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कार्बोनेट में रिएक्शन के गतिशील ताकना पैमाने पर जलाशय हालत इमेजिंग सिंक्रोट्रॉन तेजी टोमोग्राफी का प्रयोग

Published: February 21, 2017 doi: 10.3791/53763
Automatic Translation
1, 2, 3, 3, 1, 1
1Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London, 2Carl Zeiss X-Ray Microscopy, 3Diamond Manchester Imaging Branchline (I13-2), Diamond Lightsource

Summary

सिंक्रोट्रॉन तेजी टोमोग्राफी जलाशय की स्थिति में सीओ 2 -saturated नमकीन की उपस्थिति में चूना पत्थर के गतिशील छवि के विघटन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। 100 स्कैन 2 घंटे की अवधि में एक 6.1 माइक्रोन संकल्प पर ले जाया गया।

Abstract

भूमिगत भंडारण स्थायित्व कार्बन को पकड़ने और भंडारण के लिए एक प्रमुख चिंता का विषय है। सीओ 2 पंप कार्बोनेट जलाशयों में संभावित भूगर्भिक जवानों को भंग करने और बचने के लिए सीओ 2 की अनुमति है। हालांकि, जलाशय की स्थिति में विघटन प्रक्रियाओं खराब समझ रहे हैं। इस प्रकार, समय हल प्रयोगों ताकना पैमाने पर निरीक्षण और प्रकृति और विघटन की दर की भविष्यवाणी करने की जरूरत है। सिंक्रोट्रॉन तेजी टोमोग्राफी पारंपरिक μ सीटी की तुलना में काफी अधिक तेजी से जटिल ताकना संरचनाओं के उच्च संकल्प समय हल छवियों लेने का एक तरीका है। डायमंड lightsource गुलाबी बीम जलाशय की स्थिति में सीओ 2 -saturated नमकीन की उपस्थिति में चूना पत्थर के गतिशील छवि के विघटन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। 100 स्कैन 2 घंटे की अवधि में एक 6.1 माइक्रोन संकल्प पर ले जाया गया। छवियों खंडों थे और porosity और पारगम्यता छवि विश्लेषण और नेटवर्क निकासी का उपयोग करके मापा गया था। Porosity lengt के साथ समान रूप से वृद्धि हुईनमूने की ज; हालांकि, दोनों porosity और पारगम्यता की वृद्धि की दर बाद में समय में धीमा।

Introduction

कार्बन कैप्चर और स्टोरेज (सीसीएस) की एक प्रमुख चिंता का विषय लंबी अवधि के भंडारण सुरक्षा 1, 2 है। कार्बन डाइऑक्साइड, सीओ 2, उपसतह में इंजेक्शन मेजबान नमकीन पानी में भंग करने और कार्बोनिक एसिड 3, 4, 5 के रूप में होगा। यह अम्लीय नमकीन क्षमता, के साथ प्रतिक्रिया और आसपास रॉक भंग करने के लिए विशेष रूप से अगर मेजबान रॉक चूना पत्थर 6 है। विघटन अनुकूल हो सकता है और निरंतर गठन पारगम्यता 7 और अधिक से अधिक भंडारण स्थायित्व 8 के लिए अनुमति दे सकते हैं। हालांकि, भूगर्भिक मुहर अखंडता इस विघटन से समझौता किया और सतह 9 को विस्थापित करने के लिए सीओ 2 की अनुमति देने जा सकता है। भंडारण स्थायित्व की सटीक भविष्य कहनेवाला मॉडलिंग इस प्रकार नमकीन-रॉक प्रणाली में पूरी तरह से समझ विघटन और वितरण और पर निर्भर हैउपसतह 10, 11, 12 में द्रव आंदोलन की दर।

हालांकि, प्रकृति और कार्बोनेट में विघटन की दर दोनों नमकीन 13, 14, 15, 16 और मेजबान रॉक 17 के गुणों पर निर्भर है। विघटन की दर भी दृढ़ता से नमकीन पानी का तापमान और दबाव 6 पर निर्भर कर रहे हैं, प्रतिनिधि जलाशय की स्थिति महत्वपूर्ण पर जटिल समय पर निर्भर प्रक्रियाओं को मापने के लिए प्रयोगात्मक तकनीक का विकास कर रही है।

पिछले प्रयोगों से देखा है कि क्षेत्र पैमाने पर प्रतिक्रिया दर आम तौर पर परिमाण प्रयोगात्मक बैच रिएक्टर माप 18, 19 से कम के आदेश हैं। अपक्षय, खनिज heterogeneअल्पसंख्यक, और एक विषम प्रवाह क्षेत्र में अधूरा मिश्रण इस घटना के लिए संभव व्याख्या कर रहे हैं। हालांकि, यह प्रतिक्रिया के दौरान उभरती ताकना अंतरिक्ष के प्रत्यक्ष अवलोकन के बिना सबसे महत्वपूर्ण कारकों का आकलन करने के लिए संभव नहीं है। इस प्रकार, गतिशील ताकना पैमाने पर प्रयोग परिवहन और प्रतिक्रिया के बीच परस्पर क्रिया में दोनों अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए और भविष्य कहनेवाला मॉडल को मान्य करने के लिए आवश्यक हैं।

कार्बन भंडारण अनुप्रयोगों में ताकना पैमाने पर प्रक्रियाओं का अध्ययन के लिए एक स्थापित प्रयोगात्मक विधि एक्स-रे microtomography (μCT) 20, 21 है। μ सीटी कई फायदे हैं: यह लगभग 1 माइक्रोन से नीचे के उच्च स्थानिक प्रस्तावों को प्राप्त होता है, यह गैर आक्रामक है, और तीन आयामी चित्र प्रदान करता है। चूना पत्थर विघटन कोर (~ सेमी) पैमाने 22 पर अध्ययन किया गया है और यह पाया गया है कि रॉक-नमकीन प्रतिक्रिया शारीरिक विविधता बढ़ जाती है। कैसे अलग टी की समझ अग्रिमransport और प्रतिक्रिया की स्थिति जटिल ठोस और ताकना संरचनाओं में यह ताकना अंतरिक्ष ज्यामिति, टोपोलॉजी प्रतिक्रिया प्रेरित परिवर्तन को मापने और जलाशय तापमान और दबाव में उपसतह रॉक प्रणालियों में प्रवाह और एक उच्च संकल्प पर विस्तार से जांच करने के लिए आवश्यक है बदल pore- पैमाने प्रक्रियाओं। इस पत्र जटिल ताकना संरचनाओं के साथ चट्टान में प्रतिक्रियाशील विघटन प्रक्रियाओं का अध्ययन और जलाशय की स्थिति पर एक सीओ 2 -acidified नमकीन पानी और चूना पत्थर चट्टानों के बीच समय और स्थानिक निर्भर प्रतिक्रिया की दर को मापने पर ध्यान केंद्रित करने की एक विधि का वर्णन है।

