Summary
Sinkrotron, hızlı tomografi haznesi koşullarında CO2 -saturated tuzlu su mevcudiyetinde kireçtaşı dinamik görüntü çözünmesi için kullanılmıştır. 100 tarama 2 saatlik bir süre boyunca 6.1 um çözünürlükte alınmıştır.
Abstract
Yeraltı depolama kalıcılık karbon yakalama ve depolama için önemli bir husustur. Karbonat rezervuar içine CO 2 Pompa jeolojik mühürler erimesi ve kaçmak için CO 2 izin potansiyeline sahiptir. Ancak, rezervuar koşullarında çözünme süreçlerinin tam olarak anlaşılamamıştır. Böylece, zamana bağımlı deneyler gözenek ölçekte çözünme doğasını ve hızını gözlemlemek ve tahmin etmek gereklidir. Sinkrotron hızlı tomografi geleneksel μ-BT çok daha hızlı bir şekilde karmaşık gözenek yapılarının yüksek çözünürlüklü zamana bağımlı görüntülerini alarak bir yöntemdir. Elmas Lightsource pembe Işın rezervuar koşullarında CO2 -saturated tuzlu su mevcudiyetinde kireçtaşı dinamik görüntü çözünmesi için kullanılmıştır. 100 tarama, 2 saatlik bir süre boyunca 6.1 um çözünürlükte alınmıştır. görüntüleri segmente edilmiş ve gözeneklilik ve geçirgenlik görüntü analizi ve ağ çıkarma kullanılarak ölçüldü. Gözeneklilik lengt boyunca eşit arttıörnek H; Ancak, eğer gözeneklilik ve geçirgenlik hem artış oranı daha sonraki zamanlarda yavaşladı.
Introduction
Karbon yakalama ve depolama (CCS) önemli bir endişe uzun süreli depolama güvenliği 1, 2 'dir. Yeraltı enjekte Karbondioksit, CO2, ana tuzlu su içinde çözülür ve karbonik asit 3, 4, 5 oluşturacaktır. Bu asidik tuzlu su kayaç kalker 6, özellikle çevredeki kaya ile reaksiyona ve eritmek için bir potansiyele sahiptir. Çözünme uygun olması ve sürekli formasyonu geçirgenliği 7 ve daha fazla depolama kalıcılık 8 olanak sağlayabilmektedir. Ancak, jeolojik mühür bütünlüğü bu çözülme tehlikeye ve yüzeye 9 göç etmeye CO 2 izin olabilir. Depolama kalıcılığı doğru öngörü modellemesi tam anlayış tuzlu su-kaya sisteminde çözülme ve dağıtımı üzerinde böylece bağlıdıryeraltı 10, 11, 12 sıvı hareket hızı.
Bununla birlikte, doğal ve karbonat çözülme oranı tuzlu su 13, 14, 15, 16 ve ana kaya 17 özelliklerine hem de bağlıdır. Çözünme oranları hayati temsilcisi rezervuar koşullarında karmaşık zamana bağlı süreçleri ölçmek için deneysel tekniklerin geliştirilmesini yapma, ayrıca tuzlu su sıcaklık ve basınç 6 kuvvetle bağlıdır.
Önceki deneyler alan ölçekli reaksiyon hızları deneysel kesikli reaktör ölçümlerinde 18, 19 daha düşük büyüklükte siparişleri genellikle olduklarını gözlemledim. Ayrışma, mineral Heterojenheterojen bir akış alanındaki Sığ ve eksik karıştırma bu olay için olası açıklamalar verilmiştir. Ancak, reaksiyon sırasında gelişen gözenek alanı doğrudan gözlem olmadan en önemli faktörleri değerlendirmek mümkün değildir. Böylece, dinamik gözenek çaplı deneyler taşıma ve tepki arasındaki etkileşim içine anlayış hem sağlamak ve öngörü modelleri doğrulamak için gereklidir.
Karbon depolama uygulamalarında gözenek çaplı süreçlerini incelemek için kurulmuş bir deneysel yöntem X-ışını microtomography (uCT) 20, 21 olduğunu. μ-BT birçok faydası vardır: yaklaşık 1 um aşağı yüksek uzaysal çözünürlük elde, non-invaziv ve üç boyutlu görüntü sağlar. Kireçtaşı çözünme çekirdek (~ cm) 22 ölçek okudu edilmiş ve kaya tuzlu su reaksiyonu fiziksel heterojenliği artırdığı tespit edilmiştir. ne kadar farklı t anlayışı ilerletmek içinransport ve reaksiyon koşulları gözenek uzay geometri, topoloji reaksiyon kaynaklı değişiklikleri ölçmek ve daha yüksek çözünürlükte, ayrıntılı olarak araştırılması için rezervuar sıcaklık ve basınçta yeraltı kaya sistemlerinde akış ve gerekli olan karmaşık katı ve gözenek yapıları değiştirmek pore- ölçek süreçleri. Bu yazıda, karmaşık gözenek yapıları ile kaya reaktif çözünme süreçlerini inceleyerek ve rezervuar şartlarında CO 2 -acidified tuzlu su ve kireçtaşı kaya arasındaki zaman ve mekansal bağımlı reaksiyon hızını ölçmek odaklanmak bir yöntem açıklanır.
