Wir Mittel aus dem Katar Karbonate und Kohlenstoffspeicherung Forschungsstelle (QCCSRC), von Qatar Petroleum, Shell und Qatar Science &amp; Technology Park gemeinsam vorgesehen danken. Wir erkennen auch an Mitteln aus dem Imperial College Consortium auf Porenmodellversuche.

1. Imaging Strategie Design- <ol><li> Um die Abbildungsleistung der verschiedenen gelösten Entscheidungen für die Soleprognose, das Röntgenspektrum der einfallenden Röntgenstrahlen 29-31. Auch die Auswirkungen des Kernhalters, Kernanordnung und begrenzeFlüssigkeiten auf Röntgenspektrum. Ein Beispiel einfallende Röntgenspektrum unter Verwendung einer Beschleunigungsspannung von 80 kV und der Elektronenstrom von 87 uA ist in Abbildung 1 dargestellt. </li><li> Vergleichen Sie dieses Spektrum mit den Übertragungsfaktoren der Probe verschiedene porenhaltigen Flüssigkeiten. Simulieren Änderungen des Übertragungsfaktors auf Grund von Änderungen in der Porenflüssigkeit unter Verwendung des Beer-Lambert-Gesetz, unter der Annahme einer effektiven optischen Länge der Spezies in der Probe, und berechneten Röntgenabschwächungskoeffizienten (Figur 3) 32. Bestimmung der Gesamtübertragungsfaktor durch Integration über alle einfallenden Röntgenenergien. Ein Beispiel der resultierenden effektiven Transmissionsfaktoren für den Stein matrix und porenRaumMaterial, und die Änderungen in Transmissionsfaktoren gegenüber dem Fall, wenn der Porenraum mit Vakuum gefüllt sind der Tabelle 1 zu entnehmen. </li><li> Wählen einer Sole gelösten und Konzentration, so dass die Änderung der Übertragungsfaktor mit Salzlösung verbunden ist, ungefähr die Hälfte der Änderung der Übertragungsfaktor mit dem Feststoff verbunden. Diese drei Phasenkontrast in dem rekonstruierten Bild zu maximieren. Man wiege die erforderliche Menge an Salz (7% (w / w) KI wurde für den Versuch, aus dem die repräsentative Ergebnisse wurden entnommen verwendet) und intensiv mit entionisiertem Wasser mischen. <ol><li> Alternativ kann, wenn eine spezifische Salzlösungszusammensetzung gewünscht wird, ändern die Röntgenquelle Beschleunigungsspannung, um das Spektrum der einfallenden Röntgenstrahlen zu verändern. </li></ol></li></ol> 2. Montage der Geräte und Handy <ol><li> Montieren Sie die Geräte wie unten in Abbildung 2 dargestellt. Die Nutzung PEEK Fließlinien, um seitliche Probe Belastung des Flusszelle zu reduzieren.Testen Sie jede Verbindung sorgfältig auf Lecks. <ol><li> Stellen Sie das Salz, der Zusammensetzung entschieden während der Schritte 1,1-1,3, im Boden des Reaktors. Wickeln Sie die flexible Heizung rund um die Durchflusszelle. </li></ol></li><li> Construct Metall Endstücke. Entfernen Sie den Faden von der 1/8 &quot;Ende eines 1/16&quot; bis 1/8 &quot;Minderer Montage. Dann schneiden Sie kleine Rillen in das Gesicht des 1/8 &quot;Ende des Fittings, den eingespritzten CO 2 über die gesamte Fläche des Kerns zu verteilen. </li><li> Übergeben des Hochdruck-Thermoelement durch die Metall Endteile des Mikrodurchflusszelle und die Dichtung mit ¼ &quot;Ferrulen und der Mutter, so dass die heiße Lötstelle des Thermoelementes befindet sich angrenzend an die Einlaßseite des Kerns innerhalb der begrenze Annulus der Zelle. </li><li> Drill gewünschte Probe in einer Kern 6,5 mm Durchmesser und 30 mm bis 50 mm in der Länge. Schleifen Sie die Enden des Kerns flach, um eine gute Verbindung mit den Metall-Endstücken zu gewährleisten. Wickeln Sie diesen Kern in Alufolie legen Sie dann withina flouro-Polymer-Elastomerhülle. <ol><li> Verbinden Sie die Enden der Elastomerhülle mit den Metallanschlussarten. Einen weiteren Wickel aus Aluminiumfolie auf der Außenseite der Elastomerhülle, bevor die heiße Lötstelle des Thermoelements neben dem Begrenzungs Annulus der Zelle und Addieren eines endgültigen Umhüllung aus Aluminiumfolie. Dies bildet die Kernbaugruppe (4). </li></ol></li><li> Montieren des Mikrodurchflusszelle mit der Kernbaugruppe innerhalb dieser verschlossen und verbinden die Zelle an der Bühne im Mikro-CT-Gehäuse (5) mit einer Schelle an der Oberseite des Dreh CT Tisch montiert. </li></ol> 3. System-Druck- <ol><li> Schließen aller Ventile außer Ventil 1, 2 und 3, wie in Figur 3. Last CO 2 aus dem Zylinder definiert ist, in Pumpe 1 und dem Reaktor, dann schließen Ventils 1 langsam die Temperatur und den Druck im Reaktor zu erhöhen, um die für die gewünschte Porenfluid während des Experiments. </li><li&gt; gründlich mischen den Reaktor über mindestens 12 Stunden zu gewährleisten, alle Phasen sind im chemischen Gleichgewicht vor der Injektion. </li><li> Das offene Ventil 14 und das Sperrfluid in die Pumpe zu laden 3. Schließen Ventil 14 öffnen die Ventile 12 und 13 den Druck im Ringraum begrenze der Zelle, um mindestens 10% höher ist als die vorgeschlagene Porenfluiddruck. </li><li> Öffnen Sie das Ventil 11. Laden Sole in Pumpe 2. Schließen-Ventil 11 und geöffneten Ventilen 9, 8 und 6. <ol><li> Langsam den Druck im Porenraum des Gesteins, bis es an der gewünschten Porenfluiddruck, Füllen der Porenraum der Probe mit Salzlösung, die nicht mit scCO 2 äquilibriert wurde. </li></ol></li><li> Offenes Ventil 4. Flush mehr als 1.000 Porenvolumina äquilibrierte Salzlösung durch den Kern durch Nachfüllen Pumpe 2 bei einer konstanten Strömungsrate. Das Porenvolumen wird durch Multiplizieren des Kernvolumens durch die Porosität gefunden unter Verwendung von Helium-Porosimetrie gefunden. Hinweis: das wird miscibly verdrängen das un-äquilibriert Sole, eine 100% ige anfängliche Salzlösungssättigung und creatriebsbedingungen im Kern ähnlich den Untergrundverhältnissen in einem Aquifer an einem Punkt etwas vor der Vorderseite eines scCO2 Fahne. </li></ol> 4. Flüssigkeitsströmung und Image Acquisition <ol><li> Fahren Sie durch 10 Porenvolumen (ca. 1 ml) von scCO 2 durch den Kern bei sehr niedrigen Durchflussraten (1,67 × 10 -9 