Reservoir Tilstand Pore-skala Imaging av flere Fluid Faser Med X-ray microtomography

Abstract

Røntgen microtomography ble brukt til bilde, med en oppløsning på 6,6 um, porevolumet stilt arrangement av rest-karbondioksyd ganglia i pore-plass av et karbonat bergart ved trykk og temperaturer som er representative for typiske formasjoner som brukes for _CO2-lagring. Kjemisk likevekt mellom CO _2, saltlake og rock fasene ble opprettholdt ved hjelp av en høytrykks høytemperaturreaktor replikere forholdene langt fra injeksjonsstedet. Væskestrømmen ble kontrollert ved hjelp av høyt trykk og høy temperatur sprøytepumper. For å opprettholde representative in-situ forhold innen mikro-CT-skanner en karbonfiber høytrykk mikro-CT coreholder ble brukt. Diffusive CO ₂ utveksling på tvers av avgrensa ermet fra pore-plass av rock til avgrensa væske ble forhindret av rundt kjernen med en trippel wrap av aluminiumsfolie. Rekonstruert saltvann kontrast ble modellert ved hjelp av en polykromatisk røntgenkilde og saltvann sammensetning wsom velges for å maksimere de tre fasekontrast mellom de to væsker og bergarten. Fleksible strømningsrør ble brukt til å redusere kreftene på prøven under bildet oppkjøpet, potensielt forårsake uønskede prøve bevegelse, en stor brist i tidligere teknikker. En innvendig termoelement, plassert i direkte tilknytning til fjellkjernen, kombinert med en ytre fleksibel varme vikle og en PID-regulator ble anvendt for å opprettholde en konstant temperatur i strømningscellen. Betydelige mengder CO ₂ ble fanget, med en rest metning av 0,203 ± 0,013, og størrelsene av større volum ganglia adlyde kraftrettslige distribusjoner, i samsvar med perkulasjonsteorien.

Introduction

Carbon Capture and Storage er prosessen hvor CO ₂ fanges fra store punktkilder og lagres i porøse bergarter, fortrenge bosatt saltoppløsninger, slik at den forblir i undergrunnen for hundrevis til tusenvis av år ^1. CO ₂ befinner seg i undergrunnen som en tett superkritisk fase (scCO _2), med egenskaper radikalt forskjellige CO ₂ ved omgivelsesbetingelser. Det er fire hoved mekanismer som scCO ₂ kan være immobilisert i den underjordiske: stratigrafiske, oppløselighet, mineral og rest overlapping. Stratigrafisk fangst er der CO ₂ er holdt under tette Seal Rocks; løselighet fangst er hvor CO ₂ løses inn bosatt saltlake rundt injisert CO ₂ ^2-4; mineral fangst er hvor karbonat mineralfaser er utfelt inn i fjellet ^5; og rest eller kapillær fangst er hvor CO ₂ holdes av overflatekreftersom små dråper (ganglia) i pore-plass av stein ^{til 6.} Dette kan skje enten naturlig, ved migrering av CO ₂ plume ^7-9, eller kan induseres ved injeksjon av chase saltoppløs-ninger ^10. For å forstå de prosesser som styrer flyten og fangst av denne CO ₂ i undergrunnen en ny serie eksperimenter skal utføres, utnytte nye fremskritt i teknologi for å bedre forstå den grunnleggende fysikken forbundet med flerfasestrøm.

X-ray microtomography har utviklet seg som en teknikk i løpet av de siste 25 årene fra tidlige forsøk på å visualisere både tørre geologiske prøver ¹¹ og flere væskefaser ¹² til den primære metoden for ikke-invasiv bildediagnostikk av bergartssprøver, både for modelleringsformål og for eksperimentell implementering ^13-15. Fordi microtomography er non-invasiv, har den evnen til å studere systemer på representative forhold, noe som er spesielt attractive for CO ₂ -brine-rock system, som flerfasestrømmen oppførselen scCO ₂ er svært avhengig av termo fysiske egenskaper, slik som grenseflatespenning og kontaktvinkel, som i sin tur er en sterk funksjon av systembetingelser som temperatur, trykk og saltholdighet ^16-18. I et slikt komplekst system, med et så omfattende og dårlig forstått sett av inter-avhengige variabler, kan eksperimenter med idealiserte porestrukturer ¹⁹ eller analoge væsker ^20,21 ikke være aktuelt å flyte prosesser i undergrunnen. Imaging flere væsker i forhold representant for en potensiell CO _{2 -injeksjon} formasjonen har, derimot, forble en utfordring ^22. I denne studien skisserer vi en metode for undersøkelse av multi-væske oppførsel ved reservoarforhold, med fokus på undersøkelse av kapillær fangst ^23,24. Dette vil omfatte utforming av et avbildnings strategi, montering av den fluidcelle, injeksjons strategy og etterfølgende bildebehandling.