Nedeniyle onlar sınırlı öncesi ve sonrası reaksiyon için görüntü ya olmuş ya da tamamlanmış değildi deneysel veya görüntüleme kısıtlamaları birkaç karmaşık karbonat 23, 24, 25, 26, 27 reaksiyon baktım çalışmalar, ancak olmuşturtemsili yeraltı koşullarında. Menke ve arkadaşları. 28 birkaç saatlik bir süre zarfında ve akiferdeki derinliği yaklaşık 1 km sıcaklık ve basınç temsilcisi gözenek ölçeğinde bir CO2 -acidified tuzlu su ve Ketton kireçtaşı arasındaki reaksiyonun in situ görüntüleme dinamik performans göstermiştir. Ancak, Ketton nispeten homojen çok az zaman görüntüye kolay iri daneli kaya (~ 17 dk) ve birkaç projeksiyonlar (~ 400) beraberdir. Bir sinkrotron kaynağında bir monokrom kiriş veya tezgah üstü X-ışını tarayıcıları ile ya da - en karbonat kayaları doğru geleneksel μ-BT ile bir çok zaman yoğun bir süreç olabilir hangi çözmek için birçok projeksiyonlar gerektiren karmaşık gözenek yapılarına sahiptir. Böylece, tomografi hızlı bir yöntem dinamik heterojen karbonatlar reaksiyon kaynaklı değişiklikleri görmek için gereklidir.
geçen süre örnek th akı tarafından kontrol edilir görüntü alırE X-ışını kaynağı. Tarama için bir yöntem, hızlı bir sinkrotron kaynağı 20 nin polikromatik ışını kullanmaktır. Bu sözde 'Pembe Kiriş' tezgah üstü kaynaklarına göre büyüklüğü daha yoğun ışık emir verir ve bu nedenle görüntüleri onlarca-of-saniyede ziyade saatlik zaman ölçeklerinde alınabilir. Çift kutuplu mıknatıslar periyodik yapı oluşur bir salındırıcıya Pembe Işın üretir. o mıknatısları erişir ve bunun sonucu olarak enerji yayar olarak elektron demeti salınımlarını geçmesi zorlanır. üretilen enerji dalga boyu bantları daraltmak için konsantre ve çok yoğun. Aynalar ve filtreler daha sonra deney ihtiyaçlarına uygun ışık spektrumunun daraltmak için kullanılır. Filtreler düşük enerjileri absorbe ederken Aynalar yüksek enerjili spektrumunu emer. Sadece bu araçları kullanarak radyasyon istenen band spektrum daraltmak için mümkündür.
Ancak, bu yoğun X-ışını akı kullanarak zorlukları olmadan değildir.Pembe Işın spektrumunun düşük enerji X-ışınları ısı olarak örnek tarafından emilir. Bu yerinde aygıtında sıcaklık kontrolü ile müdahale ve çözüm 20 exsolve için CO 2 neden olabilir. CO2 -saturated tuzlu su, ısı ve basınç ve bu nedenle termal denge küçük bir değişikliğin in situ akışkan 5 pH değerini değiştirmek için son derece duyarlıdır. Böylece, X-ışını spektrumu dikkatli tasarımı ve kontrol elemanları görüntüleme öncesinde ışın hattı ekipmanları dahil edilmelidir.
Hızlı tomografi aynı zamanda yüksek oranda veri büyük miktarda üretir. kamera ve daha sonraki depolama dışarı okunan veri sınırlamaları önemli bir teknolojik meydan okuma sağlamak. Bazı birkaç ardışık taramalar alarak ve harici veri sunucularına onları okumadan önce kamera hafızasında saklayarak bu üstesinden gelmişlerdir. Bununla birlikte, bu deney, ve göreceli olarak olmasını gerektirirYalnızca bir veri sonlu hacim tutabilir kamera bellek olarak f kısa. Kameranın verileri binning de aktarılacak gerek veri hacmini azaltır olarak aktarım süresini azaltır, ancak görüntü kalitesini azaltma potansiyeline sahiptir. Alternatif olarak, veri taramalar arasındaki toplam süre artacak, bir sonraki başlamadan önce her taramadan sonra kamerayı kapalı transfer edilebilir. Bu çalışma, ek ~ 30 sn kalktıktan okunan ~ 45 saniye ve veri alarak her görüntü satın alarak ikinci yöntemi kullanılır.
yüksek oranda tarama çekerken, örnek sahne geleneksel tarama ile çok daha hızlı dönmeye olmalı ve bu nedenle çekirdek tutucu üzerindeki potansiyel açısal stres harika. stresli Karbon fiber X-ışını geçiren ise, esnektir. görüntü elde etme görüntü bulanıklık sırasında örnek hareket oluşabilir. Çekirdek tutucu kol, bu potansiyel gerilimleri azaltmak için mümkün olduğunca kısa olacak şekilde tasarlanmıştır. Ek olarak, esnek polyethsahne döndürmek için ücretsiz böylece er eter keton (PEEK) boru aşamasına yakın deneysel düzeneğin tüm unsurları kullanılmıştır. PEEK tüpleri kullanmanın bir dezavantajı, pasif zaman ölçeği üzerindeki CO 2 geçirgen olmasıdır. uzun süre hatlarda bulunan sıvı yavaş yavaş yaklaşık 24 saatlik bir süre boyunca desatüre olacaktır. Çekirdek tutucu civarındaki olan tüm hatlar, paslanmaz çelikten imal edilmiş ve sıvı ön-dengelenmiş deney şartları 23, 29, 30 ° C'ye ısıtılmış ve basınçlı kuvvetli bir şekilde karıştırılır Hastelloy reaktör içinde yapıldı.
