Rezervoár kőzetek gázáteresztőképességének vizsgálata fotoakusztikus detektálási módszer segítségével Tóth Nikolett II. PhD hallgató SZTE Környezettudományi Doktori Iskola 2012. augusztus 30. Budapest, Környezettudományi Konferencia
Amiről szó lesz Porózus kőzetek vizsgálata Nem konvencionális földgáz mezők sajátosságai Porózus kőzetekben lejátszódó anyagtranszport mechanizmusok Mérőrendszerek és vizsgálatok Fotoakusztikus gázdetektálás Gáz-áramsűrűség meghatározás Kőzet gázfelvételének és leadásának vizsgálata
Porózus kőzetek vizsgálata Nem konvencionális földgáz mezők sajátosságai Energetikai helyzet Nem konvencionális földgáz mezők viselkedésének megismerése a kőzetek diffúziós tulajdonságainak tanulmányozásával T= 100-300 C P= 100-500bar A tárolókőzetek porozitása 5-30% - nem konvencionálisnál <5%
Porózus kőzetek vizsgálata Porózus kőzetekben lejátszódó anyagtranszport Porozitás Porozitás: pórusok térfogatának (hézagtérfogat) és a szilárd kitöltés térfogatának aránya elsődleges másodlagos abszolút effektív Homogén Heterogén Permeabilitás: kőzetek áteresztőképessége (m 2 ) Permeabilitás
Porózus kőzetek vizsgálata Porózus kőzetekben lejátszódó anyagtranszport Nyomás vezérelt folyamatok C 0 C 0,P 0 > C x,p x C x Knudsen szám alapján (Kn=λ/d): ~0-10 -1 klasszikus viszkózus áramlás(darcy- törvény) ~1 Knudsen réteg (fallal való ütközések száma döntő) ~ >10 molekuláris diffúzió(ficktörvény) Koncentráció vezérelt folyamatok
Áteresztőképesség meghatározása t 0 =0 t=t 0 +Δt Diffúziós együttható: D 2 l 6 d 8RT D Kn 3 M Fluxus: J D S p M l p V J MD D 3 10 Kn RT p
Mérési módszerek Elvivő áramláson alapuló Akkumulációs és zárt körben áramoltatott CH 4 diffúziós cella N 2 fotoakusztikus detektor Nem szelektív: nyomás- illetve térfogat-változás követése Szelektív: kromatográfia, coulometria, fotoakusztika Nyomás szabályzás (-3bara) Hőmérséklet szabályzás (-150 C)
Fotoakusztikus gázdetektálás PA M P C c Szelektív Érzékeny Széles lineáris mérési tartomány
Elvivő áramláson alapuló mérőrendszer
Elvivő áramláson alapuló mérőrendszer
Egyensúli diffúziós fluxus (cm 3 /m 2 /perc) Mérési eredmények (I.) 1200 1000 800 25 C 50 C 100 C 140 C 25 C számolt (Fick-törvény) 600 400 200 0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Nyomás (bara) Endrődi-formáció
Diffúziós fluxus(cm 3 /m 2 /perc) Mérési eredmények (I a.) 112 110 T növelés T csökkentés ΔP=0 bar Viszkozitás függés! 108 106 104 102 20 40 60 80 100 120 140 160 Hőmérséklet ( C)
Diffúziós fluxus (cm 3 /perc/m 2 ) Mérési eredmények (I b.) 800 750 700 Hőmérséklet növelés Hőmérséklet csökkentés ΔP=0.5 bar Viszkozitás függés! 650 600 550 500 20 40 60 80 100 120 140 160 Hőmérséklet ( C)
Immerziós módszer alkalmazása
Gáztranszport meghatározási lehetőségei I. II.
Immerziós rendszer N 2 N 2 gázmosó diffúziós cella
Immerziós mérőmódszer A minta célgázba merítése, majd idő függvényében detektálni a minta anyagfelvevő sebességét vagy a kiürülési dinamikát. Előnye: változatos geometriák mérése repedezett, sérült minták vizsgálata, melyet hagyományos módszerekkel nem lehet mérni Minta telítése célgázzal? Közös telítő-mérő cella: Kisebb gázveszteség Stabil háttérvonal szükséges (adszorpció, víz, hőmérséklet, las sú) Elkülönített telítő cella: Időben elhúzódó folyamatok
Összegzett kijutó metánmennyiség (cm 3 /cm 3 ) Mérési eredmények (II.) 0.06 agyagos aleurit 0.04 homokos aleurit 0.02 0.00 0 1 2 3 Idő (óra) homokkő
Kitekintés Nyomás és hőmérséklet eredmények további értelmezése Új immerziós rendszer fejlesztése Kvantitatív eredmények adása kőzetekre (modell alkotás!) Víz hatásának vizsgálata Nagynyomású mérések
Köszönöm a figyelmet!