WO2024083499A1 - Device for determining the diffusion coefficient of a rock sample under high-pressure conditions, and method for same - Google Patents

Device for determining the diffusion coefficient of a rock sample under high-pressure conditions, and method for same Download PDF

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WO2024083499A1
WO2024083499A1 PCT/EP2023/077328 EP2023077328W WO2024083499A1 WO 2024083499 A1 WO2024083499 A1 WO 2024083499A1 EP 2023077328 W EP2023077328 W EP 2023077328W WO 2024083499 A1 WO2024083499 A1 WO 2024083499A1
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WO
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gas
measuring
area
sample
rock sample
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/077328
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Inventor
Marcel STEINMETZ
Timur ZHAINAKOV
Eugen Hoffmann
Jonas WEGNER
Original Assignee
Hot Microfluidics Gmbh
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Publication date
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    • G01N15/0806—Details, e.g. sample holders, mounting samples for testing
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    • G01N2013/003—Diffusion; diffusivity between liquids

Definitions

  • the invention relates to a device for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions, wherein the device has a sample holder, having a sample receiving area for receiving the rock sample, a first measuring area into which a first gas can be introduced, and a second measuring area, which measuring areas are arranged on different sides of the sample receiving area, so that in the use state a first gas introduced into the first measuring area can diffuse from the first measuring area through a rock sample arranged in the sample receiving area to the second measuring area.
  • the invention relates to a method for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions.
  • Devices for determining the diffusion coefficient of a rock sample in which a rock sample is exposed to a gas on one side of the rock sample and the amount of gas diffused through the rock sample is measured, are known.
  • the gas is diffused through the rock sample and the amount of gas is measured at room pressure and room temperature.
  • the gas diffused through the rock sample is often measured using gas chromatography by sampling the gas that has diffused through.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the beginning for determining a diffusion coefficient of a rock sample, which has a high level of usability.
  • a further object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset which has a high level of usability.
  • the first measuring range and preferably the second measuring range are designed to receive gas with a gas pressure between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar, and the first measuring range is part of a first spectroscopy measuring section for the time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas in the first measuring range and the second measuring range is part of a second spectroscopy measuring section for the time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas in the second measuring range in order to determine a diffusion coefficient of the rock sample by comparing the gas proportions.
  • the invention is based on the idea of using a device for determining a diffusion coefficient of a rock sample to simulate the boundary conditions of diffusion through the rock sample or of a diffusion measurement that often prevail in a gas storage facility, particularly an underground one, for example an underground gas reservoir.
  • a gas storage facility can be a gas storage facility, particularly an underground one.
  • the gas storage facility is usually designed to store gas in it for later use or later removal. In this way, the storage capacity of a gas in the gas storage facility can be investigated or determined.
  • gas in particular the first gas
  • gas can be inserted, in particular introduced, into the first measuring range and in particular into the second measuring range, so that a gas pressure of between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar, is present in the respective measuring range.
  • the first measuring range and in particular the second measuring range for receiving gas, in particular the first gas is provided with such a Gas pressure is formed. This allows the gas to diffuse efficiently through the rock sample under appropriate pressure conditions.
  • a first gas is introduced into the first measuring area in order to cause the first gas to diffuse from the first measuring area through the rock sample into the second measuring area.
  • the diffusion coefficient of the rock sample can be determined with high accuracy if a gas proportion of the first gas in the first measuring area and a gas proportion of the first gas in the second measuring area are each determined or measured as a function of time.
  • the gas proportion of the first gas can be a concentration of the first gas or a change in the concentration of the first gas over time.
  • the diffusion coefficient of the rock sample can be determined by comparing a gas proportion of the first gas in the first measuring area and a gas proportion of the first gas in the second measuring area as a function of the diffusion time. It is advantageous if the gas proportions in the first measuring range and in the second measuring range are each determined using spectroscopy. This allows the gas proportions of the first gas in the respective measuring range to be measured with negligible influence on the gas in the respective measuring range, in particular with negligible influence on a gas pressure in the respective measuring range.
  • the diffusion coefficient of the rock sample is usually determined in relation to the first gas in particular.
  • the first measuring range can expediently be part of a first spectroscopy measuring section and the second measuring range part of a second spectroscopy measuring section in order to spectroscopically determine a gas proportion of the first gas in the respective measuring range using the respective spectroscopy measuring section.
  • the respective gas proportion is usually determined as a function of time.
  • the first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section are usually designed as part of the device.
  • the sample receiving area usually forms a sample receiving volume in which the rock sample can be arranged.
  • the first measuring area and/or the second measuring area each form a gas receiving volume for receiving a gas, in particular with an aforementioned pressure.
  • the sample receiving area, the first measuring area and the second measuring area are usually arranged and connected to one another in such a way that, in the operating state, a gas located in the first measuring area, in particular a first gas, can diffuse through the rock sample located in the sample receiving area into the second sample receiving area.
  • the first measuring area and the second measuring area usually form two gas receiving volumes that are separate from one another and are connected to one another in a gas-conducting manner via the sample receiving area or the sample receiving volume.
  • the first measuring area and the second measuring area are arranged on different, in particular opposite, sides of the sample receiving area or are arranged in such a way that, in the operating state, a gas in the first measuring area and a gas in the second measuring area contact a rock sample located in the sample receiving area on different, in particular opposite, sides of the rock sample. This allows gas from the first measuring area to diffuse through the rock sample into the second measuring area.
  • the device usually has a first gas transport line connected to the first measuring area in a gas-conducting manner and a second gas transport line connected to the second measuring area in a gas-conducting manner in order to supply gas to the first measuring area or second measuring area via the respective gas transport line or to remove gas from it.
  • a first gas can be supplied to the first measuring area and a second gas can be supplied to the second measuring area via the respective gas transport line.
  • the first measuring area can be expediently connected to a first gas source via the first gas transport line in order to supply first gas from the first gas source to the first measuring area
  • the second measuring area can be connected to a second gas source via the second gas transport line in order to supply second gas from the second gas source to the second measuring area.
  • the first gas and second gas usually have a different gas composition.
  • a gas pressure of the gas in the respective measuring area is used.
  • Gas for example the first gas in the first measuring range and the second gas in the second measuring range, is set between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar.
  • the operating state refers to a state of the device in which a rock sample is arranged in the sample area for determining the diffusion coefficient. It is usually provided that in the operating state a first gas can be introduced or is introduced into the first measuring area so that the first gas can diffuse from the first measuring area through the rock sample arranged in the sample receiving area to, in particular, the second measuring area.
  • High pressure conditions usually refer to a gas pressure in the sample holder, in particular the first measuring area and optionally in the second measuring area, between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar. Accordingly, the sample holder, in particular the first measuring area and/or the sample receiving area and/or the second measuring area, is usually designed to receive a gas with a corresponding gas pressure.
  • the rock sample is usually a core drilling sample.
  • the rock sample usually has an elongated shape.
  • the rock sample is usually arranged in the sample receiving area such that a longitudinal direction of the rock sample is oriented essentially in a direction from the first measuring area to the second measuring area.
  • the rock sample usually has a cylindrical or prismatic shape.
  • the rock sample is often formed with a porous material.
  • the rock sample usually has a diameter, which is usually oriented orthogonally to the longitudinal direction of the rock sample, between 1 cm and 10 cm, in particular between 2 cm and 5 cm.
  • the first measuring area can expediently form a first gas receiving cavity or be such and the second measuring area can form a second gas receiving cavity or be such, which gas receiving cavities define the respective gas receiving volume.
  • the sample receiving area can form a sample receiving cavity for receiving the rock sample or be such, wherein the sample receiving cavity in particular defines the sample receiving volume.
  • the first gas receiving cavity and the second gas receiving cavity can be connected to one another in a gas-conducting manner via the sample receiving cavity, usually in such a way that, in the operational state, the first gas receiving cavity and the second gas receiving cavity are separated from one another by the rock sample arranged in the sample receiving cavity.
  • the respective gas receiving volume or the respective gas receiving cavity is usually limited by a surface of the rock sample in the sample receiving area.
  • the first measuring area, the sample receiving area and the second measuring area form a common receiving cavity, so that the rock sample arranged in the sample receiving area in the operational state forms a gas receiving cavity or gas receiving volume of the first measuring area and a gas receiving cavity or gas receiving volume of the second measuring area, which are separated from one another in particular by the rock sample.
  • the first measuring region, the sample receiving region and the second measuring region are designed and connected to one another in such a way that gas transport, in particular transport of first gas, from the first measuring region into the second measuring region is essentially only possible by diffusion through the rock sample arranged in the sample receiving region.
  • the first spectroscopy measuring section and/or the second spectroscopy measuring section is designed with an electromagnetic radiation source for exposing gas in the respective measuring area to electromagnetic radiation and with a spectroscope for spectroscopically measuring the electromagnetic radiation after at least some areas of the gas have been irradiated.
  • the first spectroscopy measuring section and/or the second spectroscopy measuring section are usually designed to carry out spectroscopy, in particular absorption spectroscopy, wherein partial absorption of the electromagnetic radiation by the gas, in particular the first gas, in the respective measuring area is detected with the spectroscope depending on the wavelength in order to determine the proportion of the first gas in the respective measuring area.
  • the gas is usually irradiated with electromagnetic radiation at least in part, so that an electromagnetic spectrum of the electromagnetic radiation changes depending on the gas content, in particular depending on the gas content of the first gas.
  • the electromagnetic radiation at least partially absorbed by the gas in a gas molecule-specific manner.
  • the electromagnetic radiation source is usually designed to emit electromagnetic radiation, in particular broadband.
  • the electromagnetic radiation source is preferably an infrared radiation source, preferably with a wavelength of radiation emittable by the infrared radiation source between 1500 nm and 5000 nm.
  • the spectroscope is usually designed to display an electromagnetic spectrum, in particular an electromagnetic absorption spectrum, of the electromagnetic radiation after at least some areas of the gas have been penetrated in the respective measuring range with the electromagnetic radiation or to measure a gas proportion of the first gas in the respective measuring range.
  • the respective gas proportion can be determined from the spectroscopic measurement or the electromagnetic spectrum using an electronic evaluation unit of the device, which evaluation unit can be part of the respective spectroscope.
  • the electromagnetic spectrum detected with the spectroscope usually represents the electromagnetic radiation, in particular its radiation intensity, depending on the wavelength.
  • one or more absorption peaks of the detected electromagnetic spectrum represent an absorption of electromagnetic radiation by the gas depending on the respective gas proportions of a gas composition of the gas, in particular a gas proportion of the first gas.
  • the gas in the respective measuring range is at least partially or partially irradiated with electromagnetic radiation emitted by the respective electromagnetic radiation source and the electromagnetic radiation is analyzed by the spectroscope, usually after it has been forwarded to the respective spectroscope.
  • the first spectroscopy measuring section or the second spectroscopy measuring section are usually designed as part of the device. From a time-dependent change in the gas proportions of the first gas measured with the first and second spectroscopy measuring sections in the respective measuring ranges, the diffusion coefficient of the rock sample can be determined by comparing the gas proportions of the first gas.
  • the first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section can each have their own electromagnetic radiation source and/or their own spectroscope.
  • Spectroscopy measuring section has a radiation supply line via which the respective electromagnetic radiation source and the respective measuring area are connected in a radiation-conducting manner. Electromagnetic radiation can thus be guided via the radiation supply line from the radiation source to the respective measuring area and in particular can be coupled into the respective measuring area via the radiation supply line.
  • the first spectroscopy measuring section and/or the second spectroscopy measuring section each have a radiation discharge line via which the respective measuring area and the respective spectroscope are connected in a radiation-conducting manner. Electromagnetic radiation can thus be guided from the respective measuring area via the radiation discharge line to the spectroscope and in particular can be coupled out of the respective measuring area via the radiation discharge line.
  • Electromagnetic radiation can thus be efficiently guided from the electromagnetic radiation source via the radiation supply line to the respective measuring area in order to expose gas in the measuring area to the electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation can be passed on to the spectroscope via the radiation discharge line.
  • the respective radiation source and/or the respective spectroscope are usually arranged outside the respective measuring area, in particular outside the sample holder.
  • the radiation supply line and/or radiation discharge line can be designed with, in particular as, optical waveguides, in particular glass fiber cables.
  • the radiation supply line and/or radiation discharge line are usually connected in a gas-tight manner to the respective measuring area, in particular the sample holder, with a line connection, usually designed as a line feedthrough, in particular as a fiber feedthrough.
  • a line connection usually designed as a line feedthrough, in particular as a fiber feedthrough.
  • the first spectroscopy measuring section and/or the second spectroscopy measuring section each have their own radiation supply line or their own radiation discharge line.
  • Spectroscopy measuring sections are arranged in such a way that they correspond to one another that electromagnetic radiation introduced into the respective measuring area via the radiation supply line can be guided to the spectroscope of the spectroscopy measuring section via the radiation discharge line after at least partially irradiating gas in the measuring area. It is expedient if an output of the radiation supply line and an input of the radiation discharge line are arranged opposite one another in the respective measuring area, so that electromagnetic radiation guided via the radiation supply line can be introduced from the output of the radiation supply line into the respective measuring area and, after at least partially irradiating a gas in the respective measuring area, can enter the input of the radiation discharge line for further transmission via the radiation discharge line.
  • the output and input are usually arranged at a distance from one another, usually oriented along a straight line facing one another.
  • the radiation supply line and radiation discharge line of the first and/or second spectroscopy measuring section are usually designed in this way.
  • the output of the radiation supply line and/or the input of the radiation discharge line can each have an optical element for directing the electromagnetic radiation.
  • the optical element can be designed to refract the electromagnetic radiation in order to direct the electromagnetic radiation.
  • the optical element can be formed with a lens.
  • first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section have a common, in particular aforementioned, electromagnetic radiation source and/or a common, in particular aforementioned, spectroscope. It is practical if the first measuring area and second measuring area are connected to the, in particular shared, spectroscope via a splitter for transmitting radiation to the spectroscope, wherein the splitter is designed, in particular according to a predetermined temporal ordering scheme, to alternately transmit electromagnetic radiation from the first measuring area and electromagnetic radiation from the second measuring area to the spectroscope, in particular to switch them through. In this way, a design with a common spectroscope can be efficiently implemented.
  • the splitter is usually designed as part of the first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section.
  • the respective measuring area and the splitter are usually each connected to one another in a radiation-conducting manner via the radiation discharge line in order to conduct electromagnetic radiation from the respective measuring area to the splitter.
  • the respective radiation discharge line is usually each connected to an input port of the splitter in a radiation-conducting manner.
  • the splitter can be connected via a radiation transport line, which is usually connected to an output port of the splitter is connected in a radiation-conducting manner, be connected in a radiation-conducting manner to the spectroscope in order to transmit electromagnetic radiation via the radiation transport line to the spectroscope.
  • the splitter is usually designed to alternately transmit, in particular to switch through, electromagnetic radiation from one of the input ports to the output port, in particular according to a predetermined temporal ordering scheme.
  • the splitter can be designed as part of the common spectroscope.
  • the device has a temperature control device for controlling the temperature, in particular heating and/or cooling, of the sample holder.
  • the temperature control device can be designed for controlling the temperature, in particular heating and/or cooling, of a gas, in particular a first gas, in the first measuring range and/or a gas, in particular a second gas, in the second measuring range. This allows a specific temperature to be set in the sample holder, in particular in the gas of the first measuring range or in the gas of the second measuring range.
  • the respective gas temperature in the first measuring range and/or second measuring range is usually set between 20 °C and 100 °C, in particular between 30 °C and 50 °C.
  • the temperature control device is controlled, in particular regulated, in such a way that a gas temperature of the gas in the first measuring range and a gas temperature of the gas in the second measuring range are each constant.
  • the gas temperatures in the first measuring range and second measuring range are usually kept the same during the measuring procedure. This usually applies essentially during an entire measurement procedure for determining the diffusion coefficient.
  • the device usually has the temperature control device.
  • the device can have one or more temperature sensors for temperature measurement in order to control, in particular to regulate, the temperature control device depending on a temperature measurement with the temperature sensor.
  • the temperature sensors can be designed to measure a temperature in the sample holder, in particular in the first measuring area and/or second measuring area.
  • a temperature sensor can expediently be arranged in the first measuring area and/or in the second measuring area.
  • the temperature control device can be an oven in which the sample holder is arranged.
  • the device can expediently have one or more pressure sensors in order to measure a gas pressure in the first and/or second measuring range.
  • a pressure sensor can be arranged in the first and/or second measuring range.
  • the sample receiving area is formed with a sample receiving wall that is deformable, in particular elastically, so that in the use state with deformation of the sample receiving wall a press connection can be established between the sample receiving wall and the rock sample for sealing.
  • a gas seal can be implemented between the rock sample and the sample receiving wall or gas transport between the first measuring area and the second measuring area in an area between the rock sample and the sample receiving wall can be prevented.
  • the sample receiving area is usually formed with one or more sample receiving walls that enclose the rock sample in the use state.
  • the sample receiving walls usually surround or form the sample receiving volume or the sample receiving cavity.
  • several of the sample receiving walls are designed to be deformable, in particular elastically, as described.
  • sample receiving area is designed with a sample receiving tube, in particular sample receiving hose, for receiving the rock sample.
  • the sample receiving tube is preferably formed with one or more of the aforementioned sample receiving walls. It is advantageous if the sample receiving wall or walls, in particular the sample receiving tube, are formed with, in particular from, an elastomer, preferably Viton.
  • sample receiving wall of the sample receiving area is coupled to a pressure chamber, so that with an increase in pressure in the pressure chamber, in particular a pressure chamber volume of the pressure chamber, the sample receiving wall of the sample receiving area can be deformed, in particular elastically.
  • a press connection between the sample receiving wall and the rock sample can be implemented efficiently for sealing by deforming the sample receiving wall. This can apply to several, in particular essentially all, of the sample receiving walls of the sample receiving space.
  • the pressure chamber in particular a pressure chamber volume of the pressure chamber, is usually filled with a fluid, in particular with a Liquid, for example water, can be filled in order to deform the sample receiving wall of the sample receiving area, in particular elastically, using a fluid pressure of the fluid.