Deney aygıtı, Şekil 1 'de gösterilmiştir. Rezervuar sıcaklığı, bir X-ışını geçiren ısıtma bant kovanının dış ambalaj ve hücrenin radyal bağlantı noktasından ve sınırlayıcı akışkan içine bir termokupl sokulmasıyla çekirdek tutucu tutulur. Bir Oransal İntegral Derivative (PID) kontrolör sonra 1 içinde sıcaklığı düzenlenir ° C. Basınç ve akım koşulları 0.001 mL / dakika bir akış oranı ile doğru üç yüksek basınçlı şırınga pompaları kullanılarak muhafaza edilmiştir. İki tuzlan deney, bir yüksek emiş gücüne sahip% 25 ağırlık KI reaktif tuzlu su ve KCI ağırlıkça% 1,% 5 NaCI reaktif tuzlu ağırlıkça emici düşük kullanılmıştır. zayıflama fark kolay ölü hacim hesaplamaları gereksiz hale çekirdek reaktif tuzlu gelişini görmek için yapılmış.
Protocol
1. Görüntüleme Stratejisi Tasarımı
- Deneysel ayar eğrisi kullanılarak ve filtre aktarımlarını ölçüm görüntüleme performansını tahmin etmek için en pembe ışın enerjisi ve akı de beamline X-ışını spektrumları hesaplayın. Elmas Lightsource I13-2 Pembe ışını 'X-ışını spektrumlarının bir örneği, Şekil 2'de gösterilmiştir.
- alt enerji X-ışınları numunenin ısıtma neden ve yalnızca en yüksek enerjili X-ışınları örnek görüntülenmesinde kullanılan şekilde X-ışını spektrumunun alt kısmını filtre, görüntüleme kontrast eklemek gerekmez. Mevcut ışık dalga boylarında 31, 32 teorik filtre iletim hesaplayarak ışık kaynağına uygun ışığın istenilen düşük dalga boylarında emer malzemelerin hat filtreleri seçin. İşte, bu ışık kaynağına ışın hattı için alüminyum ve altın kullanın.
- Bir combina oluşan bir bant geçiren filtre kullanınyüksek-pass ve low-pass filtre gibi kritik açı yakın çalışan bir X-ışını ayna olarak X-ışını filtreleri yon. Bu durumda, 1.15 Mrad bir olay açıda platin kaplı şeridin 0.2 mm pirolitik karbon ve 0.2 mm'lik alüminyum filtreler ve ayna bir dizisi kullanılır. ayna daha düşük enerji X-ışınlarının daha fazla filtrelemek için sırasıyla 13 ve 22 keV de absorpsiyon tepeleri 2 mm Al yüklü ve 0.1 mikron Au edilmiş 30 keV ve ek inline filtreler altında sadece ışığı yansıtır. Şekil 3, ışın-hattı, görüntüleme aparatına tasvir etmektedir.
- Işık frekansları ve akı mevcut ışın demetleri de bolca scintillates bir sintilatör seçin. Bu durumda, sintilasyon ekranı 750 um kalınlığında kurşun tungstenate (PbWO 4) üst üste 250 mikron kalınlığında kadmiyum tungstenate (CdWO 4), yapılmıştır. Sonra experime için bir görüş uygun alanı ve yapışma zaman çözünürlüğe sahip bir objektif lens ve kamera seçinntal gereksinimleri. Bu durumda, çiftin bir bir PCO KENAR 5.5 CMOS kamera ile 0.04 diyafram ve kullanılan bir 1.25x objektif lens 0.001 sn kare hızı ile bir görüş 4 mm alanını yakalamak için.
- sahne dönme bu yöntem örnek titreşimi azaltır olarak görüntü elde etmek için 'flyscan' tekniğini seçin. Geleneksel edinme aşamasında, her açısal artışında durdurmak bir projeksiyon almak ve daha sonra bir sonraki açıya taşımak gerektirir. Bu dinamik tomografisinde sırasında görüntü elde etme aşaması hareket ederken tomografisinde alır ve her bir ardışık çıkıntı arasındaki fark küçük olduğu bir şekilde bir açısal artış kabul olan bir "flyscan 'ile yapıldı. 'Flyscan' yöntemi başlangıç ve-stop motion küçük titreşim etkilerini ortadan kaldırır ve daha hızlı daha kaliteli görüntü sağlar.
Ekipman ve Hücrenin 2. Montaj
- Çekirdek sel için hazırlık hücreye çekirdek yükleyin.