Den eksperimentelle undersøkelse av pore-skala flerfasestrømning atferd i reelle rocke systemer fokuserer på avbildning av delvis mettet bergartssprøver etter både ikke-fuktende fase injeksjon (drenering) og fukting fase injeksjon (imbibering). Disse fluider som injiseres ved å forbinde kjernene til fluidinjeksjonspumper ved hjelp av fleksible forbindelsesledninger, samtidig som omslutter kjernen ved hjelp av en Hassler-type coreholder utforming ^25. For å lykkes bilde in-situ arrangement av scCO ₂ og saltoppløsning, en ny og svært følsom eksperimentelle oppsettet ble brukt, primært fokuserer på bruk av en høy oppløsning røntgenmikroskop ^23,24,26. Kravene til å gjennomføre eksperimenter ved høye temperaturer og trykk er svært strenge, og krever den siste utviklingen i både materialteknologi og mikro-CT fasiliteter. De viktigste kravene som må oppfylles er at noen kjerne / prøveholderen må være able for å tåle høyt trykk og høy temperatur (HPHT) betingelser mens rester tilstrekkelig x-ray gjennomsiktig for å sikre effektiv bildebehandling. Laboratoriebaserte instrumenter innføre en ytterligere begrensning, da den kjerneholderen må være liten nok slik at røntgenkilden kan plasseres i nærheten av prøven, og at tilstrekkelig stor geometrisk røntgen forstørrelse kan oppnås slik at porerommet er effektivt løst. Selv om denne begrensningen har vært avslappet noe med innføringen av sekundær optikk i nyere lab-baserte mikro-CT-maskiner, det har ikke blitt helt fjernet, spesielt hvis raske innhentingstider er ønskelig, da høyere optiske forstørrelser en tendens til å øke tiden som kreves for å erverve bilder.

Forsøk med løselige væsker gir en ytterligere utfordring ved bruk av lange innhentingstider, som CO ₂ vil diffundere gjennom de polymere deler av den eksperimentelle montering, noe som reduserer in-situ fluidmetning. All disse problemene førte til at skanne ganger lengre enn rundt 2 timer var upraktisk. For å holde skanne ganger under dette kravet, særlig strenge for laboratoriebaserte kilder, må den kjerneholderen være omkring 1 cm i diameter. En større coreholder størrelse ville ha krevet detektoren til å være mye lenger fra kilden for å oppnå den samme geometriske forstørrelse, og reduserer røntgen fluks innfallende på detektoren, og derfor øker ønsket projeksjonseksponeringstider. Strømningscellen brukt i disse forsøkene var basert på en tradisjonell Hassler cellekonstruksjon som er bygget rundt en karbonfiber hylse, med en hylse utforming tilsvarende den som benyttes av Iglauer et al ^27, men med to signifikante forandringer: 1). Den karbonfiber kompositt brukes i hylsen fremstilling ble endret fra T700 fibre, med en stivhet på 230 GPa, til M55 fibre, med en stivhet på 550 GPa. Dette reduserte ikke bare mengden av prøven bevegelse under tomografi oppkjøp, men også økt maksimalt working trykket i cellen fra 20 MPa til 50 MPa. 2) hylsen har blitt forlenget fra 212 mm til 262 mm, slik at kilden og detektoren for å være så nær prøven som mulig.