m 3 / s), wodurch eine geringe Kapillarzahl von etwa 10 -6. Ständig nehmen 2D-Projektionen, um genau zu messen die Gesamtinjektionsvolumen durch die Beobachtung der Punkt, wenn scCO2 verdrängt Sole im Porenraum. </li><li> Fahren Sie durch 10 Porenvolumen (ca. 1 ml) äquilibriert Sole durch den Kern gleichzeitig geringer Strömungsgeschwindigkeit, was zu scCO2 eingeschlossene als Rest Phase im Porenraum zu werden. </li><li> Nach den Schritten 4.1 oder 4.2, nehmen Scans der Probe Bild Drainage oder Aufsaugen auf. Verwenden ein Voxel solche Größe, dass der gesamte Durchmesser des Kerns im Bereich der vie passtw. </li><li> Rekonstruieren Sie die Scans mit einem tomographischen Wiederaufbauprogramm. Um die gesamte Länge des Kerns zu scannen, während halten einen kleinen Voxelgröße, rekonstruieren Verbundvolumen um Zusammennähen mehreren überlappenden Abschnitten nacheinander erworben. HINWEIS: Jeder Abschnitt rund 400 Projektionen benötigt, wobei 15 bis 20 min zu erwerben, so dass das Scannen eines ganzen Verbundvolumen nahm um 90 min. </li></ol> 5. Bildverarbeitung und Segmentierung <ol><li> Ein nicht-lokale Mittel Rand Erhaltung Filter 33,34 für einen Datenbestand und korrigieren Sie die Bilder für jeden Strahlaufhärtung oder Erweichung Artefakten bei der Bildrekonstruktion erstellt durch Modellierung diese Artefakte als radial-symmetrischen Gauß-Funktionen 35. </li><li> Segment die Daten (drehen Graustufeninformationen in eine binäre Darstellung des CO 2 innerhalb des Bildes), die durch die Verwendung einer Wende Algorithmus mit einer, die unter Verwendung eines 2D-Histogramms 36 Samen, Behandeln des CO <sub&gt; 2 als einer Phase und der Salzlösung und dem Gestein zusammen als die andere Phase. </li><li> Analysieren Sie dieses Bild segmentiert, um sowohl die Gesamtzahl der CO 2 Volumenelemente und auch die Größe von jedem angeschlossenen Cluster von Rest CO 2 zu finden. </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Die wichtigsten Schritte für die erfolgreiche Bildgebung von mehrphasigen Fluiden bei hohen Drücken und Temperaturen sind: 1) Die erfolgreiche Isolierung des Porenfluid aus dem umgebenden Sperrfluid; 2) die wirksame Gewichtsausgleich der Fluide und Rock vor der Einspritzung; 3) wirksamer Temperaturkontrolle während des gesamten Versuchs; und 4) die effektive Segmentierung der resultierenden Bilder. Die Verwendung der Aluminiumpackungen ist kritisch für die erfolgreiche Isolierung des Porenfluid aus dem umgebenden Sperrfluid als in seiner Abwesenheit diffusiver Austausch über die Muffe ist schnell, und die Sättigung innerhalb des Kerns nicht konstant für die Dauer der Abtastung bleibt. Dieses Problem kann auch offensichtlich, wenn das Fluid bleibt in den PEEK Fließlinien für lange Zeiträume (&gt; 2 h) vor der Injektion in den Kern in Schritt 4.1 und 4.2. Einmal mehr CO 2 diffus Austausch über die Kunststoff, wodurch die Sole zu entsättigen. Wenn dieser degesättigter Salzlösung wird in den Kern eingespritzt wird, wird die Sättigung des Kerns zu verringern als Restcluster werden durch den eingespritzten Salzlösung gelöst. Andere Verfahren für die Äquilibrierung von Fluiden und Felsen, einschließlich Fluidrückführung 50, wurden in der Literatur vorgeschlagen worden. Diese Verfahren erhöhen die Komplexität der Versuchsaufbau, was wiederum die Menge an Zeit für jeden Versuch erhöht haben, was wiederum müssten erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Sole in Stromlinien würden diffus entsättigt haben. Wirksame Temperatursteuerung ist wichtig, und die Anwesenheit von einem Thermoelement in der begrenze Annulus der Flußzelle kritisch dafür ist. Die Temperatur wird nur an einer einzigen Stelle gemessen werden, was bedeutet, es kann einige Gradienten über die Probe sein, was zu einer Unwucht Löslichkeit und Auflösung oder Entmischung. Dies kann durch Anordnen der warmen Verbindungsstelle des Thermoelementes so nahe wie möglich zu t minimiert werdener Einlassseite des Felsens Kern. Die effektive Segmentierung der entstehenden Bilder kann eine echte Herausforderung mit diesen Systemen, wie die Segmentierung der Bilder eine teilweise Sättigung mehrerer Flüssigkeiten, die wesentlich größere Herausforderung, dass die Segmentierung der trockenen Bilder, so dass die Verwendung von einfachen Grau universellen Schwellen ist ungenügende 51. Die Verwendung von Wende Segmentierung gibt nicht nur die zuverlässigsten Ergebnisse im Vergleich zu anderen Algorithmen in der Literatur, sondern ist auch die auf den Umgang mit Ring und Teilvolumenartefakte 35 wirksam. Eine der wesentlichen Beschränkungen dieser Technik ist, dass sie nur die Makroporenraum eines Gesteins zuzugreifen. Die Mikroporosität (auf Skalen kleiner als der Bildauflösung) kann nicht zugegriffen werden, und kann wichtig für die Mehrphasenströmung ist. Höhere Auflösungen zeigen einen größeren Anteil an diesen Teilen des Porenraums, sondern auch zu einer Abnahme der th entsprechene Sehfeld. Die Anwendbarkeit des Verfahrens auf ein spezielles Gestein könnte, indem die Auflösung für den Scan an die Porengrößenverteilung Hals mit unabhängigen Methode erhalten wie Quecksilber Injektionskapillare Druck angegangen werden. Dieses Verfahren ist eine führende Technik zur Porenskalenabbildungs ​​mehrerer Fluide bei Lagerstättenbedingungen in realistischen Systemen mit vorhandenen Anwendungen einschließlich einer Quer vergleichende Untersuchung der Kapillare Trapping 24 und der Messung der Kontaktwinkel 26, und das Verfahren ist leicht zu einem anwendbaren große Auswahl an porösen Systemen. Zukünftige Arbeiten könnten in Bedingungen Vertreter wasserführenden unterirdischen Schichten, Öl- und Gasfeldern und anderen tiefen geologischen Systemen zu studieren, an der Porenskala, eine Vielzahl von Einphasen-und Mehrphasenströmungen in porösen Medien Probleme.