वहाँ कई अध्ययनों कि जटिल कार्बोनेट 23, 24, 25, 26, 27 में प्रतिक्रिया पर ध्यान दिया है, लेकिन प्रयोगात्मक या इमेजिंग बाधाओं वे या तो सीमित पूर्व और बाद की प्रतिक्रिया के लिए छवियों किया गया है या नहीं पूरा कर रहे थे के कारण किया गया हैप्रतिनिधि उपसतह शर्तों पर। मेनके एट अल। 28 में कई घंटे की अवधि में और एक aquifer गहराई में कम से लगभग 1 किलोमीटर की तापमान और दबाव प्रतिनिधि पर ताकना पैमाने पर एक सीओ 2 -acidified नमकीन और Ketton चूना पत्थर के बीच प्रतिक्रिया के सीटू इमेजिंग में गतिशील प्रदर्शन किया है। हालांकि, Ketton बड़ी अनाज के साथ एक अपेक्षाकृत समरूप रॉक बहुत कम समय में छवि के लिए आसान है कि (~ 17 मिनट) और कुछ अनुमानों (~ 400) के साथ है। या तो एक विकिरण स्रोत पर एक एक रंग किरण के साथ या पीठ टॉप एक्स-रे स्कैनर के साथ - सबसे कार्बोनेट चट्टानों जटिल ताकना संरचना है कि कई अनुमानों की आवश्यकता होती है सही हल करने के लिए एक बहुत समय गहन प्रक्रिया पारंपरिक μ सीटी का उपयोग किया जा सकता है, जो लोगों की है। इस प्रकार, टोमोग्राफी की एक तेजी से विधि विषम कार्बोनेट गतिशील में प्रतिक्रिया प्रेरित परिवर्तन को देखने की जरूरत है।

समय की राशि के लिए यह छवि के लिए लेता है एक नमूना वीं का प्रवाह द्वारा नियंत्रित किया जाता हैई एक्स-रे स्रोत है। स्कैनिंग का एक तरीका है जल्दी से एक विकिरण स्रोत 20 के अनेक रंगों बीम का उपयोग करने के लिए है। इस तथाकथित 'पिंक बीम' पीठ टॉप स्रोतों की तुलना में परिमाण अधिक तीव्र प्रकाश के आदेश प्रदान करता है और इसलिए छवियों घंटे का समय तराजू दसियों के दूसरे बजाय पर लिया जा सकता है। एक undulator कि द्विध्रुवीय चुंबक के एक आवधिक संरचना के होते हैं गुलाबी किरण पैदा करता है। इलेक्ट्रॉन बीम दोलनों से गुजरना करने के रूप में यह मैग्नेट बहती है और एक परिणाम के रूप में ऊर्जा का विकिरण मजबूर है। ऊर्जा उत्पादन तरंग दैर्ध्य बैंड संकीर्ण ध्यान केंद्रित किया है और बहुत तीव्र है। दर्पण और फिल्टर तो प्रयोगात्मक आवश्यकताओं के अनुरूप करने के लिए प्रकाश के स्पेक्ट्रम को संकीर्ण करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। जबकि फिल्टर कम ऊर्जा को अवशोषित दर्पण उच्च ऊर्जा स्पेक्ट्रम को अवशोषित। इसलिए यह केवल इन उपकरणों का उपयोग विकिरण के वांछित बैंड के स्पेक्ट्रम को संकीर्ण करने के लिए संभव है।

हालांकि, इस तीव्र एक्स-रे प्रवाह का उपयोग अपनी चुनौतियों के बिना नहीं है।गुलाबी बीम स्पेक्ट्रम के निचले ऊर्जा एक्स-किरणों गर्मी के रूप में नमूना द्वारा अवशोषित कर रहे हैं। इस सीटू तंत्र में तापमान नियंत्रण के साथ हस्तक्षेप और समाधान 20 से exsolve करने के लिए सीओ 2 का कारण बन सकता है। सीओ 2 -saturated नमकीन दोनों गर्मी और दबाव और इसलिए थर्मल संतुलन में एक छोटा सा परिवर्तन काफी सीटू द्रव 5 में से पीएच बदल सकते हैं करने के लिए बहुत संवेदनशील है। इस प्रकार, एक्स-रे स्पेक्ट्रम के लिए सावधान डिजाइन और नियंत्रण तत्वों किरण लाइन उपकरण इमेजिंग के लिए पहले में शामिल किया जाना चाहिए।

फास्ट टोमोग्राफी भी एक उच्च दर से डाटा का एक विशाल राशि पैदा करता है। कैमरा और बाद में भंडारण से बाहर पढ़ने के डेटा की सीमाओं को एक बड़ा तकनीकी चुनौती प्रदान करते हैं। कुछ कई लगातार स्कैन ले रही है और कैमरा स्मृति पर उन्हें भंडारण उन्हें बाहरी डेटा सर्वर को पढ़ने से पहले से इस पर काबू पाने की है। बहरहाल, यह है कि प्रयोग relati होने की आवश्यकता हैvely कैमरा स्मृति केवल डेटा की एक निश्चित मात्रा पकड़ कर सकते हैं के रूप में कम। कैमरे पर डेटा बिनिंग भी हस्तांतरण के समय के रूप में यह हस्तांतरित करने की आवश्यकता होगी, डेटा की मात्रा कम कर देता है कम कर देता है, लेकिन यह संभावित छवियों की गुणवत्ता को कम करने के लिए है। वैकल्पिक रूप से, डेटा बंद कैमरा प्रत्येक स्कैन के बाद अगले है, जो स्कैन के बीच कुल समय में वृद्धि होगी शुरू करने से पहले स्थानांतरित किया जा सकता है। इस अध्ययन के प्रत्येक छवि अधिग्रहण ~ 45 सेकंड और बंद पढ़ लेने के लिए एक अतिरिक्त ~ 30 एस डेटा लेने के साथ बाद विधि का इस्तेमाल किया।

जब एक उच्च दर पर स्कैन ले रही है, नमूना मंच पारंपरिक स्कैनिंग के साथ की तुलना में ज्यादा तेजी से स्पिन चाहिए और इसलिए कोर धारक पर संभावित कोणीय तनाव महान है। कार्बन फाइबर, जबकि एक्स-रे पारदर्शी, जब जोर लचीला है। छवि अधिग्रहण की छवि धुंधला दौरान नमूना चाल भी हो सकती है। कोर धारक आस्तीन इन संभावित तनाव कम करने के लिए जितना संभव हो कम होने के लिए डिजाइन किया गया था। इसके अतिरिक्त, लचीला polyethएर ईथर कीटोन (तिरछी) ट्यूबिंग मंच के पास प्रयोगात्मक उपकरण के सभी तत्वों पर इस्तेमाल किया तो उस अवस्था को बारी बारी से करने के लिए स्वतंत्र था। तिरछी नलियों का उपयोग करने का एक दोष यह है कि यह वाचाल timescales पर 2 सह करने के लिए पारगम्य है। द्रव लंबी अवधि के लिए लाइनों में रहने वाले धीरे-धीरे लगभग 24 घंटा की अवधि से अधिक desaturated हो जाएगा। सभी लाइनों है कि कोर धारक के पास नहीं थे स्टेनलेस स्टील के बने थे और तरल पदार्थ के पूर्व equilibrated प्रयोगात्मक शर्तों 23, 29, 30 पर गरम और दबाव एक सख्ती मिश्रित Hastelloy रिएक्टर में था।

प्रयोगात्मक उपकरण चित्र 1 में दिखाया गया है। जलाशय तापमान एक एक्स-रे पारदर्शी हीटिंग टेप में आस्तीन के बाहरी लपेटकर और सेल के रेडियल पोर्ट के माध्यम से और सीमित द्रव में एक thermocouple डालने से कोर धारक में बनाए रखा है। एक आनुपातिक इंटीग्रल डीerivative (पीआईडी) नियंत्रक तो 1 के भीतर करने के लिए तापमान नियंत्रित सी। दबाव और प्रवाह की स्थिति में तीन उच्च दबाव सिरिंज पंप है कि 0.001 एमएल / मिनट की एक प्रवाह दर को सही कर रहे हैं का उपयोग कर बनाए रखा गया। दो लवण प्रयोग, एक बहुत अवशोषित 25% WT KI के सक्रीय नमकीन और एक कम KCl गुम्मट 1%, 5% NaCl प्रतिक्रियाशील नमकीन गुम्मट अवशोषित करने के लिए इस्तेमाल किया गया। क्षीणन में अंतर यह आसान कोर मृत मात्रा गणना अनावश्यक बनाने में प्रतिक्रियाशील नमकीन के आगमन को देखने के लिए बनाया है।