- İlk olarak, alüminyum folyo tek kat çekirdek sarın ve bir kovan (örneğin, Viton) (Şekil 4) takın.
- Bu iç kısım ve iç uç parçaları toplam uzunluğu 2 mm'den daha kısa olacak şekilde boyuta kol kesin. kol iç çapı 4 mm ise uç parçaları, dış çapı 5 mm işlenmiş olan sendika parçaları için 1/16 "ulusal dişli (NPT) 'dir.
- sıkı bir mühür oluşturmak için 5 mm uç parçaları üzerinde kovanı gerin. tahditli basınç üzerinde kovan sıkıştırmak ve akışını çimdik olmadığından emin olmak için son parçaları ve çekirdek arasında herhangi bir boşluk olmadığından emin olun.
- Her iki sınırlandırıcı sıvıya difüzyon gelen gazlı CO2 önlemek ve bağlantı parçaları üzerinde yerinde kovan tutmak ve tahditli bağlanan bir hidrolik yolu önlemek ve sıvıları gözenek alüminyum iki ek katmanlar halinde parçaları ve kol sarın.
- Çekirdek hol koymakyerine geri tüp ve mühürler kaydırarak tekrar bir araya der ve cıvataları değiştirerek uç kapakları ve bitiş parçaları mühür.
- genişliği ve uzunluğu 4 mm Bölümleri üst üste çekirdek tarayın. sintilatör doyurarak aşırı olmadan gürültü oranı yüksek bir sinyal sağlar yaklaşık 15.000 ortalama sayım değeri, tarama pozlama süresini ayarlayın. faz kontrast ve kenar keskinliğini korumak için en az 2400 projeksiyonları ile her kuru tarama atın.
- herhangi bir hasar ve dış gürültü yeniden yapılanma sırasında hesaba böylece scintillator düz ve koyu görüntü alabilir. görüş alanının dışında çekirdek tutucu hareket ettirerek daireler alınve üzerinde kiriş sadece scintillator bir görüntü alarak. kiriş kapalı aynı yöntemi kullanarak koyu renkler alır.
3. Sistem Basınçlandırma
- Reaktör kabının üst kısmından akışkanın dökülerek demonte reaktöre bir% 1 ağırlık potasyum klorid (KCl), ağırlıkça% 5 sodyum klorid (NaCI) tuzlu yükleyin.
- İstenilen tuzlu su asitliği elde etmek için toz karbonat kaya ekleyin. Bu durumda, herhangi bir karbonat ilave edildi.
- cıvataları sıkma ve ısıtma bantla yeniden sarma ve üst içine sıcaklık probu takarak reaktörü tekrar monte edin.
- (Şekil 1 V1) valf 1 açarak enjeksiyon pompasının yükleyin CO 2.
- Vana 1 kapatın ve 100 bar enjeksiyon pompasını basınç.
- Açık Valf 2 CO 2 ile reaktör sel. 50 ° C, bir sıcaklık probu ve con ile bir arada bir PID kontrollü bir ısıtma sargısı kullanılarak reaktör Isıleri sürekli harici bir elektrik motoru tarafından tahrik edilen bir kenetleme karıştırıcı ile karıştırın. 10 MPa CO2 ile tuzlu dengelenmesi ve tuzlu su ile tamamen CO2 ile doyurulur ve karbonat tamamen çözülmüş sağlamak için 2 saat ila 6, 50 ° C.
- Çekirdek tutucu bağlamadan önce, tamamen önceki deneylerden elde edilen hatlarda hava ve olası precipitants sistemini temizlemek. Bunu yapmak için, ana tutucu (U1 ve U2) bypass hattı üzerinde ve çekirdek tutucu altına bağlanır.
- dolum alıcı pompa ayarlayarak vananın 11 ile alıcı pompası içine yük deiyonize (DI) su.
- Açık vanaları 7, 4, ve 3 ve geriye sistemi ve reaktör altındaki vananın 3 üzerinden distile su götürmek için sabit basınç modunda alıcı pompası kullanın. çizgiler hava berrak ve temiz durulanır olduğundan emin olmak için yaklaşık on sistem birimlerini kullanın.
- Alıcı pompa a boşaltınnd sonra vananın 10 ile sınırlandırma pompası içine vananın 11 ve yük DI su ile alıcı pompası içine% 25 ağırlık KI tuzlu yükleyin.
- Yakın valf 10 ve açık valfler 8 ve 6. sakıngan pompa 2 MPa çekirdek sınırlandırmak.
- Vana 11 kapatın ve 10 Bar alıcı pompası basınç.
- Açık vanaları 9, 7, 4, ve 3 ve KI sürücü çıkan basınç düşüşü kullanmak çekirdek sayesinde tuzlu su katkılı.
- Makul bir akış hızı sağlanana kadar aşamalı olarak sınırlandırma ve gözenek basınçları hızlandırmaya. çekirdek boyunca tuzlu yaklaşık iki tam sistem birimlerini Sürücü ve reaktör altındaki vananın 3 ile sıvıyı boşaltın. Bu şekilde tüm hava sistemden temizlenir ve çekirdek gözlemlemek için katkısız reaktif tuzlu gelişi kolaylaştırır yüksek kontrast tuzlu su ile dolu.