  • a fluid in particular with a Liquid, for example water
  • the sample receiving area or the sample receiving cavity is circumferentially surrounded by the pressure chamber, in particular the pressure chamber volume of the pressure chamber.
  • the sample receiving wall borders on the pressure chamber volume. It is expedient if, in the use state, the sample receiving wall or sample receiving walls of the sample receiving space can be pressed circumferentially around the rock sample with, in particular elastic, deformation of the sample receiving wall or sample receiving walls against the rock sample.
  • the sample receiving wall or sample receiving walls of the sample receiving area can be deformed along a predominant length of the rock sample, in particular as described.
  • a fluid pressure between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar, can usually be implemented, in particular controlled, preferably regulated, adjusted.
  • the device usually has the pressure chamber.
  • first measuring area is connected to a first gas transport line in a gas-conducting manner and the second measuring area is connected to a second gas transport line in a gas-conducting manner in order to supply gas to or remove gas from the respective measuring area via the respective gas transport line.
  • first gas can be supplied to the first measuring area via the first gas transport line and/or second gas can be supplied to the second measuring area via the second gas transport line.
  • the first gas transport line and the second gas transport line are usually part of the device.
  • first measuring range and the second measuring range are coupled to one another via a pressure compensation device in a gas pressure-transmitting manner in order to keep a gas pressure ratio between a gas pressure in the first measuring range and a gas pressure in the second measuring range constant with the pressure compensation device.
  • the pressure compensation device is preferably designed to compensate for a gas pressure in the first measuring range and a gas pressure in the second measuring area at the same height.
  • the pressure compensation device can couple the first gas transport line and the second gas transport line to one another in a gas pressure-transmitting manner.
  • the first gas transport line and the second gas transport line can be connected to the pressure compensation device.
  • the pressure compensation device has a pressure compensation membrane in order to transfer a gas pressure from one side of the pressure compensation membrane to the other with, in particular, elastic, deformation of the pressure compensation membrane, in particular to at least partially compensate for a gas pressure difference on different sides of the pressure compensation membrane.
  • the first measuring area and the second measuring area can expediently be coupled to one another in a gas pressure-transmitting manner via the pressure compensation membrane, for example via the first gas transport line and the second gas transport line.
  • the pressure compensation device is usually designed as part of the device.
  • the pressure compensation membrane can be formed with, in particular from, an elastomer, in particular acrylonitrile butadiene rubber.
  • the first measuring range and the second measuring range are connected to different gas sources for supplying different gases to the measuring ranges.
  • This makes it possible to set defined atmospheric conditions in the first and second measuring ranges.
  • the first measuring range is connected to a first gas source for supplying a first gas to the first measuring range and the second measuring range is connected to a second gas source for supplying a second gas to the second measuring range.
  • the first gas and second gas are typically different gases. This means that a first gas that has diffused from the first measuring range through the rock samples into the second measuring range can be detected with high accuracy in the second measuring range.
  • the first gas source and second gas source are typically part of the device.
  • the device has a first gas discharge line which is connected to the first measuring area in a gas-conducting manner, and/or a second gas discharge line which is connected to the second measuring area in a gas-conducting manner, in order to discharge gas from the respective measuring area via the respective gas discharge line.
  • the respective gas discharge line can be present in addition to the respective gas transport line.
  • the first and/or second gas transport line is each formed with a gas discharge line and a gas supply line, wherein the gas discharge line and gas supply line are fluidically connected to the respective measuring area via a multi-way valve, so that gas transport between the respective measuring area and the selectively adjustable respective gas supply line or gas discharge line can be implemented by switching the multi-way valve.
  • the respective multi-way valve can be fluidically connected to the respective measuring area via a gas connection line.
  • the multi-way valve and/or the connection line can be designed as part of the gas transport line.
  • the diffusion coefficient is usually dependent on the rock sample, in particular its rock sample material, the first gas and possibly the second gas.
  • the diffusion coefficient is usually dependent on a gas pressure and/or a temperature in the sample holder.
  • the gas pressure in the sample holder refers in particular to a gas pressure in the first measuring range and/or a gas pressure in the second measuring range.
  • the temperature in the sample holder refers in particular to a temperature in the first measuring range and/or a temperature in the second measuring range.
  • the first gas and second gas usually have a different gas composition. It is advantageous if the first gas is predominantly formed with, in particular essentially from, nitrogen, methane or hydrogen.
  • the second gas can expediently be predominantly formed with, in particular essentially from, nitrogen, methane or hydrogen, wherein the second gas has a different gas composition than the first gas.
  • the first gas can be predominantly formed with, in particular essentially from, hydrogen and the second gas predominantly with, in particular essentially from, methane, or in an analogous manner in reversed form.
  • the first gas and/or the second gas can each be formed with several gas components.
  • the further object of the invention is achieved by a method of the type mentioned at the outset for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions, when, in the case of a rock sample with a device described in this document for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions, the rock sample is arranged in the sample receiving area and a first gas is passed into the first measuring area in order to cause diffusion of the first gas from the first measuring area through the rock sample to the second measuring area, wherein a gas pressure of between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar, is set in the first measuring area, after which a gas portion of the first gas located in the first measuring area is measured with the first spectroscopy measuring section and a gas portion of the first gas located in the second measuring area is measured with the second spectroscopy measuring section in a time-dependent manner in order to determine a diffusion coefficient of the rock sample by comparing the gas portions.
  • a diffusion coefficient of a rock sample can be determined with high accuracy, particularly at the aforementioned gas pressures.
  • the method enables a high level of usability in determining a diffusion coefficient of a rock sample, particularly at high pressure conditions.
  • the method for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions can be designed according to the features and effects which are described in this document in the context of a device for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions, in particular above. The same applies to the device with regard to the method.
  • the respective time-dependent measurement of the gas content of the first gas can be a time-dependent measurement of a change in the gas content of the first gas.
  • several measurements of a gas content of the first gas in the respective measuring range are carried out with the first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section.
  • the diffusion coefficient can be determined.
  • the comparison is made with a computer-based simulation model, with which the diffusion coefficient is calculated based on measurement data generated with the measurements.
  • the device can expediently have an electronic data processing device, usually formed with a microcontroller, which is designed to determine the diffusion coefficient of the rock sample, in particular computer-implemented, by comparing the gas proportions of the first gas, in particular as described.
  • the electronic evaluation unit can be part of the data processing device.
  • a second gas is introduced, in particular passed, into the second measuring area so that the second gas spreads in the rock sample, preferably the rock sample is saturated with the second gas.
  • Introducing the second gas into the second measuring area to saturate the rock sample with the second gas usually takes place at a gas pressure of the second gas in the second measuring range between 1 bar and 100 bar, in particular between 2 bar and 25 bar.
  • a gas pressure of the second gas in the second measuring range is then set between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar, usually before the first gas is introduced into the first measuring range.
  • the second measuring region predominantly, preferably substantially, contains the second gas.
  • a gas pressure ratio between the first measuring range and the second measuring range are kept constant, in particular the first measuring range and the second measuring range have the same gas pressure.
  • Measuring procedure usually refers to carrying out the spectroscopic measurements to determine the diffusion coefficient during an ongoing diffusion of the first gas from the first measuring area through the rock sample to, in particular into, the second measuring area, so that the diffusion coefficient can be determined in particular based on the measurements.
  • a gas pressure of between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar is set in the first measuring range and in the second measuring range.
  • Gas pressures of the same magnitude are usually set in the first measuring range and in the second measuring range.
  • the gas pressure in the first measuring range and/or the gas pressure in the second measuring range is kept between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar, in particular during essentially the entire measuring procedure.
  • the gas pressure in the first measuring range and the gas pressure in the second measuring range are usually the same magnitude.
  • the gas storage facility can be a gas storage facility for a second gas, in which gas storage facility a first gas is to be taken up.
  • the gas storage facility can be a gas storage facility, in particular an underground gas storage facility.
  • the gas storage facility, in particular the gas storage facility can be a methane gas storage facility, in particular a methane gas storage facility, in which a second gas, for example hydrogen gas, is to be taken up.
  • a diffusion of gas in a gas storage facility in particular a gas storage facility, can be determined with high accuracy. It is advantageous if this enables a possibility of use, in particular a storage capacity, of the gas storage facility, in particular the gas storage facility, for storing a gas and/or the storage capacity of a gas in the gas storage facility, in particular in the gas deposit, is determined.
  • a gas pressure in the first measuring range or second measuring range usually refers to a gas in the respective measuring range, in particular the gas absorption volume of the respective measuring range. This applies analogously to a temperature and/or a gas pressure in the respective measuring range.
  • the gas can be formed with, in particular from, the first gas and/or the second gas.
  • Fig. 1 shows a device for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions
  • Fig. 2 is a detail of the device of Fig. 1 in an enlarged view in an operational state of the device.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a device 1 for determining a diffusion coefficient of a rock sample 2 under high pressure conditions.
  • the device 1 has a sample holder 3 with a sample receiving area 4 for receiving a rock sample 2, a first measuring area 5 into which a first gas 28 can be introduced, and a second measuring area 6 into which a second gas 29 can be introduced.
  • the first measuring area 5 and the second measuring area 6 are arranged on different sides of the sample receiving area 4 so that, in the operating state, a first gas 28 introduced into the first measuring area 5 can diffuse from the first measuring area 5 through a rock sample 2 arranged in the sample receiving area 4 to the second measuring area 6.
  • the first measuring area 5 and the second measuring area 6 are designed to receive gas with a gas pressure between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar.
  • the first measuring area 5, the second measuring area 6 and the sample receiving area 4 form a common receiving cavity, so that by arranging the rock sample 2 in the sample receiving area 4, the first measuring area 5 and the second measuring area 6 each forms a gas absorption volume, which gas absorption volumes are separated from each other by the rock sample 2.
  • the first measuring range 5 is part of a first spectroscopy measuring section 7 for the time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas 28 in the first measuring range 5 and the second measuring range 6 is part of a second spectroscopy measuring section 8 for the time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas 28 in the second measuring range 6.
  • the respective gas proportions are determined spectroscopically using the respective spectroscopy measuring sections 7, 8. By comparing the gas proportions, a diffusion coefficient of the rock sample 2 can be determined.
  • the first spectroscopy measuring section 7 and the second spectroscopy measuring section 8 have an electromagnetic radiation source 9 and a spectroscope 10 in order to at least partially irradiate gas located in the respective measuring area 5, 6 with electromagnetic radiation emitted by the electromagnetic radiation source 9 and then to analyze the electromagnetic radiation with the spectroscope 10 in order to determine a proportion or a concentration of the first gas 28 in the respective measuring area 5, 6.
  • the respective spectroscopy measuring section 7, 8 is usually used to carry out absorption spectroscopy of the gas in the respective measuring area 5, 6.
  • the electromagnetic radiation source 9 is preferably an infrared radiation source.
  • the first spectroscopy measuring section 7 and the second spectroscopy measuring section 8 preferably have a common electromagnetic radiation source 9 and/or a common spectroscope 10. Alternatively, a separate electromagnetic radiation source 9 and/or a separate spectroscope 10 can be provided.
  • the respective spectroscopy measuring section 7, 8 usually has a radiation supply line 12 which connects the radiation source 9 to the respective measuring area 5, 6 for transmitting electromagnetic radiation from the electromagnetic radiation source 9 to the measuring area 5, 6.
  • the respective spectroscopy measuring section 7, 8 usually has a radiation discharge line 13 which connects the respective measuring area 5, 6 to the spectroscope 10 for transmitting electromagnetic radiation from the respective measuring area 5, 6 to the spectroscope 10.
  • the radiation supply lines 12 and radiation discharge lines 13 can be designed with, in particular as, optical waveguides. If the first spectroscopy measuring section 7 and the second spectroscopy measuring section 8 have a common spectroscope 10, it is advantageous if the first spectroscopy measuring section 7 and the second spectroscopy measuring section 8 have a splitter 11 in order to guide the electromagnetic radiation from the first measuring area 5 and second measuring area 6 via the splitter 11 to the spectroscope 10.
  • the splitter 11 is designed to alternately guide electromagnetic radiation from the first measuring area 5 and electromagnetic radiation from the second measuring area 6 to the spectroscope 10.
  • the splitter 11 is usually connected to the first measuring area 5 and to the second measuring area 6 via the respective radiation discharge line 13 for the guidance of electromagnetic radiation from the
  • Measuring areas 5, 6 are connected to the splitter 11.
  • the splitter 11 is usually connected to the spectroscope 10 via a radiation transport line 14 for forwarding electromagnetic radiation to the spectroscope 10.
  • the first measuring area 5 is usually connected in a gas-conducting manner to a first gas transport line 15 and the second measuring area 6 to a second gas transport line 16 in order to supply gas to or remove gas from the first measuring area 5 via the first gas transport line 15 and to supply gas to or remove gas from the second measuring area 6 via the second gas transport line 16.
  • first gas transport line 15 and/or the second gas transport line 16 are each implemented with a gas supply line 17 and a gas discharge line 18, which are connected in a gas-conducting manner to the respective measuring area 5, 6 via a multi-way valve 31 in order to set a gas line between the gas supply line 17 and the respective measuring area 5, 6 or alternatively a gas line between the respective measuring area 5, 5 and the gas discharge line 18 in a controlled manner by switching the multi-way valve 31.
  • the sample receiving area 4 is formed with a, in particular elastically, deformable sample receiving wall 19, so that in the operational state with deformation of the sample receiving wall 19 a press connection between the sample receiving wall 19 and the rock sample 2 can be implemented to seal against a gas flow between the rock sample 2 and the sample receiving wall 19.
  • the sample receiving area 4 can be designed as a sample receiving hose, which in the operational state encloses the rock sample 2 circumferentially.
  • the sample receiving area 4, in particular the sample receiving hose, is circumferentially surrounded by a pressure chamber 20, so that in the use state with a pressure increase in the pressure chamber 20, in particular in a pressure chamber volume 30 of the pressure chamber 20, the sample receiving wall 19 of the sample receiving area 4 can be pressed against the rock sample 2 with, in particular elastic, deformation of the sample receiving wall 19.
  • the sample holder 3 can expediently be arranged in the pressure chamber 20.
  • the pressure chamber 20 can have an access opening 21 and a closure element 22, wherein the access opening 21, in particular openable, is closed with the closure element 22, in particular gas-tight, in order to insert the sample holder 3 into the pressure chamber 20 via the access opening 21 or to remove it from the pressure chamber 20.
  • the pressure chamber 20 usually has one or more sealing elements 23 in order to close the access opening 21 and the closure element 22 together in a gas-tight manner.
  • the pressure chamber 20 can expediently have several such access openings 21 with closure elements 22.
  • the radiation supply lines 12 and radiation removal lines 13 can be connected in a gas-tight manner to walls of the sample holder 3, in particular the first measuring chamber or second measuring chamber, and/or the walls of the pressure chamber 20 or can be led through them. This can be implemented with line connections 32, in particular designed as fiber feedthroughs.
  • the first measuring area 5 and the second measuring area 6 can advantageously be coupled to one another via a pressure compensation device 24 in a gas pressure-transmitting manner in order to keep a gas pressure ratio between a gas pressure of gas in the first measuring area 5 and a gas pressure of gas in the second measuring area 6 constant, in particular to at least partially compensate for a gas pressure difference between the gas pressures in the first measuring area 5 and the second measuring area 6.
  • the pressure compensation device 24 can couple the first gas transport line 15, in particular its gas supply line 17, and the second gas transport line 16, in particular its gas supply line 17, to one another in a gas pressure-transmitting manner.
  • the pressure compensation device 24 is preferably formed with a pressure compensation membrane 25 in order to transmit a gas pressure from one of the measuring areas 5, 6 to the other measuring area 6, 5 by deforming the pressure compensation membrane 25, in particular elastically, in order to at least partially compensate for a gas pressure difference between the measuring areas 5, 6. to partially compensate.
  • the first measuring area 5 and the second measuring area 6 can each be connected in a fluid-conducting manner to opposite sides of the pressure compensation membrane 25.
  • the first measuring area 5 can be connected in a gas-conducting manner via the first gas transport line 15, in particular its gas supply line 17, to a first gas source 26 for supplying a first gas 28 to the first measuring area 5, and the second measuring area 6 can be connected in a gas-conducting manner via the second gas transport line 16, in particular its gas supply line 17, to a second gas source 27 for supplying a second gas 29 to the second measuring area 6.
  • first gas transport line 15 in particular its gas supply line 17
  • first gas source 26 for supplying a first gas 28 to the first measuring area 5
  • the second measuring area 6 can be connected in a gas-conducting manner via the second gas transport line 16, in particular its gas supply line 17, to a second gas source 27 for supplying a second gas 29 to the second measuring area 6. This is shown in Fig. 2.
  • a second gas 29 from the second gas source 27 is introduced into the second measuring area 6 so that the second gas 29 spreads in the rock sample 2 and, in particular, the rock sample 2 is saturated with the second gas 29.
  • the first measuring area 5 is then usually filled with the second gas 29 by diffusion of the second gas 29 from the second measuring area 6 through the rock sample 2 into the first measuring area 5.
  • the first gas 28 is then fed into the first measuring area 5 and a gas pressure of between 5 bar and 200 bar is set in the first measuring area 5, in particular in the first gas 28 in the first measuring area 5.
  • a gas pressure between 5 bar and 200 bar is also set in the second measuring range 6, in particular a gas pressure equal to that in the first measuring range 5. This operating state is shown in Fig. 2.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a section of the device 1 of Fig. 1 in an enlarged representation in an operational state of the device 1.
  • the multi-way valves 31 are not shown in Fig. 2 and the respective gas transport line 15, 16, implemented with a gas supply line 17, is fluidically connected to the respective gas source 26, 27.
  • the second measuring area 6 is filled with second gas 29 and the first measuring area 6 is filled with first gas 28 and second gas 29.
  • the rock sample 2 is usually, especially at the beginning of the diffusion process of the first gas 28 through the rock sample 2, saturated with second gas 29.