Carbon Capture and Storage ist der Prozess, bei dem CO 2 aus großen Punktquellen erfasst und in porösem Gestein gespeichert und verdrängt Wohnsitz Salzlösungen, so dass es im Untergrund bleibt für Hunderte bis Tausende von Jahren ein. Das CO 2 liegt im Untergrund als dichtes superkritischen Phase (scCO 2), mit den Eigenschaften völlig andere bei Umgebungsbedingungen CO 2. Es gibt vier Hauptmechanismen, durch die scCO 2 könnte im Untergrund immobilisiert werden: stratigraphische, Löslichkeit, mineralische und Rest Trapping. Stratigraphischen Trapping ist, wo CO 2 unter undurchlässigen Dichtung Felsen gehalten; Löslichkeit Trapping ist, wo CO 2 löst sich in der Wohn Sole rund um die injizierten CO 2 2-4; Mineral Trapping ist, wo kohlenMineralPhasen sind in den Fels 5 ausgefällt; und Rest oder Kapillar-Trapping ist, wo CO 2 wird durch Oberflächenkräfte gehaltenals winzige Tröpfchen (ganglia) im Porenraum des rock 6. Dies kann natürlich vorkommen, entweder, indem die Migration der CO 2 plume 7-9 oder induziert werden kann durch die Injektion von chase Solen 10. Um die Prozesse, die den Fluss und Trapping dieser CO 2 im Untergrund eine neue Reihe von Experimenten durchgeführt werden müssen, die Nutzung neuer Fortschritte in der Technologie, um die Grundlagen der Physik mit Mehrphasenströmung verbunden ist, besser zu verstehen zu verstehen. Mikrotomographie hat als Technik in den letzten 25 Jahren durch frühe Versuche sowohl für Modellierungszwecke und für Versuche entwickelt, um sowohl trockene geologische Proben 11 und mehrere Flüssigkeitsphasen 12 auf die Hauptmethode für das nicht-invasive Abbildung von Gesteinskernen zu visualisieren, Umsetzung 13-15. Weil Mikrotomographie ist nicht-invasiv, hat es die Fähigkeit, Systeme an repräsentativen Bedingungen zu untersuchen, die besonders ist attraktive für die CO 2 -brine-Rock-System, da die Mehrphasen-Strömungsverhalten scCO 2 ist in hohem Maße auf die thermophysikalischen Eigenschaften, wie Oberflächenspannung und Kontaktwinkel, die wiederum eine starke Funktion der Systembedingungen wie Temperatur sind, Druck und Salzgehalt von 16 bis 18. In solch einem komplexen System mit einer solchen umfassenden und kaum verstanden Satz voneinander abhängigen Variablen, können Versuche mit idealisierten Porenstrukturen 19 oder analogen Flüssigkeiten 20,21 nicht auf Strömungsvorgänge im Untergrund sein. Abbilden mehrerer Fluide bei Bedingungen repräsentativ für eine prospektive CO 2 Injektionsformation hat, blieb jedoch eine Herausforderung 22. In dieser Studie beschreiben wir eine Methode zur Untersuchung von Mehrstoffverhalten bei Lagerstättenbedingungen, die sich auf die Prüfung der Kapillare Trapping 23,24. Dadurch wird die Konstruktion einer Abbildungsstrategie, die Montage der Flüssigkeitszelle, die Injektions st umfassenrategy und nachfolgende Bildverarbeitung. Die experimentelle Untersuchung der Poren angelegte Mehrphasenströmungsverhalten in echten Rock-Systemen konzentriert sich auf die Darstellung von teilweise gesättigten Gesteinskernen, nachdem beide Nichtbenetzungsphase Injektion (Drainage) und Netzphaseneinspritzung (Imbibition). Diese Flüssigkeiten werden durch den Anschluss der Adern an Fluidinjektionspumpen mit flexiblen Stromlinien eingespritzt, während die Beschränkung des Kern mit einem Hassler-Typ coreholder Design 25. Für die erfolgreiche Bild die in-situ Anordnung scCO 2 und Sole, ein neuartiges und hochempfindliche Versuchsaufbau wurde verwendet, wobei der Schwerpunkt auf der Verwendung eines hochauflösenden Röntgen-Mikroskop 23,24,26. Die Anforderungen für die Durchführung von Experimenten bei erhöhten Temperaturen und Drücke sind sehr streng und erfordern neuere Entwicklungen in den beiden Werkstofftechnik und Mikro-CT-Einrichtungen. Die wichtigsten Anforderungen, die erfüllt werden müssen, sind, dass jeder Kern / Probenhalter auf ab sein mussle zu Hochdruck-Hochtemperatur (HPHT) standhalten, während verbleibenden ausreichend Röntgen transparent für eine effektive Bild ermöglichen. Lab basierte Instrumente hierfür eine zusätzliche Einschränkung, da der Kernhalter muss klein genug sein, so dass die Röntgenquelle in der Nähe der Probe angeordnet werden und daß ausreichend große geometrische Röntgen Vergrßerung erreicht werden, daß der Porenraum ist effektiv gelöst. Obwohl diese Einschränkung hat sich etwas mit der Einführung von Sekundäroptik in neueren Laborbasis Mikro-CT-Maschinen gelockert worden ist, nicht vollständig entfernt wird, insbesondere wenn eine schnelle Erfassungszeiten gewünscht sind, da höhere optischen Vergrößerung neigen dazu, die Zeit, die zum Erfassen erforderlich erhöhen Bilder. Versuche mit löslicher Flüssigkeiten stellen eine zusätzliche Herausforderung bei der Verwendung von langen Erfassungszeiten, wie CO 2 wird durch die Polymerbereiche der Versuchsanordnung zu diffundieren, wodurch die in-situ Fluidsättigung. All diese Probleme dazu geführt, dass Scan-mal länger als ca. 2 h waren unpraktisch. Um Scanzeiten unter dieser Voraussetzung zu halten, besonders strengen für Labor basierten Quellen, muss der Kernhalter ca. 1 cm im Durchmesser sein. Eine größere coreholder Größe würde den Detektor erforderlich sind, viel weiter von der Quelle, um die gleiche geometrische Vergrößerung zu erreichen, die Verringerung der Röntgenfluss auf den Detektor und erhöht deshalb erforderliche Projektionsbelichtungszeiten. Die Durchflusszelle in diesen Experimenten verwendet wurde, auf einem traditionellen Hassler Zelldesign, um einen Kohlenstofffaserhülse aufgebaut basiert, mit einer Hülsenkonstruktion ähnlich derjenigen von Iglauer et al 27, aber mit zwei signifikanten Veränderungen: 1.) Der Kohlenstofffaserverbund in der Hülse