Protocol

1. इमेजिंग रणनीति डिजाइन

  1. प्रयोगात्मक ट्यूनिंग वक्र का उपयोग और फिल्टर प्रसारण मापने इमेजिंग प्रदर्शन की भविष्यवाणी करने के लिए आदेश में उच्चतम गुलाबी किरण ऊर्जा और प्रवाह पर beamline का एक्स-रे स्पेक्ट्रा की गणना। डायमंड lightsource I13-2 'पिंक बीम' की एक्स-रे स्पेक्ट्रा का एक उदाहरण चित्रा 2 में दिखाया गया है।
  2. कम ऊर्जा के रूप में एक्स-किरणों नमूना के ताप का कारण है और इमेजिंग विपरीत करने के लिए जोड़ नहीं है, एक्स-रे स्पेक्ट्रम के निचले हिस्से ऐसी है कि केवल उच्चतम ऊर्जा एक्स-किरणों नमूना इमेजिंग में इस्तेमाल कर रहे हैं बाहर फिल्टर। सामग्री है कि उपलब्ध प्रकाश तरंग दैर्ध्य 31, 32 पर सैद्धांतिक फिल्टर संचरण की गणना के द्वारा प्रकाश स्रोत के लिए उपयुक्त प्रकाश के वांछित कम तरंग दैर्ध्य को अवशोषित की लाइन फिल्टर में चुनें। इधर, इस प्रकाश स्रोत पर किरण लाइन के लिए एल्यूमीनियम और सोने का उपयोग करें।
    1. एक बैंड पास एक combina से मिलकर फिल्टर का प्रयोग करेंउच्च पास और एक एक्स-रे दर्पण कम पास फिल्टर के रूप में महत्वपूर्ण कोण के पास संचालन के रूप में एक्स-रे फिल्टर के tion। इस मामले में, 1.15 mrad की एक घटना के कोण के तहत 0.2 मिमी pyrolytic कार्बन और 0.2 मिमी एल्यूमीनियम फिल्टर की और दर्पण के लिए एक प्लैटिनम लेपित पट्टी एक सेट का उपयोग करें। दर्पण 30 कीव और अतिरिक्त इनलाइन फिल्टर और 0.1 माइक्रोन Au 2 मिमी अल स्थापित किया गया है जो कम ऊर्जा एक्स-किरणों की अधिक फिल्टर करने के लिए क्रमश: 13 और 22 कीव में अवशोषण चोटियों के नीचे ही प्रकाश को दर्शाता है। चित्रा 3 beamline इमेजिंग उपकरण दर्शाया गया है।
  3. एक सिंटिलेटर कि beamlines उपलब्ध प्रकाश आवृत्तियों और प्रवाह में बहुतायत से scintillates चुनें। इस मामले में, जगमगाहट स्क्रीन 250 माइक्रोन मोटी कैडमियम tungstenate (CdWO 4), जो 750 माइक्रोन मोटी नेतृत्व tungstenate (PbWO 4) के साथ खड़ी है से बना है। फिर एक उद्देश्य लेंस और कैमरे के experime के लिए देखने का एक उपयुक्त क्षेत्र और तड़क समय संकल्प है कि चयनntal आवश्यकताओं। इस मामले में, जोड़ी एक पीसीओ धार 5.5 CMOS कैमरा के साथ 0.04 की एक एपर्चर और इस्तेमाल के साथ एक 1.25x उद्देश्य लेंस 0,001 एस के एक फ्रेम दर के साथ देखने का एक 4 मिमी क्षेत्र पर कब्जा करने के लिए।
  4. छवि अधिग्रहण के लिए 'flyscan' तकनीक चुनें के रूप में मंच रोटेशन की इस पद्धति का नमूना कंपन को कम करता है। पारंपरिक अधिग्रहण है कि मंच प्रत्येक कोणीय वेतन वृद्धि पर रोक, एक प्रक्षेपण ले, और फिर अगले कोण के लिए ले जाने की आवश्यकता है। इन गतिशील tomographies दौरान छवि अधिग्रहण एक 'flyscan' है, जो tomographic स्कैन के रूप में मंच से बढ़ रहा है लेता है और एक कोणीय वेतन वृद्धि ऐसी है कि एक के बाद एक प्रक्षेपण के बीच अंतर छोटा है मानता साथ किया गया था। 'Flyscan' विधि शुरू और बंद गति के छोटे कंपन प्रभाव को समाप्त करने और अधिक तेजी से उच्च गुणवत्ता छवि प्रदान करता है।

2. उपकरण और सेल के विधानसभा

  1. कोर बाढ़ के लिए तैयार करने में सेल में कोर लोड।
  2. सबसे पहले, एल्यूमीनियम पन्नी की एक परत में कोर लपेट और एक आस्तीन (जैसे, Viton) (चित्रा 4) में डालें।
  3. आकार के लिए आस्तीन कट इतना है कि यह 2 मिमी कोर और इंटीरियर के अंत फिटिंग के संयुक्त लंबाई की तुलना में कम है। अंत फिटिंग, 1/16 "राष्ट्रीय पाइप धागा (एनपीटी) संघ फिटिंग कि बाहरी व्यास में 5 मिमी के लिए machined किया गया है रहे हैं, जबकि आस्तीन आंतरिक व्यास में 4 मिमी है।
  4. एक तंग सील बनाने के लिए 5 मिमी अंत फिटिंग के ऊपर आस्तीन बढ़ा। सुनिश्चित करें कि अंत फिटिंग और कोर के बीच किसी भी स्थान सुनिश्चित करने के लिए कि सीमित दबाव खत्म आस्तीन सेक नहीं है और प्रवाह बंद चुटकी नहीं है।
  5. लपेटें फिटिंग और एल्यूमीनियम की दो अतिरिक्त परतों में आस्तीन दोनों सीमित द्रव में diffusing से गैसीय सीओ 2 को रोकने के लिए और फिटिंग पर जगह में रखने के लिए और आस्तीन सीमित जोड़ने से एक हाइड्रोलिक मार्ग रोकने के लिए और तरल पदार्थ ताकना।
  6. कोर Hol रखोएक साथ वापस der ट्यूबिंग और जवानों जगह में वापस फिसलने से और बोल्ट की जगह से अंत टोपियां और अंत फिटिंग सील।
  • मंच पर कोर धारक माउंट और प्रवाह और बिजली लाइनों को जोड़ने।
  • चरण रोटेशन का परीक्षण करें और सुनिश्चित करें कि सभी प्रवाह और बिजली लाइनों -90 डिग्री से 90 डिग्री करने के लिए बारी बारी से करने के लिए स्वतंत्र हैं।
  • प्रयोग शुरू करने से पहले पूरे कोर की एक सूखी स्कैन ले।
    1. चौड़ाई और लंबाई में 4 मिमी के आसपास वर्गों ओवरलैपिंग में कोर स्कैन करें। जो सिंटिलेटर ओवर-saturating बिना शोर अनुपात करने के लिए एक उच्च संकेत सुनिश्चित करता है लगभग 15,000 की औसत गिनती मूल्य, को जांचना स्कैन जोखिम समय। चरण विपरीत और बढ़त तीखेपन बनाए रखने के लिए कम से कम 2400 के अनुमानों के साथ प्रत्येक सूखी स्कैन ले।
    2. सिंटिलेटर तो यह है कि किसी भी नुकसान और बाहरी शोर पुनर्निर्माण के दौरान के लिए जिम्मेदार हो सकता है की सपाट और अंधेरे छवियों ले लो। देखने के क्षेत्र से बाहर कोर धारक को ले जाकर फ्लैटों ले लोऔर पर किरण के साथ सिर्फ सिंटिलेटर की एक छवि ले रही है। किरण बंद के साथ एक ही विधि का उपयोग गहरे रंगों के कपड़े ले लो।