  • the first gas 28 is shown with darker shading than the second gas 29.
  • the first gas 28 can then diffuse through the rock sample 2 from the first measuring area 5 into the second measuring area 6.
  • a proportion or concentration of the first gas 28 in the first measuring area 5 is determined with the first spectroscopy measuring section 7 and a proportion or concentration of the first gas 28 in the second measuring area 6 is determined with the second spectroscopy measuring section 8 as a function of time in order to determine the diffusion coefficient of the rock sample 2 by comparing the gas proportions.
  • the diffusion coefficient is then usually dependent on the first gas 28 and the second gas 29.
  • the diffusion coefficient of the rock sample 2 can be determined with great accuracy under high pressure conditions using the device 1 or the method. This enables the device or the method to be used to a high degree.

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Abstract

The invention relates to a device (1) for determining the diffusion coefficient of a rock sample (2) under high-pressure conditions. The device (1) has a sample holder (3), having a sample receiving region (4) for receiving the rock sample (2), a first measuring region (5) into which a first gas can be introduced, and a second measuring region (6), said measuring regions (5, 6) being arranged on different sides of the sample receiving region (4) such that when in use, a first gas (28) which is introduced into the first measuring region (5) can be diffused from the first measuring region (5) into the second measuring region (6) through a rock sample (2) arranged in the sample receiving region (4). In order to achieve a high degree of usability, the first measuring region (5) and preferably the second measuring region (6) are designed for a gas pressure between 5 bar and 200 bar, and the first measuring region (5) and the second measuring region (6) are respective parts of a spectroscopic measuring section (7, 8) for a time-based measurement of a gas component of the first gas (28) in the first measuring region (5) and in the second measuring region (6) in order to determine the diffusion coefficient of the rock sample (2) by comparing the gas components. The invention additionally relates to a method for determining a diffusion coefficient.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen sowie Verfahren hierzu Device for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions and method therefor
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen, wobei die Vorrichtung einen Probenhalter, aufweisend einen Probenaufnahmebereich zur Aufnahme der Gesteinsprobe, einen ersten Messbereich, in welchen ein erstes Gas einleitbar ist, und einen zweiten Messbereich, welche Messbereiche an unterschiedlichen Seiten des Probenaufnahmebereiches angeordnet sind, sodass im Einsatzzustand ein in den ersten Messbereich eingeleitetes erstes Gas vom ersten Messbereich durch eine im Probenaufnahmebereich angeordnete Gesteinsprobe hindurch zum zweiten Messbereich diffundieren kann. The invention relates to a device for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions, wherein the device has a sample holder, having a sample receiving area for receiving the rock sample, a first measuring area into which a first gas can be introduced, and a second measuring area, which measuring areas are arranged on different sides of the sample receiving area, so that in the use state a first gas introduced into the first measuring area can diffuse from the first measuring area through a rock sample arranged in the sample receiving area to the second measuring area.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen. Furthermore, the invention relates to a method for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions.
Vorrichtungen zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe, wobei eine Gesteinsprobe an einer Seite der Gesteinsprobe mit einem Gas beaufschlagt wird und eine durch die Gesteinsprobe hindurchdiffundierte Gasmenge gemessen wird, sind bekannt. Üblicherweise erfolgen dabei eine Diffusion des Gases durch die Gesteinsprobe und eine Messung der Gasmenge bei Raumdruck und Raumtemperatur. Eine Messung des durch die Gesteinsprobe hindurchdiffundierten Gases erfolgt häufig mittels Gaschromatographie unter Entnahme des hindurchdiffundierten Gases. Devices for determining the diffusion coefficient of a rock sample, in which a rock sample is exposed to a gas on one side of the rock sample and the amount of gas diffused through the rock sample is measured, are known. Usually, the gas is diffused through the rock sample and the amount of gas is measured at room pressure and room temperature. The gas diffused through the rock sample is often measured using gas chromatography by sampling the gas that has diffused through.
Bei einer Auslegung von unterirdischen Gaslagerstätten insbesondere als Gasspeicher sind häufig Drücke bis zu 150 bar und Temperaturen in der Regel bis zu 50 °C zu beachten. Diffusionskoeffizienten von Gesteinsproben, welche bei Raumdruck und Raumtemperatur gemessen wurden, sind dabei häufig nur als grobe Abschätzungen verwendbar. When designing underground gas deposits, particularly as gas storage facilities, pressures of up to 150 bar and temperatures of up to 50 °C must often be taken into account. Diffusion coefficients of rock samples measured at room pressure and room temperature can often only be used as rough estimates.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe anzugeben, welche eine hohe Einsatzfähigkeit aufweist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine hohe Einsatzfähigkeit aufweist. This is where the invention comes in. The object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the beginning for determining a diffusion coefficient of a rock sample, which has a high level of usability. A further object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset which has a high level of usability.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe der erste Messbereich und bevorzugt der zweite Messbereich zur Aufnahme von Gas mit einem Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, ausgebildet sind und der erste Messbereich Teil einer ersten Spektroskopiemessstrecke zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases im ersten Messbereich und der zweite Messbereich Teil einer zweiten Spektroskopiemessstrecke zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases im zweiten Messbereich sind, um mit einem Vergleich der Gasanteile einen Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe zu bestimmen. The object is achieved according to the invention in that, in a device of the type mentioned at the outset for determining a diffusion coefficient of a rock sample, the first measuring range and preferably the second measuring range are designed to receive gas with a gas pressure between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar, and the first measuring range is part of a first spectroscopy measuring section for the time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas in the first measuring range and the second measuring range is part of a second spectroscopy measuring section for the time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas in the second measuring range in order to determine a diffusion coefficient of the rock sample by comparing the gas proportions.
Grundlage der Erfindung ist die Idee, bei einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe Randbedingungen einer Diffusion durch die Gesteinsprobe bzw. einer Diffusionsmessung nachzubilden, welche in einem, insbesondere unterirdischen, Gasspeicher, beispielsweise einer unterirdischen Gaslagerstätte, häufig vorherrschen. Auf diese Weise kann eine anwendungsorientierte Bestimmung des Diffusionskoeffizienten bzw. eine Bestimmung des Diffusionskoeffizienten mit hoher Genauigkeit umgesetzt werden. Der Gasspeicher kann eine, insbesondere unterirdische, Gaslagerstätte sein. Der Gasspeicher ist üblicherweise ausgebildet, Gas in diesen zur späteren Nutzung bzw. späteren Entnahme einzulagern. Auf diese Weise kann eine Einlagerungsfähigkeit eines Gases im Gasspeicher untersucht bzw. ermittelt werden. The invention is based on the idea of using a device for determining a diffusion coefficient of a rock sample to simulate the boundary conditions of diffusion through the rock sample or of a diffusion measurement that often prevail in a gas storage facility, particularly an underground one, for example an underground gas reservoir. In this way, an application-oriented determination of the diffusion coefficient or a determination of the diffusion coefficient can be implemented with high accuracy. The gas storage facility can be a gas storage facility, particularly an underground one. The gas storage facility is usually designed to store gas in it for later use or later removal. In this way, the storage capacity of a gas in the gas storage facility can be investigated or determined.
Besonders relevant für eine Bestimmung des Diffusionskoeffizienten ist es, Druckverhältnisse definiert darzustellen. Günstig ist es, wenn in den ersten Messbereich und insbesondere in den zweiten Messbereich Gas, insbesondere das erste Gas, einfügbar, insbesondere einleitbar, ist, sodass ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, im jeweiligen Messbereich gegeben ist. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn der erste Messbereich und insbesondere der zweite Messbereich zur Aufnahme von Gas, insbesondere erstem Gas, mit einem solchen Gasdruck ausgebildet sind. Dadurch kann eine Diffusion des Gases durch die Gesteinsprobe bei entsprechenden Druckverhältnissen effizient umgesetzt werden. It is particularly relevant for determining the diffusion coefficient to represent pressure conditions in a defined manner. It is advantageous if gas, in particular the first gas, can be inserted, in particular introduced, into the first measuring range and in particular into the second measuring range, so that a gas pressure of between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar, is present in the respective measuring range. Accordingly, it is advantageous if the first measuring range and in particular the second measuring range for receiving gas, in particular the first gas, is provided with such a Gas pressure is formed. This allows the gas to diffuse efficiently through the rock sample under appropriate pressure conditions.
Üblicherweise ist vorgesehen, dass ein erstes Gas in den ersten Messbereich eingeleitet wird, um eine Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe hindurch in den zweiten Messbereich zu bewirken. Der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe kann mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, wenn ein Gasanteil des ersten Gases im ersten Messbereich und ein Gasanteil des ersten Gases im zweiten Messbereich jeweils zeitabhängig bestimmt bzw. gemessen wird. Der Gasanteil des ersten Gases kann eine Konzentration des ersten Gases oder eine zeitliche Änderung der Konzentration des ersten Gases sein. In der Regel nimmt bei fortlaufender Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsproben hindurch in den zweiten Messbereich ein Anteil des ersten Gases im ersten Messbereich mit einer Zeit ab und ein Anteil des ersten Gases im zweiten Messbereich mit der Zeit zu. Mit einem Vergleich eines Gasanteils des ersten Gases im ersten Messbereich und eines Gasanteils des ersten Gases im zweiten Messbereich in Abhängigkeit von der Diffusionszeit ist der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe bestimmbar. Günstig ist es, wenn eine Bestimmung der Gasanteile im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich jeweils mittels Spektroskopie erfolgt. Damit kann eine Messung der Gasanteile des ersten Gases im jeweiligen Messbereich unter vernachlässigbarer Beeinflussung des Gases im jeweiligen Messbereich erfolgen, insbesondere unter vernachlässigbarer Beeinflussung eines Gasdruckes im jeweiligen Messbereich. Der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe wird üblicherweise in Bezug auf insbesondere das erste Gas bestimmt. Zweckmäßig kann der erste Messbereich Teil einer ersten Spektroskopiemessstrecke und der zweite Messbereich Teil einer zweiten Spektroskopiemessstrecke sein, um mit der jeweiligen Spektroskopiemessstrecke einen Gasanteil des ersten Gases im jeweiligen Messbereich spektroskopisch zu bestimmen. Der jeweilige Gasanteil wird üblicherweise zeitabhängig bestimmt. Auf diese Weise kann mit der Vorrichtung der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe bei hohem Druck bzw. Gasdruck, insbesondere mit hoher Genauigkeit, bestimmt werden. Die Vorrichtung weist dadurch eine hohe Einsatzfähigkeit auf. Die erste Spektroskopiemessstrecke und die zweite Spektroskopiemessstrecke sind üblicherweise als Teil der Vorrichtung ausgebildet. Üblicherweise bildet der Probenaufnahmebereich ein Probenaufnahmevolumen, in welchem die Gesteinsprobe anordenbar ist. In der Regel bilden der erste Messbereich und/oder der zweite Messbereich jeweils ein Gasaufnahmevolumen zur Aufnahme eines Gases, insbesondere mit einem vorgenannten Druck. Der Probenaufnahmebereich, der erste Messbereich und der zweite Messbereich sind üblicherweise derart angeordnet und miteinander verbunden, dass im Einsatzzustand ein im ersten Messbereich befindliches Gas, insbesondere erstes Gas, durch die im Probenaufnahmebereich befindliche Gesteinsprobe hindurch in den zweiten Probenaufnahmebereich diffundieren kann. Üblicherweise bilden der erste Messbereich und der zweite Messbereich zwei voneinander separierte Gasaufnahmevolumen, welche über den Probenaufnahmebereich bzw. das Probenaufnahmevolumen gasleitend miteinander verbunden sind. In der Regel sind der erste Messbereich und der zweite Messbereich an unterschiedlichen, insbesondere einander gegenüberliegenden, Seiten des Probenaufnahmebereiches angeordnet bzw. derart angeordnet, dass im Einsatzzustand ein Gas im ersten Messbereich und ein Gas im zweiten Messbereich eine im Probenaufnahmebereich befindliche Gesteinsprobe an unterschiedlichen, insbesondere einander gegenüberliegenden, Seiten der Gesteinsprobe kontaktieren. Dadurch kann Gas vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe hindurch in den zweiten Messbereich diffundieren. Typically, a first gas is introduced into the first measuring area in order to cause the first gas to diffuse from the first measuring area through the rock sample into the second measuring area. The diffusion coefficient of the rock sample can be determined with high accuracy if a gas proportion of the first gas in the first measuring area and a gas proportion of the first gas in the second measuring area are each determined or measured as a function of time. The gas proportion of the first gas can be a concentration of the first gas or a change in the concentration of the first gas over time. As a rule, with continuous diffusion of the first gas from the first measuring area through the rock samples into the second measuring area, a proportion of the first gas in the first measuring area decreases over time and a proportion of the first gas in the second measuring area increases over time. The diffusion coefficient of the rock sample can be determined by comparing a gas proportion of the first gas in the first measuring area and a gas proportion of the first gas in the second measuring area as a function of the diffusion time. It is advantageous if the gas proportions in the first measuring range and in the second measuring range are each determined using spectroscopy. This allows the gas proportions of the first gas in the respective measuring range to be measured with negligible influence on the gas in the respective measuring range, in particular with negligible influence on a gas pressure in the respective measuring range. The diffusion coefficient of the rock sample is usually determined in relation to the first gas in particular. The first measuring range can expediently be part of a first spectroscopy measuring section and the second measuring range part of a second spectroscopy measuring section in order to spectroscopically determine a gas proportion of the first gas in the respective measuring range using the respective spectroscopy measuring section. The respective gas proportion is usually determined as a function of time. In this way, the device can be used to determine the diffusion coefficient of the rock sample at high pressure or gas pressure, in particular with high accuracy. The device therefore has a high level of usability. The first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section are usually designed as part of the device. The sample receiving area usually forms a sample receiving volume in which the rock sample can be arranged. As a rule, the first measuring area and/or the second measuring area each form a gas receiving volume for receiving a gas, in particular with an aforementioned pressure. The sample receiving area, the first measuring area and the second measuring area are usually arranged and connected to one another in such a way that, in the operating state, a gas located in the first measuring area, in particular a first gas, can diffuse through the rock sample located in the sample receiving area into the second sample receiving area. The first measuring area and the second measuring area usually form two gas receiving volumes that are separate from one another and are connected to one another in a gas-conducting manner via the sample receiving area or the sample receiving volume. As a rule, the first measuring area and the second measuring area are arranged on different, in particular opposite, sides of the sample receiving area or are arranged in such a way that, in the operating state, a gas in the first measuring area and a gas in the second measuring area contact a rock sample located in the sample receiving area on different, in particular opposite, sides of the rock sample. This allows gas from the first measuring area to diffuse through the rock sample into the second measuring area.
Die Vorrichtung weist üblicherweise eine mit dem ersten Messbereich gasleitend verbundene erste Gastransportleitung und eine mit dem zweiten Messbereich gasleitend verbundene zweite Gastransportleitung auf, um Gas dem ersten Messbereich bzw. zweiten Messbereich über die jeweilige Gastransportleitung zuzuführen oder von diesem abzuführen. Insbesondere kann dem ersten Messbereich ein erstes Gas und dem zweiten Messbereich ein zweites Gas über die jeweilige Gastransportleitung zugeführt werden. Zweckmäßig kann hierzu der erste Messbereich über die erste Gastransportleitung mit einer ersten Gasquelle verbunden sein, um erstes Gas von der ersten Gasquelle dem ersten Messbereich zuzuführen, und/oder der zweite Messbereich über die zweite Gastransportleitung mit einer zweiten Gasquelle verbunden sein, um zweites Gas von der zweiten Gasquelle dem zweiten Messbereich zuzuführen. Das erste Gas und zweite Gas weisen in der Regel eine unterschiedliche Gaszusammensetzung auf. Üblicherweise wird zur Umsetzung der Diffusion durch die Gesteinsprobe im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich jeweils ein Gasdruck des im jeweiligen Messbereich befindlichen Gases, beispielsweise des ersten Gases im ersten Messbereich und zweiten Gases im zweiten Messbereich, zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt. The device usually has a first gas transport line connected to the first measuring area in a gas-conducting manner and a second gas transport line connected to the second measuring area in a gas-conducting manner in order to supply gas to the first measuring area or second measuring area via the respective gas transport line or to remove gas from it. In particular, a first gas can be supplied to the first measuring area and a second gas can be supplied to the second measuring area via the respective gas transport line. For this purpose, the first measuring area can be expediently connected to a first gas source via the first gas transport line in order to supply first gas from the first gas source to the first measuring area, and/or the second measuring area can be connected to a second gas source via the second gas transport line in order to supply second gas from the second gas source to the second measuring area. The first gas and second gas usually have a different gas composition. Usually, in order to implement the diffusion through the rock sample in the first measuring area and in the second measuring area, a gas pressure of the gas in the respective measuring area is used. Gas, for example the first gas in the first measuring range and the second gas in the second measuring range, is set between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar.
Einsatzzustand bezeichnet einen Zustand der Vorrichtung, in welchem zur Diffusionskoeffizientenbestimmung eine Gesteinsprobe im Probenbereich angeordnet ist. Üblicherweise ist vorgesehen, dass im Einsatzzustand in den ersten Messbereich ein erstes Gas einleitbar oder eingebracht ist, sodass das erste Gas vom ersten Messbereich durch die im Probenaufnahmebereich angeordnete Gesteinsprobe hindurch zum, insbesondere in den, zweiten Messbereich diffundieren kann. Hochdruckbedingungen bezeichnet üblicherweise einen Gasdruck im Probenhalter, insbesondere ersten Messbereich und gegebenenfalls im zweiten Messbereich, zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar. Entsprechend ist in der Regel der Probenhalter, insbesondere der erste Messbereich und/oder der Probenaufnahmebereich und/oder der zweite Messbereich, zur Aufnahme eines Gases mit einem entsprechenden Gasdruck ausgebildet. The operating state refers to a state of the device in which a rock sample is arranged in the sample area for determining the diffusion coefficient. It is usually provided that in the operating state a first gas can be introduced or is introduced into the first measuring area so that the first gas can diffuse from the first measuring area through the rock sample arranged in the sample receiving area to, in particular, the second measuring area. High pressure conditions usually refer to a gas pressure in the sample holder, in particular the first measuring area and optionally in the second measuring area, between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar. Accordingly, the sample holder, in particular the first measuring area and/or the sample receiving area and/or the second measuring area, is usually designed to receive a gas with a corresponding gas pressure.
