싱크로 빠르게 단층 촬영 저장 조건에서 CO 2 포화 된 염수의 존재하에 동적으로 석회석 화상 용해 하였다. 100 스캔을 2 시간에 걸쳐 6.1 ㎛의 해상도로 촬영 하였다.
지하 저장 영속성은 탄소 포집 및 저장에 대한 주요 관심사입니다. 탄산 저수지로 CO 2를 펌핑하는 것은 지질 학적 실을 용해 탈출 CO 2를 허용 할 가능성이있다. 그러나, 저장 조건에서의 용해 과정이 제대로 이해된다. 따라서, 시간 – 분해 실험은 세공 규모 용해 특성 및 비율을 관찰하고 예측하는데 필요하다. 싱크로 빠르게 단층 전통적인 μ-CT보다 훨씬 더 신속하게 복잡한 세공 구조 고해상도 시분 이미지를 촬영하는 방법이다. 다이아몬드 광 원 핑크 빔 저장 조건에서 CO 2 포화 된 염수의 존재하에 동적으로 석회석 화상 용해 하였다. 100 스캔을 2 시간에 걸쳐 6.1 ㎛의 해상도로 촬영 하였다. 이미지는 분할하고, 기공률 및 투과성은 이미지 분석 및 네트워크 추출하여 측정 하였다. 공극률은 lengt 기반으로 주사기 Z- 추적 injection.Size 따라 균일하게 증가샘플 H; 그러나, 다공성 및 침투성 모두 증가율 후에 항상 감속.
탄소 포집 및 저장 (CCS)의 주요 관심사는 장기 저장 보안 1, 2이다. 지하에 주입 된 이산화탄소, CO 2 호스트 식염수에 용해하고, 탄산 3, 4, 5를 형성한다. 이 산성 염수는 호스트 바위 석회암 (6) 특히 경우, 주변의 바위와 반응하여 용해 가능성이있다. 해산 유리한하고 계속 형성 투과성 (7)과 큰 저장 영속성 8 허용 할 수 있습니다. 그러나 지질 학적 밀봉 무결성이 용해에 의해 손상과면 (9)로 마이그레이션 CO 2를 허용 할 수있다. 저장 영속성의 정확한 예측 모델링은 완전히 이해 염수 록 시스템의 용해 및 유통에 따라서 달라집니다지하 10, 11, 12, 유체 운동의 속도입니다.
그러나, 특성 및 탄산염의 용해 속도는 염수 13, 14, 15, 16 및 모암 (17)의 특성 모두에 의존한다. 용해 속도는 중요한 대표적인 저장 조건에서 복잡한 시간 의존적 과정을 측정하기위한 실험 기술의 발전을도 염수의 온도 및 압력 (6)에 크게 의존한다.
이전 실험 필드 스케일 반응 속도 실험 회분식 반응기 측정 (18, 19)보다 작은 크기 순서가 전형적으로 관찰했다. 풍화, 미네랄 heterogene이종 흐름 필드에 성만, 불완전한 혼합은 이러한 현상에 대한 가능한 설명이다. 그러나, 반응 동안 변화하는 공극 공간을 직접 관찰없이 가장 중요한 요인을 평가하는 것은 불가능하다. 따라서, 동적 세공 규모 실험 전송 반응 사이의 상호 작용에 대한 통찰력을 모두 제공하기 위해 예측 모델을 검증해야한다.