der Herstellung verwendet wurde aus T700 Fasern verändert, mit einer Steifigkeit von 230 GPa, um M55-Fasern, mit einer Steifigkeit von 550 GPa. Dadurch wird nicht nur die Menge der Probenbewegung reduziert während Tomographieerfassung, sondern erhöhte auch die maximale WOArbeitsdruck der Zelle von 20 MPa bis 50 MPa. 2) die Hülse von 212 mm bis 262 mm gestreckt worden sind, um die Quelle und den Detektor zu ermöglichen, wie nahe an der Probe wie möglich zu sein. Eine wichtige experimentelle Fehler im ersten Studie zu Mikro CT verwenden, um CO 2 bei Lagerstättenbedingungen untersuchen war die Verwendung von Metallleitungen, um die Strömung zu und von dem Kernhalter 27 zu steuern. Wenn die Probe in Bezug auf die Pumpen gedreht wird, müssen die Stromlinien auch gedreht werden. Stiff Stromlinien kann dazu führen, die Probe zu bewegen, wodurch effektive Bildauflösung oder dass einige oder alle der Datenmenge unbrauchbar. Um dies zu verhindern, haben wir alle Strömungslinien in der Nähe der Drehtisch mit flexiblen Polyether-Ether-Keton (PEEK) Schlauch ersetzt. Diese Fließlinien waren flexibel, wodurch sehr kleine Querkräfte (Last) auf den Kernhalter bei der Erfassung. Wir befestigt auch die Strömungsleitungen zu den Ventilen zu dem Probentisch befestigt ist, anstatt die Befestigung der Stromlinien auf die coreholder. Dies bedeutete, dass jede vorhandene Stromlinienlast direkt auf die Bühne übertragen, anstatt auf die Probe, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Probenbewegung. Ein wesentlicher Nachteil der Verwendung der PEEK-Kapillare war, dass CO 2 konnte diffundieren langsam durch sie über einen Zeitrahmen von etwa 24 Stunden. Dies bedeutete, dass CO 2 gesättigte Sole in den Strömungsleitungen links allmählich entsättigen. Ein weiterer großer Nachteil der experimentellen früheren Studien war ungenaue Kontrolle der Temperatur. Dies kann zu einer Anzahl von Weisen beeinflussen. Zum einen ist die Temperatur eine starke Kontrolle über beide Grenzflächenspannung und Kontaktwinkel von 16 bis 18. Darüber hinaus ist die Löslichkeit sowohl scCO 2 und Karbonatgestein in Salzlake auch stark temperaturabhängig 28. Löslichkeit Kontrolle ist von entscheidender Bedeutung, als wenn scCO 2 in eine Kochsalzlösung kohlenwasserführenden Schicht wird in den residenten Sole auflösen spritzt und bildet eine hochreaktive Kohlensäure, die in tu wirdrn starten allen derzeit Calcit aufzulösen. Jede Ungenauigkeit in Löslichkeit Steuerung kann daher scCO2 Auflösung / Entmischung oder feste Lösung / Niederschlag führen. Frühere Studien 27 verwendet einen beheizten Sperrmedium, um die coreholder erwärmen; aber das war problematisch. Es hat die Nachteile, die mit der Schwierigkeit der genauen Aufrechterhaltung einer konstanten Umgebungsdruck mit Hilfe eines Umlaufwasserversorgung, erfordern zusätzliche Heizbäder für die Versorgung verbunden. Weiterhin ist dieses System nur behält eine genaue Steuerung der Temperatur an der Stelle des Heizbades (nicht an der Stelle des Kernhalters und das Sperrfluid würde zwischen dem Wasserbad und dem Kernhalter zu kühlen). Es erfordert auch sowohl einen Einlass und einen Auslass für das Sperrfluid, die Erhöhung der Anzahl von Fluidleitungen zum coreholder befestigt und so zunehmender Strömungsleitungsauslastung. Anstelle der Verwendung einer beheizten Sperrfluid, einem flexiblen Stahng Mantel wurde verwendet, um den Kernhalter umgeben. Diese sehr einfache Erwärmungsverfahren zu einer sehr geringen coreholder Last und erlaubt die präzise und genaue Erwärmung. Eine extrem dünne Polyimid-Heizfolie wurde verwendet, um die Probengröße zu minimieren. Der Aufbau dieser Folie besteht aus einer geätzten Kupferfolie Element 0,0127 mm dick, zwischen zwei Schichten von 0,0508 mm Polyimidschicht eingekapselt. Die in dem Mantel vorhanden Kupferelemente nicht merklich auf die Bildqualität. Die Temperatur wurde mit einem Thermoelement sitzt in der Sperrringraum der Zelle gemessen. Es wurde auf der Außenseite der Begrenzungshülse, so nah wie möglich an dem Kern positioniert ist, gewährleistet eine genaue, zuverlässige und stabile Messung des Porenfluidtemperatur. Das Thermoelement und Heizung-Film wurden auf einem speziell angefertigten Proportional Integral Derivative (PID) Steuerung verbunden, und die Temperaturen wurden innerhalb von ± 1 gesteuert ° C. Um die vollständige Kontrolle zu halten over Interphasen-Löslichkeit, und stellen in den Grundwasserleiter weit weg von der Injektionsstelle vor der Injektion die Sole wurde mit scCO 2 durch gemeinsam kräftig Mischen der beiden Flüssigkeiten mit kleinen Partikeln (1-2 mm) des Wirtsgesteins äquilibriert gegenwärtigen Bedingungen in einen gerührten und beheizten Reaktor. Alle medienberührten Bauteile in diesem Reaktor aus Hastelloy, um Korrosion zu minimieren. Der Reaktor enthält eine gefilterte Tauchrohr für den von der Basis des Reaktors (Sole) extrahiert werden dichteren Fluid und weniger dichte Fluid zu ermöglichen, von der Oberseite des Reaktors (scCO 2) extrahiert werden. Hochdruckspritzenpumpen wurden verwendet, um Druck und Strömungssteuerung im Porenraum des Gesteins und in dem Reaktor aufrechtzuerhalten, mit einem Verschiebungsgenauigkeit von 25,4 nl. Die Versuchsapparatur in dieser Studie verwendet wird, in 1 gezeigt. Die ionische Salz für das Experiment verwendet, aus dem die repräsentative Ergebnisse wurden gezeichnet wurde Kaliumiodid (KI), da es ein hohes Atomgewicht und so a hathohe Röntgendämpfungskoeffizienten, so dass es eine effektive Kontrastmittel. Weniger Abschwächen Salze (wie NaCI) oder Mischungen verwendet werden könnten, würden jedoch größer Salinitäten erforderlich, um die gleiche Röntgenstrahlschwächung zu erreichen.