Die Gesteinsprobe ist üblicherweise eine Kernbohrprobe. In der Regel weist die Gesteinsprobe eine längliche Form auf. Im Einsatzzustand ist die Gesteinsprobe üblicherweise derart im Probenaufnahmebereich angeordnet, dass eine Längsrichtung der Gesteinsprobe im Wesentlichen in einer Richtung vom ersten Messbereich hin zum zweiten Messbereich orientiert ist. Üblicherweise hat die Gesteinsprobe eine zylindrische oder prismatische Form. Die Gesteinsprobe ist häufig mit einem porösen Material gebildet. Üblicherweise weist die Gesteinsprobe einen Durchmesser, welcher in der Regel orthogonal zur Längsrichtung der Gesteinsprobe orientiert ist, zwischen 1 cm und 10 cm, insbesondere zwischen 2 cm und 5 cm, auf. The rock sample is usually a core drilling sample. The rock sample usually has an elongated shape. In use, the rock sample is usually arranged in the sample receiving area such that a longitudinal direction of the rock sample is oriented essentially in a direction from the first measuring area to the second measuring area. The rock sample usually has a cylindrical or prismatic shape. The rock sample is often formed with a porous material. The rock sample usually has a diameter, which is usually oriented orthogonally to the longitudinal direction of the rock sample, between 1 cm and 10 cm, in particular between 2 cm and 5 cm.
Zweckmäßig kann der erste Messbereich einen ersten Gasaufnahmehohlraum bilden bzw. ein solcher sein und der zweite Messbereich einen zweiten Gasaufnahmehohlraum bilden bzw. ein solcher sein, welche Gasaufnahmehohlräume das jeweilige Gasaufnahmevolumen definieren. Der Probenaufnahmebereich kann ein Probenaufnahmehohlraum zur Aufnahme der Gesteinsprobe bilden bzw. ein solcher sein, wobei der Probenaufnahmehohlraum insbesondere das Probenaufnahmevolumen definiert. Der erste Gasaufnahmehohlraum und der zweite Gasaufnahmehohlraum können über den Probenaufnahmehohlraum gasleitend miteinander verbunden sein, üblicherweise derart, dass im Einsatzzustand der erste Gasaufnahmehohlraum und der zweite Gasaufnahmehohlraum durch die im Probenaufnahmehohlraum angeordnete Gesteinsprobe voneinander separiert sind. Üblicherweise wird im Einsatzzustand das jeweilige Gasaufnahmevolumen bzw. der jeweilige Gasaufnahmehohlraum durch eine Oberfläche der Gesteinsprobe im Probenaufnahmebereich begrenzt. Es hat sich bewährt, wenn der erste Messbereich, der Probenaufnahmebereich und der zweite Messbereich einen gemeinsamen Aufnahmehohlraum bilden, sodass durch die im Einsatzzustand im Probenaufnahmebereich angeordnete Gesteinsprobe ein Gasaufnahmehohlraum bzw. Gasaufnahmevolumen des ersten Messbereiches und ein Gasaufnahmehohlraum bzw. Gasaufnahmevolumen des zweiten Messbereiches gebildet werden, welche insbesondere durch die Gesteinsprobe voneinander separiert sind. Üblicherweise sind im Einsatzzustand der erste Messbereich, der Probenaufnahmebereich und der zweite Messbereich derart ausgebildet und miteinander verbunden, dass ein Gastransport, insbesondere ein Transport von erstem Gas, aus dem ersten Messbereich in den zweiten Messbereich im Wesentlichen lediglich mit Diffusion durch die im Probenaufnahmebereich angeordnete Gesteinsprobe ermöglicht ist. The first measuring area can expediently form a first gas receiving cavity or be such and the second measuring area can form a second gas receiving cavity or be such, which gas receiving cavities define the respective gas receiving volume. The sample receiving area can form a sample receiving cavity for receiving the rock sample or be such, wherein the sample receiving cavity in particular defines the sample receiving volume. The first gas receiving cavity and the second gas receiving cavity can be connected to one another in a gas-conducting manner via the sample receiving cavity, usually in such a way that, in the operational state, the first gas receiving cavity and the second gas receiving cavity are separated from one another by the rock sample arranged in the sample receiving cavity. In the operational state, the respective gas receiving volume or the respective gas receiving cavity is usually limited by a surface of the rock sample in the sample receiving area. It has proven useful if the first measuring area, the sample receiving area and the second measuring area form a common receiving cavity, so that the rock sample arranged in the sample receiving area in the operational state forms a gas receiving cavity or gas receiving volume of the first measuring area and a gas receiving cavity or gas receiving volume of the second measuring area, which are separated from one another in particular by the rock sample. Usually, in the operational state, the first measuring region, the sample receiving region and the second measuring region are designed and connected to one another in such a way that gas transport, in particular transport of first gas, from the first measuring region into the second measuring region is essentially only possible by diffusion through the rock sample arranged in the sample receiving region.
Vorteilhaft ist es, wenn die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle zur Beaufschlagung von Gas im jeweiligen Messbereich mit elektromagnetischer Strahlung und mit einem Spektroskop zur spektroskopischen Messung der elektromagnetischen Strahlung nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung des Gases ausgebildet ist. Die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke sind üblicherweise zur Durchführung einer Spektroskopie, insbesondere Absorptionsspektroskopie, ausgebildet, wobei eine teilweise Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch das Gas, insbesondere erste Gas, im jeweiligen Messbereich mit dem Spektroskop wellenlängenabhängig detektiert wird, um den Anteil des ersten Gases im jeweiligen Messbereich zu ermitteln. It is advantageous if the first spectroscopy measuring section and/or the second spectroscopy measuring section is designed with an electromagnetic radiation source for exposing gas in the respective measuring area to electromagnetic radiation and with a spectroscope for spectroscopically measuring the electromagnetic radiation after at least some areas of the gas have been irradiated. The first spectroscopy measuring section and/or the second spectroscopy measuring section are usually designed to carry out spectroscopy, in particular absorption spectroscopy, wherein partial absorption of the electromagnetic radiation by the gas, in particular the first gas, in the respective measuring area is detected with the spectroscope depending on the wavelength in order to determine the proportion of the first gas in the respective measuring area.
Das Gas wird üblicherweise zumindest bereichsweise mit der elektromagnetischen Strahlung durchstrahlt, sodass sich ein elektromagnetisches Spektrum der elektromagnetischen Strahlung gasanteilsabhängig, insbesondere abhängig vom Gasanteil des ersten Gases, ändert. Üblicherweise wird die elektromagnetische Strahlung gasmolekülspezifisch zumindest teilweise vom Gas absorbiert. Die elektromagnetische Strahlungsquelle ist üblicherweise ausgebildet elektromagnetische Strahlung, insbesondere breitbandig, zu emittieren. Die elektromagnetische Strahlungsquelle ist vorzugsweise eine Infrarotstrahlungsquelle, bevorzugt mit einer Wellenlänge einer von der Infrarotstrahlungsquelle emittierbaren Strahlung zwischen 1500 nm und 5000 nm. Das Spektroskop ist üblicherweise ausgebildet, ein elektromagnetisches Spektrum, insbesondere elektromagnetisches Absorptionsspektrum, der elektromagnetischen Strahlung nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung des Gases im jeweiligen Messbereich mit der elektromagnetischen Strahlung darzustellen bzw. einen Gasanteil des ersten Gases im jeweiligen Messbereich zu messen. Eine Ermittlung des jeweiligen Gasanteils aus der spektroskopischen Messung bzw. dem elektromagnetischen Spektrum kann mit einer elektronischen Auswerteeinheit der Vorrichtung erfolgen, welche Auswerteeinheit Teil des jeweiligen Spektroskops sein kann. Das mit dem Spektroskop detektierte elektromagnetische Spektrum stellt üblicherweise die elektromagnetische Strahlung, insbesondere deren Strahlungsintensität, wellenlängenabhängig dar. Üblicherweise repräsentieren ein oder mehrere Absorptionspeaks des detektierten elektromagnetischen Spektrums eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch das Gas abhängig von jeweiligen Gasanteilen einer Gaszusammensetzung des Gases, insbesondere eines Gasanteils des ersten Gases. In der Regel wird das Gas im jeweiligen Messbereich mit von der jeweiligen elektromagnetischen Strahlungsquelle emittierter elektromagnetischer Strahlung zumindest bereichsweise bzw. teilweise durchstrahlt und die elektromagnetische Strahlung, üblicherweise nach Weiterleitung dieser zum jeweiligen Spektroskop, vom Spektroskop analysiert. Die erste Spektroskopiemessstrecke bzw. die zweite Spektroskopiemessstrecke sind üblicherweise als Teil der Vorrichtung ausgebildet. Aus einer zeitabhängigen Änderung der mit der ersten und zweiten Spektroskopiemesssstrecke gemessenen Gasanteile des ersten Gases in den jeweiligen Messbereichen kann der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe mit Vergleich der Gasanteile des ersten Gases bestimmt werden. Die erste Spektroskopiemessstrecke und die zweite Spektroskopiemessstrecke können jeweils eine eigene elektromagnetische Strahlungsquelle und/oder jeweils ein eigenes Spektroskop aufweisen. The gas is usually irradiated with electromagnetic radiation at least in part, so that an electromagnetic spectrum of the electromagnetic radiation changes depending on the gas content, in particular depending on the gas content of the first gas. Usually the electromagnetic radiation at least partially absorbed by the gas in a gas molecule-specific manner. The electromagnetic radiation source is usually designed to emit electromagnetic radiation, in particular broadband. The electromagnetic radiation source is preferably an infrared radiation source, preferably with a wavelength of radiation emittable by the infrared radiation source between 1500 nm and 5000 nm. The spectroscope is usually designed to display an electromagnetic spectrum, in particular an electromagnetic absorption spectrum, of the electromagnetic radiation after at least some areas of the gas have been penetrated in the respective measuring range with the electromagnetic radiation or to measure a gas proportion of the first gas in the respective measuring range. The respective gas proportion can be determined from the spectroscopic measurement or the electromagnetic spectrum using an electronic evaluation unit of the device, which evaluation unit can be part of the respective spectroscope. The electromagnetic spectrum detected with the spectroscope usually represents the electromagnetic radiation, in particular its radiation intensity, depending on the wavelength. Usually, one or more absorption peaks of the detected electromagnetic spectrum represent an absorption of electromagnetic radiation by the gas depending on the respective gas proportions of a gas composition of the gas, in particular a gas proportion of the first gas. As a rule, the gas in the respective measuring range is at least partially or partially irradiated with electromagnetic radiation emitted by the respective electromagnetic radiation source and the electromagnetic radiation is analyzed by the spectroscope, usually after it has been forwarded to the respective spectroscope. The first spectroscopy measuring section or the second spectroscopy measuring section are usually designed as part of the device. From a time-dependent change in the gas proportions of the first gas measured with the first and second spectroscopy measuring sections in the respective measuring ranges, the diffusion coefficient of the rock sample can be determined by comparing the gas proportions of the first gas. The first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section can each have their own electromagnetic radiation source and/or their own spectroscope.
Praktikabel ist es, wenn die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweiteIt is practical if the first spectroscopy measuring section and/or the second
Spektroskopiemessstrecke jeweils eine Strahlungszuführleitung aufweist, über welche die jeweilige elektromagnetische Strahlungsquelle und der jeweilige Messbereich strahlungsleitend verbunden sind. Damit kann elektromagnetische Strahlung über die Strahlungszuführleitung von der Strahlungsquelle zum jeweiligen Messbereich geleitet und insbesondere über die Strahlungszuführleitung in den jeweiligen Messbereich eingekoppelt werden. Üblicherweise weisen die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke jeweils eine Strahlungsabführleitung auf, über welche der jeweilige Messbereich und das jeweilige Spektroskop strahlungsleitend verbunden sind. Damit kann elektromagnetische Strahlung vom jeweiligen Messbereich über die Strahlungsabführleitung zum Spektroskop geleitet werden und insbesondere über die Strahlungsabführleitung aus dem jeweiligen Messbereich ausgekoppelt werden. Dadurch kann elektromagnetische Strahlung von der elektromagnetischen Strahlungsquelle über die Strahlungszuführleitung effizient zum jeweiligen Messbereich geleitet werden, um Gas im Messbereich mit der elektromagnetischen Strahlung zu beaufschlagen. Nach zumindest bereichsweiser Beaufschlagung des Gases, insbesondere zumindest bereichsweiser Durchstrahlung des Gases, mit der elektromagnetischen Strahlung kann die elektromagnetische Strahlung über die Strahlungsabführleitung zum Spektroskop weitergeleitet werden. Die jeweilige Strahlungsquelle und/oder das jeweilige Spektroskop sind üblicherweise außerhalb des jeweiligen Messbereiches, insbesondere außerhalb des Probenhalters, angeordnet. Die Strahlungszuführleitung und/oder Strahlungsabführleitung können mit, insbesondere als, Lichtwellenleiter, insbesondere Glasfaserkabel, ausgebildet sein. Üblicherweise sind die Strahlungszuführleitung und/oder Strahlungsabführleitung jeweils mit einem Leitungsanschluss, in der Regel ausgebildet als Leitungsdurchführung, insbesondere als Faserdurchführung, gasdicht an den jeweiligen Messbereich, insbesondere den Probenhalter, angeschlossen. In der Regel weisen die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke jeweils eine eigene Strahlungszuführleitung bzw. eine eigene Strahlungsabführleitung auf. Üblicherweise sind die Strahlungszuführleitung und Strahlungsabführleitung der jeweiligenSpectroscopy measuring section has a radiation supply line via which the respective electromagnetic radiation source and the respective measuring area are connected in a radiation-conducting manner. Electromagnetic radiation can thus be guided via the radiation supply line from the radiation source to the respective measuring area and in particular can be coupled into the respective measuring area via the radiation supply line. Usually, the first spectroscopy measuring section and/or the second spectroscopy measuring section each have a radiation discharge line via which the respective measuring area and the respective spectroscope are connected in a radiation-conducting manner. Electromagnetic radiation can thus be guided from the respective measuring area via the radiation discharge line to the spectroscope and in particular can be coupled out of the respective measuring area via the radiation discharge line. Electromagnetic radiation can thus be efficiently guided from the electromagnetic radiation source via the radiation supply line to the respective measuring area in order to expose gas in the measuring area to the electromagnetic radiation. After the gas has been exposed to the electromagnetic radiation at least in certain areas, in particular after the gas has been irradiated at least in certain areas, the electromagnetic radiation can be passed on to the spectroscope via the radiation discharge line. The respective radiation source and/or the respective spectroscope are usually arranged outside the respective measuring area, in particular outside the sample holder. The radiation supply line and/or radiation discharge line can be designed with, in particular as, optical waveguides, in particular glass fiber cables. The radiation supply line and/or radiation discharge line are usually connected in a gas-tight manner to the respective measuring area, in particular the sample holder, with a line connection, usually designed as a line feedthrough, in particular as a fiber feedthrough. As a rule, the first spectroscopy measuring section and/or the second spectroscopy measuring section each have their own radiation supply line or their own radiation discharge line. The radiation supply line and radiation discharge line of the respective
Spektroskopiemessstrecke derart zueinander korrespondierend angeordnet, dass eine mit der Strahlungszuführleitung in den jeweiligen Messbereich eingebrachte elektromagnetische Strahlung nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung von Gas im Messbereich über die Strahlungsabführleitung zum Spektroskop der Spektroskopiemessstrecke leitbar ist. Zweckmäßig ist es, wenn ein Ausgang der Strahlungszuführleitung und ein Eingang der Strahlungsabführleitung einander gegenüberliegend im jeweiligen Messbereich angeordnet sind, sodass über die Strahlungszuführleitung geleitete elektromagnetische Strahlung aus dem Ausgang der Strahlungszuführleitung in den jeweiligen Messbereich einbringbar ist und nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung eines Gases im jeweiligen Messbereich in den Eingang der Strahlungsabführleitung zur Weiterleitung über die Strahlungsabführleitung eintreten kann. Der Ausgang und Eingang sind in der Regel beabstandet voneinander, in der Regel entlang einer Geraden einander zugewandt orientiert, angeordnet. Üblicherweise sind die Strahlungszuführleitung und Strahlungsabführleitung jeweils der ersten und/oder zweiten Spektroskopiemessstrecke derart ausgebildet. Der Ausgang der Strahlungszuführleitung und/oder der Eingang der Strahlungsabführleitung können zur Strahlungslenkung der elektromagnetischen Strahlung jeweils ein optisches Element aufweisen. Das optische Element kann zur Brechung der elektromagnetischen Strahlung, um die elektromagnetische Strahlung zu lenken, ausgebildet sein. Das optische Element kann mit einer Linse gebildet sein. Spectroscopy measuring sections are arranged in such a way that they correspond to one another that electromagnetic radiation introduced into the respective measuring area via the radiation supply line can be guided to the spectroscope of the spectroscopy measuring section via the radiation discharge line after at least partially irradiating gas in the measuring area. It is expedient if an output of the radiation supply line and an input of the radiation discharge line are arranged opposite one another in the respective measuring area, so that electromagnetic radiation guided via the radiation supply line can be introduced from the output of the radiation supply line into the respective measuring area and, after at least partially irradiating a gas in the respective measuring area, can enter the input of the radiation discharge line for further transmission via the radiation discharge line. The output and input are usually arranged at a distance from one another, usually oriented along a straight line facing one another. The radiation supply line and radiation discharge line of the first and/or second spectroscopy measuring section are usually designed in this way. The output of the radiation supply line and/or the input of the radiation discharge line can each have an optical element for directing the electromagnetic radiation. The optical element can be designed to refract the electromagnetic radiation in order to direct the electromagnetic radiation. The optical element can be formed with a lens.