탄소 저장 애플리케이션에 기공 규모 과정을 연구하기위한 설정 실험 방법은 X 선 microtomography (μCT) 20, 21이다. μ-CT는 여러 가지 장점이 있습니다 : 그것은 약 1 ㎛까지의 높은 공간 해상도를 달성, 그것은 비 침습적이며, 3 차원 영상을 제공합니다. 석회암의 용해는 코어 (~ cm) (22) 규모로 연구되어왔다 그것은 바위 염수 반응이 물리적 이질성이 증가 한 것으로 나타났습니다. 어떻게 다른 t의 이해를 발전하려면ransport 반응 조건은 공극 공간 형상 토폴로지의 반응에 의해 유도 된 변화를 측정하고, 높은 해상도로 상세히 조사에 저장 온도 및 압력에서 지하 락 시스템에서 유동하고 필요한 복잡한 고체의 기공 구조를 변화 기공 – 규모 과정. 이 논문은 복잡한 기공 구조와 바위에 반응 용해 과정을 공부하고 저장 조건에서 CO 2 -acidified 소금물과 석회암 바위 사이의 시간과 공간적으로 의존하는 반응 속도를 측정에 초점을하는 방법을 설명합니다.
때문에 그들은 제한 사전 및 사후 반응하는 이미지 중 하나 있었다 또는 완료되지 않은 실험 또는 영상 제약 여러 가지 복잡한 탄산염 23, 24, 25, 26, 27에 반응을 살펴 보았다 연구 만이 있었다대표 지반 조건에서. MENKE 등은. (28)는 몇 시간에 걸쳐 및 대수층의 깊이에서 약 1km의 온도와 압력 대표의 기공 크기에서 CO 2 -acidified 소금물과 Ketton 석회암 사이에 반응의 현장 영상에서 동적 수행하고있다. 그러나 Ketton은 상대적으로 균일 한 짧은 시간에 이미지를 쉽게 큰 곡물 바위 (~ 17 분) 몇 가지 예측 (~ 400)로입니다. 싱크로트론 소스에 단색 빔 또는 벤치 탑 X 선 스캐너 중 하나 – 대부분의 탄산 바위 정확하게 기존의 μ-CT를 사용하여 매우 시간이 많이 프로세스가 될 수있는 해결하기 위해 많은 예측을 필요로 복잡한 기공 구조를 가지고있다. 따라서, 단층 촬영의 빠른 방법은 동적으로 이종 탄산염의 반응에 의한 변경 사항을 확인하는 데 필요합니다.
총 시간은 샘플 번째의 플럭스에 의해 제어되어 화상을 얻어전자 X-ray 소스. 주사 한 방법은 신속 싱크로트론 소스 (20)의 다색 빔을 사용하는 것이다. 이 소위 '핑크 빔'벤치 탑 소스보다 크기가 더 강렬한 빛의 주문을 제공하므로 이미지는 수십-의 초보다는 시간 시간 규모에 촬영 할 수 있습니다. 쌍극자 자석의주기 구조로 구성되어 언듈 레이터는 핑크 빔을 생성한다. 이 자석을 통과하고, 결과적으로 에너지를 방사로 전자빔 진동을 거치도록 강제한다. 생산 된 에너지는 파장 대역 범위를 좁힐 농축하고 매우 강렬하다. 거울과 필터는 실험의 요구에 맞게 빛의 스펙트럼을 좁히기 위해 사용된다. 필터는 낮은 에너지를 흡수하면서 거울들은 고 에너지 스펙트럼을 흡수한다. 단지 이러한 도구를 사용하여 방사선의 원하는 밴드 스펙트럼을 좁힐하는 것이 가능하다.
그러나, 이러한 격렬한 X 선속을 사용하여 그 문제가없는 것은 아니다. 그만큼핑크 빔 스펙트럼의 낮은 에너지 X 선은 열 등의 시료에 의해 흡수된다. 이 현장 장치에서의 온도 제어 방해 및 솔루션 (20) exsolve하는 CO 2를 일으킬 수 있습니다. CO 2 포화 된 소금물은 열과 압력 때문에 열 평형에 작은 변화가 크게 현장 유체 (5)에서의 pH를 변경할 수 있습니다 모두에 매우 민감하다. 따라서, X 선 스펙트럼 신중한 설계 및 제어 요소는 촬상 전에 빔 라인 장비에 통합되어야한다.