En stor eksperimentell brist i den første studien å bruke mikro-CT for å undersøke CO ₂ ved reservoarbetingelser var bruken av metall-linjer for å styre strømmen til og fra kjerneholderen ^27. Ettersom prøven dreies i forhold til pumpene, strømningsledningene må også roteres. Stive strømningslinjer kan føre prøven til å bevege seg, noe som reduserer effektiv bildeoppløsning eller gjøre noen av eller alle de datasett ubrukelig. For å hindre dette erstattet vi alle strømningslinjene nær rotasjonstrinn med fleksibelt polyeter-eter-keton (PEEK) røret. Disse strømningsrør var fleksibel, og gir svært små sidekrefter (load) til kjernen-holderen under oppkjøpet. Vi har også forbundet med strømningsledningene til ventilene er festet til prøvetrinnet, i stedet for å feste strømningsledningene til coreholder. Dette førte til at en hvilken som helst eksisterende strømningslinjelast ble overført direkte til scenen, snarere enn til prøven, noe som reduserer sannsynligheten for prøven bevegelse. En stor ulempe ved bruk av PEEK slangen var at CO ₂ var i stand til langsomt å diffundere gjennom det, over en tidsskala på rundt 24 timer. Dette betydde at CO ₂ mettet saltlake igjen i strømningslinjene vil gradvis Avmett.

En annen vesentlig ulempe ved tidligere eksperimentelle studier var unøyaktig kontroll av temperaturen. Dette kan påvirke resultatene i en rekke måter. For det første, er temperaturen en sterk kontroll på både grenseflatespenning og kontaktvinkel ^16-18. Dessuten er oppløseligheten av både scCO ₂ og karbonatbergarter i saltlake også sterkt temperaturavhengig ^28. Løselighet kontroll er kritisk, som når scCO ₂ injiseres i en saltløsning karbonat akvifer det vil løse seg opp i den fastboende saltvann, danner en meget reaktiv karbonsyre, som i turn begynne å oppløse enhver kalsitt tilstede. Unøyaktigheter i løselighet kontroll kan derfor føre til scCO _to oppløsning / exsolution eller solid oppløsning / nedbør.

Tidligere studier ²⁷ benyttet en begrensnings oppvarmet fluid for å varme opp coreholder; men dette var problematisk. Den har de ulemper som er forbundet med vanskeligheten med nøyaktig å opprettholde et konstant begrensningstrykk ved hjelp av en resirkulerende vanntilførsel, noe som krever ekstra varme bad for at tilførselen. Videre er dette system bare opprettholder en nøyaktig kontroll av temperaturen ved punktet for varmebadet (ikke ved punktet for kjerneholderen, og avgrense fluidet ville avkjøle mellom vannbadet og kjerneholderen). Videre krever både en innløps- og en utløpsport for å avgrense fluidet, å øke antall væskeledninger som er festet til coreholder og så øker strømningslinjelast.

I stedet for å bruke en oppvarmet begrensnings fluid, en fleksibel heating kappe ble anvendt for å omgi kjerneholderen. Denne meget enkle oppvarmingsmetode resulterte i svært liten coreholder belastning, og tillatt for presis og nøyaktig oppvarming. En ekstremt tynn film polyimid oppvarming ble anvendt for å minimalisere prøvestørrelse. Konstruksjonen av denne filmen består av en etset kobberfolieelement 0,0127 mm tykk, er innkapslet mellom to lag av 0,0508 mm polyimidfilm. Den kobber-elementer som er tilstede i kappen ikke merkbart påvirker bildekvaliteten. Temperaturen ble målt ved hjelp av et termoelement som sitter i begrensningsringrommet i cellen. Den ble plassert på utsiden av begrensningshylse, så nær som mulig til kjernen, og sikrer en nøyaktig, pålitelig og stabil avlesning av pore-fluidtemperatur. Termoelementet og oppvarming film var koblet til en tilpasset bygget Proporsjonal Integral Derivative (PID) kontrolleren, og temperaturen ble kontrollert innenfor ± 1 ° C.

For å opprettholde full kontroll over inter-faseløseligheten, og representerer betingelser som er tilstede i det vannførende lag langt borte fra injeksjonsstedet, før injeksjon av saltlake ble ekvilibrert med scCO ₂ ved heftig blanding av de to væsker sammen med små partikler (1-2 mm) til bergartene i en omrørt og oppvarmet reaktor. Alle fuktede komponenter i denne reaktoren er laget av Hastelloy å minimalisere korrosjon. Reaktoren inneholder en filtrert dypperør for å tillate tettere fluidet som skal utvinnes fra bunnen av reaktoren (saltlake) og mindre tett væske som skal trekkes ut fra toppen av reaktoren (scCO _2). Høytrykks sprøytepumper ble brukt for å opprettholde trykket og kontrollflyt i pore-plass av rock og i reaktoren, med en forskyvning nøyaktighet på 25,4 nl. Den eksperimentelle apparatur som brukes i denne undersøkelsen er vist i figur 1. Den ioniske saltet anvendt i eksperimentet fra hvilke representative resultater ble trukket ble kaliumjodid (KI), da det har en høy atomvekt, og slik at enhøy x-ray dempningskoeffisienten, noe som gjør det til en effektiv kontrastmiddel. Mindre dempende salter (for eksempel NaCl) eller blandinger kan anvendes, vil imidlertid større saliniteter være nødvendig for å oppnå den samme røntgen dempning.