Günstig ist es, wenn die erste Spektroskopiemessstrecke und die zweite Spektroskopiemessstrecke eine gemeinsame, insbesondere vorgenannte, elektromagnetische Strahlungsquelle und/oder ein gemeinsames, insbesondere vorgenanntes, Spektroskop aufweisen. Praktisch ist es, wenn der erste Messbereich und zweite Messbereich über einen Splitter mit dem, insbesondere gemeinsamen, Spektroskop zur Strahlungsweiterleitung an das Spektroskop verbunden sind, wobei der Splitter ausgebildet ist, insbesondere nach einem vorgegebenen zeitlichen Ordnungsschema, abwechselnd elektromagnetische Strahlung vom ersten Messbereich und elektromagnetische Strahlung vom zweiten Messbereich zum Spektroskop weiterzuleiten, insbesondere durchzuschalten. Auf diese Weise kann effizient eine Ausbildung mit einem gemeinsamen Spektroskop umgesetzt sein. Der Splitter ist üblicherweise als Teil der ersten Spektroskopiemessstrecke und zweiten Spektroskopiemessstrecke ausgebildet. Der jeweilige Messbereich und der Splitter sind üblicherweise jeweils über die Strahlungsabführleitung miteinander strahlungsleitend verbunden, um elektromagnetische Strahlung vom jeweiligen Messbereich zum Splitter zu leiten. Die jeweilige Strahlungsabführleitung ist üblicherweise jeweils mit einem Eingangsport des Splitters strahlungsleitend verbunden. Der Splitter kann über eine Strahlungstransportleitung, welche üblicherweise mit einem Ausgangsport des Splitters strahlungsleitend verbunden ist, mit dem Spektroskop strahlungsleitend verbunden sein, um elektromagnetische Strahlung über die Strahlungstransportleitung zum Spektroskop weiterzuleiten. Der Splitter ist üblicherweise ausgebildet, insbesondere nach einem vorgegebenen zeitlichen Ordnungsschema, abwechselnd jeweils eine elektromagnetische Strahlung von einem der Eingangsports an den Ausgangsport weiterzuleiten, insbesondere durchzuschalten. Der Splitter kann als Teil des gemeinsamen Spektroskops ausgebildet sein. It is advantageous if the first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section have a common, in particular aforementioned, electromagnetic radiation source and/or a common, in particular aforementioned, spectroscope. It is practical if the first measuring area and second measuring area are connected to the, in particular shared, spectroscope via a splitter for transmitting radiation to the spectroscope, wherein the splitter is designed, in particular according to a predetermined temporal ordering scheme, to alternately transmit electromagnetic radiation from the first measuring area and electromagnetic radiation from the second measuring area to the spectroscope, in particular to switch them through. In this way, a design with a common spectroscope can be efficiently implemented. The splitter is usually designed as part of the first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section. The respective measuring area and the splitter are usually each connected to one another in a radiation-conducting manner via the radiation discharge line in order to conduct electromagnetic radiation from the respective measuring area to the splitter. The respective radiation discharge line is usually each connected to an input port of the splitter in a radiation-conducting manner. The splitter can be connected via a radiation transport line, which is usually connected to an output port of the splitter is connected in a radiation-conducting manner, be connected in a radiation-conducting manner to the spectroscope in order to transmit electromagnetic radiation via the radiation transport line to the spectroscope. The splitter is usually designed to alternately transmit, in particular to switch through, electromagnetic radiation from one of the input ports to the output port, in particular according to a predetermined temporal ordering scheme. The splitter can be designed as part of the common spectroscope.
Von Vorteil ist es, wenn die Vorrichtung eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren, insbesondere Heizen und/oder Kühlen, des Probenhalters aufweist. Die Temperierungseinrichtung kann zum Temperieren, insbesondere Heizen und/oder Kühlen, eines Gases, insbesondere ersten Gases, im ersten Messbereich und/oder eines Gases, insbesondere zweiten Gases, im zweiten Messbereich ausgebildet sein. Dadurch kann im Probenhalter, insbesondere im Gas des ersten Messbereiches bzw. im Gas des zweiten Messbereiches, eine bestimmte Temperatur eingestellt werden. Die jeweilige Gastemperatur im ersten Messbereich und/oder zweiten Messbereich wird dabei üblicherweise zwischen 20 °C und 100 °C, insbesondere zwischen 30°C und 50°C eingestellt. In der Regel wird die Temperierungseinrichtung derart gesteuert, insbesondere geregelt, dass eine Gastemperatur des Gases im ersten Messbereich und eine Gastemperatur des Gases im zweiten Messbereich jeweils konstant ist. Üblicherweise werden die Gastemperaturen im ersten Messbereich und zweiten Messbereich während der Messprozedur gleich groß gehalten. Dies gilt üblicherweise im Wesentlichen während einer gesamten Messprozedur zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten. Die Vorrichtung weist üblicherweise die Temperierungseinrichtung auf. Die Vorrichtung kann einen oder mehrere Temperatursensoren zur Temperaturmessung aufweisen, um die Temperierungseinrichtung abhängig von einer Temperaturmessung mit dem Temperatursensor zu steuern, insbesondere zu regeln. Die Temperatursensoren können ausgebildet sein, eine Temperatur im Probenhalter, insbesondere im ersten Messbereich und/oder zweiten Messbereich, zu messen. Zweckmäßig kann im ersten Messbereich und/oder im zweiten Messbereich ein Temperatursensor angeordnet sein. Die Temperierungseinrichtung kann ein Ofen sein, in welchem der Probenhalter angeordnet ist. Zweckmäßig kann die Vorrichtung einen oder mehrere Drucksensoren aufweisen, um einen Gasdruck im ersten und/oder zweiten Messbereich zu messen. Im ersten und/oder zweiten Messbereich kann jeweils ein Drucksensor angeordnet sein. It is advantageous if the device has a temperature control device for controlling the temperature, in particular heating and/or cooling, of the sample holder. The temperature control device can be designed for controlling the temperature, in particular heating and/or cooling, of a gas, in particular a first gas, in the first measuring range and/or a gas, in particular a second gas, in the second measuring range. This allows a specific temperature to be set in the sample holder, in particular in the gas of the first measuring range or in the gas of the second measuring range. The respective gas temperature in the first measuring range and/or second measuring range is usually set between 20 °C and 100 °C, in particular between 30 °C and 50 °C. As a rule, the temperature control device is controlled, in particular regulated, in such a way that a gas temperature of the gas in the first measuring range and a gas temperature of the gas in the second measuring range are each constant. The gas temperatures in the first measuring range and second measuring range are usually kept the same during the measuring procedure. This usually applies essentially during an entire measurement procedure for determining the diffusion coefficient. The device usually has the temperature control device. The device can have one or more temperature sensors for temperature measurement in order to control, in particular to regulate, the temperature control device depending on a temperature measurement with the temperature sensor. The temperature sensors can be designed to measure a temperature in the sample holder, in particular in the first measuring area and/or second measuring area. A temperature sensor can expediently be arranged in the first measuring area and/or in the second measuring area. The temperature control device can be an oven in which the sample holder is arranged. The device can expediently have one or more pressure sensors in order to measure a gas pressure in the first and/or second measuring range. A pressure sensor can be arranged in the first and/or second measuring range.
Günstig ist es, wenn der Probenaufnahmebereich mit einer, insbesondere elastisch, verformbaren Probenaufnahmewand gebildet ist, sodass im Einsatzzustand mit Verformung der Probenaufnahmewand eine Pressverbindung zwischen der Probenaufnahmewand und der Gesteinsprobe zur Abdichtung herstellbar ist. Auf diese Weise kann eine Gasabdichtung zwischen der Gesteinsprobe und der Probenaufnahmewand umgesetzt werden bzw. ein Gastransport zwischen dem ersten Messbereich und dem zweiten Messbereich in einem Bereich zwischen der Gesteinsprobe und der Probenaufnahmewand verhindert werden. Der Probenaufnahmebereich ist üblicherweise mit einer oder mehreren Probenaufnahmewänden gebildet, welche im Einsatzzustand die Gesteinsprobe umfänglich umschließen. Die Probenaufnahmewände umgeben bzw. bilden üblicherweise das Probenaufnahmevolumen bzw. den Probenaufnahmehohlraum. Vorzugsweise sind mehrere der Probenaufnahmewände wie ausgeführt, insbesondere elastisch, verformbar ausgebildet. Es hat sich bewährt, wenn der Probenaufnahmebereich mit einem Probenaufnahmerohr, insbesondere Probenaufnahmeschlauch, zur Aufnahme der Gesteinsprobe ausgebildet ist. Das Probenaufnahmerohr ist vorzugsweise mit einer oder mehreren vorgenannten Probenaufnahmewänden gebildet. Günstig ist es, wenn die Probenaufnahmewand bzw. die Probenaufnahmewände, insbesondere das Probenaufnahmerohr, mit, insbesondere aus, einem Elastomer, vorzugsweise Viton, gebildet sind. It is advantageous if the sample receiving area is formed with a sample receiving wall that is deformable, in particular elastically, so that in the use state with deformation of the sample receiving wall a press connection can be established between the sample receiving wall and the rock sample for sealing. In this way, a gas seal can be implemented between the rock sample and the sample receiving wall or gas transport between the first measuring area and the second measuring area in an area between the rock sample and the sample receiving wall can be prevented. The sample receiving area is usually formed with one or more sample receiving walls that enclose the rock sample in the use state. The sample receiving walls usually surround or form the sample receiving volume or the sample receiving cavity. Preferably, several of the sample receiving walls are designed to be deformable, in particular elastically, as described. It has proven useful if the sample receiving area is designed with a sample receiving tube, in particular sample receiving hose, for receiving the rock sample. The sample receiving tube is preferably formed with one or more of the aforementioned sample receiving walls. It is advantageous if the sample receiving wall or walls, in particular the sample receiving tube, are formed with, in particular from, an elastomer, preferably Viton.
Eine hohe Einsatzpraktikabilität ist erreichbar, wenn die Probenaufnahmewand des Probenaufnahmebereiches mit einer Druckkammer gekoppelt ist, sodass mit einer Druckerhöhung in der Druckkammer, insbesondere einem Druckkammervolumen der Druckkammer, die Probenaufnahmewand des Probenaufnahmebereiches, insbesondere elastisch, verformbar ist. Dadurch kann effizient im Einsatzzustand, insbesondere wie beschrieben, mit Verformen der Probenaufnahmewand eine Pressverbindung zwischen Probenaufnahmewand und Gesteinsprobe zur Abdichtung umgesetzt werden. Dies kann für mehrere, insbesondere im Wesentlichen sämtliche, der Probenaufnahmewände des Probenaufnahmeraumes gelten. Üblicherweise ist die Druckkammer, insbesondere ein Druckkammervolumen der Druckkammer, mit einem Fluid, insbesondere mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mit Wasser, befüllbar, um mit einem Fluiddruck des Fluids die Probenaufnahmewand des Probenaufnahmebereiches, insbesondere elastisch, zu verformen. Üblicherweise ist der Probenaufnahmebereich bzw. der Probenaufnahmehohlraum umfänglich von der Druckkammer, insbesondere dem Druckkammervolumen der Druckkammer, umgeben. Vorzugsweise grenzt die Probenaufnahmewand an das Druckkammervolumen. Zweckmäßig ist es, wenn im Einsatzzustand die Probenaufnahmewand bzw. Probenaufnahmewände des Probenaufnahmeraumes umfänglich um die Gesteinsprobe mit, insbesondere elastischem, Verformen der Probenaufnahmewand bzw. Probenaufnahmewände gegen die Gesteinsprobe pressbar sind. Damit ist eine robuste Abdichtung zwischen Gesteinsprobe und Probenaufnahmewand bzw. Probenaufnahmewände des Probenaufnahmebereiches umsetzbar. Vorzugsweise ist im Einsatzzustand die Probenaufnahmewand bzw. sind die Probenaufnahmewände des Probenaufnahmebereiches entlang einer überwiegenden Länge der Gesteinsprobe, insbesondere wie beschrieben, verformbar. Im Fluid der Druckkammer kann üblicherweise ein Fluiddruck zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, umgesetzt, insbesondere gesteuert, bevorzugt geregelt, eingestellt, werden. Die Vorrichtung weist üblicherweise die Druckkammer auf. A high level of practical use can be achieved if the sample receiving wall of the sample receiving area is coupled to a pressure chamber, so that with an increase in pressure in the pressure chamber, in particular a pressure chamber volume of the pressure chamber, the sample receiving wall of the sample receiving area can be deformed, in particular elastically. In this way, in the operational state, in particular as described, a press connection between the sample receiving wall and the rock sample can be implemented efficiently for sealing by deforming the sample receiving wall. This can apply to several, in particular essentially all, of the sample receiving walls of the sample receiving space. The pressure chamber, in particular a pressure chamber volume of the pressure chamber, is usually filled with a fluid, in particular with a Liquid, for example water, can be filled in order to deform the sample receiving wall of the sample receiving area, in particular elastically, using a fluid pressure of the fluid. Usually, the sample receiving area or the sample receiving cavity is circumferentially surrounded by the pressure chamber, in particular the pressure chamber volume of the pressure chamber. Preferably, the sample receiving wall borders on the pressure chamber volume. It is expedient if, in the use state, the sample receiving wall or sample receiving walls of the sample receiving space can be pressed circumferentially around the rock sample with, in particular elastic, deformation of the sample receiving wall or sample receiving walls against the rock sample. This enables a robust seal to be implemented between the rock sample and the sample receiving wall or sample receiving walls of the sample receiving area. Preferably, in the use state, the sample receiving wall or sample receiving walls of the sample receiving area can be deformed along a predominant length of the rock sample, in particular as described. In the fluid of the pressure chamber, a fluid pressure between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar, can usually be implemented, in particular controlled, preferably regulated, adjusted. The device usually has the pressure chamber.
Zweckmäßig ist es, wenn der erste Messbereich mit einer ersten Gastransportleitung gasleitend verbunden ist und der zweite Messbereich mit einer zweiten Gastransportleitung gasleitend verbunden ist, um über die jeweilige Gastransportleitung Gas dem jeweiligen Messbereich zuzuführen oder von diesem abzuführen. Insbesondere kann dem ersten Messbereich über die erste Gastransportleitung erstes Gas und/oder dem zweiten Messbereich über die zweite Gastransportleitung zweites Gas zugeführt werden. Die erste Gastransportleitung bzw. zweite Gastransportleitung sind üblicherweise Teil der Vorrichtung. It is expedient if the first measuring area is connected to a first gas transport line in a gas-conducting manner and the second measuring area is connected to a second gas transport line in a gas-conducting manner in order to supply gas to or remove gas from the respective measuring area via the respective gas transport line. In particular, first gas can be supplied to the first measuring area via the first gas transport line and/or second gas can be supplied to the second measuring area via the second gas transport line. The first gas transport line and the second gas transport line are usually part of the device.
Von Vorteil ist es, wenn der erste Messbereich und der zweite Messbereich über eine Druckausgleichseinrichtung gasdruckübertragend miteinander gekoppelt sind, um mit der Druckausgleichseinrichtung ein Gasdruckverhältnis zwischen einem Gasdruck im ersten Messbereich und einem Gasdruck im zweiten Messbereich konstant zu halten. Dadurch können Druckschwankungen ausgeglichen werden. Die Druckausgleichseinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, einen Gasdruck im ersten Messbereich und Gasdruck im zweiten Messbereich auf gleicher Höhe zu halten. Die Druckausgleichseinrichtung kann die erste Gastransportleitung und zweite Gastransportleitung gasdruckübertragend miteinander koppeln. Die erste Gastransportleitung und zweite Gastransportleitung können an die Druckausgleichseinrichtung anschließen. Günstig ist es, wenn die Druckausgleichseinrichtung eine Druckausgleichsmembran aufweist, um mit, insbesondere elastischer, Verformung der Druckausgleichsmembran einen Gasdruck von einer Seite der Druckausgleichsmembran zur anderen zu übertragen, insbesondere eine Gasdruckdifferenz an unterschiedlichen Seiten der Druckausgleichsmembran, zumindest teilweise zu kompensieren. Zweckmäßig können der erste Messbereich und der zweite Messbereich über die Druckausgleichsmembran, beispielsweise über die erste Gastransportleitung und zweite Gastransportleitung, gasdruckübertragend miteinander gekoppelt sein. Üblicherweise wird eine Seite der Gasdruckübertragungsmembran mit einem Gasdruck des Gases im ersten Messbereich und eine andere Seite der Gasdruckübertragungsmembran mit einem Gasdruck des Gases im zweiten Messbereich beaufschlagt, um mit Verformung der Gasdruckübertragungsmembran eine Gasdruckdifferenz zwischen den Gasdrücken zumindest teilweise zu kompensieren. Die Druckausgleichseinrichtung ist üblicherweise als Teil der Vorrichtung ausgebildet. Die Druckausgleichsmembran kann mit, insbesondere aus, einem Elastomer, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, gebildet sein. It is advantageous if the first measuring range and the second measuring range are coupled to one another via a pressure compensation device in a gas pressure-transmitting manner in order to keep a gas pressure ratio between a gas pressure in the first measuring range and a gas pressure in the second measuring range constant with the pressure compensation device. This allows pressure fluctuations to be compensated. The pressure compensation device is preferably designed to compensate for a gas pressure in the first measuring range and a gas pressure in the second measuring area at the same height. The pressure compensation device can couple the first gas transport line and the second gas transport line to one another in a gas pressure-transmitting manner. The first gas transport line and the second gas transport line can be connected to the pressure compensation device. It is advantageous if the pressure compensation device has a pressure compensation membrane in order to transfer a gas pressure from one side of the pressure compensation membrane to the other with, in particular, elastic, deformation of the pressure compensation membrane, in particular to at least partially compensate for a gas pressure difference on different sides of the pressure compensation membrane. The first measuring area and the second measuring area can expediently be coupled to one another in a gas pressure-transmitting manner via the pressure compensation membrane, for example via the first gas transport line and the second gas transport line. Usually, one side of the gas pressure transmission membrane is subjected to a gas pressure of the gas in the first measuring range and another side of the gas pressure transmission membrane is subjected to a gas pressure of the gas in the second measuring range in order to at least partially compensate for a gas pressure difference between the gas pressures by deforming the gas pressure transmission membrane. The pressure compensation device is usually designed as part of the device. The pressure compensation membrane can be formed with, in particular from, an elastomer, in particular acrylonitrile butadiene rubber.