- Çekirdek 12 MPa sınırlı ve gözenek basıncı 10 MPa kadar yakın valf 3 ve adım adım sınırlandırma ve gözenek basınçları artar. anahtarPID denetleyicisi 50 çekirdek getirmek ° C.
- çekirdeğe reaktör sistemini bağlamak için reaktörün tabanında alıcı pompa, yakın valf 3, açık valf 5 durdurun.
4. Akışkan Akışı ve Image Acquisition
- görüş alanının çekirdek orta ortalamak ve çekirdek, çekirdek sel ilerlemeyi izlemek için sular altında sürekli olarak 2-D projeksiyonları. Pembe kiriş açma ve sahne dönen olmadan görüntüleri çekmek için kamera kullanarak 2-D projeksiyonları. Reaktif sıvı enjeksiyonundan önce 2-B projeksiyonlar başlayarak daha sonra sonraki tuzlu su dolu görüntülere göre olacağını tuzlu su görüntü önce net verir.
- Enjeksiyon pompası ayrılan ön uçtan basıncı düzenlemek için Böylece istenilen akış koşullarında çekirdek boyunca reaktörden sıvı çekme istenilen akış hızında yeniden doldurmak için alıcı pompa ayarlayın.
- 2-D projeksiyonları MonitörReaktif tuzlu gelişini işaret zayıflama değişiklikler için. Reaktif tuzlu su geldiğinde, çekirdek iletim artacak ve daha fazla ışık sintilatör vurur ve katkılı tuzlu su son derece X-ışını şeffaf reaktif sıvı tarafından yerinden olarak 2-D projeksiyonları önemli parlatacak. reaktif ve reaktif olmayan tuzlu su arasında hiçbir zayıflama farkı sonra varsa, daha yüksek bir tuz konsantrasyonu KI ile adım 2.1 denemeyi yeniden başlatmadan veya gerekli olabilir, farklı bir çok emici tuz kullanarak, kiriş hattı spektrumunun bağlı.
- arda hızlı görüntüleme cihazı izin verdiği 2-D tarama ve 3-D almak tomografiye durdurun. tarama başına yaklaşık 1.000 projeksiyonları kullanın. (Geleneksel 360 ° aksine) dönme sadece 180 ° ile çekirdek tarama. Dönme az derecelerde da daha hızlı ve germe ve akış ve elektrik hatları karışıklığı önlemek için yardımcı olur, sinyal gürültü oranını azaltır. eith kadar 3-D taramaları alıner zaman limitine ulaşıldığında ya da çekirdek yeterince (ve dolayısıyla sınırlı bir basınç ve gelecekteki bütün çekirdek, kuru tarama verilerinin hem kaybına neden) İç yapısal çöküşü yakın bir tehlike olduğunu çözülmüş görünüyor.
- Son tarama alındıktan sonra, başka çekirdek tepki önlemek için etkin bir sistem basıncını.
- İlk alıcı pompayı durdurun. Sonra yakın valf 5 sistemin geri kalanına reaktörü bağlarken.
- hapsederek kullanarak ve sakıngan sıvısı 1MPa daha fazla baskı etrafında tutmak pompaları alma aşağı sistem basıncını Adım.
- atmosferik basınç 1 MPa ulaşıldığında içinde, vanalar 10 ve 11 kullanılarak hapsetmesi ve alıcı pompaları açmak ve kalan sıvıyı boşaltmak için sabit akış modunda çalıştırın.
- PID kontrolörü kapatın ve kalan sistem basıncını serbest bırakmak için çekirdek tutucu üstündeki 4'lü birliği (U2) açın.
- Yavaşça sınırlandırma çizgisini gevşetmekyakalamaya çalışırken aşırı DI emici kağıt ile su hapsetmesi. Yakın valfler 6 ve 7 ve kesme birliği 1 ve elektrik hatları.
- sahne kelepçesini gevşetin ve sahne çekirdek tutucu çıkarın.
- Dikkatle çekirdek tutucu çekirdek düzeneğini kaldırmak ve iç uç parçaları gelen kol ayırın. Bunu yaparken zarar kırılgan çekirdeği tepki gösterdi, çünkü kovanından çekirdeği çıkarmayın. Herhangi bir potansiyel olarak reaktif inceltilmiş tuzlu su ve reaksiyonu durdurmak için DI su dolu bir beher içinde manşon kaplı çekirdek yerleştirin.
- En az 12 saat boyunca 60 ° C'lik bir fırında, tüm kuru çekirdek. Sonra geleneksel bir numune monte kullanarak sahnede çekirdek yeniden bağlayın ve ilk kuru tarama aynı çözünürlük ve projeksiyonlar tekrar tarayın.
5. Görüntü İşleme
- Herhangi etkiler varsayarak bir polikromatik ışın kullanılarak ilişkili herhangi bir ışın sertleşmesi için yeniden görüntüleri düzeltin radyal sym vardırmetrik Gauss 33 çalışır.
- Böyle gürültü 34, 35 sinyali artırmayı olmayan lokalize aracı olarak bir kenar koruyan filtre kullanarak görüntüleri Filtre (bkz Ltd. Dosya ).
