Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Alles im Fluss – Neue Einblicke in das Verhalten von Fluiden in porösem Gestein

27.02.2013
Computertomografische Untersuchungen erlauben es erstmals, den Fluss von Öl und Wasser direkt im Gestein zu beobachten – in 3D und mit bisher unerreichter zeitlicher Auflösung.
Der neue Ansatz und die daraus gewonnenen Informationen helfen besser zu verstehen, wie sich verschiedene Flüssigkeiten gegenseitig in porösen Materialien verdrängen können. Die Studie wurde gemeinsam von Forschern von Shell, dem Paul Scherrer Institut PSI (Schweiz) sowie von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz durchgeführt. Die Ergebnisse sind im renommierten Journal Proceedings of the National Academy of Sciences of America erschienen.

Erdöl und Erdgas sind in kleinen Poren im Sedimentgestein gefangen; bei konventioneller Förderung bleiben auch bei Verdrängung durch Wasser rund 50 – 70% des Öls im Boden zurück. Die Zukunft der Öl- und Gasförderung hängt daher entscheidend davon ab, wie gut man das Verhalten von Wasser/Öl-Mischungen in Gesteinsporen versteht. Dank neuer Einblicke in die grundlegenden Vorgänge kann die ölfördernde Industrie neue Verfahren entwickeln, mit denen der Rohstoff effektiver und nachhaltiger aus vorhandenen Lagerstätten gefördert werden kann.

Befüllung einer einzelnen Pore über die “Flaschenhals-Öffnung am unteren Ende. Die Startsequenz

Grafik: PSI/JGU/Shell


Befüllung einer einzelnen Pore über die “Flaschenhals-Öffnung am unteren Ende. Eine Aufnahme nach 16.8 Sekunden

Grafik: PSI/JGU/Shell

Konventionelle Ansätze für die makroskopische Beschreibung des Fliessverhaltens mehrerer nicht miteinander mischbarer Flüssigkeiten haben viele Mängel und tragen zudem nicht zu unserem Verständnis der Vorgänge auf der Ebene einzelner Poren bei. Neue experimentelle Ergebnisse liefern nun erstmals Daten, mit denen numerische Modelle zur Beschreibung dieser Vorgänge in einzelnen Poren überprüft werden können.

Die Experimente sind an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts PSI durchgeführt worden. Sie nutzen ein neuartiges Computertomografieverfahren (CT), mit dem Fliessvorgänge im Inneren von Gesteinen „life“ in drei Dimensionen abgebildet werden können. In den Experimenten werden kleine Felsproben aus verschiedenen Richtungen mit intensiver Röntgenstrahlung durchleuchtet. Die gewonnenen Daten werden anschliessend zu 3D-Bildern zusammengefügt, die wiederum als Grundlage für Filmsequenzen dienen, in denen man die Vorgänge direkt verfolgen kann.

Sarah Irvine, Wissenschaftlerin am PSI, hat das Experiment mitentwickelt und bei seiner Durchführung mitgewirkt: „Früher hätte man für ein einzelnes dreidimensionales Bild mit dieser Auflösung 20 Minuten oder mehr gebraucht. Mit dem Röntgenlicht aus der SLS und unserem Aufbau für ultra-schnelle Tomografie können wir einzelne Projektionen in wenigen Millisekunden erzeugen. Typischerweise erzeugt man bei einer Drehung um 180 Grad über Tausend solcher Schnappschüsse, so dass die Informationen für ein 3D-Bild in wenigen Sekunden aufgenommen werden können.“

Michael Kersten vom Institut für Geowissenschaften der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz erläutert dazu: „Das Wichtige an dem Experiment ist, dass wir nun sehen, wie eine Mischung unterschiedlicher Flüssigkeiten durch ein komplexes Porensystem fliesst.“ Die Mainzer Forscher haben in dem Projekt vor allem zur Datenanalyse und zur Visualisierung der Ergebnisse beigetragen. Dank ihrer Software-Kompetenz und der in zehn Jahren gewonnen Erfahrung mit der Computertomografie konnten die Mitglieder der Arbeitsgruppe Kersten mehr als 10 TB hochaufgelöste Daten auf einen Film von einigen Minuten Dauer reduzieren, in dem die wesentlichen Vorgänge zu sehen sind. Die Resultate erhellen Aspekte des Verhaltens von Flüssigkeiten, die bislang nur ungenau verstanden waren. So konnten die Forscher erstmals so genannte Haines-Sprünge unmittelbar im Gestein beobachten – plötzliche Veränderungen in der Art und Weise, wie sich eine Flüssigkeit durch poröse Materialien bewegt. Die Ergebnisse widersprechen dem bisherigen Paradigma, dass solche Veränderungen auf einzelne Poren beschränkt sind, während sie sich in Wirklichkeit wie eine Kaskade gleichzeitig durch zahlreiche Poren ausbreiten.