    • 3. सिस्टम दबाव

    1. में तरल पदार्थ डालने का कार्य रिएक्टर पोत के शीर्ष के माध्यम से एक 1% WT पोटेशियम क्लोराइड (KCl) disassembled रिएक्टर में 5% WT सोडियम क्लोराइड (NaCl) नमकीन लोड।
      1. वांछित नमकीन अम्लता को प्राप्त करने के लिए पाउडर कार्बोनेट चट्टान जोड़ें। इस मामले में कोई कार्बोनेट जोड़ा गया है।
      2. बोल्ट कस और हीटिंग टेप के साथ यह rewrapping और शीर्ष में तापमान जांच डालने से रिएक्टर पुनः।
      3. लोड इंजेक्शन पंप में सीओ 2 (चित्रा 1 में V1) वाल्व खोलने के द्वारा 1।
      4. वाल्व बंद 1 और 100 बार करने के लिए इंजेक्शन पंप दबाव।
      5. खुले वाल्व 2 सीओ 2 के साथ रिएक्टर बाढ़ के लिए। 50 डिग्री सेल्सियस तापमान एक जांच और चुनाव के साथ संयोजन में एक पीआईडी ​​नियंत्रित हीटिंग की चादर के उपयोग करने के लिए रिएक्टर गर्मीtinuously एक बाहरी बिजली की मोटर के द्वारा संचालित एक entrainment दोषी साथ हलचल। 10 एमपीए पर सीओ 2 के साथ नमकीन संतुलित करना और 2 के बीच 6 घंटे सुनिश्चित करने के लिए कि नमकीन पानी पूरी तरह से सीओ 2 के साथ संतृप्त है और कार्बोनेट पूरी तरह से भंग कर रहा है के लिए 50 डिग्री सेल्सियस।
    2. कोर धारक को जोड़ने के लिए पहले, पूरी तरह से पिछले प्रयोगों से लाइनों में हवा और संभव precipitants की प्रणाली शुद्ध करना। ऐसा करने के लिए, कनेक्ट लाइनों के ऊपर और नीचे कोर धारक कोर धारक (U1 और U2) बायपास करने के लिए।
      1. लोड विआयनीकृत (डीआई) फिर से भरना करने के लिए प्राप्त पंप की स्थापना करके वाल्व 11 के माध्यम से प्राप्त पंप में पानी।
      2. ओपन वाल्व 7, 4, और 3 और पीछे की ओर प्रणाली के माध्यम से और रिएक्टर नीचे वाल्व 3 से बाहर डि पानी ड्राइव करने के लिए लगातार दबाव मोड पर प्राप्त पंप का उपयोग करें। लगभग दस सिस्टम वॉल्यूम उपयोग को सुनिश्चित करने के लिए लाइनों हवा का स्पष्ट और साफ rinsed हैं।
    3. खाली प्राप्त पंप एकएन डी तो वाल्व 10 के माध्यम से वाल्व 11 और सीमित पंप में लोड डि पानी के माध्यम से प्राप्त पंप में 25% WT KI का एक नमकीन लोड।
      1. बंद वाल्व 10 और खुले वाल्व 8 और 6 का प्रयोग सीमित पंप 2 एमपीए पर कोर सीमित करने के लिए।
      2. वाल्व 11 बंद और 10 बार के लिए प्राप्त पंप दबाव।
      3. ओपन वाल्व 9, 7, 4, व 3 और KI ड्राइव करने के लिए जिसके परिणामस्वरूप दबाव ड्रॉप का उपयोग कोर के माध्यम से नमकीन पानी डाल दिया गया।
      4. संवर्द्धित सीमित और ताकना दबावों अप चरण तक एक उचित प्रवाह की दर की स्थापना की है। कोर के माध्यम से नमकीन पानी का लगभग दो पूरा सिस्टम वॉल्यूम ड्राइव और रिएक्टर नीचे वाल्व 3 के माध्यम से तरल पदार्थ नाली। इस रास्ते में सब हवा प्रणाली से पर्ज है और कोर उच्च विपरीत नमकीन undoped प्रतिक्रियाशील नमकीन के आगमन का निरीक्षण करने के लिए आसान बनाता है के साथ पानी भर गया है।
      5. जब तक कोर 12 एमपीए पर ही सीमित है और ताकना दबाव 10 एमपीए है बंद वाल्व 3 और संवर्द्धित सीमित और ताकना दबावों वृद्धि हुई है। स्विचपीआईडी ​​नियंत्रक पर 50 करने के लिए कोर लाने के लिए सी।
      6. प्राप्त पंप, वाल्व बंद 3, और रिएक्टर के आधार पर खुला वाल्व बंद करो 5 कोर करने के लिए रिएक्टर सिस्टम से कनेक्ट करने के लिए।

