Modelado integrado basado en la física y microfluidos para cuantificar la disolución de carbonatos multifásicos en...

Área de la Ciencia:

• Geoquímica y Ciencias de los Materiales
• Dinámica de flujo multifásico
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• La disolución ácida de las formaciones carbonatadas es vital para la transición energética y las aplicaciones de ingeniería.
• Las dinámicas de disolución son complejas, influenciadas por el flujo, la mineralogía y la producción de burbujas de gas CO2, creando sistemas multifásicos.
• La cuantificación de los efectos del flujo multifásico en las tasas de disolución de carbonato ha sido experimentalmente desafiante.

Objetivo del estudio:

• Investigar la disolución de carbonatos en condiciones de flujo monofásico y multifásico utilizando dispositivos microfluídicos.
• Cuantificar el impacto de la formación de burbujas de gas CO2 en las velocidades efectivas de reacción.
• Desarrollar y validar un enfoque basado en el aprendizaje automático para analizar la dinámica de la disolución.

Principales métodos:

• Se utilizaron dispositivos microfluídicos con muestras de rocas ricas en carbonato.
• Empleó imágenes de alta velocidad y segmentación de imágenes basada en aprendizaje automático para la visualización y la cuantificación.
• Análisis ML combinado con modelado basado en la física para determinar las tasas de reacción.

Principales resultados:

• Validación de una ley de velocidad de reacción de primer orden para la disolución de carbonato monofásico.
• Se observó una disminución de un orden de magnitud en la velocidad de disolución efectiva en condiciones multifásicas debido al blindaje del gas CO2.
• Heterogeneidad de roca identificada que conduce a capas porosas que facilitan la nucleación y el crecimiento de burbujas de gas.

Conclusiones:

• Los modelos actuales no capturan el impacto del blindaje de gas en las velocidades de reacción efectivas en el flujo multifásico.
• El modelo conceptual para la disolución de la calcita necesita revisión para tener en cuenta el blindaje de gases y la heterogeneidad de las rocas.
• Los hallazgos son críticos para el modelado preciso de los procesos subterráneos en aplicaciones energéticas.