल्य, वास्तव में की तरह टपकन है। अधिक आम तौर पर इन परिणामों बड़ा कोर-बाढ़ प्रयोगों 38,48,49 में निष्कर्ष की पुष्टि कि कार्बोनेट में गैर गीला चरण के रूप में scCO दो कार्य करता है।

चित्र 1
चित्रा 1. प्रायोगिक उपकरण, पंप, वाल्व और रिएक्टर प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है और सूक्ष्म सीटी बाड़े के भीतर coreholder के बैठने दिखा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
कोर, फाई पर एक्स-रे की घटना के लिए सामान्यीकृत ऊर्जा स्पेक्ट्रम 2. चित्रा आस्तीन सीमित और तरल पदार्थ सीमित, coreholder के माध्यम से ltered। SpekCALC 29-31 उपयोग कर की गणना।

चित्र तीन
चित्रा 3. फोटोन ऊर्जा के एक समारोह के रूप में विभिन्न तरल पदार्थ और रॉक सामग्री के रैखिक क्षीणन गुणांक।

चित्रा 4
चित्रा 4 कोर विधानसभा का विस्तार, कोर के आसपास एक ट्रिपल एल्यूमीनियम की चादर दिखा flouro-इलास्टोमेर आस्तीन भर वाचाल सीओ 2 के आदान-प्रदान को रोकने। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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प्रवाह सेल, हीटिंग उपकरण और प्रवाह सेल के भीतर कोर विधानसभा के siting चित्रा 5. विस्तार। Thermocouple के कोर के इनलेट सामना करने के लिए संभव के रूप में बंद के रूप में रखा जाना चाहिए। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 6
जल निकासी और अंत-शोषण के बाद कार्बोनेट के 6. छवि चित्रा। (ए) प्रत्येक गैर गीला चरण क्लस्टर एक अलग रंग दिया जाता है, जहां जल निकासी के बाद कोर के एक 3 डी प्रतिपादन। (बीएफ) पाँच अंत-शोषण के प्रयोगों के बाद कोर के एक 3 डी प्रतिपादन, (ए) के लिए वर्णित के रूप में रंग का। रंगों की बड़ी रेंज एक खराब जुड़े अवशिष्ट चरण इंगित करता है। (जी) जल निकासी के बाद कोर के एक पार अनुभाग। अंधेरी चरण, scCO 2 मध्यवर्ती चरण नमकीन है और lightest चरण रॉक अनाज है। (एच) के अंत-शोषण के बाद कोर के एक पार अनुभाग। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
चित्रा 7. 6 चित्र में दिखाया अवशिष्ट गैन्ग्लिया के आकार के वितरण।

भरने सामग्री Porosity वैक्यूम सीओ 2 एच 2 ओ एच 2 ओ - 7% wt NaCl एच 2 ओ - 7% wt केआई ठोस (Caco 3)
ट्रांसमिशन फैक्टर 0.25 0.247 0.243 0.242 0.224 0.202
ट्रांसमिशन कारक सापेक्ष में बदलें वैक्यूम एन / ए -0.003 -0.007 -0.008 -0.026 -0.048

इस अध्ययन के दौरान imaged रॉक और ताकना-जगह भरने सामग्री का एक्स-रे ऑप्टिकल गुणों का अनुकरण से परिणाम (संचरण कारक और वैक्यूम भरे मामले को संचरण कारक सापेक्ष में परिवर्तन) की तालिका 1. सारांश। प्रत्येक स्तंभ को एक अलग सामग्री का प्रतिनिधित्व करता है coreholder भीतर चट्टान की ताकना-जगह भरने।

Discussion

ऊंचा दबाव और तापमान पर अवस्थायाँ तरल पदार्थ का सफल इमेजिंग के लिए सबसे महत्वपूर्ण कदम हैं: 1) के आस-पास सीमित द्रव से ताकना तरल पदार्थ के सफल अलगाव; 2) इंजेक्शन के लिए पहले तरल पदार्थ और चट्टान के प्रभावी संतुलन; 3) प्रयोग भर में प्रभावी तापमान नियंत्रण; और 4) जिसके परिणामस्वरूप छवियों के प्रभावी विभाजन।

आस्तीन तेजी है, और कोर के भीतर संतृप्ति स्कैन की अवधि के लिए निरंतर नहीं रहता पार एल्यूमीनियम wraps के उपयोग अपनी अनुपस्थिति वाचाल विदेशी मुद्रा में ही आसपास के सीमित द्रव से ताकना-तरल पदार्थ के सफल अलगाव के लिए महत्वपूर्ण है। द्रव कदम 4.1 और 4.2 में कोर में इंजेक्शन के लिए पहले समय की विस्तारित अवधि (> 2 घंटा) के लिए तिरछी flowlines में रहता है जब यह समस्या भी स्पष्ट किया जा सकता है। नमकीन desaturate पैदा करने के लिए प्लास्टिक भर में एक बार फिर, सीओ 2 diffusively एक्सचेंजों। इस डे हैंअवशिष्ट समूहों इंजेक्शन के नमकीन पानी से भंग कर रहे हैं के रूप में संतृप्त नमकीन कोर में इंजेक्ट किया जाता है, कोर में संतृप्ति में कमी होगी।