    4. द्रव का प्रवाह और छवि अधिग्रहण

    1. देखने के क्षेत्र में कोर के बीच केंद्र और 2-डी अनुमानों लगातार लेने के रूप में कोर कोर बाढ़ प्रगति को ट्रैक करने के लिए पानी भर गया है। गुलाबी बीम पर मोड़ और कैमरे का उपयोग चरण घूर्णन बिना चित्र लेने के लिए द्वारा 2-डी अनुमानों ले लो। प्रतिक्रियाशील तरल पदार्थ इंजेक्शन से पहले 2-डी अनुमानों शुरू है कि बाद में बाद में नमकीन पानी भरा छवियों की तुलना में किया जाएगा नमकीन छवि से पहले एक स्पष्ट कर देता है।
    2. इस प्रकार वांछित प्रवाह की स्थिति पर कोर के माध्यम से रिएक्टर से तरल पदार्थ खींच वांछित प्रवाह दर पर फिर से भरना, जबकि इंजेक्शन पंप छोड़ने सामने के छोर से दबाव को विनियमित करने के लिए प्राप्त पंप सेट करें।
      1. मॉनिटर 2-डी अनुमानोंक्षीणन में परिवर्तन है कि प्रतिक्रियाशील नमकीन के आगमन के संकेत के लिए। जब प्रतिक्रियाशील नमकीन पानी आता है, कोर के संचरण में वृद्धि होगी और अधिक प्रकाश के रूप में सिंटिलेटर हिट और डाल दिया गया नमकीन अत्यधिक एक्स-रे पारदर्शी प्रतिक्रियाशील तरल पदार्थ से विस्थापित है 2-डी के अनुमानों से काफी रोशन करेगी। अगर वहाँ प्रतिक्रियाशील और गैर प्रतिक्रियाशील नमकीन के बीच कोई क्षीणन अंतर तो है, बीम लाइन स्पेक्ट्रम पर निर्भर करता है, एक उच्च नमक एकाग्रता KI साथ 2.1 कदम से प्रयोग शुरु या एक अलग अत्यधिक अवशोषित नमक का उपयोग आवश्यक हो सकता है।
      2. 2-डी स्कैन और 3-डी tomographies ले क्रमिक उपवास के रूप में इमेजिंग उपकरण की अनुमति देता है के रूप में बंद करो। स्कैन के अनुसार लगभग 1,000 अनुमानों का प्रयोग करें। कोर रोटेशन के केवल 180 डिग्री का उपयोग कर (के रूप में पारंपरिक 360 ° के खिलाफ) स्कैन करें। रोटेशन के कम डिग्री का उपयोग करते हुए शोर अनुपात करने के संकेत कम हो जाती है, यह तेजी से होता है और खींच और प्रवाह और बिजली लाइनों tangling से बचने के लिए मदद करता है। 3-डी स्कैन eith तक लेएर समय सीमा तक पहुँच जाता है या कोर पर्याप्त भंग लग रहा है (और इस तरह दोनों सीमित दबाव और भविष्य के पूरे कोर सूखी स्कैन डेटा की हानि के कारण) आंतरिक संरचनात्मक पतन के एक आसन्न खतरा यह है कि वहाँ।
    3. बाद पिछले स्कैन लिया जाता है, कोर प्रतिक्रिया किसी भी आगे से बचने के लिए कुशलतापूर्वक प्रणाली depressurize।
      1. सबसे पहले प्राप्त पंप बंद करो। उसके बाद बंद वाल्व 5 प्रणाली के आराम करने के रिएक्टर को जोड़ने।
      2. सीमित उपयोग और सीमित तरल पदार्थ पर और अधिक दबाव 1MPa के आसपास रखने पंप नीचे प्राप्त प्रणाली दबाव कदम।
      3. एक बार भीतर वायुमंडलीय दबाव के 1 एमपीए तक पहुँच जाता है, वाल्व 10 और 11 का उपयोग सीमित और प्राप्त पंप खोलने के लिए और निरंतर प्रवाह मोड में चलाने के लिए किसी भी शेष तरल पदार्थ के निकास के लिए।
      4. पीआईडी ​​नियंत्रक बंद करो और किसी भी शेष प्रणाली दबाव जारी करने के लिए कोर धारक के शीर्ष पर 4 तरह संघ (U2) खुला।
      5. धीरे धीरे सीमित लाइन ढीलाजबकि पकड़ने अतिरिक्त डि शोषक कागज के साथ पानी सीमित। बंद वाल्व 6 और 7 और डिस्कनेक्ट Union 1 और बिजली लाइनों।
      6. चरण दबाना ढीला और मंच से कोर धारक को हटा दें।
    4. ध्यान से कोर धारक से कोर विधानसभा हटाने और फिर आंतरिक अंत फिटिंग से आस्तीन काट। क्योंकि ऐसा करने से नुकसान नाजुक कोर प्रतिक्रिया व्यक्त कर सकते हैं आस्तीन से कोर न निकालें। डि पानी से भरा एक बीकर में आस्तीन से ढके कोर किसी भी संभावित प्रतिक्रियाशील नमकीन पतला और सभी प्रतिक्रिया को रोकने के लिए रखें।
    5. कम से कम 12 घंटे के लिए एक 60 डिग्री सेल्सियस ओवन में पूरे कोर सूखी। फिर एक पारंपरिक नमूना माउंट का उपयोग कर मंच पर कोर गोड़ा, और एक ही संकल्प और प्रारंभिक सूखी स्कैन के रूप में अनुमानों पर फिर से इसे स्कैन।

    5. छवि प्रसंस्करण

    1. एक अनेक रंगों बीम का उपयोग के साथ जुड़े किसी भी किरण सख्त के लिए खंगाला छवियों को सही मानते हुए कहा कि किसी भी प्रभावित द्वारा त्रिज्यात प्रतीक हैंमीट्रिक गाऊसी 33 कार्य करता है।
    2. इस तरह के शोर 34, 35 के लिए संकेत बढ़ाने के लिए गैर-स्थानीय साधन के रूप में एक किनारे संरक्षण फिल्टर का उपयोग कर छवियों फिल्टर (देखें पूरक फ़ाइल )।
    3. खंड सूखी स्कैन एक जल का उपयोग कर छवियों 36 एल्गोरिथ्म विभाजन और रॉक और शून्य के रूप में बीज (देखें परिभाषित करने से पूरक फ़ाइल )।
      1. प्रतिक्रियाशील नमकीन के साथ कोर की पहली छवि ले लो और पहली छवि के लिए प्रत्येक बाद छवि रजिस्टर और एक संदर्भ के रूप में पहली छवि के साथ Lanczos 37 resampling पद्धति का उपयोग करके यह resample। चल रही प्रतिक्रिया किनारों को धुंधला करने के लिए जाता है के रूप में, छवियों पर जल विभाजन नहीं हैसटीक विभाजन के लिए पर्याप्त है।
      2. पहली छवि से प्रत्येक प्रतिक्रिया व्यक्त की कोर छवि घटाएँ अंतर छवि पाने के लिए। खंड परिवर्तन और कोई परिवर्तन में अंतर छवियों। पहले प्रतिक्रियाशील स्कैन करने के लिए खंडों सूखी स्कैन रजिस्टर और फिर खंडों सूखी स्कैन से खंडित परिवर्तन घटाना प्राप्त करने के लिए खंडित छवियों 38 प्रतिक्रिया व्यक्त की।

    6. मॉडलिंग

    1. एक में निवेश के रूप में binarized छवियों का उपयोग करें या तो एक प्रत्यक्ष Navier स्टोक्स प्रवाह सॉल्वर 39, 40, या एक नेटवर्क निकासी मॉडल 41 (8 चित्रा) पारगम्यता परिवर्तन विशेषताएँ और विघटन की गतिशीलता में शारीरिक अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।

    Representative Results

    प्रतिक्रिया 4 मिमी व्यास 1.2 सेमी लंबे पोर्टलैंड कार्बोनेट कोर 42 में केल्साइट और unbuffered scCO 2 संतृप्त नमकीन के बीच imaged किया गया था। पोर्टलैंड कार्बोनेट एक अपेक्षाकृत शुद्ध (<99%) केल्साइट एक जटिल विषम ताकना संरचना 43 के साथ ओओलीट है। कम ऊर्जा एक्स-किरणों Au के 0.1 माइक्रोन 2 अल मिमी और के माध्यम से बीम गुजर द्वारा फ़िल्टर किया गया। एक 1.25x उद्देश्य लेंस और एक पीसीओ धार कैमरे के साथ एक CdWO 4 सिंटिलेटर डिटेक्टर विधानसभा में इस्तेमाल किया गया। सूखी स्कैन 4000 के अनुमानों के साथ हासिल किया गया है, जबकि गतिशील स्कैन प्रत्येक 1,000 अनुमानों था। कुल अधिग्रहण समय ~ 1 मिनट के साथ स्कैन प्रति 15 सेकंड ~ 100 स्कैन 2 घंटे की अवधि में लिया गया था।

    पुनर्निर्माण और विरूपण साक्ष्य हटाने डायमंड lightsource मालिकाना सॉफ्टवेयर का उपयोग कर पूरा किया गया। प्रत्येक छवि 2000 3 voxels, whi के होते हैंचर्चा तो 6.1 माइक्रोन (चित्रा 5) के एक प्रस्ताव पर शोर 1000 3 voxels की एक छवि है, जिसके परिणामस्वरूप करने के लिए संकेत बढ़ाने के लिए binned थे। छवियों तो Avizo 8.1 और ImageJ कार्यक्रमों में छवि प्रसंस्करण मॉड्यूल का उपयोग प्रोसेस किया गया (पूरक फ़ाइल देखें)। प्रत्येक छवि एक 3.0 गीगा सीपीयू और एक टेस्ला K20C GPU के साथ एक कंप्यूटर पर लगभग 12 घंटे सीपीयू और प्रसंस्करण के 3 GPU घंटे की आवश्यकता है।