Steffen Berg, Mitglied des Forschungsinstituts der Shell Global Solutions Internation B.V. in Rijswijk, Niederlande: „Diese Arbeit wird unsere Sicht auf die Vorgänge in porösen Medien ändern. Dieses neue Verständnis könnte helfen, einige der wichtigsten Herausforderungen der Energieindustrie zu lösen. Die neuen quantitativen Daten helfen uns, Computermodelle zu entwickeln und zu validieren, mit denen die Bewegung von Flüssigkeiten in porösem Gestein beschrieben wird. Vor allem befähigen sie uns, das makroskopische Verhalten vorauszusagen und entsprechend die Technologien der Ölgewinnung zu optimieren.“

Über das PSI
Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Materie und Material, Mensch und Gesundheit, sowie Energie und Umwelt. Mit 1500 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 300 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.

Institut für Geowissenschaften, Johannes Gutenberg-Universität (JGU), Mainz
Das Institut auf dem Campus der JGU Mainz umfasst vierzehn Arbeitsgruppen mit unterschiedlichen Ausrichtungen, von Geophysik und Petrologie über Paläoklima-Forschung bis hin zur Umweltmineralogie. Mit seiner ausgewiesenen Expertise im analytischen Bereich, als Teil des rheinland-pfälzischen Forschungszentrums Erdsystem ‚Geocycles‘ und mit führenden Forschungsinstitutionen als Kooperationspartner vor Ort bietet das Institut sowohl eine vielseitige Ausbildung im Bereich der Geologie als auch innovative interdisziplinäre Forschungsmöglichkeiten.

Royal Dutch Shell plc
Die Royal Dutch Shell plc ist in England und Wales eingetragen, hat Ihren Hauptsitz in Den Haag und wird an den Börsen in London, Amsterdam und New York gehandelt. Shell-Unternehmen sind in über 80 Ländern und Gebieten aktiv mit Aktivitäten im Bereich der Erkundung und Förderung von Öl und Gas, Produktion und Vertrieb von verflüssigtem Erdgas, Herstellung, Vertrieb und Transport von Erdölprodukten und Chemikalien sowie Projekten auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien.
Kontakt/Ansprechpartner

Dr. Sarah Irvine, Labor für Makromoleküle und Bioimaging
Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen PSI, Schweiz,
Telefon: +41 56 310 5422; E-Mail: sarah.irvine@psi.ch
http://www.psi.ch/sls/tomcat/tomcat

Prof. Dr.-Ing. Michael Kersten; Institut für Geowissenschaften,
Johannes Gutenberg-Universitä; 55099 Mainz; Deutschland
Tel.: +49 6131-3924366; E-Mail: kersten@uni-mainz.de
http://www.geowiss.uni-mainz.de/583_DEU_HTML.php

Dr. Steffen Berg, Shell Global Solutions International B.V.
2288 GS Rijswijk, Niederlande
Tel.: +31 70 447 6161, E-Mail: steffen.berg@shell.com
http://www.shell.com

Originalveröffentlichung
Real-time 3D imaging of Haines jumps in porous media flow
Steffen Berg, Holger Ott, Stephan A. Klapp, Alex Schwing, Rob Neiteler, Niels Brussee, Axel Makurat, Leon Leu, Frieder Enzmann, Jens-Oliver Schwarz, Michael Kersten, Sarah Irvine, and Marco Stampanoni
Proceedings of the National Academy of Sciences
Published online before print February 19, 2013, DOI: 10.1073/pnas.1221373110 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1221373110

Dagmar Baroke | Paul Scherrer Institut (PSI)
Weitere Informationen:
http://www.psi.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Forschen in 15 Kilometern Höhe - Einsatz des Flugzeuges HALO wird weiter gefördert
22.07.2016 | Universität Leipzig

nachricht Tiefseebergbau: Forscher fordern mehr Schutzgebiete
22.07.2016 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forschen in 15 Kilometern Höhe - Einsatz des Flugzeuges HALO wird weiter gefördert

Das moderne Höhen-Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) wird auch in Zukunft für Projekte zur Atmosphären- und Erdsystemforschung eingesetzt werden können: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte jetzt Fördergelder von mehr als 11 Millionen Euro für die nächste Phase des HALO Schwerpunktprogramms (SPP 1294) in den kommenden drei Jahren. Die Universität Leipzig ist neben der Goethe-Universität Frankfurt am Main und der Technischen Universität Dresden federführend bei diesem DFG-Schwerpunktprogramm.