Von Vorteil ist es, wenn der erste Messbereich und der zweite Messbereich mit unterschiedlichen Gasquellen zur Zuführung von unterschiedlichen Gasen in die Messbereiche gasleitend verbunden sind. Dadurch können definierte Atmosphärenverhältnisse im ersten und zweiten Messbereich eingestellt werden. Üblicherweise ist der erste Messbereich mit einer ersten Gasquelle zur Zuführung eines ersten Gases in den ersten Messbereich verbunden und der zweite Messbereich mit einer zweiten Gasquelle zur Zuführung eines zweiten Gases in den zweiten Messbereich verbunden. Das erste Gas und zweite Gas sind üblicherweise unterschiedliche Gase. Dadurch kann ein vom ersten Messbereich durch die Gesteinsproben hindurch in den zweiten Messbereich diffundiertes erstes Gas im zweiten Messbereich mit hoher Genauigkeit detektiert werden. Die erste Gasquelle bzw. zweite Gasquelle sind üblicherweise Teil der Vorrichtung. Günstig ist es, wenn die Vorrichtung eine erste Gasabführleitung aufweist, welche mit dem ersten Messbereich gasleitend verbunden ist, und/oder eine zweite Gasabführleitung aufweist, welche mit dem zweiten Messbereich gasleitend verbunden ist, um über die jeweilige Gasabführleitung Gas aus dem jeweiligen Messbereich abzuführen. Die jeweilige Gasabführleitung kann zusätzlich zur jeweiligen Gastransportleitung vorhanden sein. Praktikabel ist es, wenn die erste und/oder zweite Gastransportleitung jeweils mit einer Gasabführleitung und einer Gaszuführleitung gebildet ist, wobei die Gasabführleitung und Gaszuführleitung über ein Mehrwegeventil mit dem jeweiligen Messbereich fluidleitend verbunden sind, sodass durch Schalten des Mehrwegeventils gesteuert ein Gastransport zwischen dem jeweiligen Messbereich und selektiv einstellbar der jeweiligen Gaszuführleitung oder Gasabführleitung umsetzbar ist. Das jeweilige Mehrwegventil kann fluidleitend über eine Gasanschlussleitung mit dem jeweiligen Messberiech fluidleitend verbunden sein. Das Mehrwegventil und/oder die Anschlussleitung können als Teil der Gastransportleitung ausgebildet sein. It is advantageous if the first measuring range and the second measuring range are connected to different gas sources for supplying different gases to the measuring ranges. This makes it possible to set defined atmospheric conditions in the first and second measuring ranges. Typically, the first measuring range is connected to a first gas source for supplying a first gas to the first measuring range and the second measuring range is connected to a second gas source for supplying a second gas to the second measuring range. The first gas and second gas are typically different gases. This means that a first gas that has diffused from the first measuring range through the rock samples into the second measuring range can be detected with high accuracy in the second measuring range. The first gas source and second gas source are typically part of the device. It is advantageous if the device has a first gas discharge line which is connected to the first measuring area in a gas-conducting manner, and/or a second gas discharge line which is connected to the second measuring area in a gas-conducting manner, in order to discharge gas from the respective measuring area via the respective gas discharge line. The respective gas discharge line can be present in addition to the respective gas transport line. It is practical if the first and/or second gas transport line is each formed with a gas discharge line and a gas supply line, wherein the gas discharge line and gas supply line are fluidically connected to the respective measuring area via a multi-way valve, so that gas transport between the respective measuring area and the selectively adjustable respective gas supply line or gas discharge line can be implemented by switching the multi-way valve. The respective multi-way valve can be fluidically connected to the respective measuring area via a gas connection line. The multi-way valve and/or the connection line can be designed as part of the gas transport line.
Der Diffusionskoeffizient ist üblicherweise abhängig von der Gesteinsprobe, insbesondere dessen Gesteinsprobenmaterial, dem ersten Gas und gegebenenfalls dem zweiten Gas. Darüber hinaus ist der Diffusionskoeffizient in der Regel abhängig von einem Gasdruck und/oder einer Temperatur im Probenhalter. Der Gasdruck im Probenhalter bezeichnet insbesondere einen Gasdruck im ersten Messbereich und/oder einen Gasdruck im zweiten Messbereich. Die Temperatur im Probenhalter bezeichnet insbesondere eine Temperatur im ersten Messbereich und/oder eine Temperatur im zweiten Messbereich. Mit Einstellen von Gasdruck und Temperatur kann eine hohe Genauigkeit der Diffusionskoeffizientenbestimmung erreicht werden. The diffusion coefficient is usually dependent on the rock sample, in particular its rock sample material, the first gas and possibly the second gas. In addition, the diffusion coefficient is usually dependent on a gas pressure and/or a temperature in the sample holder. The gas pressure in the sample holder refers in particular to a gas pressure in the first measuring range and/or a gas pressure in the second measuring range. The temperature in the sample holder refers in particular to a temperature in the first measuring range and/or a temperature in the second measuring range. By adjusting the gas pressure and temperature, a high degree of accuracy in determining the diffusion coefficient can be achieved.
Das erste Gas und zweite Gas weisen üblicherweise eine unterschiedliche Gaszusammensetzung auf. Günstig ist es, wenn das erste Gas überwiegend mit, insbesondere im Wesentlichen aus, Stickstoff, Methan oder Wasserstoff gebildet ist. Zweckmäßig kann das zweite Gas überwiegend mit, insbesondere aus, Stickstoff, Methan oder Wasserstoff gebildet sein, wobei das zweite Gas eine andere Gaszusammensetzung aufweist als das erste Gas. Beispielsweise kann das erste Gas überwiegend mit, insbesondere im Wesentlichen aus, Wasserstoff und das zweite Gas, überwiegend mit, insbesondere im Wesentlichen aus, Methan gebildet sein, oder in analoger Weise in umgekehrter Ausprägung. Das erste Gas und/oder das zweite Gas kann jeweils mit mehreren Gaskomponenten gebildet sein. The first gas and second gas usually have a different gas composition. It is advantageous if the first gas is predominantly formed with, in particular essentially from, nitrogen, methane or hydrogen. The second gas can expediently be predominantly formed with, in particular essentially from, nitrogen, methane or hydrogen, wherein the second gas has a different gas composition than the first gas. For example, the first gas can be predominantly formed with, in particular essentially from, hydrogen and the second gas predominantly with, in particular essentially from, methane, or in an analogous manner in reversed form. The first gas and/or the second gas can each be formed with several gas components.
Die weitere Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen gelöst, wenn bei einer Gesteinsprobe mit einer in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen die Gesteinsprobe im Probenaufnahmebereich angeordnet wird und ein erstes Gas in den ersten Messbereich geleitet wird, um eine Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe hindurch zum zweiten Messbereich zu bewirken, wobei im ersten Messbereich ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt wird, wonach mit der ersten Spektroskopiemessstrecke ein im ersten Messbereich befindlicher Gasanteil des ersten Gases und mit der zweiten Spektroskopiemessstrecke ein im zweiten Messbereich befindlicher Gasanteil des ersten Gases zeitabhängig gemessen werden, um mit einem Vergleich der Gasanteile einen Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe zu bestimmen. Auf diese Weise kann, insbesondere wie vorstehend ausgeführt, ein Diffusionskoeffizient einer Gesteinsprobe bei, insbesondere vorgenannten Gasdrücken, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Das Verfahren ermöglicht eine hohe Einsatzfähigkeit bei der Ermittlung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe, insbesondere bei hohen Druckverhältnissen. The further object of the invention is achieved by a method of the type mentioned at the outset for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions, when, in the case of a rock sample with a device described in this document for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions, the rock sample is arranged in the sample receiving area and a first gas is passed into the first measuring area in order to cause diffusion of the first gas from the first measuring area through the rock sample to the second measuring area, wherein a gas pressure of between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar, is set in the first measuring area, after which a gas portion of the first gas located in the first measuring area is measured with the first spectroscopy measuring section and a gas portion of the first gas located in the second measuring area is measured with the second spectroscopy measuring section in a time-dependent manner in order to determine a diffusion coefficient of the rock sample by comparing the gas portions. In this way, in particular as stated above, a diffusion coefficient of a rock sample can be determined with high accuracy, particularly at the aforementioned gas pressures. The method enables a high level of usability in determining a diffusion coefficient of a rock sample, particularly at high pressure conditions.
Es versteht sich, dass das Verfahren zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen entsprechend den Merkmalen und Wirkungen, welche im Rahmen einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen, insbesondere vorstehend, in diesem Dokument beschrieben sind, ausgebildet sein kann. Analoges gilt auch für die Vorrichtung im Hinblick auf das Verfahren. It is understood that the method for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions can be designed according to the features and effects which are described in this document in the context of a device for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions, in particular above. The same applies to the device with regard to the method.
Die jeweilige zeitabhängige Messung des Gasanteils des ersten Gases kann eine zeitabhängige Messung einer Änderung des Gasanteils des ersten Gases sein. Üblicherweise werden mit der ersten Spektroskopiemessstrecke und der zweiten Spektroskopiemessstrecke jeweils mehrere Messungen eines Gasanteils des ersten Gases im jeweiligen Messbereich durchgeführt. Mit einem Vergleich der Gasanteile des ersten Gases im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich, insbesondere in Abhängigkeit von einer Zeit, kann der Diffusionskoeffizient bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt der Vergleich mit einem computerbasierten Simulationsmodell, mit welchem basierend auf mit den Messungen generierten Messdaten auf den Diffusionskoeffizienten rückgerechnet wird. Zweckmäßig kann die Vorrichtung eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, üblicherweise gebildet mit einem Mikrocontroller, aufweisen, welche ausgebildet ist, mit Vergleich der Gasanteile des ersten Gases, insbesondere wie beschrieben, den Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe, insbesondere computerimplementiert, zu bestimmen. Die elektronische Auswerteeinheit kann Teil der Datenverarbeitungseinrichtung sein. The respective time-dependent measurement of the gas content of the first gas can be a time-dependent measurement of a change in the gas content of the first gas. Usually, several measurements of a gas content of the first gas in the respective measuring range are carried out with the first spectroscopy measuring section and the second spectroscopy measuring section. By comparing the gas contents of the first gas in the first measuring range and in the second measuring range, in particular as a function of time, the diffusion coefficient can be determined. Preferably, the comparison is made with a computer-based simulation model, with which the diffusion coefficient is calculated based on measurement data generated with the measurements. The device can expediently have an electronic data processing device, usually formed with a microcontroller, which is designed to determine the diffusion coefficient of the rock sample, in particular computer-implemented, by comparing the gas proportions of the first gas, in particular as described. The electronic evaluation unit can be part of the data processing device.
Vorteilhaft ist es, wenn vor einem Einbringen des ersten Gases in den ersten Messbereich ein zweites Gas in den zweiten Messbereich eingebracht, insbesondere geleitet, wird, sodass sich das zweite Gas in der Gesteinsprobe ausbreitet, vorzugsweise die Gesteinsprobe mit dem zweiten Gas gesättigt wird. Dies findet üblicherweise nach Anordnen der Gesteinsprobe im Probenaufnahmebereich statt. Eine Diffusion des ersten Gases kann vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe und dem in der Gesteinsprobe befindlichem zweiten Gas zum bzw. in den zweiten Messbereich stattfinden. Auf diese Weise kann der Diffusionskoeffizient mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden. Der Diffusionskoeffizient ist dann insbesondere abhängig vom ersten Gas und zweiten Gas. Ein Einbringen des zweiten Gases in den zweiten Messbereich zur Sättigung der Gesteinsprobe mit dem zweiten Gas erfolgt üblicherweise bei einem Gasdruck des zweiten Gases im zweiten Messbereich zwischen 1 bar und 100 bar, insbesondere zwischen 2 bar und 25 bar. Üblicherweise wird danach, in der Regel vor Einbringen des ersten Gases in den ersten Messbereich, ein Gasdruck des zweiten Gases im zweiten Messbereich zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt. It is advantageous if, before the first gas is introduced into the first measuring area, a second gas is introduced, in particular passed, into the second measuring area so that the second gas spreads in the rock sample, preferably the rock sample is saturated with the second gas. This usually takes place after the rock sample has been arranged in the sample receiving area. Diffusion of the first gas can take place from the first measuring area through the rock sample and the second gas in the rock sample to or into the second measuring area. In this way, the diffusion coefficient can be determined with particularly high accuracy. The diffusion coefficient is then particularly dependent on the first gas and the second gas. Introducing the second gas into the second measuring area to saturate the rock sample with the second gas usually takes place at a gas pressure of the second gas in the second measuring range between 1 bar and 100 bar, in particular between 2 bar and 25 bar. Typically, a gas pressure of the second gas in the second measuring range is then set between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar, usually before the first gas is introduced into the first measuring range.
Vorzugsweise befindet sich bei Beginn einer Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe zum, insbesondere in den, zweiten Messbereich im zweiten Messbereich überwiegend, vorzugsweise im Wesentlichen, zweites Gas. Preferably, at the beginning of a diffusion of the first gas from the first measuring region through the rock sample to, in particular into, the second measuring region, the second measuring region predominantly, preferably substantially, contains the second gas.
Von Vorteil ist es, wenn während einer im Wesentlichen gesamten Messprozedur zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten ein Gasdruckverhältnis zwischen dem ersten Messbereich und dem zweiten Messbereich konstant gehalten wird, insbesondere der erste Messbereich und der zweite Messbereich einen gleichen Gasdruck aufweisen. It is advantageous if, during essentially the entire measurement procedure for determining the diffusion coefficient, a gas pressure ratio between the first measuring range and the second measuring range are kept constant, in particular the first measuring range and the second measuring range have the same gas pressure.
Messprozedur bezeichnet üblicherweise eine Durchführung der spektroskopischen Messungen zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten während einer stattfindenden Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe hindurch zum, insbesondere in, den zweiten Messbereich, sodass insbesondere basierend auf den Messungen der Diffusionskoeffizient bestimmbar ist. Measuring procedure usually refers to carrying out the spectroscopic measurements to determine the diffusion coefficient during an ongoing diffusion of the first gas from the first measuring area through the rock sample to, in particular into, the second measuring area, so that the diffusion coefficient can be determined in particular based on the measurements.
Üblicherweise wird im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt. Im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich werden üblicherweise gleich große Gasdrücke eingestellt. In der Regel wird, insbesondere während einer im Wesentlichen gesamten Messprozedur, der Gasdruck im ersten Messbereich und/oder der Gasdruck im zweiten Messbereich zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, gehalten. Der Gasdruck im ersten Messbereich und der Gasdruck im zweiten Messbereich sind dabei üblicherweise gleich groß. Typically, a gas pressure of between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar, is set in the first measuring range and in the second measuring range. Gas pressures of the same magnitude are usually set in the first measuring range and in the second measuring range. As a rule, the gas pressure in the first measuring range and/or the gas pressure in the second measuring range is kept between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar, in particular during essentially the entire measuring procedure. The gas pressure in the first measuring range and the gas pressure in the second measuring range are usually the same magnitude.
Von Vorteil ist es, wenn eine Verwendung einer in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen oder eines in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen umgesetzt wird, um eine Diffusion von Gas in einem, insbesondere unterirdischen, Gasspeicher zu ermitteln. Der Gasspeicher kann ein Gasspeicher für ein zweites Gas sein, in welchen Gasspeicher ein erstes Gas aufgenommen werden soll. Der Gasspeicher kann eine, insbesondere unterirdische, Gaslagerstätte sein. Beispielsweise kann der Gasspeicher, insbesondere die Gaslagerstätte, ein Methangasspeicher, insbesondere eine Methangaslagerstätte, sein, in welche ein zweites Gas, beispielsweise Wasserstoffgas, aufgenommen werden soll. Durch eine Bestimmung des Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe bei vorgenannten Druckverhältnissen kann eine Diffusion von Gas in einem Gasspeicher, insbesondere einer Gaslagerstätte, mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Vorteilhaft ist es, wenn dadurch eine Nutzungsmöglichkeit, insbesondere ein Speichervermögen, des Gasspeichers, insbesondere der Gaslagerstätte, zur Speicherung eines Gases und/oder eine Einlagerungsfähigkeit eines Gases in den Gasspeicher, insbesondere in die Gaslagerstätte, bestimmt wird. It is advantageous if a device described in this document for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions or a method described in this document for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions is used to determine a diffusion of gas in a gas storage facility, in particular an underground gas storage facility. The gas storage facility can be a gas storage facility for a second gas, in which gas storage facility a first gas is to be taken up. The gas storage facility can be a gas storage facility, in particular an underground gas storage facility. For example, the gas storage facility, in particular the gas storage facility, can be a methane gas storage facility, in particular a methane gas storage facility, in which a second gas, for example hydrogen gas, is to be taken up. By determining the diffusion coefficient of the rock sample under the aforementioned pressure conditions, a diffusion of gas in a gas storage facility, in particular a gas storage facility, can be determined with high accuracy. It is advantageous if this enables a possibility of use, in particular a storage capacity, of the gas storage facility, in particular the gas storage facility, for storing a gas and/or the storage capacity of a gas in the gas storage facility, in particular in the gas deposit, is determined.