    खंडों छवियों ताकना और चट्टान के voxels की संख्या की गणना के द्वारा porosity परिवर्तन के लिए एक समय श्रृंखला के रूप में विश्लेषण किया गया। (चित्रा 6) समय के साथ बढ़ जाती है विघटन porosity के दौरान। खंडों छवियों के दृश्य निरीक्षण (चित्रा 7) प्रवाह की दिशा में एक चैनल की उपस्थिति का पता चलता है। इनलेट porosity दोनों समय और नमूना से दूरी के एक समारोह के रूप में साजिश रची है जब यह स्पष्ट है कि एक चैनल के पहले घंटे में ही बना है और फिर चौड़ी प्रयोग के रूप में जारी (एफ igure 8)।

    खंडों छवियों तो पारगम्यता परिवर्तन (9 चित्रा) का विश्लेषण करने के लिए एक नेटवर्क निकासी मॉडल में इनपुट के रूप में इस्तेमाल किया गया। यह पाया गया कि वहाँ प्रारंभिक घंटे के दौरान पारगम्यता में तेजी से वृद्धि हुई थी, लेकिन फिर पारगम्यता बाद में समय पर स्थिर हो।

    आकृति 1
    सीटू प्रयोगात्मक उपकरण में यह आंकड़ा 1.। सीओ 2 इंजेक्शन पंप द्वारा दबाव और रिएक्टर में नमकीन संतुलित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। रिएक्टिव नमकीन प्राप्त पंप द्वारा कोर विधानसभा के माध्यम से खींच लिया है। सेल सीमित पंप में डि पानी और गर्म हीटिंग टेप सीमित तरल पदार्थ में एक thermocouple द्वारा नियंत्रित का उपयोग करके ही सीमित है। प्रायोगिक प्रणाली एक साथ जुड़ा हुआ है ट्यूबिंग और द्रव का प्रवाह का उपयोग कर वाल्व (वी) और यूनियन (यू) का उपयोग करते हुए निर्देश दिया है।पुनश्च: //www.jove.com/files/ftp_upload/53763/53763fig1large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    चित्र 2
    चित्रा 2. डायमंड lightsource मैं-13I गुलाबी किरण प्रयोगात्मक ट्यूनिंग वक्र और सैद्धांतिक दर्पण प्रतिबिंब और फिल्टर ट्रांसमिशन दोनों उपयोग कर की गणना की एक्स-रे स्पेक्ट्रा। दर्पण 30 कीव ऊपर ऊर्जा को अवशोषित; अल और Au फिल्टर क्रमशः नीचे 13 और 22 कीव ऊर्जा को अवशोषित। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    चित्र तीन
    किरण लाइन इमेजिंग उपकरण 3. चित्रा। अल और Au शीट गुलाबी किरण फिल्टर और शेष एक्स रे वें माराई कोर विधानसभा। एक्स-रे का एक हिस्सा नमूना द्वारा अवशोषित कर रहे हैं, जबकि बाकी नमूना के माध्यम से गुजरती हैं और सिंटिलेटर जो दृश्य स्पेक्ट्रम में fluoresces मारा। यह दृश्य प्रकाश तो सीसीडी, जो एक pixelated डिजिटल छवि जहां पिक्सेल तीव्रता मूल्य कि सिंटिलेटर द्वारा अवशोषित कर रहे हैं एक्स रे की संख्या का एक समारोह है कि प्रकाश तब्दील पर उद्देश्य से ध्यान केंद्रित किया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    चित्रा 4
    चित्रा 4 कोर धारक के अंदर कोर विधानसभा। तिरछी ट्यूबिंग आंतरिक अंत फिटिंग से जुड़ी है और इस्पात अंत टोपियां के माध्यम से पिरोया है। कोर एल्यूमीनियम पन्नी में लपेटा और आस्तीन में डाला जाता है। आस्तीन तो एक निर्विवाद एसई बनाने के लिए अंत फिटिंग में फैला हैअल और एल्यूमीनियम पन्नी की दो अतिरिक्त परतों जगह में सब कुछ पकड़ और गैस प्रसार को रोकने के लिए जोड़ रहे हैं। thermocouple चिपकने वाला एल्यूमीनियम पन्नी की बाहरी परत के साथ कोर विधानसभा के बाहर करने के लिए सुरक्षित है। मेनके एट अल से संशोधित चित्रा। 42। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    चित्रा 5
    इससे पहले कि (क) और बाद में (ख) विघटन खंगाला छवि की चित्रा 5. 2-डी टुकड़ा। हल्का क्षेत्रों अनाज कर रहे हैं और गहरा क्षेत्रों ताकना हैं। अनाज / ताकना सीमा के किनारों पर धुंधला ताकना अंतरिक्ष (ख) की प्रतिक्रिया व्यक्त हिस्से में देखा जा सकता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    चित्रा 6
    चित्रा 6 Porosity समय के साथ साजिश रची। रैखिक विघटन के दूसरे घंटे में ढलान में एक छोटी सी कमी के साथ Porosity बढ़ जाती है। मेनके एट अल से संशोधित चित्रा। 42। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    चित्रा 7
    प्रयोग है, जहां हरी porosity में सबसे बड़ा परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है और कम से कम लाल रंग में 60 मिनट में porosity में परिवर्तन की चित्रा 7. एक 3-डी प्रतिपादन। तरल पदार्थ ठोस रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा बनाई गई एक स्पष्ट झरझरा चैनल कोर जहां विघटन सबसे बड़ा है के केंद्र में देखा जाता है। मेनके एट अल से संशोधित चित्रा।"xref"> 42। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    आंकड़ा 8
    नमूना इनलेट से दूरी के एक समारोह के रूप में 8. porosity के प्रोफाइल चित्रा। Porosity विघटन की धुरी के साथ एक समान है, लेकिन विघटन की दर समय के एक समारोह के रूप में बदल जाता है। मेनके एट अल से संशोधित चित्रा। 42। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    9 चित्रा
    चित्रा 9. (क) एक नेटवर्क निकासी खंडों छवियों पर प्रदर्शन 60 मिनट पर दिखाया गया है, दिखा रहा हैबड़े ताकना रिक्त स्थान (गेंद) और उनके कनेक्शन (ट्यूब)। (बी) गणना पारगम्यता एक विस्तृत विघटन चैनल के रूप में 40 और 60 मिनट के बीच एक तेज वृद्धि के साथ समय के साथ वृद्धि करने के लिए स्थापित किया गया है दिखाया गया है। मेनके एट अल से संशोधित चित्रा। 42। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

    Discussion

    जलाशय की स्थिति में विषम ताकना संरचनाओं में प्रतिक्रिया के गतिशील इमेजिंग के लिए सबसे महत्वपूर्ण कदम उठाए हैं: 1) गुलाबी किरण के अंदर सेल की सटीक तापमान नियंत्रण; 2) एक तेजी से बढ़ मंच पर सफल कोर धारक स्थिरता; 3) कुशल डेटा प्रसंस्करण और भंडारण तकनीक; और 4) समय हल छवियों के प्रभावी विभाजन।

