Rezervoár kőzetek gáz-

áteresztőképességének vizsgálata

fotoakusztikus detektálási módszer

segítségével

2012. augusztus 30.

Budapest, Környezettudományi Konferencia

Tóth NikolettII. PhD hallgató

SZTE Környezettudományi Doktori Iskola

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

A tárolókőzetek porozitása 5-30% - nem konvencionálisnál <5%

T= 100-300°C

P= 100-500bar

Porózus kőzetek vizsgálataPorózus kőzetekben lejátszódó anyagtranszport

Permeabilitás

Po

rozitá

s

Porozitás: pórusok térfogatának

(hézagtérfogat) és a szilárd kitöltés

térfogatának aránya

elsődleges ↔ másodlagos

abszolút ↔ effektív

Homogén ↔ Heterogén

Permeabilitás: kőzetek

áteresztőképessége (m2)

Porózus kőzetek vizsgálataPorózus kőzetekben lejátszódó anyagtranszport

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(Fick-törvény)

Koncentrá-

ció vezérelt

folyamatok

Nyomás

vezérelt

folyamatok

C0,P0 > Cx,Px

C0 Cx

Áteresztőképesség meghatározása

6

2lD

l

ppSDJ VMFluxus:

Diffúziós együttható:

t0=0

t=t0+Δt

pRT

MDJ Kn

D 310

M

RTdDKn

8

3

fotoakusztikus detektor

Elvivő áramláson alapuló

diffúziós cellaCH4

N2

Akkumulációs és zárt körben áramoltatott

Mérési módszerek

•Nem szelektív: nyomás- illetve térfogat-változás követése

•Szelektív: kromatográfia, coulometria, fotoakusztika

•Nyomás szabályzás (-3bara)

•Hőmérséklet szabályzás (-150°C)

Fotoakusztikus gázdetektálás

• Szelektív

• Érzékeny

• Széles lineáris mérési

tartomány

cCPMPA

Elvivő áramláson alapuló mérőrendszer

Elvivő áramláson alapuló mérőrendszer

Mérési eredmények (I.)

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0

200

400

600

800

1000

1200

Eg

ye

ns

úli

dif

fúzió

s f

lux

us

(cm

3/m

2/perc)

Nyomás (bara)

25°C

50°C

100°C

140°C

25°C számolt (Fick-törvény)

Endrődi-formáció

20 40 60 80 100 120 140 160

102

104

106

108

110

112

Dif

fúzió

s f

lux

us

(cm

3/m

2/p

erc

)

Hőmérséklet (°C)

T növelés

T csökkentés

Mérési eredmények (I a.)

•ΔP=0 bar

•Viszkozitás

függés!

Mérési eredmények (I b.)

20 40 60 80 100 120 140 160

500

550

600

650

700

750

800

Dif

fúzió

s f

lux

us

(c

m3/p

erc

/m2)

Hőmérséklet (°C)

Hőmérséklet növelés

Hőmérséklet csökkentés

•ΔP=0.5 bar

•Viszkozitás

függés!

Immerziós módszer

alkalmazása

I. II.

Gáztranszport meghatározási lehetőségei

N2

N2

gázmosódiffúziós cella

Immerziós rendszer

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

Közös telítő-mérő cella:

• Kisebb gázveszteség

• Stabil háttérvonal szükséges

(adszorpció, víz, hőmérséklet, las

sú)

Elkülönített telítő cella:

• Időben elhúzódó folyamatok

• Minta telítése célgázzal?

Mérési eredmények (II.)

0 1 2 3

0.00

0.02

0.04

0.06

Ö

ss

ze

gze

tt k

iju

tó m

etá

nm

en

ny

isé

g (cm

3/cm

3)

Idő (óra)

homokkő

agyagos aleurit

homokos aleurit

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!