Protocol

1. Imaging Strategi Design

1. For å forutsi bildeytelse av forskjellige oppløste valg for saltvann, beregne røntgenspektrum av de innfallende røntgenstråler ^29-31. Inkluderer virkningen av kjernen-holder, kjerne montering og avgrensa væsker på x-ray spektrum. Et eksempel på innfallende røntgenspekteret ved hjelp av en akselerasjonsspenning på 80 kV og elektronstrøm på 87 uA, er vist i figur 1.
2. Sammenlign dette spekteret til overføringsfaktorene for prøven inneholdende forskjellige pore-fluider. Simulere forandringer i transmisjonsfaktor som skyldes endringer i pore-fluid ved hjelp av Beer-Lamberts lov, forutsatt at en effektiv optisk lengde av arten i prøven, og beregnede røntgen dempningskoeffisienter (figur 3) ^32. Bestemme den samlede sende faktor ved å integrere over all hendelsen røntgen energier. Et eksempel på de resulterende effektive overføringsfaktorer for berg-matrisex og pore-space materiale, og endringer i transmisjonsfaktorer sammenlignet med det tilfelle når det pore-rommet er fylt med vakuum kan sees i tabell 1.
3. Velge en saltoppløsningsmaterialet og konsentrasjon slik at endringen i overføringsfaktor i forbindelse med saltoppløsning er omtrent halvparten av endringen i overføringsfaktor i forbindelse med det faste stoff. Dette vil maksimere trefase kontrast i det rekonstruerte bildet. Vei ut den nødvendige mengde salt (7% (w / w) KI ble anvendt for forsøket hvorfra de representative resultater ble tatt) og kraftig blandet med avionisert vann.
   1. Alternativt, hvis en bestemt saltblanding er ønsket, endrer røntgenkilde akselerasjonsspenning for å endre spekteret for de innfallende røntgenstråler.

2. Montering av utstyr og Cell

1. Montere utstyret som vist nedenfor i figur 2. Bruk PEEK strømningsrør for å redusere sideveis belastning på prøven strømningscellen.Teste hver tilkobling nøye for eventuelle lekkasjer.
   1. Plasser saltvann, sammensetning besluttet under trinn 1.1 til 1.3 i bunnen av reaktoren. Pakk den fleksible varmeapparatet rundt strømningscellen.
2. Konstruere metall endebeslag. Fjern tråden fra 1/8 "enden av en 1/16" til 1/8 "redusering montering. Deretter skjæres små spor i forsiden av 1/8 "ende av rørdelen for å fordele injisert CO ₂ over hele flaten av kjernen.
3. Passere høytrykkstermo gjennom metallendedeler av mikrostrømningscellen og tetning ved hjelp av ¼ "ringbeslag og mutteren, slik at den varme krysset av termoelementet sitter ved siden av innløpsflaten av kjernen, innenfor begrensningsringrommet i cellen.
4. Bore ønskede prøven i en kjerne 6,5 mm i diameter og 30 mm til 50 mm i lengde. Slipe ned endene av kjernen flate, for å sikre en god forbindelse med metallendestykker. Pakk denne kjernen i aluminiumsfolie og legg withina flouro-polymer elastomerhylse.
   1. Koble endene av den elastomere hylse til metallendebeslag. Legg til en annen vikle av aluminiumfolie til det ytre av den elastomere hylse før plassering av varme krysset av termoelementet ved siden av begrensningsringrommet i cellen, og tilsetning av en slutt vikle av aluminiumsfolie. Dette danner kjernesammenstillingen (figur 4).
5. Montere mikrostrømningscelle med kjernesammenstillingen forseglet i den og koble cellen til scenen innenfor mikro-CT kapsling (figur 5) ved hjelp av en klemme som er montert på toppen av dreie CT trinnet.