    तापमान नियंत्रण एक गुलाबी बीम का उपयोग कर जलाशय हालत इमेजिंग के लिए आवश्यक है। तापमान रिएक्टर के तापमान से ऊपर उठकर तो सीओ 2 ताकना अंतरिक्ष में exsolve जाएगा और दोनों नमकीन पानी का पीएच बदलने के लिए और ध्यान में लीन होना है कि अंतरिक्ष के विघटन 44 की प्रकृति को बदल सकता है में सुपरक्रिटिकल सीओ 2 के गैन्ग्लिया पैदा करते हैं। फिल्टर का उपयोग कम ऊर्जा एक्स-किरणों को अवशोषित करने के लिए इस अतिरिक्त तापमान तनाव जो thermocouple और हीटिंग की चादर के प्रभावी रूप से बाह्य तापमान को नियंत्रित करने के लिए अनुमति देता है दूर करने के लिए महत्वपूर्ण है। हालांकि, फिल्टर कमकिरण की कुल ऊर्जा throughput और इस प्रकार संयम से इस्तेमाल किया जाना चाहिए ताकि के रूप में काफी कुल अधिग्रहण समय नहीं बढ़ाने के लिए। इसके अलावा, फिल्टर प्रकार और मोटाई विशिष्ट ऊर्जा तरंग दैर्ध्य और किरण लाइन के throughput के अनुरूप होना चाहिए।

    कोर धारक टोमोग्राफी अधिग्रहण के दौरान घूर्णी कंपन और जोर दिया है कि कार्बन फाइबर आस्तीन चरण रोटेशन के दौरान हिला और अनुमानों को धुंधला करने का कारण बन सकती आए। इस क्षमता को कम करने के लिए, कोर धारक synchrotrons पर प्रयोग के लिए एक छोटे से 6 सेमी आस्तीन के रूप में बनाया गया है। यह आस्तीन, बेंच शीर्ष स्कैनर के साथ उपयोग के लिए अनुकूल नहीं हो के रूप में इस्पात अंत फिटिंग स्रोत नमूना दूरी और ज्यामितीय बढ़ाई के न्यूनतम रोकना होगा। हालांकि, एक समानांतर प्रकाश स्रोत के साथ इन चिंताओं नहीं हैं।

    प्रत्येक tomographic स्कैन एक श्रृंखला में ले लिया 20 से अधिक जीबी जिसका अर्थ है कि 100 स्कैन की एक श्रृंखला के आकार में 2 टीबी हो जाएगा का एक आकार हो सकता है। जब बहुत क्वी एक पंक्ति में कई स्कैन ले रही हैckly दोनों साधन बैंडविड्थ और भंडारण विकल्प पर्याप्त डेटा प्रबंधन की चुनौतियों प्रदान करते हैं। प्रयोगात्मक इमेजिंग उपकरण के मन में इन बाधाओं के साथ तैयार किया जाना चाहिए ताकि के रूप में पूरी तरह से तेजी टोमोग्राफी के गतिशील इमेजिंग क्षमता का एहसास करने के लिए। डेटा स्थानांतरण बाधाओं प्रयोग और प्रौद्योगिकी बुनियादी सुविधाओं के लिए अनुकूलित इतना है कि इस तरह के कैमरे के रूप में मुद्दों की गति, स्थानांतरण बैंडविड्थ, और भंडारण लिखने की गति से दूर पढ़ने को बाधित नहीं करना अधिग्रहण की गति संभावित शुरू करने से पहले पहचान की जानी चाहिए।

    विघटन के समय हल छवियों के प्रभावी विभाजन के लिए एक चुनौती है। जब एक tomographic स्कैन एक बदलते प्रणाली में लिया जाता है ठोस तरल सीमा के किनारों धुंधला हो सकता है। यह धुंधला ऐसे वाटरशेड, जो धारणा है कि सीमाओं को उच्चतम क्षीणन ढाल के साथ क्षेत्रों, बहुत कम सफल हो जाएगा पर काम करता है के रूप में पारंपरिक विभाजन तकनीक बनाता है। इस दरकिनार करने के लिए, unreac का अंतर छविटेड और प्रतिक्रिया व्यक्त की छवियों गणना जो परिवर्तन की ही क्षेत्रों में से एक छवि प्रदान करता है। इस विधि को लगातार बदलते ताकना संरचना के सफल विभाजन के लिए अनुमति देता है।

    सिंक्रोट्रॉन तेजी से एक जलाशय पैमाने तंत्र के साथ मिलकर टोमोग्राफी एक शक्तिशाली प्रयोगात्मक विधि है कि अवस्थायाँ प्रवाह प्रक्रियाओं, advection फैलाव, और रासायनिक विषम माध्यमों में परिवहन सहित आवेदन की एक श्रृंखला का पता लगाने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। हालांकि, मौजूदा तंत्र सेकंड, एकल चरण प्रयोगों, और छोटा सा नमूना आकार के आदेश पर एक समय संकल्प तक सीमित है। भविष्य के डिजाइन उन्नयन, तीन चरण क्षमताओं के लिए अतिरिक्त पंप शामिल हैं बढ़ती प्रवाह बड़ा माध्यमों, बेहतर पुनर्निर्माण तकनीक है कि कम अनुमानों स्कैन प्रति लिया जा करने के लिए अनुमति देते हैं, और छवि के अधिग्रहण और विभाजन है कि आगे की जानकारी में सुधार कर सकते हैं बहुभिन्नरूपी दृष्टिकोण घुसना करने में सक्षम हो गहराई, चौड़ाई, और सटीकता।

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    NaCl salt Sigma Aldrich S7653-1KG
    KCl salt Sigma Aldrich P9333-1KG
    KI salt Sigma Aldrich 30315-1KG
    Core holder Airbourne Composites 110 mm Core holder Constructed in conjunction with Imperial College
    PEEK tubing Kinesis 1560xL
    Thermocouple Omega Engineering KMTSS-IM300U-150
    Flexible Heating Tape Omega Engineering KH-112/10-P
    1/16" Needle Valve Hydrasun Ltd MVE1002
    High Pressure Syringe Pump Teledyne ISCO 1000D
    600 mL Parr Reactor Parr Instrument Company 4547A - hastelloy
    CO2 Cylinder BOC CO2 - size E
    Viton Fisher Scientific 11572583
    Aluminium Foil Coroplast 1510AWX
    ImageJ - image processing NIH ImageJ
    Matlab Mathworks Matlab Used for data analysis
    Avizo FEI Avizo
    Snoop Leak Detector Swagelok MS-SNOOP-8OZ