고속 단층 또한 고속으로 많은 양의 데이터를 생성한다. 카메라와 이후의 스토리지로부터 판독 데이터의 한계는 상당한 기술적 도전을 제공합니다. 일부는 몇 연속 스캔을 복용하고 외부 데이터 서버를 읽기 전에 카메라 메모리에 저장하여이를 극복했다. 그러나, 이것은 실험 relati 수 있어야데이터 만의 유한 볼륨을 수납 할 수있는 카메라 메모리와 같은 vely 짧은. 카메라 데이터 비닝은 또한 전송 될 필요가 데이터의 양을 감소시키기 때문에 전송 시간을 줄일 수 있지만, 화상의 품질을 줄일 수있다. 대안 적으로, 데이터는 스캔 사이의 총 시간을 증가하는, 다음을 시작하기 전에 각 스캔 동안 카메라를 전송할 수있다. 이 연구는 추가 ~ 30 초를 복용 읽으면 ~ 45초와 데이터를 가지고 각각의 이미지 수집과 후자의 방법을 사용했다.
고속으로 검사를 복용하는 경우, 시료 스테이지는 기존의 검색보다 훨씬 더 빨리 회전해야하므로, 코어 홀더 전위 각도 응력이 크다. 스트레스 경우 탄소 섬유는, X 선, 투명하면서가요. 화상 취득 화상 번짐 동안 샘플 이동이 발생할 수있는 경우. 코어 홀더 슬리브는 이러한 잠재적 인 응력을 완화시키기 위해 가능한 한 짧게 할 수 있도록 설계되었다. 또한, 유연한 폴리에틸렌으로무대가 자유롭게 회전이되도록 어 에테르 케톤 (PEEK) 튜브 무대에 가까운 실험 장치의 모든 요소에 사용되었다. PEEK 튜브를 이용하는 한가지 단점은 확산 시간 척도에 2 공동 투과성이라는 것이다. 오랜 기간 동안 라인에 존재하는 유체는 점차 약 24 시간에 걸쳐 흐릿한 될 것입니다. 코어 홀더 근처되지 않은 모든 라인 스테인리스하고, 상기 유체는 미리 평형화 실험 조건 (23), (29), (30)로 가열 가압 격렬하게 혼합 스텔로이 반응기였다.
실험 장치는도 1에 도시되어있다. 저수지 온도는 X 선 투명 가열 테이프 슬리브의 외부를 감싸고있는 셀의 방사상 포트를 통해 상기 유체 구속에 열전대를 삽입하여 코어 홀더에 유지된다. 비례 적분 Derivative (PID) 컨트롤러는 (1)의 내부에 온도를 조절 기음. 압력 및 유동 조건을 0.001 mL / 분의 유속으로 세 정확 고압 주사기 펌프를 이용하여 유지 하였다. 두 염의 실험 고도로 흡수 25 % 중량 KI 반응성 염수 KCl을 1 % 내지 5 %의 NaCl 염수 중량 반응성 흡수 낮은 사용 하였다. 감쇠량의 차가 쉽게 불감 부피 계산이 불필요하게 코어 반응성 염수의 도착을 표시했다.
저장 조건에서 이종의 기공 구조의 반응의 동적 이미징을위한 가장 중요한 단계는 다음과 같습니다 핑크 빔 내부 셀의 1) 정확한 온도 제어; 빠르게 움직이는 무대 2) 성공의 핵심 홀더 안정성; 3) 효율적인 데이터 처리 및 저장 기술; 시분 이미지 4) 유효 세그멘테이션.