<table><tbody><tr><td>High Pressure Syringe Pump</td><td>Teledyne ISCO</td><td>1000D</td><td></td></tr><tr><td>Parr Reactor</td><td>Parr Instrument Company</td><td>4547A - hastelloy</td><td></td></tr><tr><td>PEEK Tubing</td><td>Kinesis</td><td>1560xL</td><td></td></tr><tr><td>Potassium Iodide Salt</td><td>Sigma Aldrich</td><td>30315-1KG</td><td></td></tr><tr><td>Carbon Dioxide</td><td>BOC</td><td>CO2 - size E</td><td></td></tr><tr><td>Thermocouple</td><td>Omega Engineering</td><td>KMTSS-IM300U-150</td><td></td></tr><tr><td>Kapton Flexible Heater</td><td>Omega Engineering</td><td>KH-112/10-P</td><td></td></tr><tr><td>X-Ray Microscope</td><td>Zeiss</td><td>Versa XRM 500</td><td></td></tr><tr><td>Snoop Leak Detector</td><td>Swagelok</td><td>MS-SNOOP-8OZ</td><td></td></tr><tr><td>Flouro-Elastomer Polymer (Viton) Sleeve</td><td>Fisher Scientific</td><td>11572583</td><td></td></tr><tr><td>Micro-CT Coreholder</td><td>Airborne Composites</td><td>262mm Coreholder</td><td>Constructed in conjunction with Imperial College</td></tr><tr><td>Tomographic program</td><td>Zeiss</td><td>XM-Reconstructor</td><td></td></tr><tr><td>ImageJ - image processing</td><td>NIH</td><td>ImageJ</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>Matlab</td><td>Used for regression analysis</td></tr><tr><td>Avizo</td><td>FEI</td><td>Avizo</td><td></td></tr></tbody></table>