Ein Gasdruck im ersten Messbereich bzw. zweiten Messbereich bezieht sich üblicherweise auf ein Gas im jeweiligen Messbereich, insbesondere Gasaufnahmevolumen des jeweiligen Messbereiches. Dies gilt in analoger Weise für eine Temperatur und/oder einen Gasdruck im jeweiligen Messbereich. Das Gas kann mit, insbesondere aus, erstem Gas und/oder zweitem Gas gebildet sein. A gas pressure in the first measuring range or second measuring range usually refers to a gas in the respective measuring range, in particular the gas absorption volume of the respective measuring range. This applies analogously to a temperature and/or a gas pressure in the respective measuring range. The gas can be formed with, in particular from, the first gas and/or the second gas.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: Further features, advantages and effects of the invention emerge from the following illustration of an embodiment. In the drawings, to which reference is made, show:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen; Fig. 1 shows a device for determining a diffusion coefficient of a rock sample under high pressure conditions;
Fig. 2 ein Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung in einem Einsatzzustand der Vorrichtung. Fig. 2 is a detail of the device of Fig. 1 in an enlarged view in an operational state of the device.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe 2 unter Hochdruckbedingungen. Die Vorrichtung 1 weist einen Probenhalter 3 mit einem Probenaufnahmebereich 4 zur Aufnahme einer Gesteinsprobe 2, einem ersten Messbereich 5, in welchen ein erstes Gas 28 einleitbar ist, und einem zweiten Messbereich 6, in welchen ein zweites Gas 29 einleitbar ist, auf. Der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 sind an unterschiedlichen Seiten des Probenaufnahmebereiches 4 angeordnet, sodass im Einsatzzustand ein in den ersten Messbereich 5 eingeleitetes erstes Gas 28 vom ersten Messbereich 5 durch eine im Probenaufnahmebereich 4 angeordnete Gesteinsprobe 2 hindurch zum zweiten Messbereich 6 diffundieren kann. Der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 sind zur Aufnahme von Gas mit einem Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, ausgebildet. Vorzugsweise bilden der erste Messbereich 5, der zweite Messbereich 6 und der Probenaufnahmebereich 4 einen gemeinsamen Aufnahmehohlraum, sodass durch Anordnen der Gesteinsprobe 2 im Probenaufnahmebereich 4 der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 jeweils ein Gasaufnahmevolumen bildet, welche Gasaufnahmevolumen durch die Gesteinsprobe 2 voneinander separiert sind. Fig. 1 shows a schematic representation of a device 1 for determining a diffusion coefficient of a rock sample 2 under high pressure conditions. The device 1 has a sample holder 3 with a sample receiving area 4 for receiving a rock sample 2, a first measuring area 5 into which a first gas 28 can be introduced, and a second measuring area 6 into which a second gas 29 can be introduced. The first measuring area 5 and the second measuring area 6 are arranged on different sides of the sample receiving area 4 so that, in the operating state, a first gas 28 introduced into the first measuring area 5 can diffuse from the first measuring area 5 through a rock sample 2 arranged in the sample receiving area 4 to the second measuring area 6. The first measuring area 5 and the second measuring area 6 are designed to receive gas with a gas pressure between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar. Preferably, the first measuring area 5, the second measuring area 6 and the sample receiving area 4 form a common receiving cavity, so that by arranging the rock sample 2 in the sample receiving area 4, the first measuring area 5 and the second measuring area 6 each forms a gas absorption volume, which gas absorption volumes are separated from each other by the rock sample 2.
Der erste Messbereich 5 ist Teil einer ersten Spektroskopiemessstrecke 7 zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases 28 im ersten Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 ist Teil einer zweiten Spektroskopiemessstrecke 8 zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases 28 im zweiten Messbereich 6. Mit der jeweiligen Spektroskopiemessstrecke 7, 8 werden die jeweiligen Gasanteile spektroskopisch bestimmt. Mit einem Vergleich der Gasanteile kann ein Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe 2 bestimmt werden. The first measuring range 5 is part of a first spectroscopy measuring section 7 for the time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas 28 in the first measuring range 5 and the second measuring range 6 is part of a second spectroscopy measuring section 8 for the time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas 28 in the second measuring range 6. The respective gas proportions are determined spectroscopically using the respective spectroscopy measuring sections 7, 8. By comparing the gas proportions, a diffusion coefficient of the rock sample 2 can be determined.
Die erste Spektroskopiemessstrecke 7 und die zweite Spektroskopiemessstrecke 8 weisen eine elektromagnetische Strahlungsquelle 9 und ein Spektroskop 10 auf, um im jeweiligen Messbereich 5, 6 befindliches Gas mit von der elektromagnetischen Strahlungsquelle 9 emittierter elektromagnetischer Strahlung zumindest bereichsweise zu durchstrahlen und anschließend die elektromagnetische Strahlung mit dem Spektroskop 10 zu analysieren, um einen Anteil bzw. eine Konzentration des ersten Gases 28 im jeweiligen Messbereich 5, 6 zu bestimmen. Mit der jeweiligen Spektroskopiemessstrecke 7, 8 wird üblicherweise eine Absorptionsspektroskopie des Gases im jeweiligen Messbereich 5, 6 durchgeführt. Die elektromagnetische Strahlungsquelle 9 ist vorzugsweise eine Infrarotstrahlungsquelle. Die erste Spektroskopiemessstrecke 7 und die zweite Spektroskopiemessstrecke 8 weisen vorzugsweise eine gemeinsame elektromagnetische Strahlungsquelle 9 und/oder ein gemeinsames Spektroskop 10 auf. Alternativ kann jeweils eine eigene elektromagnetische Strahlungsquelle 9 und/oder ein eigenes Spektroskop 10 vorgesehen sein. Die jeweilige Spektroskopiemessstrecke 7, 8 weist üblicherweise eine Strahlungszuführleitung 12 auf, welche die Strahlungsquelle 9 mit dem jeweiligen Messbereich 5, 6 zur Übertragung von elektromagnetischer Strahlung von der elektromagnetischen Strahlungsquelle 9 zum Messbereich 5, 6 verbindet. Die jeweilige Spektroskopiemessstrecke 7, 8 weist in der Regel eine Strahlungsabführleitung 13 auf, mit welcher der jeweilige Messbereich 5, 6 mit dem Spektroskop 10 zur Übertragung von elektromagnetischer Strahlung vom jeweiligen Messbereich 5, 6 zum Spektroskop 10 verbunden ist. Die Strahlungszuführleitungen 12 und Strahlungsabführleitungen 13 können mit, insbesondere als, Lichtwellenleiter ausgebildet sein. Weisen die erste Spektroskopiemessstrecke 7 und die zweite Spektroskopiemessstrecke 8 ein gemeinsames Spektroskop 10 auf, ist es günstig, wenn die erste Spektroskopiemessstrecke 7 und die zweite Spektroskopiemessstrecke 8 einen Splitter 11 aufweisen, um die die elektromagnetische Strahlung vom ersten Messbereich 5 und zweiten Messbereich 6 über den Splitter 11 zum Spektroskop 10 zu leiten. Der Splitter 11 ist ausgebildet, abwechselnd elektromagnetische Strahlung vom ersten Messbereich 5 und elektromagnetische Strahlung vom zweiten Messbereich 6 zum Spektroskop 10 weiterzuleiten. Üblicherweise ist der Splitter 11 über die jeweilige Strahlungsabführleitung 13 mit dem ersten Messbereich 5 und mit dem zweiten Messbereich 6 zur Leitung von elektromagnetischer Strahlung von denThe first spectroscopy measuring section 7 and the second spectroscopy measuring section 8 have an electromagnetic radiation source 9 and a spectroscope 10 in order to at least partially irradiate gas located in the respective measuring area 5, 6 with electromagnetic radiation emitted by the electromagnetic radiation source 9 and then to analyze the electromagnetic radiation with the spectroscope 10 in order to determine a proportion or a concentration of the first gas 28 in the respective measuring area 5, 6. The respective spectroscopy measuring section 7, 8 is usually used to carry out absorption spectroscopy of the gas in the respective measuring area 5, 6. The electromagnetic radiation source 9 is preferably an infrared radiation source. The first spectroscopy measuring section 7 and the second spectroscopy measuring section 8 preferably have a common electromagnetic radiation source 9 and/or a common spectroscope 10. Alternatively, a separate electromagnetic radiation source 9 and/or a separate spectroscope 10 can be provided. The respective spectroscopy measuring section 7, 8 usually has a radiation supply line 12 which connects the radiation source 9 to the respective measuring area 5, 6 for transmitting electromagnetic radiation from the electromagnetic radiation source 9 to the measuring area 5, 6. The respective spectroscopy measuring section 7, 8 usually has a radiation discharge line 13 which connects the respective measuring area 5, 6 to the spectroscope 10 for transmitting electromagnetic radiation from the respective measuring area 5, 6 to the spectroscope 10. The radiation supply lines 12 and radiation discharge lines 13 can be designed with, in particular as, optical waveguides. If the first spectroscopy measuring section 7 and the second spectroscopy measuring section 8 have a common spectroscope 10, it is advantageous if the first spectroscopy measuring section 7 and the second spectroscopy measuring section 8 have a splitter 11 in order to guide the electromagnetic radiation from the first measuring area 5 and second measuring area 6 via the splitter 11 to the spectroscope 10. The splitter 11 is designed to alternately guide electromagnetic radiation from the first measuring area 5 and electromagnetic radiation from the second measuring area 6 to the spectroscope 10. The splitter 11 is usually connected to the first measuring area 5 and to the second measuring area 6 via the respective radiation discharge line 13 for the guidance of electromagnetic radiation from the
Messbereichen 5, 6 zum Splitter 11 verbunden. Der Splitter 11 ist üblicherweise über eine Strahlungstransportleitung 14 zur Weiterleitung von elektromagnetischer Strahlung an das Spektroskop 10 mit dem Spektroskop 10 verbunden. Measuring areas 5, 6 are connected to the splitter 11. The splitter 11 is usually connected to the spectroscope 10 via a radiation transport line 14 for forwarding electromagnetic radiation to the spectroscope 10.
Der erste Messbereich 5 ist üblicherweise mit einer ersten Gastransportleitung 15 und der zweite Messbereich 6 mit einer zweiten Gastransportleitung 16 gasleitend verbunden, um über die erste Gastransportleitung 15 dem ersten Messbereich 5 Gas zuzuführen bzw. von diesem abzuführen und über die zweite Gastransportleitung 16 dem zweiten Messbereich 6 Gas zuzuführen bzw. von diesem abzuführen. Zweckmäßig ist es, wenn die erste Gastransportleitung 15 und/oder die zweite Gastransportleitung 16 jeweils mit einer Gaszuführleitung 17 und einer Gasabführleitung 18 umgesetzt ist, welche über ein Mehrwegeventil 31 mit dem jeweiligen Messbereich 5, 6 gasleitend verbunden sind, um mit Schalten des Mehrwegeventils 31 gesteuert eine Gasleitung zwischen der Gaszuführleitung 17 und dem jeweiligen Messbereich 5, 6 oder alternativ eine Gasleitung zwischen dem jeweiligen Messbereich 5, 5 und der Gasabführleitung 18 einzustellen. The first measuring area 5 is usually connected in a gas-conducting manner to a first gas transport line 15 and the second measuring area 6 to a second gas transport line 16 in order to supply gas to or remove gas from the first measuring area 5 via the first gas transport line 15 and to supply gas to or remove gas from the second measuring area 6 via the second gas transport line 16. It is expedient if the first gas transport line 15 and/or the second gas transport line 16 are each implemented with a gas supply line 17 and a gas discharge line 18, which are connected in a gas-conducting manner to the respective measuring area 5, 6 via a multi-way valve 31 in order to set a gas line between the gas supply line 17 and the respective measuring area 5, 6 or alternatively a gas line between the respective measuring area 5, 5 and the gas discharge line 18 in a controlled manner by switching the multi-way valve 31.
Der Probenaufnahmebereich 4 ist mit einer, insbesondere elastisch, verformbaren Probenaufnahmewand 19 gebildet, sodass im Einsatzzustand mit Verformen der Probenaufnahmewand 19 eine Pressverbindung zwischen Probenaufnahmewand 19 und Gesteinsprobe 2 zur Abdichtung gegen eine Gasfluss zwischen Gesteinsprobe 2 und Probenaufnahmewand 19 umsetzbar ist. Der Probenaufnahmebereich 4 kann als Probenaufnahmeschlauch ausgebildet sein, welcher im Einsatzzustand die Gesteinsprobe 2 umfänglich umschließt. Vorteilhaft ist es, wenn der Probenaufnahmebereich 4, insbesondere der Probenaufnahmeschlauch, umfänglich von einer Druckkammer 20 umgeben ist, sodass im Einsatzzustand mit einer Druckerhöhung in der Druckkammer 20, insbesondere in einem Druckkammervolumen 30 der Druckkammer 20, die Probenaufnahmewand 19 des Probenaufnahmebereiches 4 mit, insbesondere elastischer, Verformung der Probenaufnahmewand 19 gegen die Gesteinsprobe 2 pressbar ist. Zweckmäßig kann der Probenhalter 3 in der Druckkammer 20 angeordnet sein. Die Druckkammer 20 kann eine Zugangsöffnung 21 und ein Verschlusselement 22 aufweisen, wobei die Zugangsöffnung 21, insbesondere öffenbar, mit dem Verschlusselement 22, insbesondere gasdicht, verschlossen ist, um den Probenhalter 3 über die Zugangsöffnung 21 in die Druckkammer 20 einzufügen bzw. aus der Druckkammer 20 zu entnehmen. Die Druckkammer 20 weist üblicherweise ein oder mehrere Dichtelemente 23 auf, um die Zugangsöffnung 21 und das Verschlusselement 22 gasdicht miteinander zu verschließen. Zweckmäßig kann die Druckkammer 20 mehrere solche Zugangsöffnungen 21 mit Verschlusselementen 22 aufweisen. The sample receiving area 4 is formed with a, in particular elastically, deformable sample receiving wall 19, so that in the operational state with deformation of the sample receiving wall 19 a press connection between the sample receiving wall 19 and the rock sample 2 can be implemented to seal against a gas flow between the rock sample 2 and the sample receiving wall 19. The sample receiving area 4 can be designed as a sample receiving hose, which in the operational state encloses the rock sample 2 circumferentially. It is advantageous if the sample receiving area 4, in particular the sample receiving hose, is circumferentially surrounded by a pressure chamber 20, so that in the use state with a pressure increase in the pressure chamber 20, in particular in a pressure chamber volume 30 of the pressure chamber 20, the sample receiving wall 19 of the sample receiving area 4 can be pressed against the rock sample 2 with, in particular elastic, deformation of the sample receiving wall 19. The sample holder 3 can expediently be arranged in the pressure chamber 20. The pressure chamber 20 can have an access opening 21 and a closure element 22, wherein the access opening 21, in particular openable, is closed with the closure element 22, in particular gas-tight, in order to insert the sample holder 3 into the pressure chamber 20 via the access opening 21 or to remove it from the pressure chamber 20. The pressure chamber 20 usually has one or more sealing elements 23 in order to close the access opening 21 and the closure element 22 together in a gas-tight manner. The pressure chamber 20 can expediently have several such access openings 21 with closure elements 22.
Die Strahlungszuführleitungen 12 und Strahlungsabführleitungen 13 können gasdicht an Wände des Probenhalters 3, insbesondere der ersten Messkammer bzw. zweiten Messkammer, und/oder die Wände der Druckkammer 20 angeschlossen bzw. durch diese hindurchgeführt sein. Dies kann mit Leitungsanschlüssen 32, insbesondere ausgebildet als Faserdurchführungen, umgesetzt sein. The radiation supply lines 12 and radiation removal lines 13 can be connected in a gas-tight manner to walls of the sample holder 3, in particular the first measuring chamber or second measuring chamber, and/or the walls of the pressure chamber 20 or can be led through them. This can be implemented with line connections 32, in particular designed as fiber feedthroughs.
Vorteilhaft können der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 über eine Druckausgleichseinrichtung 24 gasdruckübertragend miteinander gekoppelt sein, um ein Gasdruckverhältnis zwischen einem Gasdruck von Gas im ersten Messbereich 5 und einem Gasdruck von Gas im zweiten Messbereich 6 konstant zu halten, insbesondere eine Gasdruckdifferenz zwischen den Gasdrücken im ersten Messbereich 5 und zweiten Messbereich 6 zumindest teilweise zu kompensieren. Die Druckausgleichseinrichtung 24 kann die erste Gastransportleitung 15, insbesondere deren Gaszuführleitung 17, und die zweite Gastransportleitung 16, insbesondere deren Gaszuführleitung 17, gasdruckübertragend miteinander koppeln. Vorzugsweise ist die Druckausgleichseinrichtung 24 mit einer Druckausgleichsmembran 25 gebildet, um mit, insbesondere elastischem, Verformen der Druckausgleichsmembran 25 einen Gasdruck von einem der Messbereiche 5, 6 an den anderen Messbereich 6, 5 zu übertragen, insbesondere eine Gasdruckdifferenz zwischen den Messbereichen 5, 6 zumindest teilweise zu kompensieren. Zweckmäßig können der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 jeweils fluidleitend mit einander gegenüberliegenden Seiten der Druckausgleichsmembran 25 verbunden sein. The first measuring area 5 and the second measuring area 6 can advantageously be coupled to one another via a pressure compensation device 24 in a gas pressure-transmitting manner in order to keep a gas pressure ratio between a gas pressure of gas in the first measuring area 5 and a gas pressure of gas in the second measuring area 6 constant, in particular to at least partially compensate for a gas pressure difference between the gas pressures in the first measuring area 5 and the second measuring area 6. The pressure compensation device 24 can couple the first gas transport line 15, in particular its gas supply line 17, and the second gas transport line 16, in particular its gas supply line 17, to one another in a gas pressure-transmitting manner. The pressure compensation device 24 is preferably formed with a pressure compensation membrane 25 in order to transmit a gas pressure from one of the measuring areas 5, 6 to the other measuring area 6, 5 by deforming the pressure compensation membrane 25, in particular elastically, in order to at least partially compensate for a gas pressure difference between the measuring areas 5, 6. to partially compensate. The first measuring area 5 and the second measuring area 6 can each be connected in a fluid-conducting manner to opposite sides of the pressure compensation membrane 25.