तरल पदार्थ और तरल पदार्थ पुनःपरिसंचरण 50 सहित चट्टानों के संतुलन के लिए अन्य तरीकों, साहित्य में प्रस्तावित किया गया है। इन विधियों बारी में होता है, जो बारी में एक प्रयोग के लिए समय की राशि में वृद्धि हुई है, जो होगा प्रयोगात्मक स्थापना, की जटिलता प्रवाह लाइनों में नमकीन diffusively desaturated होता है कि संभावना में वृद्धि हुई वृद्धि हुई है।

प्रभावी तापमान नियंत्रण आवश्यक है, और प्रवाह सेल के सीमित वलय के भीतर एक thermocouple की उपस्थिति इस बात के लिए महत्वपूर्ण है। तापमान केवल घुलनशीलता असंतुलन और विघटन या exsolution के लिए अग्रणी नमूना भर में कुछ ढाल वहाँ हो सकता है, जिसका अर्थ है एक भी बिंदु पर मापा जाता है। इस टी के करीब के रूप में संभव के रूप thermocouple के गर्म जंक्शन लगाने के द्वारा कम किया जा सकतावह रॉक कोर के चेहरे इनलेट।

कई तरल पदार्थ की एक आंशिक संतृप्ति युक्त छवियों का विभाजन सूखी छवियों का विभाजन है, तो साधारण ग्रे पैमाने पर यूनिवर्सल thresholding का इस्तेमाल होता है कि काफी अधिक चुनौतीपूर्ण है के रूप में जिसके परिणामस्वरूप छवियों के प्रभावी विभाजन, इन पद्धतियों के साथ एक असली चुनौती हो सकती है 51 अपर्याप्त। वाटरशेड विभाजन का उपयोग न केवल साहित्य में अन्य एल्गोरिदम की तुलना में सबसे अधिक विश्वसनीय परिणाम देता है, लेकिन यह भी अंगूठी और आंशिक मात्रा कलाकृतियों 35 से निपटने में सबसे प्रभावी है।

इस तकनीक का सबसे महत्वपूर्ण सीमाओं में से एक है कि यह केवल एक चट्टान की मैक्रो-ताकना अंतरिक्ष का उपयोग कर सकते है। (छवि संकल्प की तुलना में छोटे तराजू पर) microporosity दुर्गम रहता है, और अवस्थायाँ प्रवाह के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। उच्च संकल्प ताकना अंतरिक्ष के इन हिस्सों का एक बड़ा अनुपात से पता चलता है, लेकिन यह भी वीं में कमी के अनुरूपदेखने के ई क्षेत्र। एक विशिष्ट रॉक टाइप करने के लिए तकनीक की प्रयोज्यता ऐसे पारा इंजेक्शन केशिका दबाव के रूप में स्वतंत्र विधि का उपयोग कर प्राप्त ताकना गले आकार के वितरण के लिए स्कैन के संकल्प की तुलना द्वारा संबोधित किया जा सकता है।

इस विधि से 24 फँसाने केशिका के एक क्रॉस तुलनात्मक अध्ययन और संपर्क कोण 26 की माप सहित मौजूदा अनुप्रयोगों के साथ, यथार्थवादी प्रणालियों में जलाशय की स्थिति में कई तरल पदार्थ की ताकना पैमाने इमेजिंग के लिए एक अग्रणी तकनीक है, और विधि एक को आसानी से लागू है झरझरा सिस्टम की बड़ी रेंज। भविष्य के काम उपसतह जलवाही स्तर, तेल और गैस क्षेत्रों और अन्य गहरे भूवैज्ञानिक सिस्टम की शर्तों प्रतिनिधि पर, ताकना पैमाने पर, झरझरा मीडिया समस्याओं में एक चरण और अवस्थायाँ प्रवाह की एक विस्तृत विविधता का अध्ययन कर सकता है।

Acknowledgments

हम कृतज्ञता कतर पेट्रोलियम, शैल, और कतर विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी पार्क द्वारा संयुक्त रूप से प्रदान की कतर कार्बोनेट और कार्बन भंडारण अनुसंधान केंद्र (QCCSRC) से धन स्वीकार करते हैं। हम यह भी ध्यान में लीन होना-स्केल मॉडलिंग पर इंपीरियल कॉलेज कंसोर्टियम से धन स्वीकार करते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
High Pressure Syringe Pump Teledyne ISCO 1000D
Parr Reactor Parr Instrument Company 4547A - hastelloy
PEEK Tubing Kinesis 1560xL
Potassium Iodide Salt Sigma Aldrich 30315-1KG
Carbon Dioxide BOC CO2 - size E
Thermocouple Omega Engineering KMTSS-IM300U-150
Kapton Flexible Heater Omega Engineering KH-112/10-P
X-Ray Microscope Zeiss Versa XRM 500
Snoop Leak Detector Swagelok MS-SNOOP-8OZ
Flouro-Elastomer Polymer (Viton) Sleeve Fisher Scientific 11572583
Micro-CT Coreholder Airborne Composites 262mm Coreholder Constructed in conjunction with Imperial College
Tomographic program Zeiss XM-Reconstructor
ImageJ - image processing NIH ImageJ
Matlab Mathworks Matlab Used for regression analysis
Avizo FEI Avizo

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References

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चिकित्सा अंक 96 जलाशय की स्थिति सूक्ष्म सीटी बहु चरण कार्बन भंडारण केशिका फँसाने ताकना पैमाने पर
एकाधिक द्रव चरणों के जलाशय हालत ताकना पैमाने इमेजिंग एक्स-रे Microtomography का प्रयोग
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Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography. J. Vis. Exp. (96), e52440, doi:10.3791/52440 (2015).

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