_ Investigarea porozității rocii sedimentare cu neutroni

Dacă rocile sedimentare stochează hidrocarburi fosile sau acționează ca straturi impermeabile pentru a preveni creșterea petrolului, a gazelor naturale sau a dioxidului de carbon stocat — totul depinde de porozitatea acestora. Dimensiunea, forma, organizarea și conectivitatea spațiilor porilor sunt decisive.

La Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II) de la Universitatea Tehnică din München (TUM), rețelele de micropori au fost caracterizate folosind împrăștierea neutronilor cu unghi mic și foarte mic.

Dens, întunecat, compact — la prima vedere, mostrele de rocă sedimentară pe care dr. Amirsaman Rezaeyan le are pe biroul său de laborator sunt doar puțin diferite. Porii nu sunt vizibili cu ochiul liber.

Cu toate acestea, tocmai porii sunt cei care conferă rocilor de noroi proprietățile lor speciale: porii, cu dimensiunea de la câțiva micrometri până la subnanometre, se formează în timpul sedimentării. si compactat in timp, determinand permeabilitatea. Acești pori sunt factorul decisiv pentru capacitatea rocii de a rezida petrol și gaze naturale sau de a forma straturi impermeabile sub care se adună combustibilii fosili.

„În funcție de distribuția, dimensiunea și structura porilor, rocile sedimentare cu granule sunt, de asemenea, potrivite pentru eliminarea deșeurilor radioactive sau pentru sigilarea stocării de dioxid de carbon”, explică dr. Amirsaman Rezaeyan, cercetător la Universitatea din Calgary din Canada. „Structura porilor noroiilor și influența acesteia asupra permeabilității curgerii fluidelor au fost cu greu studiate până în prezent, dar sunt extrem de importante dacă doriți să evaluați potențialul noroiilor ca rezervoare de petrol sau straturi impermeabile.”

Dar. cum măsori porii care nu sunt mai mari decât bacteriile? Există, de fapt, diverse metode care pot fi folosite pentru a cuantifica volumul porilor, dar cele mai multe dintre ele pot detecta doar structuri mai mari sau dimensiuni limitate ale porilor.

„Numai împrăștierea neutronilor cu unghi mici și foarte mici este potrivită pentru cuantificarea completă. pori între câțiva nanometri și micrometri”, spune Rezaeyan, care, împreună cu o echipă internațională de la Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II) de la TUM, a analizat porozitatea a o duzină de roci sedimentare din Europa și America.

Există doar câteva facilități de măsurare pentru împrăștierea neutronilor cu unghi mic (SANS) și împrăștierea neutronilor cu unghi foarte mic (VSANS) în întreaga lume. Două dintre ele, KWS-1 și KWS-3, sunt operate de Forschungszentrum Jülich la Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ).

MLZ este cooperarea științifică dintre TUM, Forschungszentrum Jülich și Helmholtz-Zentrum Aici, care pune neutronii din FRM II la dispoziția cercetătorilor invitați sub formă de instrumente științifice.

Și așa Rezaeyan de la Centrul Lyell de la Universitatea Heriot-Watt din Edinburgh, Scoția, unde lucra la timpul, a călătorit la Garching cu mostrele sale de rocă – toate subțire lustruite și fără incluziuni de gaz sau lichide – pentru a detecta micropori.

Probele au fost iradiate cu neutroni din reactor în instrumentele de împrăștiere cu unghi mic de la FRM II. Deoarece neutronii interacționează doar cu nucleele atomilor, modelul de difracție înregistrat de detector poate fi folosit pentru a deduce dispunerea atomilor și, astfel, indirect, cea a porilor lipsiți de atomi.

Înapoi în Scoția. , cercetătorii au corelat măsurătorile cu proprietățile microscopice ale probelor de rocă. Rezultatul a fost publicat acum două articole, unul în revista Energy și celălalt în Energy & Fuels.

Cercetătorii au descoperit că porozitatea rocilor de noroi cu granulație fină depinde de proporția de minerale argiloase conținute în sedimente: cu cât mai multă argilă, cu atât este mai mare probabilitatea de apariție a porilor mai mici, care au un diametru mai mic. peste 50 de nanometri. Prin urmare, rocile cu un conținut ridicat de argilă sunt potențial potrivite pentru etanșarea unui loc de depozitare sau depozitare subteran ca strat impermeabil.

„Cu toate acestea, conținutul de argilă este doar o piesă a puzzle-ului: există o întreagă gamă de factori care trebuie luați în considerare la selectarea straturilor de roci noroioase adecvate pentru producția de petrol și gaze sau pentru stocarea CO2”, subliniază Rezaeyan. „Așadar, am inclus și alți factori în analiza datelor, cum ar fi compactarea rocii și materia organică. Făcând acest lucru, am reușit să stabilim corelații de înaltă semnificație statistică.”

Cu ajutorul acestor corelații, ar trebui să fie posibilă în viitor să se estimeze proprietățile fizice ale rocilor sedimentare cu granulație fină pe baza condițiilor de sedimentare și să se afle dacă acestea sunt adecvate ca straturi impermeabile pentru depozitele de deșeuri nucleare și locurile de stocare a CO2.

(Fluierul)