- Segment bir dönüm kullanılarak kuru tarama görüntüleri 36 algoritması segmentasyon ve kaya ve boşluk olarak tohum (bkz tanımlamak Ltd. Dosya ).
- Reaktif tuzlu su ile çekirdeğin ilk görüntü almak ve ilk görüntüye sonraki her görüntüyü kayıt ve bir referans olarak ilk görüntü ile Lanczos 37 yeniden örnekleme yöntemi kullanarak yeniden örneklemek. Devam eden reaksiyon kenarlarını bulanıklık eğilimi, görüntüler üzerinde havza segmentasyon değilDoğru segmentasyon için yeterli.
- Fark görüntü almak için ilk görüntü her tepki gösterdi çekirdek görüntüyü çıkarın. Segment değişikliği ve hiçbir değişim içine fark görüntüler. İlk reaktif tarama bölümlenmiş kuru tarama kayıt ve sonra bölümlenmiş ulaşmak için bölümlenmiş kuru tarama segmente değişikliği çıkarmak görüntüleri 38 tepki gösterdi.
6. Modelleme
- Ya doğrudan Navier-Stokes akış bir girdi olarak ikilileştirilmiş görüntüleri kullanmak çözücü 39, 40 ya da geçirgenlik değişikliklerini karakterize ve çözünme dinamikleri fiziksel anlayış sağlamak için bir ağ çıkarma modeli 41 (Şekil 8).
Representative Results
Reaksiyon 4 mm çaplı 1.2 cm uzunluğunda Portland karbonat çekirdek 42 kalsit ve tamponsuz scCO 2 doymuş tuzlu su arasında görüntülendi. Portland karbonat kompleks heterojen gözenek yapısı 43 olan nispeten saf (<% 99), kalsit oolite olup. düşük enerjili X-ışınları 2 Al mm Au 0.1 um ışın geçirilerek filtre edilmiştir. Bir 1.25x objektif lens ve PCO KENAR kamera ile bir CdWO 4 scintillator dedektörü montaj kullanılmıştır. Dinamik taramalar 1000 projeksiyonları her varken kuru taramaları 4000 projeksiyonları ile elde edildi. Toplam tarama süresi yaklaşık 1 dakika ile tarama başına 15 saniye yaklaşık 2 saatlik bir süre zarfında alınmış 100 tarama yapıldı.
İmar ve eser kaldırma Elmas Lightsource tescilli yazılımı kullanılarak tamamlanmıştır. Her resim 2000 3 vokseller, WHI oluşurch sonra 6.1 mikron (Şekil 5) çözünürlükte 1000 3 vokseller bir görüntü elde gürültü sinyali artırmak için binned bulundu. Görüntüler daha sonra Avizo 8.1 ve ImageJ programlarında görüntü işleme modülleri kullanılarak işlendi (İlave Dosya bakınız). Her resim bir 3.0 GHz işlemci ve bir Tesla K20C GPU ile bir bilgisayarda yaklaşık 12 CPU saat ve işleme 3 GPU saat gereklidir.
Parçalara görüntüleri gözenek ve kaya voksel sayısını sayarak gözeneklilik değişiklikler için bir zaman serisi olarak analiz edildi. Zamanla çözünme gözeneklilik artar (Şekil 6) sırasında. Segmentli görüntülerinin görsel inceleme (Şekil 7) akış yönünde bir kanalın varlığını gösterir. Gözeneklilik numuneden hem zaman hem de mesafenin bir fonksiyonu olarak grafiğe zaman kanal ilk bir saat içinde oluşturulmuş ve daha sonra deney devam ederken genişletilir o (F açıktır girişine ŞEKIL 8).
Parçalara görüntüler daha sonra geçirgenlik değişikliklerini (Şekil 9) analiz etmek için bir ağ çıkarma modeli girdi olarak kullanılmıştır. Bu ilk saatler sırasında geçirgenliği keskin bir artış olduğu tespit edilmiştir, ancak daha sonra geçirgenlik İlerleyen zamanlarda stabilize.