Der erste Messbereich 5 kann über die erste Gastransportleitung 15, insbesondere deren Gaszuführleitung 17, mit einer ersten Gasquelle 26 zur Zuführung eines ersten Gases 28 in den ersten Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 kann über die zweite Gastransportleitung 16, insbesondere deren Gaszuführleitung 17, mit einer zweiten Gasquelle 27 zur Zuführung eines zweiten Gases 29 in den zweiten Messbereich 6 gasleitend verbunden sein. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. The first measuring area 5 can be connected in a gas-conducting manner via the first gas transport line 15, in particular its gas supply line 17, to a first gas source 26 for supplying a first gas 28 to the first measuring area 5, and the second measuring area 6 can be connected in a gas-conducting manner via the second gas transport line 16, in particular its gas supply line 17, to a second gas source 27 for supplying a second gas 29 to the second measuring area 6. This is shown in Fig. 2.
Vorteilhaft ist bei einem Verfahren zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe 2 unter Hochdruckbedingungen vorgesehen, dass nach Anordnen der Gesteinsprobe 2 im Probenaufnahmebereich 4 in den zweiten Messbereich 6 ein zweites Gas 29 aus der zweiten Gasquelle 27 eingebracht wird, sodass sich das zweite Gas 29 in der Gesteinsprobe 2 ausbreitet, und insbesondere die Gesteinsprobe 2 mit dem zweiten Gas 29 gesättigt wird. Üblicherweise wird dann der erste Messbereich 5 durch Diffusion des zweiten Gases 29 vom zweiten Messbereich 6 durch die Gesteinsprobe 2 hindurch in den ersten Messbereich 5 mit zweitem Gas 29 befüllt. Anschließend wird erstes Gas 28 in den ersten Messbereich 5 geleitet und im ersten Messbereich 5, insbesondere im ersten Gas 28 im ersten Messbereich 5, ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar eingestellt. In der Regel ist während einer Durchführung der Messprozedur auch im zweiten Messbereich 6 ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere ein gleicher Gasdruck wie im ersten Messbereich 5, eingestellt. Dieser Einsatzzustand ist in Fig. 2 dargestellt. In a method for determining the diffusion coefficient of the rock sample 2 under high pressure conditions, it is advantageous that after the rock sample 2 has been arranged in the sample receiving area 4, a second gas 29 from the second gas source 27 is introduced into the second measuring area 6 so that the second gas 29 spreads in the rock sample 2 and, in particular, the rock sample 2 is saturated with the second gas 29. The first measuring area 5 is then usually filled with the second gas 29 by diffusion of the second gas 29 from the second measuring area 6 through the rock sample 2 into the first measuring area 5. The first gas 28 is then fed into the first measuring area 5 and a gas pressure of between 5 bar and 200 bar is set in the first measuring area 5, in particular in the first gas 28 in the first measuring area 5. As a rule, during execution of the measuring procedure, a gas pressure between 5 bar and 200 bar is also set in the second measuring range 6, in particular a gas pressure equal to that in the first measuring range 5. This operating state is shown in Fig. 2.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts der Vorrichtung 1 der Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung in einem Einsatzzustand der Vorrichtung 1. Zur einfacheren Darstellung sind in Fig. 2 die Mehrwegeventile 31 nicht dargestellt und die jeweilige Gastransportleitung 15, 16, umgesetzt mit einer Gaszuführleitung 17, fluidleitend mit der jeweiligen Gasquelle 26, 27 verbunden. In dem in Fig. 2 dargestellten Einsatzzustand ist der zweite Messbereich 6 mit zweitem Gas 29 befüllt und der erste Messbereich 6 mit erstem Gas 28 und zweitem Gas 29 befüllt. Die Gesteinsprobe 2 ist üblicherweise, insbesondere am Beginn des Diffusionsprozesses des ersten Gases 28 durch die Gesteinsprobe 2 hindurch, mit zweitem Gas 29 gesättigt. In Fig. 2 ist das erste Gas 28 mit dunklerer Schattierung dargestellt als das zweite Gas 29. Fig. 2 shows a schematic representation of a section of the device 1 of Fig. 1 in an enlarged representation in an operational state of the device 1. For ease of illustration, the multi-way valves 31 are not shown in Fig. 2 and the respective gas transport line 15, 16, implemented with a gas supply line 17, is fluidically connected to the respective gas source 26, 27. In the operational state shown in Fig. 2, the second measuring area 6 is filled with second gas 29 and the first measuring area 6 is filled with first gas 28 and second gas 29. The rock sample 2 is usually, especially at the beginning of the diffusion process of the first gas 28 through the rock sample 2, saturated with second gas 29. In Fig. 2, the first gas 28 is shown with darker shading than the second gas 29.
Das erste Gas 28 kann dann durch die Gesteinsprobe 2 hindurch vom ersten Messbereich 5 in den zweiten Messbereich 6 diffundieren. Im Rahmen einer Messprozedur wird während der Diffusion des ersten Gases 28 durch die Gesteinsprobe 2 mit der ersten Spektroskopiemessstrecke 7 ein Anteil bzw. eine Konzentration des ersten Gases 28 im ersten Messbereich 5 und mit der zweiten Spektroskopiemessstrecke 8 ein Anteil bzw. eine Konzentration des ersten Gases 28 im zweiten Messbereich 6 zeitabhängig bestimmt, um mit Vergleich der Gasanteile den Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe 2 zu bestimmen. Der Diffusionskoeffizient ist dann üblicherweise abhängig vom ersten Gas 28 und vom zweiten Gas 29. The first gas 28 can then diffuse through the rock sample 2 from the first measuring area 5 into the second measuring area 6. As part of a measuring procedure, during the diffusion of the first gas 28 through the rock sample 2, a proportion or concentration of the first gas 28 in the first measuring area 5 is determined with the first spectroscopy measuring section 7 and a proportion or concentration of the first gas 28 in the second measuring area 6 is determined with the second spectroscopy measuring section 8 as a function of time in order to determine the diffusion coefficient of the rock sample 2 by comparing the gas proportions. The diffusion coefficient is then usually dependent on the first gas 28 and the second gas 29.
Auf diese Weise kann mit der Vorrichtung 1 bzw. dem Verfahren der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe 2 bei Hochdruckbedingungen mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Dies ermöglicht eine hohe Einsatzfähigkeit der Vorrichtung bzw. des Verfahrens. In this way, the diffusion coefficient of the rock sample 2 can be determined with great accuracy under high pressure conditions using the device 1 or the method. This enables the device or the method to be used to a high degree.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe (2) unter Hochdruckbedingungen, wobei die Vorrichtung (1) einen Probenhalter (3), aufweisend einen Probenaufnahmebereich (4) zur Aufnahme der Gesteinsprobe (2), einen ersten Messbereich (5), in welchen ein erstes Gas einleitbar ist, und einen zweiten Messbereich (6), welche Messbereiche (5, 6) an unterschiedlichen Seiten des Probenaufnahmebereiches (4) angeordnet sind, sodass im Einsatzzustand ein in den ersten Messbereich (5) eingeleitetes erstes Gas (28) vom ersten Messbereich (5) durch eine im Probenaufnahmebereich (4) angeordnete Gesteinsprobe (2) hindurch zum zweiten Messbereich (6) diffundieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messbereich (5) und bevorzugt der zweite Messbereich (6) zur Aufnahme von Gas mit einem Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, ausgebildet sind und der erste Messbereich (5) Teil einer ersten Spektroskopiemessstrecke (7) zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases (28) im ersten Messbereich (5) und der zweite Messbereich (6) Teil einer zweiten Spektroskopiemessstrecke (8) zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases (28) im zweiten Messbereich (6) sind, um mit einem Vergleich der Gasanteile einen Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe (2) zu bestimmen. 1. Device (1) for determining a diffusion coefficient of a rock sample (2) under high pressure conditions, wherein the device (1) has a sample holder (3) having a sample receiving area (4) for receiving the rock sample (2), a first measuring area (5) into which a first gas can be introduced, and a second measuring area (6), which measuring areas (5, 6) are arranged on different sides of the sample receiving area (4), so that in the operating state a first gas (28) introduced into the first measuring area (5) can diffuse from the first measuring area (5) through a rock sample (2) arranged in the sample receiving area (4) to the second measuring area (6), characterized in that the first measuring area (5) and preferably the second measuring area (6) are designed to receive gas with a gas pressure between 5 bar and 200 bar, preferably between 100 bar and 150 bar, and the first measuring area (5) is part of a first spectroscopy measuring section (7) for time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas (28) in the first measuring range (5) and the second measuring range (6) are part of a second spectroscopy measuring section (8) for time-dependent measurement of a gas proportion of the first gas (28) in the second measuring range (6) in order to determine a diffusion coefficient of the rock sample (2) by comparing the gas proportions.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spektroskopiemessstrecke (7) und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke (8) jeweils mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle (9) zur Beaufschlagung von Gas im jeweiligen Messbereich (5, 6) mit elektromagnetischer Strahlung und mit einem Spektroskop (10) zur spektroskopischen Messung der elektromagnetischen Strahlung nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung des Gases ausgebildet ist. 2. Device (1) according to claim 1, characterized in that the first spectroscopy measuring section (7) and/or the second spectroscopy measuring section (8) are each designed with an electromagnetic radiation source (9) for exposing gas in the respective measuring area (5, 6) to electromagnetic radiation and with a spectroscope (10) for spectroscopically measuring the electromagnetic radiation after at least partial irradiation of the gas.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spektroskopiemessstrecke (7) und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke (8) jeweils eine Strahlungszuführleitung (12) aufweist, über welche die jeweilige elektromagnetische Strahlungsquelle (9) und der jeweilige Messbereich (5, 6) strahlungsleitend verbunden sind, und/oder jeweils eine Strahlungsabführleitung (13) aufweist, über welche der jeweilige Messbereich (5, 6) und das jeweilige Spektroskop (10) strahlungsleitend verbunden sind, wobei vorzugsweise die Strahlungszuführleitungen und Strahlungsabführleitungen als Lichtwellenleiter ausgebildet sind. 3. Device (1) according to claim 2, characterized in that the first spectroscopy measuring section (7) and/or the second spectroscopy measuring section (8) each have a radiation supply line (12) via which the respective electromagnetic radiation source (9) and the respective measuring area (5, 6) are connected in a radiation-conducting manner, and/or each have a radiation discharge line (13) via which the respective measuring area (5, 6) and the respective spectroscope (10) are connected in a radiation-conducting manner. are connected, wherein the radiation supply lines and radiation discharge lines are preferably designed as optical waveguides.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spektroskopiemessstrecke (7) und die zweite Spektroskopiemessstrecke (8) eine gemeinsame elektromagnetische Strahlungsquelle (9) und/oder ein gemeinsames Spektroskop (10) aufweisen, wobei vorzugsweise das Spektroskop (10) über einen Splitter (11) mit dem ersten Messbereich (5) und dem zweiten Messbereich (6) zur Strahlungsweiterleitung verbunden ist, wobei der Splitter (11) ausgebildet ist, abwechselnd elektromagnetische Strahlung vom ersten Messbereich (5) und elektromagnetische Strahlung vom zweiten Messbereich (6) zum Spektroskop (10) weiterzuleiten. 4. Device (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first spectroscopy measuring section (7) and the second spectroscopy measuring section (8) have a common electromagnetic radiation source (9) and/or a common spectroscope (10), wherein the spectroscope (10) is preferably connected to the first measuring region (5) and the second measuring region (6) via a splitter (11) for radiation transmission, wherein the splitter (11) is designed to alternately transmit electromagnetic radiation from the first measuring region (5) and electromagnetic radiation from the second measuring region (6) to the spectroscope (10).
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren, insbesondere Heizen und/oder Kühlen, einer Gastemperatur im ersten Messbereich (5) und/oder zweiten Messbereich (6) aufweist. 5. Device (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the device (1) has a tempering device for tempering, in particular heating and/or cooling, a gas temperature in the first measuring range (5) and/or second measuring range (6).
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenaufnahmebereich (4) mit einer, insbesondere elastisch, verformbaren Probenaufnahmewand (19) gebildet ist, sodass im Einsatzzustand mit Verformung der Probenaufnahmewand (19) eine Pressverbindung zwischen Probenaufnahmewand (19) und Gesteinsprobe (2) zur Abdichtung herstellbar ist. 6. Device (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sample receiving area (4) is formed with a, in particular elastically, deformable sample receiving wall (19), so that in the use state with deformation of the sample receiving wall (19) a press connection between the sample receiving wall (19) and the rock sample (2) can be produced for sealing.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenaufnahmewand (19) des Probenaufnahmebereiches (4) mit einer Druckkammer (20) gekoppelt ist, sodass mit einer Druckerhöhung in der Druckkammer (20) die Probenaufnahmewand (19) verformbar ist. 7. Device (1) according to claim 6, characterized in that the sample receiving wall (19) of the sample receiving region (4) is coupled to a pressure chamber (20), so that the sample receiving wall (19) is deformable with an increase in pressure in the pressure chamber (20).
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messbereich (5) mit einer ersten Gastransportleitung (15) gasleitend verbunden ist und der zweite Messbereich (6) mit einer zweiten Gastransportleitung (16) gasleitend verbunden ist, um über die jeweilige Gastransportleitung (15, 16) Gas dem jeweiligen Messbereich (5, 6) zuzuführen oder von diesem abzuführen. 8. Device (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first measuring region (5) is connected to a first gas transport line (15) in a gas-conducting manner and the second measuring region (6) is connected to a second gas transport line (16) in a gas-conducting manner in order to supply gas to or remove gas from the respective measuring region (5, 6) via the respective gas transport line (15, 16).
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messbereich (5) und der zweite Messbereich (6) über eine Druckausgleichseinrichtung (24) gasdruckübertragend miteinander gekoppelt sind, um mit der Druckausgleichseinrichtung (24) ein Gasdruckverhältnis zwischen dem ersten Messbereich (5) und zweiten Messbereich (6) konstant zu halten. 9. Device (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first measuring region (5) and the second measuring region (6) are coupled to one another via a pressure compensation device (24) in a gas pressure-transmitting manner in order to keep a gas pressure ratio between the first measuring region (5) and the second measuring region (6) constant with the pressure compensation device (24).
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messbereich (5) und der zweite Messbereich (6) mit unterschiedlichen Gasquellen (26, 27) zur Zuführung von unterschiedlichen Gasen in die Messbereiche (5, 6) gasleitend verbunden sind. 10. Device (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first measuring region (5) and the second measuring region (6) are connected in a gas-conducting manner to different gas sources (26, 27) for supplying different gases into the measuring regions (5, 6).
11. Verfahren zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe (2) unter Hochdruckbedingungen mit einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Gesteinsprobe (2) im Probenaufnahmebereich (4) angeordnet wird und ein erstes Gas (28) in den ersten Messbereich (5) geleitet wird, um eine Diffusion des ersten Gases (28) vom ersten Messbereich (5) durch die Gesteinsprobe (2) hindurch zum zweiten Messbereich (6) zu bewirken, wobei im ersten Messbereich (5) ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar eingestellt wird, wonach mit der ersten Spektroskopiemessstrecke (7) ein im ersten Messbereich (5) befindlicher Gasanteil des ersten Gases (28) und mit der zweiten Spektroskopiemessstrecke (8) ein im zweiten Messbereich (6) befindlicher Gasanteil des ersten Gases (28) zeitabhängig gemessen werden, um mit einem Vergleich der Gasanteile einen Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe (2) zu bestimmen. 11. Method for determining a diffusion coefficient of a rock sample (2) under high pressure conditions with a device (1) according to one of claims 1 to 10, wherein the rock sample (2) is arranged in the sample receiving area (4) and a first gas (28) is passed into the first measuring area (5) in order to cause diffusion of the first gas (28) from the first measuring area (5) through the rock sample (2) to the second measuring area (6), wherein a gas pressure of between 5 bar and 200 bar is set in the first measuring area (5), after which a gas portion of the first gas (28) located in the first measuring area (5) is measured with the first spectroscopy measuring section (7) and a gas portion of the first gas (28) located in the second measuring area (6) is measured with the second spectroscopy measuring section (8) in a time-dependent manner in order to determine a diffusion coefficient of the rock sample (2) by comparing the gas portions.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Einleiten des ersten Gases (28) in den ersten Messbereich (5) ein zweites Gas (29) in den zweiten Messbereich (6) eingebracht wird, sodass sich das zweite Gas (29) in der Gesteinsprobe (2) ausbreitet, vorzugsweise die Gesteinsprobe (2) mit dem zweiten12. Method according to claim 11, characterized in that before introducing the first gas (28) into the first measuring area (5), a second gas (29) is introduced into the second measuring area (6) so that the second gas (29) spreads in the rock sample (2), preferably the rock sample (2) with the second
Gas (29) gesättigt wird. Gas (29) is saturated.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass während einer im Wesentlichen gesamten Messprozedur zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten ein Gasdruckverhältnis zwischen dem ersten Messbereich (5) und dem zweiten Messbereich (6) konstant gehalten wird, insbesondere der erste Messbereich (5) und der zweite Messbereich (6) einen gleichen Gasdruck aufweisen. 13. Method according to claim 11 or 12, characterized in that during a substantially entire measuring procedure for determining the diffusion coefficient, a gas pressure ratio between the first measuring region (5) and the second measuring range (6) is kept constant, in particular the first measuring range (5) and the second measuring range (6) have the same gas pressure.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Messbereich (5) und im zweiten Messbereich (6) ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt wird. 14. Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that in the first measuring range (5) and in the second measuring range (6) a gas pressure between 5 bar and 200 bar, in particular between 100 bar and 150 bar, is set.
15. Verwendung einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, um eine Diffusion von Gas in einem Gasspeicher, insbesondere einer Gaslagerstätte, zu ermitteln. 15. Use of a device (1) according to one of claims 1 to 10 or a method according to one of claims 11 to 14 to determine a diffusion of gas in a gas storage facility, in particular a gas deposit.
PCT/EP2023/077328 2022-10-20 2023-10-03 Device for determining the diffusion coefficient of a rock sample under high-pressure conditions, and method for same WO2024083499A1 (en)

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