reservoir condition pore-scale imaging of multiple fluid phases using x-ray microtomography

Mikrotomographie wurde anschließend verwendet, bei einer Auflösung von 6,6 &amp; mgr; m, der Porenskala Anordnung restliche Kohlendioxid ganglia im Porenraum eines Karbonatfelsen bei Drücken und Temperaturen repräsentativ für typische Formationen zur Speicherung von CO 2 verwendet wird. Chemische Gleichgewicht zwischen den CO 2, Sole und Rock Phasen wurde mit einer Hochdruck-Hochtemperaturreaktor, replizierende Bedingungen weit entfernt von der Injektionsstelle gehalten. Flüssigkeitsstrom wurde mit Hochdruck-Hochtemperatur Spritzenpumpen gesteuert. Um repräsentative In-situ-Bedingungen innerhalb der Mikro-CT-Scanner eine Kohlefaser Hochdruck-Mikro-CT coreholder verwendet wurde erhalten. Diffusive CO 2 Austausch über die Begrenzung Hülsen aus dem Porenraum des Gesteins an den Sperrfluid wurde durch Umgeben des Kerns mit einer Dreifachpackung aus Aluminiumfolie verhindert. Rekonstruiert Sole Kontrast wurde mit einem polychromatischen Röntgenquelle modelliert und Salzlösungszusammensetzung wso gewählt, daß die drei Phasenkontrast zwischen den beiden Fluiden und der Fels maximieren. Flexible Stromlinien wurden verwendet, um Kräfte auf die Probe während der Bildaufnahme zu verringern, was möglicherweise zu unerwünschten Beispielbewegung einen Hauptnachteil bei früheren Techniken. Ein internes Thermoelement direkt benachbart zu dem Felsen Kern angeordnet, verbunden mit einer äußeren flexiblen Heizungshülle und einem PID-Regler verwendet, um eine konstante Temperatur innerhalb der Durchflusszelle zu erhalten. Erhebliche Mengen an CO 2 wurden gefangen, mit einer Restsättigung 0,203 ± 0,013, und die Größen der größere Volumenganglien gehorchen Potenzverteilungen, die mit Durchflusstheorie.

Die Ergebnisse für ein einzelnes Carbonat, Ketton Kalkstein, einem oolite vom oberen Lincolnshire Kalkstein Mitglied wurden in 3D, um zu identifizieren und messen Sie die Lautstärke der einzelnen einzigartige getrennt Ganglion, die dann markiert wurde (Abbildung 6) analysiert. Die Verarbeitung wurde innerhalb der Avizo Feuer 8.0 und ImageJ Programme 37 durchgeführt. Die kapillare Rückhalteleistung - Das segmentierte partiell gesättigten Bilder wurden durch Zählen der Anzahl von Voxeln residually eingeschlossen scCO 2, um den Anteil des Gesteinsvolumen eingeschlossen scCO 2 belegt finden analysiert. Dies kann dann durch Dividieren dieses Werts durch die Porosität unter Verwendung von Helium-Porosimetrie unter Erhalt eines Restsättigung (S r) überführt werden. Signifikante Anteile von scCO 2 wurden als Restsättigungs eingeschlossen, mit einer Restsättigung 0,203 ± 0,013. Dies stimmt mit den Ergebnissen in früheren Studien unter Verwendung von Mikro gefunden-CT 23. Größere Kern angelegte Studien von Rest Trapping in dieser Gesteinstyp zeigte eine niedrigere Restsättigung 0,137 ± 0,012 38. Das Eindringen von Salzwasser in eine scCO2 gesättigten Kern ist ein Tränkverfahrens wo ein Netz Flüssigkeit (Sole) dringt in jede Pore und verdrängt nicht Benetzung Flüssigkeit (scCO 2). In einem stark wasserfeuchten Fels erwarten wir das Wasser auf Bereiche der Porenraum in der Reihenfolge der Größe 39,40 füllen, Trapping getrennt Ganglien im Prozess namens Absprung. Dieser Prozess sollte Perkolation sein wie 41 so Vorhersagen über die Größenverteilung der isolierten Clustern hergestellt werden. Die Anzahl n der Trauben von Volumen s (in Voxel gemessen) sollte skalieren, wobei τ die Fisher Exponent 42. Netzwerk Modellierung hat gezeigt, dass im dreidimensionalen kubischen regulären Gittern der Wert dieser Exponent Umgebung τ = 2,189 43. Eine natürliche Art und Weise der Gewinnung dieses Exponenten von realen Datenist es, die klassierte Menge des Grundstückes, wie Dias und Wilkinson 41 definiert. <img alt="Gleichung 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52440/52440eq1.jpg" /> was sollte so skaliert werden: <img alt="Gleichung 2" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52440/52440eq2.jpg" /> Diese wird dann aufgetragen auf einer log-log Plot in Abhängigkeit von s (Abbildung 7), welches Potenzgesetz Verhalten bei großen Ganglien, sondern eine Unterrepräsentation der kleineren Ganglien im Vergleich zu der Potenzgesetzmodell. Der Exponent wurde durch den Ausschluss von Ganglien von weniger als 10 5 Voxel (etwa der Beginn des Potenzgesetz-Verhalten) und die Durchführung Levenberg-Marquardt Regressions 44,45 mit einem mindestens absolute Rest robuste Anpassungsalgorithmus 46,47 berechnet. Dies wurde unter Verwendung einer kommerziellen Software-Paket. Die Fisher Exponenten für dieses System war 2,287 ± 0,009, close dem theoretischen Wert von 2,189, was darauf hinweist, dass die Tränkung in diesem System ist zwar Perkolation dergleichen. Allgemeiner diese Ergebnisse bestätigen die Schlussfolgerungen in größeren Kernflutversuche 38,48,49, die scCO 2 als der nicht-benetzenden Phase in Carbonate. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig1.jpg" /> Abbildung 1. Experimentelle Geräte, welche die Pumpen, Ventile und Reaktor verwendet, um den Fluss zu kontrollieren und den Sitz des coreholder innerhalb der Mikro-CT-Gehäuse. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52440/52440fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig2.jpg" /> Figur 2 die normalisierten Energiespektrum für Röntgenstrahlen, die auf den Kern, fi<html> durch die coreholder filtriert, Begrenzung Hülsen und Sperrmedium. Berechnet mit SpekCALC 29-31. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig3.jpg" /> Abbildung 3. Die linearen Schwächungskoeffizienten von verschiedenen Flüssigkeiten und Steinmaterialien als Funktion der Photonenenergie. <img alt="4" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig4.jpg" /> Abbildung 4: Ausschnitt aus dem Kernpaket und zeigt eine dreifache Aluminiumverpackung um den Kern, die Verhütung diffusive CO 2 Austausch über die flouro-Elastomerhülle. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52440/52440fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> 0 / 52440fig5.jpg &quot;/&gt; Abbildung 5. Detail der Durchflusszelle, Heizvorrichtung und Standortwahl der Kernanordnung in der Durchflusszelle. Das Thermoelement muss so nah wie möglich an der Einlassseite des Kerns platziert werden. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52440/52440fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen .</a> <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig6.jpg" /> Abbildung 6. Bild des Carbonats nach Drainage und Imbibition. (A) Ein 3D-Rendering des Kerns nach Entwässerung, wo jeder nicht-benetzenden Phase Cluster eine andere Farbe gegeben. (BF) Ein 3D-Rendering des Kerns nach fünf Imbibition Experimente, farbig wie für (A) beschrieben. Die große Auswahl an Farben zeigt eine schlecht verbunden Restphase. (G) ist ein Querschnitt des Kerns nach Entwässerung. Der dunkelste Phase ist die scCO 2, die Zwischenphase ist Salzwasser und das leichteste Phase Rock Korn. (H) ist ein Querschnitt des Kerns nach Imbibition. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52440/52440fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="7" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig7.jpg" /> Figur 7. Die Größenverteilung der in 6 gezeigten Rest ganglia. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Material Füllung Porosität </td><td> Vakuum </td><td> CO 2 </td><td> H 2 O </td><td> H 2 O - 7 Gew% NaCl </td><td> H 2 O - 7 Gew% KI </td><td> Solid (CaCO 3) </td></tr><tr><td> Übertragungsfaktor </td><td> 0,25 </td><td> 0,247 </td><td> 0.243 </td><td> 0,242 </td><td> 0,224 </td><td> 0,202 </td></tr><tr><td> Änderung der Übertragungsfaktor gegen Vakuum </td><td> N / A </td><td> -0,003 </td><td> -0,007 </td><td> -0,008 </td><td> -0,026 </td><td> -0,048 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Zusammenfassung der Ergebnisse (Durchlässigkeitsfaktor und Änderung der Übertragungsfaktor in Bezug auf die Vakuum gefüllt Fall) von der Simulation der röntgenoptischen Eigenschaften des Gesteins und der Porenraum Füllmaterial während dieser Studie abgebildet. Jede Spalte stellt eine andere Material Füllen der Porenraum des Gesteins im coreholder.