Yerinde deney aygıtı içinde 1. Şekil. CO2 enjeksiyon pompası ile basınç ve reaktördeki tuzlu dengelenmeye kullanılır. Reaktif tuzlu su alıcı pompası ile çekirdek takımı içinden çekilir. Hücre sınırlandırma pompasında DI su ve hapsetmesi sıvısında bir termokupl tarafından kontrollü ısıtmalı kullanarak ısıtma bant ile sınırlıdır. Deney sistemi Vanalar (V) ve bağlantıları (U) ile yönlendirilmiştir boru ve akışkan madde akışını kullanılarak birbirine bağlanır.ps: //www.jove.com/files/ftp_upload/53763/53763fig1large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2. Deney ayar eğrisi ve teorik ayna yansıtma ve filtre iletim hem kullanılarak hesaplanan Elmas Lightsource I-13i pembe ışınının X-ışını spektrumları. Aynalar 30 keV yukarıdaki enerjileri absorbe; Al ve Au filtreler sırasıyla 13 ve 22 keV altındaki enerjileri emerler. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Kiriş hattı görüntüleme aparatının 3. Şekil. Al ve Au yaprak pembe ışın filtresi ve kalan X-ışınları inci çarptıe core montaj. Gerisi numune geçmesine ve görünür spektrumda fluoresces sintilatör isabet ederken X-ışınlarının bir kısmı örnek tarafından emilir. Bu görünür ışık daha sonra piksel yoğunluk değeri scintillator tarafından emilir X-ışınlarının sayısının bir fonksiyonu olan bir pikselli dijital görüntü içine o ışığı çevirir CCD üzerine objektif ile odaklanmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4. çekirdek tutucu içinde çekirdek düzeneği. PEEK boru iç uç parçaları takılı ve çelik uç kapakları geçirilir. Çekirdek, alüminyum folyo ile sarılmış ve kovan içine yerleştirilir. kovan sonra se su geçirmez oluşturmak için son parçaları üzerinde geriliral ve alüminyum folyo iki ek tabakalar yerine her şeyi tutup gaz difüzyonu önlemek için ilave edilir. termokupl yapışkan alüminyum folyo dış tabakanın çekirdek düzeneğinin dış tarafına tespit edilir. Menke ark değiştirilmiş Şekil. 42. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
(A) ve daha sonra (b) 'çözünmeden önce, yeniden oluşturulan imgenin Şekil 5. bir 2-D dilim. hafif alanlar tahıl ve koyu alanlar gözenek vardır. Tahıl / gözenek sınır kenarlarına bulanıklık gözenekli boşluk (b) 'nin reaksiyona kısmında görülebilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 6. Porozite zamanla çizilen. doğrusal çözünme ikinci saat yamaçta küçük bir azalma ile porozite artar. Menke ark değiştirilmiş Şekil. 42. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Yeşil gözenekliliği en büyük değişimi temsil ve en az kırmızı deney, içine 60 dakikada porozite değişim Şekil 7. A 3-D render. sıvı, katı kimyasal reaksiyon ile oluşturulan bir açık bir gözenekli kanal erime büyük olan çekirdeğin merkezinde görülmektedir. Menke ark değiştirilmiş Şekil."xref"> 42. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Numune girişinden mesafenin bir fonksiyonu olarak gözeneklilik 8. Profilleri Şekil. Gözeneklilik çözünme ekseni boyunca düzgün, fakat çözünme oranı, zamanın bir fonksiyonu olarak değişir. Menke ark değiştirilmiş Şekil. 42. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 9. (A) 'parçalı görüntü üzerinde yapılan bir ağ ekstraksiyon gösteren 60 dakika gösterilirbüyük gözenek alanlarda (toplar) ve bunların bağlantıları (tüpler). (B), bilgisayarlı geçirgenliği kurulmuş olan bir geniş erime kanalı olarak 40 ila 60 dakika arasında keskin bir artış ile zamanla arttığı gösterilmiştir. Menke ark değiştirilmiş Şekil. 42. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Discussion
Rezervuar şartları heterojen gözenek yapılarında reaksiyon dinamik görüntüleme için en kritik adım: pembe kirişin içindeki hücre 1) doğru bir sıcaklık kontrolü; hızlı hareket eden bir sahnede 2) Başarılı çekirdek tutucu kararlılığı; 3) verimli veri işleme ve depolama teknikleri; zamana bağımlı görüntüleri ve 4) etkili segmentasyon.
Sıcaklık kontrolü Pembe Işın kullanarak rezervuar durum görüntüleme için esastır. Sıcaklık reaktörü sıcaklığının üzerine çıkarsa, CO 2 gözenek uzayda exsolve olacak ve her iki tuzlu pH değiştirebilir ve çözünme 44 doğasını değiştirebilir gözenek uzayda süperkritik CO2 ganglionlar oluşturun. düşük enerji X-ışınları absorbe filtrelerin kullanılması termokupl ve ısıtma şal etkili bir harici sıcaklık kontrol etmenizi sağlar, bu ek sıcaklık stresi kaldırmak için kritik öneme sahiptir. Ancak, filtreler düşürmekönemli ölçüde toplam satın alma süresini artırmak etmeyecek şekilde toplam enerji ışınının verim ve dolayısıyla idareli kullanılması gerekir. Ayrıca, filtre tipi ve kalınlık spesifik enerji dalga boylarında ve ışın çizgisinin verimi uygun olmalıdır.
Çekirdek tutucu karbon fiber kol sahne dönüşü sırasında sallamak ve projeksiyonlar bulanıklık neden olabilir tomografi alımı sırasında dönme ve titreşim gerilmeleri uğrar. Bu en aza indirgemek için, ana tutucu sinkrotronları kullanım için kısa 6 cm kol olarak tasarlanmıştır. çelik uç bağlantıları kaynak örnek mesafesi ve geometrik büyütme minimize inhibe gibi Bu kol, masa üstü tarayıcılar ile kullanmak için elverişli olmaz. Ancak, paralel ışık kaynağı ile bu endişeler değil.