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    References

    1. Herzog, H., Caldeira, K., Reilly, J. An issue of permanence: Assessing the effectiveness of temporary carbon storage. Clim. Change. 59, 293-310 (2003).
    2. Metz, B., Davidson, O., de Coninck, H., Loos, M., Meyer, L. Carbon Dioxide Capture and Storage. IPCC. , Cambridge University Press. 431 (2005).
    3. Langmuir, D., Hall, P., Drever, J. Aqueous Environmental Geochemistry. , Prentice Hall. (1997).
    4. Morse, J. W., Mackenzie, F. T. Geochemistry of sedimentary carbonates. , Elsevier. (1990).
    5. Peng, C., Crawshaw, J. P., Maitland, G. C., Trusler, J. M., Vega-Maza, D. The pH of CO 2-saturated water at temperatures between 308K and 423K at pressures up to 15MPa. J Supercrit Fluid. 82, 129-137 (2013).
    6. Peng, C., Crawshaw, J. P., Maitland, G. C., Trusler, J. M. Kinetics of calcite dissolution in CO 2-saturated water at temperatures between (323 and 373) K and pressures up to 13.8 MPa. Chem. Geol. 403, 74-85 (2015).
    7. Bachu, S., Nordbotten, J. M., Celia, M. A. Evaluation of the spread of acid gas plumes injected in deep saline aquifers in western Canada as an analogue to CO2 injection in continental sedimentary basins. Proceedings of 7th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies. 1, (2004).
    8. Bachu, S. Review of CO 2 storage efficiency in deep saline aquifers. Int J Greenh Gas Con. , (2015).
    9. Marland, G., Fruit, K., Sedjo, R. Accounting for sequestered carbon: the question of permanence. Environ Sci Policy. 4, 259-268 (2001).
    10. Daccord, G., Lenormand, R., Lietard, O. Chemical Dissolution of a Porous-Medium by a Reactive Fluid .1. Model for the Wormholing Phenomenon. Chem. Eng. Sci. 48, 169-178 (1993).
    11. Daccord, G., Lietard, O., Lenormand, R. Chemical Dissolution of a Porous-medium by a Reactive Fluid .2. Convection vs Reaction, Behavior Diagram. Chem. Eng. Sci. 48, 179-186 (1993).
    12. Maheshwari, P., Ratnakar, R., Kalia, N., Balakotaiah, V. 3-D simulation and analysis of reactive dissolution and wormhole formation in carbonate rocks. Chem. Eng. Sci. 90, 258-274 (2013).
    13. El-Maghraby, R., Pentland, C., Iglauer, S., Blunt, M. A fast method to equilibrate carbon dioxide with brine at high pressure and elevated temperature including solubility measurements. J Supercrit Fluid. 62, 55-59 (2012).
    14. Fredd, C., Fogler, S. Influence of Transport and Reaction on Wormhole Formations in Porous Media. AIChE. 44, (1998).
    15. Gharbi, O., Toth, A., Bijeljic, B., Boek, E., Blunt, M. PGE Seminar Series. , Imperial College London. (2013).
    16. Luquot, L., Gouze, P. Experimental determination of porosity and permeability changes induced by injection of CO2 into carbonate rocks. Chem. Geol. 265, 148-159 (2009).
    17. Cohen, C. E., Ding, D., Quintard, M., Bazin, B. From pore scale to wellbore scale: Impact of geometry on wormhole growth in carbonate acidization. Chem. Eng. Sci. 63, 3088-3099 (2008).
    18. Li, L., Peters, C. A., Celia, M. A. Upscaling geochemical reaction rates using pore-scale network modeling. Adv Water Resour. 29, 1351-1370 (2006).
    19. Swoboda-Colberg, N. G., Drever, J. I. Mineral dissolution rates in plot-scale field and laboratory experiments. Chem. Geol. 105, 51-69 (1993).
    20. Berg, S., et al. Real-time 3D imaging of Haines jumps in porous media flow. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, 3755-3759 (2013).
    21. Blunt, M. J., et al. Pore-scale imaging and modelling. Adv Water Resour. 51, 197-216 (2013).
    22. Ott, H., et al. Core-flood experiment for transport of reactive fluids in rocks. Rev. Sci. Instrum. 83, 084501 (2012).
    23. Gharbi, O. Fluid-Rock Interactions in Carbonates: Applications to CO2 storage. , Imperial College London. (2014).
    24. Noiriel, C., Gouze, P., Made, B. 3D analysis of geometry and flow changes in a limestone fracture during dissolution. J Hydrol. 486, 211-223 (2013).
    25. Hao, Y., Smith, M., Sholokhova, Y., Carroll, S. CO2-induced dissolution of low permeability carbonates. Part II: Numerical modeling of experiments. Adv Water Resour. 62, 388-408 (2013).
    26. Smith, M. M., Sholokhova, Y., Hao, Y., Carroll, S. A. CO2-induced dissolution of low permeability carbonates. Part I: Characterization and experiments. Adv Water Resour. 62, 370-387 (2013).
    27. Gouze, P., Luquot, L. X-ray microtomography characterization of porosity, permeability and reactive surface changes during dissolution. J. Contam. Hydrol. 120-121, 45-55 (2011).
    28. Menke, H. P., Bijeljic, B., Andrew, M. G., Blunt, M. J. Dynamic Three-Dimensional Pore-Scale Imaging of Reaction in a Carbonate at Reservoir Conditions. Environ. Sci. Technol. 49, 4407-4414 (2015).
    29. Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography. J Vis Exp. , (2015).
    30. Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. J. Pore-scale imaging of trapped supercritical carbon dioxide in sandstones and carbonates. Int J Greenh Gas Con. 22, 1-14 (2014).
    31. Henke, B. L. Filter Transmission. , Available from: http://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.html (2015).
    32. Henke, B. L., Gullikson, E. M., Davis, J. C. X-ray interactions: photoabsorption, scattering, transmission, and reflection at E= 50-30,000 eV, Z= 1-92. At. Data Nucl. Data Tables. 54, 181-342 (1993).
    33. Schlüter, S., Sheppard, A., Brown, K., Wildenschild, D. Image processing of multiphase images obtained via X-ray microtomography: A review. Water Resour. Res. 50, 3615-3639 (2014).
    34. Buades, A., Coll, B., Morel, J. -M. A non-local algorithm for image denoising. Computer Vision and Pattern Recognition, 2005. CVPR 2005. IEEE Computer Society Conference on. 2, 60-65 (2005).
    35. Buades, A., Coll, B., Morel, J. -M. Nonlocal image and movie denoising. Int J Comput Vision. 76, 123-139 (2008).
    36. Sheppard, A. P., Sok, R. M., Averdunk, H. Techniques for image enhancement and segmentation of tomographic images of porous materials. Physica A. 339, 145-151 (2004).
    37. Lanczos, C. An iteration method for the solution of the eigenvalue problem of linear differential and integral operators. , United States Governm. Press Office. (1950).
    38. Andrew, M., Menke, H., Blunt, M. J., Bijeljic, B. The Imaging of Dynamic Multiphase Fluid Flow Using Synchrotron-Based X-ray Microtomography at Reservoir Conditions. Transport Porous Med. , 1-24 (2015).
    39. Raeini, A. Q., Blunt, M. J., Bijeljic, B. Modelling two-phase flow in porous media at the pore scale using the volume-of-fluid method. J. Comput. Phys. 231, 5653-5668 (2012).
    40. Bijeljic, B., Raeini, A., Mostaghimi, P., Blunt, M. J. Predictions of non-Fickian solute transport in different classes of porous media using direct simulation on pore-scale images. Phys Rev E. 87, 013011 (2013).
    41. Dong, H., Blunt, M. J. Pore-network extraction from micro-computerized-tomography images. Phys Rev E. 80, 036307 (2009).
    42. Menke, H. P., Bijeljic, B., Andrew, M. G., Blunt, M. J. Dynamic Pore-scale Imaging of Reactive Transport in Heterogeneous Carbonates at Reservoir Conditions. Energy Procedia. 63, 5503-5511 (2014).
    43. Bijeljic, B., Mostaghimi, P., Blunt, M. J. Signature of non-Fickian solute transport in complex heterogeneous porous media. Phys. Rev. Lett. 107, 204502 (2011).
    44. Ott, H., Oedai, S. Wormhole formation and compact dissolution in single-and two-phase CO2-brine injections. Geophys. Res. Lett. 42, 2270-2276 (2015).

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    Menke, H. P., Andrew, M. G., Vila-Comamala, J., Rau, C., Blunt, M. J., Bijeljic, B. Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography. J. Vis. Exp. (120), e53763, doi:10.3791/53763 (2017).

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