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Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

Reservoir Zustand Pore angelegte Imaging von mehreren fluiden Phasen Mit Hilfe der Röntgenmikrotomographie

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

12.4K Aufrufe.  Imperial College London. We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

Serie: Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Energieröntgentomografie für 3D-Elementar Zuordnung einzelner Nanopartikel

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Forschung

Ingenieurwesen

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

Fehleranalyse von Batterien unter Verwendung Synchrotron-basierte Feströntgenmikrotomographie

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

Messung der Röntgenstrahl Coherence entlang mehreren Richtungen unter Verwendung von 2-D-Schachbrett Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Microfluidic Devices for Characterizing Pore-scale Event Processes in Porous Media for Oil Recovery Applications

Microfluidic devices are versatile tools for studying transport processes at a microscopic scale. A demand exists for microfluidic devices that are resistant to low molecular-weight oil components, unlike traditional polydimethylsiloxane (PDMS) devices. Here, we demonstrate a facile method for making a device with this property, and we use the product of this protocol for examining the pore-scale mechanisms by which foam recovers crude oil. A pattern is first designed using computer-aided design (CAD) software and printed on a transparency with a high-resolution printer. This pattern is then transferred to a photoresist via a lithography procedure. PDMS is cast on the pattern, cured in an oven, and removed to obtain a mold. A thiol-ene crosslinking polymer, commonly used as an optical adhesive (OA), is then poured onto the mold and cured under UV light. The PDMS mold is peeled away from the optical adhesive cast. A glass substrate is then prepared, and the two halves of the device are bonded together. Optical adhesive-based devices are more robust than traditional PDMS microfluidic devices. The epoxy structure is resistant to swelling by many organic solvents, which opens new possibilities for experiments involving light organic liquids. Additionally, the surface wettability behavior of these devices is more stable than that of PDMS. The construction of optical adhesive microfluidic devices is simple, yet requires incrementally more effort than the making of PDMS-based devices. Also, though optical adhesive devices are stable in organic liquids, they may exhibit reduced bond-strength after a long time. Optical adhesive microfluidic devices can be made in geometries that act as 2-D micromodels for porous media. These devices are applied in the study of oil displacement to improve our understanding of the pore-scale mechanisms involved in enhanced oil recovery and aquifer remediation.

The goal of this procedure is to easily and rapidly produce a microfluidic device with customizable geometry and resistance to swelling by organic fluids for oil recovery studies. A polydimethylsiloxane mold is first generated, and then used to cast the epoxy-based device. A representative displacement study is reported.