3. System Trykk

1. Lukke alle ventilene bortsett fra ventilen 1, 2 og 3, som definert i figur 3. Last CO ₂ fra sylinderen inn i pumpen 1 og reaktoren, og deretter lukkes ventilen 1. langsomt øke temperaturen og trykket i reaktoren til det ønskede for porefluid under eksperimentet.
2. Åpen ventil 14 og laste avgrensa væske inn i pumpen 3. Lukk ventilen 14. Åpne ventiler 12 og 13. trykksette avgrense ringrom av cellen til minst 10% høyere enn den foreslåtte pore-væsketrykk.
3. Åpen ventil 11. Legg saltlake til pumpe 2. Lukk ventilen 11 og åpne ventiler 9, 8 og 6.
   1. Sakte trykksette pore-plass av berg inntil den er ved den ønskede pore-fluidtrykk, fylle pore-plass av prøven med saltoppløsning som ikke har blitt ekvilibrert med scCO _2.
4. Åpne ventil 4. Skyll mer enn 1000 porevolumer av ekvilibrert saltoppløsning gjennom kjernen etter påfylling pumpe 2 ved en konstant strømningshastighet. Porevolumet er funnet ved å multiplisere volumet av kjernen porøsiteten funnet ved hjelp av helium-porosimetri.
   MERK: Dette vil miscibly fortrenge un-likevekt saltlake, som sikrer 100% første saltlake metning og creaskapsforholdene i kjernen beslektet til de underjordiske betingelser i en akvifer i et punkt noe foran forsiden av en scCO ₂ plume.

4. Fluid Flow og Image Acquisition

1. Passere gjennom 10 porevolumer (ca. 1 ml) av scCO ₂ gjennom kjernen ved meget lave strømningshastigheter (1,67 x 10 ^-9 m ³ / sek), som sikrer et lavt kapillær antall rundt 10 ^-6. Kontinuerlig ta 2D spring for å nøyaktig måle den totale injiserte volum ved å observere det punkt da scCO ₂ fortrenger saltlake i porerommet.
2. Passere gjennom 10 porevolumer (ca. 1 ml) av ekvilibrert saltoppløsning gjennom kjernen på samme lave strømningshastighet, forårsaker scCO ₂ for å bli fanget som en restfase i pore-plass.
3. Etter trinn 4.1 eller 4.2, kan skanninger av prøven til bilde drenering eller absorpsjon hhv. Bruke en voksel størrelse slik at hele diameteren av kjernen passer innenfor view.
4. Rekonstruere skanner ved hjelp av en tomografisk rekonstruksjon program. Å skanne hele lengden av kjernen mens beholde en liten voxel størrelse, rekonstruere sammensatte volumer ved å sy sammen flere overlappende seksjoner, ervervet sekvensielt.
   MERK: Hver seksjon kreves rundt 400 anslag, tar 15-20 min å skaffe seg, slik at skanning av en hel kompositt volum tok rundt 90 min.

5. Bildebehandling og segmentering

1. Påfør en ikke-lokale midler kant bevare filter ^33,34 til datasettet og korrigere bildene for noen bjelke herding eller nedtoningen gjenstander opprettet under bilde gjenoppbygging ved å modellere disse gjenstandene som radialt symmetriske Gaussisk funksjoner ^35.
2. Segment dataene (snu gråskala informasjonen til en binær representasjon av CO ₂ i bildet) ved bruk av et vannskille algoritme med et frø som genereres ved bruk av en 2D-histogrammet ^36, behandle CO
3. Analyser denne segmenterte bildet for å finne både det totale antall CO _to volumelementer og også størrelser av hver tilkoblet klynge av rest CO _2.

Representative Results

Resultatene for ett karbonat, Ketton kalkstein, en oolite fra den øvre Lincolnshire Limestone medlem ble analysert i 3D for å identifisere og måle volumet av hver unike frakoblet ganglion, som deretter ble merket (figur 6). All behandling ble gjennomført i løpet av de Avizo Brann 8.0 og ImageJ programmer ^37.