온도 제어 핑크 빔을 이용하여 저장 조건 촬상 필수적이다. 온도는 반응기의 온도를 초과하는 경우, CO 2는 공극 공간 exsolve하고 모두 식염수의 pH를 변경하여 용출 (44)의 특성을 변경할 수있는 공극 공간에 초 임계 이산화탄소의 신경절을 생성한다. 낮은 에너지 X 선을 흡수하는 필터의 사용은 열전쌍 및 가열 랩 효과적으로 외부 온도를 제어 할 수있는 이러한 추가적인 온도 스트레스를 제거하기위한 매우 중요하다. 그러나, 필터는 낮은크게 총 획득 시간을 증가시키지 않도록 전체 에너지 빔의 처리량 따라서는 드물게 사용되어야한다. 또한, 필터의 종류와 두께는 특정 파장 및 에너지 빔 라인의 처리량에 맞게되어야한다.
코어 홀더 탄소 섬유 슬리브 스테이지 회전시 흔들 돌기 흐림 발생할 수 단층 취득시 회전 및 진동 응력을 겪는다. 이 가능성을 최소화하기 위해, 코어 홀더 싱크로트론에서의 사용을위한 짧은 6cm 슬리브로 설계된다. 철강 피팅 소스 샘플 거리와 기하학적 확대의 최소화를 억제하는 것처럼이 슬리브는 벤치 탑 스캐너와 함께 사용하기위한 유리한하지 않을 것입니다. 그러나, 평행 광원이 우려되지 않습니다.
일련의 촬영 각 단층 스캔 GB 100 스캔 일련의 크기가 2 TB 것 즉 20의 크기를 가질 수있다. 아주 간략히 행에서 많은 검사를 복용하는 경우ckly 기기 대역폭과 스토리지 옵션 모두 실질적인 데이터 관리 문제를 제공한다. 충분히 빠른 단층의 동적 촬상 잠재력을 실현하기 위하여 실험 촬상 장치 염두에 이러한 제약으로 설계되어야한다. 데이터 전송 병목 실험 및 카메라와 같은 문제가 수집 속도 잠재력을 저해하지 않는 속도, 전송 대역폭 및 스토리지 쓰기 속도를 읽을 수 있도록 적응 기술 인프라를 시작하기 전에 확인해야합니다.
용해의 시간이 해결 이미지의 효과적인 분할 도전을 제공합니다. 단층 스캔이 변화하는 시스템에서 수행되는 경우, 고액의 경계 가장자리가 희미해질 수있다. 이 흐림은 경계가 가장 높은 감쇠 그라데이션 지역, 훨씬 덜 성공합니다 가정에서 작동 유역, 전통 분할 기법을합니다. 상기 unreac의 차분 영상이 회피테드와 반응시켜 이미지 변화의 영역의 이미지를 제공하는 계산된다. 이 방법은 연속적으로 변화하는 기공 구조가 성공적으로 분할 가능하다.
저수지의 규모 장치와 결합 싱크로 빠른 단층 촬영 다상 유동 프로세스, 이류 분산, 화학적으로 이종 매체에서 전송을 포함하여 응용 프로그램의 범위를 탐험하기 위해 적용 할 수있는 강력한 실험 방법이다. 그러나, 현재의 장치는 초 단상 실험 작은 샘플 크기 정도의 시간 해상도로 제한된다. 미래 디자인 업그레이드 큰 매체 주사 당 사용되는 더 적은 돌출부를 허용 나은 재구성 기법 및 이미지 취득 및 정보를 향상시킬 수있는 세그멘테이션을 다변량 접근을 관통 할 수있는 자속을 증가 삼상 기능 추가 펌프를 포함 할 수있다 깊이, 폭, 정확도.
The authors have nothing to disclose.
We gratefully acknowledge funding from the Qatar Carbonates and Carbon Storage Research Centre (QCCSRC), provided jointly by Qatar Petroleum, Shell, and Qatar Science & Technology Park. We also gratefully acknowledge the funding and support provided by Diamond Lightsource and Manchester University at the I13 Imaging Branch.
NaCl salt | Sigma Aldrich | S7653-1KG | |
KCl salt | Sigma Aldrich | P9333-1KG | |
KI salt | Sigma Aldrich | 30315-1KG | |
Coreholder | Airbourne Composites | 110mm Coreholder | 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 | |
600mL 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 |