Mikrofluidische Geräte zur Charakterisierung von Pore angelegte Veranstaltung Prozesse in porösen Medien für Öl-Recovery-Anwendungen

Microfluidic devices are versatile tools for studying transport processes at a microscopic scale. A demand exists for microfluidic devices that are ...

Umwelt

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

Mit Synchrotronstrahlung Mikrotomographie Mehrskalige Dreidimensionale Mikroelektronische Bauteile zur Untersuchung

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Non-invasive 3D-Visualization with Sub-micron Resolution Using Synchrotron-X-ray-tomography

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard cuticle which makes it difficult to use protocols of classical histology. In addition, histological sectioning destroys the sample and can therefore not be used for unique material. Hence, a non-destructive method is desirable which allows to view inside small samples without the need of sectioning.
We used synchrotron X-ray tomography at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble (France) to non-invasively produce 3D tomographic datasets with a pixel-resolution of 0.7&micro;m. Using volume rendering software, this allows us to reconstruct the internal organization in its natural state without the artefacts produced by histological sectioning. These date can be used for quantitative morphology, landmarks, or for the visualization of animated movies to understand the structure of hidden body parts and to follow complete organ systems or tissues through the samples.

We used synchrotron X-ray tomography at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) to non-invasively produce 3D tomographic datasets with a pixel-resolution of 0.7&micro;m. Using volume rendering software, this allows the reconstruction of internal structures in their natural state without the artefacts produced by histological sectioning.

Nicht-invasive 3D-Visualisierung mit Sub-Mikron-Auflösung mit Synchrotron-Röntgen-Tomographie

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard ...

Biologie

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

Protokoll der elektrochemischen Prüfung und Charakterisierung von aprotische Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; Batterie

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

Dynamische Pore-Skala Reservoir-Zustand Abbildung von Reaktions in Karbonate mit Synchrotronstrahlung Schnelle Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Pore-scale Imaging and Characterization of Hydrocarbon Reservoir Rock Wettability at Subsurface Conditions Using X-ray Microtomography

In situ wettability measurements in hydrocarbon reservoir rocks have only been possible recently. The purpose of this work is to present a protocol to characterize the complex wetting conditions of hydrocarbon reservoir rock using pore-scale three-dimensional X-ray imaging at subsurface conditions. In this work, heterogeneous carbonate reservoir rocks, extracted from a very large producing oil field, have been used to demonstrate the protocol. The rocks are saturated with brine and oil and aged over three weeks at subsurface conditions to replicate the wettability conditions that typically exist in hydrocarbon reservoirs (known as mixed-wettability). After the brine injection, high-resolution three-dimensional images (2 &#181;m/voxel) are acquired and then processed and segmented. To calculate the distribution of the contact angle, which defines the wettability, the following steps are performed. First, fluid-fluid and fluid-rock surfaces are meshed. The surfaces are smoothed to remove voxel artefacts, and in situ contact angles are measured at the three-phase contact line throughout the whole image. The main advantage of this method is its ability to characterize in situ wettability accounting for pore-scale rock properties, such as rock surface roughness, rock chemical composition, and pore size. The in situ wettability is determined rapidly at hundreds of thousands of points. 
The method is limited by the segmentation accuracy and X-ray image resolution. This protocol could be used to characterize the wettability of other complex rocks saturated with different fluids and at different conditions for a variety of applications. For example, it could help in determining the optimal wettability that could yield an extra oil recovery (i.e., designing brine salinity accordingly to obtain higher oil recovery) and to find the most efficient wetting conditions to trap more CO2 in subsurface formations.

This protocol is presented to characterize the complex wetting conditions of an opaque porous medium (hydrocarbon reservoir rock) using three-dimensional images obtained by X-ray microtomography at subsurface conditions.

Pore-Scale Imaging und Charakterisierung von Kohlenwasserstoff Reservoir Rock Benetzbarkeit am Untergrund Bedingungen mit Röntgen-Mikrotomographie

In situ wettability measurements in hydrocarbon reservoir rocks have only been possible recently. The purpose of this work is to present a protocol to ...

Visualization of Failure and the Associated Grain-Scale Mechanical Behavior of Granular Soils under Shear using Synchrotron X-Ray Micro-Tomography

The rapid development of X-ray imaging techniques with image processing and analysis skills has enabled the acquisition of CT images of granular soils with high-spatial resolutions. Based on such CT images, grain-scale mechanical behavior such as particle kinematics (i.e., particle translations and particle rotations), strain localization and inter-particle contact evolution of granular soils can be quantitatively investigated. However, this is inaccessible using conventional experimental methods. This study demonstrates the exploration of the grain-scale mechanical behavior of a granular soil sample under triaxial compression using synchrotron X-ray micro-tomography (&#956;CT). With this method, a specially fabricated miniature loading apparatus is used to apply confining and axial stresses to the sample during the triaxial test. The apparatus is fitted into a synchrotron X-ray tomography setup so that high-spatial resolution CT images of the sample can be collected at different loading stages of the test without any disturbance to the sample. With the capability of extracting information at the macro scale (e.g., sample boundary stresses and strains from the triaxial apparatus setup) and the grain scale (e.g., grain movements and contact interactions from the CT images), this procedure provides an effective methodology to investigate the multi-scale mechanics of granular soils.

The protocol describes procedures to acquire high-spatial resolution computed tomography (CT) images of a granular soil during triaxial compression, and to apply image processing techniques to these CT images to explore the grain-scale mechanical behavior of the soil under loading.

Visualisierung von Versagen und dem damit verbundenen mechanischen Verhalten von granularen Böden unter Scherung mit Synchrotron-Röntgen-Mikrotomographie

The rapid development of X-ray imaging techniques with image processing and analysis skills has enabled the acquisition of CT images of granular soils ...