De segmenterte delvis mettede bilder ble analysert ved å telle antallet voksler av residually fanget scCO ₂ for å finne andelen av bergvolum som opptas av fanget scCO ₂ - kapillær overlapping kapasitet. Denne kan deretter omdannes til en restmetning (S _r) ved å dividere denne verdi av porøsiteten som oppnås ved anvendelse av helium-porosimetri. Betydelige andeler av scCO _to ble fanget som en residual metning, med en rest metning av 0,203 ± 0,013. Dette stemmer med resultatene funnet i tidligere studier som bruker mikro-CT ^23. Større kjerne-skala studier av rest fangst i denne bergarten viste en lavere rest metning av 0,137 ± 0,012 ^38.

Inntrenging av saltvann inn i en scCO _to mettet kjerne er en imbibering prosess hvor en fukting væske (brine) invaderer hver pore, fortrenger ikke tisse væske (scCO _2). I en sterkt vann våt stein forventer vi vannet for å fylle deler av pore plass i rekkefølge etter størrelse ^39,40, fangst frakoblet ganglia i prosessen kalles snap-off. Denne prosessen skal være perkolering som ⁴¹ så forutsigelser kan gjøres om størrelsesfordelingen av de isolerte klynger. Antallet n av klynger av volumet s (målt i voxels) skal skaleres som der τ er Fisher eksponenten ^42. Nettverk modellering har vist at i tredimensjonale kubikk vanlige gittere verdien av denne eksponenten er rundt τ = 2,189 ^43. En naturlig måte å utvinne denne eksponent fra virkelige dataer å plotte binned kvantitet, som definert av Dias og Wilkinson ^41.

som bør skalere som:

Dette blir deretter plottet på en log-log plott som en funksjon av s (figur 7), som viser strøm-loven oppførsel for stor gangliene, men en underrepresentasjon av mindre ganglia i forhold til power law modell. Eksponenten ble beregnet ved å utelukke ganglia mindre enn 10 ⁵ voksler (ca. starten av strøm-loven oppførsel) og utføre Levenberg-Marquardt regresjon ^44,45 ved hjelp av en minste absolutte rest robust tilpasningsalgoritmen ^46,47. Dette ble utført ved å bruke en kommersiell programvarepakke. The Fisher eksponent for dette systemet var 2,287 ± 0,009, close til den teoretiske verdi på 2,189, noe som indikerer at absorpsjon i dette system er faktisk perkolering lignende. Mer generelt disse resultatene bekrefter konklusjonene i større kjerne-flom eksperimenter ^38,48,49 at scCO _to fungerer som den ikke-fuktende fase i karbonater.

Figur 1. Eksperimentelle enheter, viser pumper, ventiler og reaktoren brukes til å kontrollere flyten og sitte av coreholder innenfor mikro-CT-kabinett. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2. Den normaliserte energispekteret for røntgenstråler som faller inn på kjernen, fi ltered gjennom coreholder, avgrensa ermet og avgrensa væske. Beregnet ved hjelp SpekCALC ^29-31.

Figur 3. De lineære dempningskoeffisienter av forskjellige fluider og steinmaterialer som en funksjon av fotonenergi.

Figur 4. Detalj av kjernen forsamlingen, viser en trippel aluminium wrap rundt kjernen, hindrer diffusive CO ₂ utveksling på tvers av flouro-elastomerhylsen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

0 / 52440fig5.jpg "/>
Figur 5. Detalj av strømningscellen, varmeapparatet og lokalisering av kjernen forsamlingen innen strømningscellen. Den termo må plasseres så nær som mulig til innløpet ansiktet av kjernen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet .

Figur 6. Bilde av karbonat etter drenering og imbibering. (A) En 3D-rendring av kjernen etter drenering, hvor hver ikke-fuktende fase klynge er gitt en annen farge. (BF) En 3D-rendring av kjernen etter fem absorpsjon eksperimenter, farget som beskrevet for (A). Det store utvalg av farger indikerer en dårlig koblet restfase. (G) Et tverrsnitt av kjernen etter avtapping. Den mørkeste fasen er scCO _2, mellomfasen er saltlake og den letteste fasen er rock korn. (H) Et tverrsnitt av kjernen etter absorpsjon. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7. størrelsesfordeling av restganglier vist i figur 6.