Die Universität Leipzig wird von der Fördersumme knapp 6 Millionen Euro zur Durchführung von zwei Forschungsprojekten mit HALO sowie zur Deckung der hohen...

Im Focus: Mapping electromagnetic waveforms

Munich Physicists have developed a novel electron microscope that can visualize electromagnetic fields oscillating at frequencies of billions of cycles per second.

Temporally varying electromagnetic fields are the driving force behind the whole of electronics. Their polarities can change at mind-bogglingly fast rates, and...

Im Focus: Rekord in der Hochdruckforschung: 1 Terapascal erstmals erreicht und überschritten

Einem internationalen Forschungsteam um Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia und Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, im Labor einen Druck von 1 Terapascal (= 1.000.000.000.000 Pascal) zu erzeugen. Dieser Druck ist dreimal höher als der Druck, der im Zentrum der Erde herrscht. Die in 'Science Advances' veröffentlichte Studie eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten für die Physik und Chemie der Festkörper, die Materialwissenschaft, die Geophysik und die Astrophysik.

Extreme Drücke und Temperaturen, die im Labor mit hoher Präzision erzeugt und kontrolliert werden, sind ideale Voraussetzungen für die Physik, Chemie und...

Im Focus: Graphen von der Rolle: Serienfertigung von Elektronik aus 2D-Nanomaterialien

Graphen, Kohlenstoff in zweidimensionaler Struktur, wird seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 als ein möglicher Werkstoff der Zukunft gehandelt: Sein geringes Gewicht, die extreme Festigkeit, vor allem aber seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit wecken Hoffnungen, Graphen bald für vollkommen neue Geräte und Technologien einsetzen zu können. Einen ersten Schritt gehen jetzt die Forscher im EU-Forschungsprojekt »HEA2D«: Ziel ist es, das 2D-Nanomaterial von einer Kupferfolie durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Kunststofffolien und -bauteile zu übertragen. Auf diese Weise soll eine Serienfertigung elektronischer und opto-elektronischer Komponenten auf Graphenbasis möglich werden.

Besonders interessiert an hochleistungsfähiger Elektronik aus 2D-Materialien ist die Automobilindustrie, die diese in Schaltern mit transparenten Leiterbahnen,...

Im Focus: Menschen können einzelnes Photon sehen

Forscher am Wiener Institut für Molekulare Pathologie (IMP) und an der Rockefeller University in New York wiesen erstmals nach, dass Menschen ein einzelnes Photon wahrnehmen können. Für ihre Experimente verwendeten sie eine Quanten-Lichtquelle und kombinierten sie mit einem ausgeklügelten psycho-physikalischen Ansatz. Das Wissenschaftsjournal “Nature Communications” veröffentlicht die Ergebnisse in seiner aktuellen Ausgabe.

Trotz zahreicher Studien, die seit über siebig Jahren zu diesem Thema durchgeführt wurden, konnte die absolute Untergrenze der menschlichen Sehfähigkeit bisher...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress für Molekulare Medizin: Krankheiten interdisziplinär verstehen und behandeln

20.07.2016 | Veranstaltungen

Ultraschnelle Kalorimetrie: Gesellschaft für thermische Analyse GEFTA lädt zur Jahrestagung

19.07.2016 | Veranstaltungen

Das neue Präventionsgesetz aktiv gestalten

19.07.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Kamera für unsichtbare Felder

22.07.2016 | Physik Astronomie

3-D-Analyse von Materialien: Saarbrücker Forscher erhält renommierten US-Preis für sein Lebenswerk

22.07.2016 | Förderungen Preise

Signale der Hirnflüssigkeit steuern das Verhalten von Stammzellen im Gehirn

22.07.2016 | Biowissenschaften Chemie