Bir dizi alınan her tomografi GB 100 tarar bir dizi boyutu 2 TB olur, yani 20 üzerinde bir boyuta sahip olabilir. çok qui arka arkaya birçok taramaları çekerkenckly enstrüman bant genişliği ve depolama seçenekleri, hem önemli veri yönetimi zorlukları sağlar. Tamamen hızlı tomografi dinamik görüntüleme potansiyelini şekilde deneysel görüntüleme cihazı aklında bu kısıtlamaları ile tasarlanmış olması gerekir. Veri aktarımı darboğazları deney ve kamera gibi konular toplama hızı potansiyeli inhibe etmeyen hız, devir bant genişliği ve depolama yazma hızı okunur ve böylece uyarlanmış teknoloji altyapısını başlamadan önce tespit edilmelidir.
Fesih zamana bağımlı görüntülerin etkili segmentasyon bir meydan okuma sağlar. Bir tomografi değişen bir sistemde alındığında katı-sıvı sınır kenarları bulanık hale gelebilir. Bu bulanıklaştırma gibi sınırlar en yüksek zayıflatma degrade ile bölgeler, daha az başarılı olacaktır varsayımına çalışır havzası, gibi geleneksel segmentasyon teknikleri yapar. , Unreac farkı görüntüsünü bu sorunu çözecekTed ve reaksiyona görüntüler değişimin tek bölgelerin bir görüntü sağlayan hesaplanır. Bu yöntem sürekli değişen gözenek yapısı başarılı segmentasyon için izin verir.
rezervuar ölçekli aparatı ile birleştiğinde Sinkrotron hızlı tomografi çok fazlı akış süreçleri, adveksiyon-dağılım ve kimyasal heterojen ortamlarda ulaşım dahil uygulamaları bir dizi keşfetmek için adapte edilebilir güçlü bir deneysel yöntemdir. Bununla birlikte, mevcut aparat saniye tek fazlı deneyler ve küçük örnek boyutları düzeyinde bir zaman çözünürlüğü ile sınırlıdır. Gelecek tasarım yükseltmeleri daha büyük ortamları, tarama başına alınacak az projeksiyonlar izin daha iyi rekonstrüksiyon teknikleri ve görüntü elde etme ve daha fazla bilgi artırabilir segmentasyonuna değişkenli yaklaşımlar nüfuz edebilmek için akıyı artırarak, üç fazlı yetenekleri için ek pompaları içerebilir derinlik, genişlik ve doğruluk.
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 |
References
- Herzog, H., Caldeira, K., Reilly, J. An issue of permanence: Assessing the effectiveness of temporary carbon storage. Clim. Change. 59, 293-310 (2003).
- Metz, B., Davidson, O., de Coninck, H., Loos, M., Meyer, L. Carbon Dioxide Capture and Storage. IPCC. , Cambridge University Press. 431 (2005).
- Langmuir, D., Hall, P., Drever, J. Aqueous Environmental Geochemistry. , Prentice Hall. (1997).
- Morse, J. W., Mackenzie, F. T. Geochemistry of sedimentary carbonates. , Elsevier. (1990).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bachu, S. Review of CO 2 storage efficiency in deep saline aquifers. Int J Greenh Gas Con. , (2015).
- Marland, G., Fruit, K., Sedjo, R. Accounting for sequestered carbon: the question of permanence. Environ Sci Policy. 4, 259-268 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Fredd, C., Fogler, S. Influence of Transport and Reaction on Wormhole Formations in Porous Media. AIChE. 44, (1998).
- Gharbi, O., Toth, A., Bijeljic, B., Boek, E., Blunt, M. PGE Seminar Series. , Imperial College London. (2013).
- 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).
- 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).
- Li, L., Peters, C. A., Celia, M. A. Upscaling geochemical reaction rates using pore-scale network modeling. Adv Water Resour. 29, 1351-1370 (2006).
- Swoboda-Colberg, N. G., Drever, J. I. Mineral dissolution rates in plot-scale field and laboratory experiments. Chem. Geol. 105, 51-69 (1993).
- 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).
- Blunt, M. J., et al.
- Ott, H., et al. Core-flood experiment for transport of reactive fluids in rocks. Rev. Sci. Instrum. 83, 084501 (2012).
- Gharbi, O. Fluid-Rock Interactions in Carbonates: Applications to CO2 storage. , Imperial College London. (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Andrew, M., Bijeljic, B., Blunt, M. Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography. J Vis Exp. , (2015).
- 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).
- Henke, B. L. Filter Transmission. , Available from: http://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.html (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- Buades, A., Coll, B., Morel, J. -M. Nonlocal image and movie denoising. Int J Comput Vision. 76, 123-139 (2008).
- 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).
- Lanczos, C. An iteration method for the solution of the eigenvalue problem of linear differential and integral operators. , United States Governm. Press Office. (1950).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dong, H., Blunt, M. J. Pore-network extraction from micro-computerized-tomography images. Phys Rev E. 80, 036307 (2009).
- 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).
- Bijeljic, B., Mostaghimi, P., Blunt, M. J. Signature of non-Fickian solute transport in complex heterogeneous porous media. Phys. Rev. Lett. 107, 204502 (2011).
- Ott, H., Oedai, S. Wormhole formation and compact dissolution in single-and two-phase CO2-brine injections. Geophys. Res. Lett. 42, 2270-2276 (2015).
