Kőzetek gázáteresztő-képességének vizsgálata lézeres

fotoakusztikus módszerrel(és egyéb alkalmazások)

Bozóki Zoltán1, Tóth Nikolett2,Filus Zoltán3

1: MTA-SZTE Fotoakusztikus Kutatócsoport 2: Szegedi Tudományegyetem, Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék

3: HILASE Fejlesztő, Gyártó, Szolgáltató és Kereskedelmi Kft.

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Gázmolekulák eloszlása nem-konvencionális gázmezők nanopórusos kőzeteiben

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

A CH4 molekulák felszabadulása során lejátszódó folyamatok

• Darcy típusú gázáramlás a makro és mikropórusokból

• Knudsen típusú áramlás és molekuláris diffúzió a nanopórusokból

• Deszorpciós folyamatok a kerogén (szerves anyagot tartalmazó

zárványok) szemcsék felületéről

• Molekuláris diffúzió a kerogén szemcséken belül

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Kőzetmag által kibocsátott gázmennyiség időbeli változására vonatkozó irodalmi adatok

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

A gázmennyiség méréssel szemben támasztott speciális elvárások

• Széles dinamikus tartomány• Gyors válaszidő és egyidejűleg nagy stabilitás • Szelektivitás • Terepi körülmények között is megbízható mérések• Mérési lehetőség széles nyomás és hőmérséklet-tartományokban• Flexibilitás

Fotoakusztikus spektroszkópia

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Fotoakusztikus alap mérési elrendezésM

agya

r Fiz

ikus

Ván

dorg

yűlé

sM

agya

r Fiz

ikus

Ván

dorg

yűlé

sD

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.

P h oto aco u stic c e ll

M icro p h o n e

L a ser m od u le

L a ser con tro ller

S ig n a l an a ly ser

G as in le t

Polimerek gázáteresztő-képességét mérő fotoakusztikus alaprendszer

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Kőzetmérésre általunk kifejlesztett fotoakusztikus rendszer

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Mérési eredmények

Nyomás és koncentrációvezérelt folyamatok összehasonlítása

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

p = 1.5 bar

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

p = 0

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

20 40 60 80 100 120 140 160102

104

106

108

110

112

St

eady

-sta

te p

erm

eatio

n ra

te (c

m3 /m

2 /min

)

Temperature (°C)

A kőzetelvizesedés hatása a gázáteresztő-képességre

DD (m (m22/s)/s)drydry 1.2×101.2×10-8-8

watered for 5 minwatered for 5 min 2.2×102.2×10-9-9

watered for 15 watered for 15 hourshours

3.0×103.0×10-10-10

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0

500

1000

1500

2000

2500M

etha

ne tr

ansm

issi

on ra

te (c

m3 /m

in/m

2 )

Time (hour)

dry watered for 5 minutes watered for 15 hours

Összefoglalás és további célkitűzések

• A kőzetekben lejátszódó gáztranszport folyamatok mérése a fotoakusztikus módszer egyik legígéretesebb alkalmazási területe

• Célunk a mérési elrendezés flexibilitásának további növelése

• A fizikai folyamatok mélyebb szintű megértéséhez szükséges kísérletek és modellezési elárások kidolgozása

• A mérési eredmények illesztése gázmező szintű modellekhez

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Fotoakusztikus rendszereink további alkalmazásai

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Földgáz kén-hidrogén és vízgőz-tartalmának mérése

Világszerte több mint 40 db. az SZTE-MOL-Videoton együttműködés keretében kifejlesztett, a Hilase Kft. által gyártott mérőrendszer került telepítésre tengeri fúrótornyokon, gázüzemekben és finomítókban.

2013 év során az SZTE-MOL-Videoton-Hilase kiemelt elismerésben részesült az Innovációs Nagydíj pályázaton.

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

Repülőgépre telepíthető, az atmoszféra vízgőz és teljes víztartalmát mérő fotoakusztikus műszer

2004 óta a CARIBIC projekt része

2013-ban a Kanadai Meteorológiai Szolgálat kutatórepülőgépére

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

A CARIBIC konténerEgy automatikus laboratórium egy utasszállító csomagterébenSúly: 1,5 tonnaRepülési gyakoriság: 1 hónap

Mintavevőegység

Airbus A 340-600

D-AIHE

Légköri aeroszolok optikai abszorpciós tulajdonságainak fotoakusztikus mérése a közeli infravörös, a látható és az ultraibolya tartományban

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.

További információk

• zbozokizbozoki@@physx.u-szegedphysx.u-szeged.hu.hu• www.www.fotoakusztika.fotoakusztika.huhu• www.www.hilasehilase.hu.hu

Köszönöm a Köszönöm a megtisztelő megtisztelő figyelmetfigyelmet!!

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Mag

yar F

izik

us V

ándo

rgyű

lés

Deb

rece

n, 2

013.

aug

uszt

us 2

1-24

.D

ebre

cen,

201

3. a

ugus

ztus

21-

24.