Tæt mellemrum spids tilstedeværelse af petrokemikalier

Rice Universitys ingeniører har sat en langvarig teori om påvisning af olie og gas til ro, der gemmer sig inde i nanoskalaens porer i skiferformationer.

Rice-forskerne fastslog, at forvirrende indikatorer fra nuklear magnetisk resonans (NMR) værktøjer ikke skyldes, som tænkt, til bjergartens paramagnetiske egenskaber, men udelukkende til størrelsen af ​​det rum, der fanger petrokemikalierne.

Holdet forventer, at opdagelsen vil føre til bedre fortolkning af NMR-logfiler af olie- og gasindustrien, især i ukonventionelle skiferformationer.

Studiets forfattere - seniorforskere Dilip Asthagiri, Philip Singer, George Hirasaki og Walter Chapman og kandidatstuderende Arjun Valiya Parambathu, alle Brown School of Engineering's Department of Chemical and Biomolecular Engineering - har været på forkant med at bruge atomistiske simuleringer til at forfine, hvordan man fortolker NMR-relaksationsadfærd.

Deres papir i Journal of Physical Chemistry B bygger på tidligere arbejde fra samme gruppe og belyser den kritiske rolle af molekylær indeslutning på NMR-relaksationsrespons.

NMR-relaksation er et vigtigt værktøj til ikke-destruktivt at måle dynamikken af ​​molekyler i porøse materialer. NMR bruges almindeligvis til at opdage sygt væv i den menneskelige krop, men bruges også til at hjælpe med at udvinde olie og gas sikkert og økonomisk ved at karakterisere sedimentære bjergarter for at se, om de indeholder kulbrinter.

NMR manipulerer brintkernernes kernemagnetiske momenter ved at påføre eksterne magnetiske felter og måle den tid, det tager for momenterne at "slappe af" tilbage til ligevægt. Fordi afslapningstider varierer afhængigt af molekylet og dets miljø, oplysningerne indsamlet af NMR, specifikt afslapningstider kendt som T1 og T2, kan hjælpe med at identificere, om et molekyle er gas, olie eller vand og størrelsen af ​​de porer, der indeholder dem.

Et puslespil i feltet har været at forklare det store T1/T2-forhold mellem lette kulbrinter indesluttet i så nanoporøst materiale som kerogen eller bitumen (alias asfalt) og mekanismen bag NMR-overfladeafslapning, et fænomen, der opstår, når tidligere frie molekyler støder op til de overflader, der begrænser dem.

Specifikt, forskerne bemærker, T1/T2-forholdet mellem kulbrinter i kerogen viser sig at være meget større end T1/T2-forholdet for vand i ler. Selvom denne kontrast i T1/T2 har potentiale til at forudsige kulbrintereserver i ukonventionelle skiferformationer, den grundlæggende mekanisme bag det forblev uhåndgribelig.

Den konventionelle forklaring på det store T1/T2-forhold i kerogen påberåbte sig paramagnetismens fysik, der dikterer, hvordan materialer reagerer på magnetiske felter.

Gennem storstilede atomistiske simuleringer af Valiya Parambathu, Chapman og Asthagiri og eksperimenter af Singer og Hirasaki, Rice-holdet viste, at forklaringen ikke er korrekt.

I undersøgelsen, holdet viste i stedet, at det store T1/T2-forhold opstår som en konsekvens af indespærring af kulbrinte i et trangt rum.

"På fysisk vis, under stærk indespærring, korrelationstiderne for de molekylære bevægelser bliver længere, " sagde Asthagiri.

"Disse længere korrelationstider resulterer i hurtigere NMR-afslapning - det vil sige kortere T1- og T2-tider, " Singer tilføjede. "Denne effekt er mere udtalt for T2 end for T1, hvilket resulterer i et stort T1/T2-forhold."

Chapman bemærkede, at holdet også er interesseret i at udforske ideer præsenteret i papiret i forbindelse med medicinsk MR.