Materialet Fylling Porøsitet	Vakuum	CO 2	H 2 O	H 2 O - 7 vekt% NaCl	H 2 O - 7 vekt% KI	Solid (CaCO 3)
Overføring Factor	0,25	0.247	0.243	0,242	0,224	0,202
Endring i overføring faktor i forhold til å støvsuge	N / A	-0,003	-0,007	-0,008	-0,026	-0,048

Tabell 1. Oppsummering av resultater (transmisjonsfaktor og endring i overføringsfaktor i forhold til vakuum fylt tilfelle) fra simulering av røntgen optiske egenskapene til bergarten og pore-space fyllmasse avbildes i denne studien. Hver kolonne representerer et forskjellig materiale fylle pore-plass av rock innenfor coreholder.

Discussion

De mest kritiske trinn for vellykket avbildning av flerfase fluider ved forhøyede trykk og temperaturer er: 1) Den vellykkede isolering av porefluid fra det omgivende begrensnings fluid; 2) den effektive ekvilibrering av fluidene og bergart før injeksjon; 3) effektiv temperaturkontroll gjennom hele forsøket; og 4) den effektive oppdeling av de resulterende bildene.

Bruken av aluminiums wraps er kritisk for den vellykkede isolering av pore-fluid fra den omgivende avgrense fluidet som i dens fravær diffusiv veksling gjennom hylsen er hurtig, og metningen i kjernen ikke forblir konstant for varigheten av skanningen. Dette problemet kan også være tydelig når væsken forblir i PEEK rørledninger for lengre perioder (> 2 t) før injeksjon inn i kjernen i trinn 4.1 og 4.2. Igjen, CO ₂ diffust børser over plasten, forårsaker saltlake til Avmett. Hvis dette demettet saltvann blir injisert inn i kjernen, vil metningen i kjernen avta etter hvert som rest klynger blir oppløst av injisert saltvann.

Andre fremgangsmåter for ekvilibreringen av fluider og bergarter, inkludert væskeresirkulering ^50, har blitt foreslått i litteraturen. Disse fremgangsmåter øker kompleksiteten av det eksperimentelle oppsettet, som i sin tur ville ha økt mengde tid for hvert forsøk, noe som ville ha i sin tur øker sannsynligheten for at saltoppløsningen i strømningsledninger ville ha diffust avmettet.

Effektiv temperaturkontroll er nødvendig, og tilstedeværelsen av et termoelement innenfor begrensnings ringrom av strømningscellen er kritisk for dette. Temperaturen måles bare i et enkelt punkt, noe som betyr at det kan være noen gradient over prøven, fører til løselighetsubalanse og oppløsning eller exsolution. Dette kan minimaliseres ved å plassere den varme krysset av termo så nær som mulig til tHan fjord flate av steinkjernen.

Den effektive segmentering av de resulterende bildene kan være en skikkelig utfordring med disse systemene, som segmentering av bilder som inneholder en delvis metning av flere væsker er betydelig mer utfordrende at segmentering av tørre bilder, så bruken av enkel grå-skala universell thresholding er utilstrekkelig ^51. Bruken av vannskille segmentering ikke bare gir de mest pålitelige resultater, sammenlignet med andre algoritmer i litteraturen, men er også den mest effektive til å håndtere ring og delvis volum artefakter ^35.

En av de mest betydelige begrensninger av denne teknikken er at den bare kan få tilgang til makro-porevolum av en stein. Den mikroporøsitet (på skalaer som er mindre enn bildeoppløsning) forblir utilgjengelig, og kan være viktig for flerfasestrømning. Høyere oppløsninger avdekke en større andel av disse delene av porerom, men også tilsvare en reduksjon i the synsfelt. Anvendelse av teknikken til en bestemt bergartstype kan bli adressert ved å sammenligne oppløsningen til skanning for å pore hals-størrelsesfordeling oppnådd ved hjelp av uavhengige metode slik som kvikksølvinjeksjons kapillartrykk.

Denne metoden er en ledende teknikk for pore stilt avbildning av flere fluider ved reservoarbetingelser i realistiske systemer, med eksisterende applikasjoner, inkludert en krysssammenlignende studie av kapillær overlapping ²⁴ og måling av kontaktvinkelen ^26, og fremgangsmåten er lett anvendbar på et stort utvalg av porøse systemer. Fremtidig arbeid kunne studere, ved pore målestokk en rekke enfase og flerfasestrømning i porøse medier problemer ved betingelser som er representative for undergrunnsreservoarer, olje- og gassfelt og andre dype geologiske systemer.

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