Tietopankki

POSIVA-raportti 1996-22

Takaisin

Nimi:

Helium Gas Methods for Rock Characteristics and Matrix Diffusion

Raportin kirjoittaja:

Juhani Hartikainen; Kari Hartikainen; Aimo Hautojärvi; Kalle Kuoppamäki; Jussi Timonen

Kieli:

Englanti

Sivumäärä:

81

ISBN:

951-652-021-9; 1239-3096

Tiivistelmä:

Working report: HELIUMKAASUMENETELMIÄ KALLION OMINAISUUKSIEN JA
MATRIISIDIFFUUSION
MÄÄRITTÄMISTÄ VARTEN



Jyväskylän yliopistossa (JYFL) on jatkettu vuonna 1991 aloitettua matriisidiffuusion tutkimusta kaasu- faasissa. Kaasuvirtaus- ja diffuusiomenetelmiä on kehitetty huokoisuuden, efektiivisen diffuusiokertoimen
ja permeabiliteettikertoimen mittaamiseksi. Näitä tekijöitä on tutkittu perinteisesti nestefaasissa. Matriisi-
diffuusioon vaikuttavat ratkaisevasti kalliomatriisin huokoisuus ja efektiivinen diffuusiokerroin.
Läpidiffuusiomittaus kaasufaasissa mahdollistaa huokoisuuden sekä efektiivisen diffuusiokertoimen
nopean ja näytettä likaamattoman määrittämisen. JYFL:ssä kehitettyä läpidiffuusiomenetelmää
kaasufaasissa voidaan nykyisin käyttää rutiininomaisesti. Läpidiffuusiomittauksilla voidaan mitata vain
suhteellisen lyhyitä kairansydännäytteitä, noin 10 cm pituuteen asti, koska pitemmillä näytteillä
kaasufaasinkin mittausaika on suhteellisen pitkä ja mittaustarkkuus vähenee. Näytteiden pieni koko
verrattuna tutkittavan alueen laajuuteen tuo kuitenkin mukanaan epävarmuuden mitattavien suureiden
edustavuudesta. Nestefaasimittauksissa täytyy toisaalta turvautua vielä tätäkin huomattavasti lyhyempiin
näytteisiin.
JYFL:ssä on kehitetty kaasufaasin käyttöön perustuva kanavamittaus pitkille näytteille, jotta tutkittavan
alueen keskimääräinen huokoisuus ja efektiivinen diffuusiokerroin saadaan määritettyä edustavammin.
Kanavamittauksissa näytteen suuri koko ja mittausten vaatima lyhyt aika tarjoavat mahdollisuuden pitkiin
ja edustaviin koesarjoihin. Kanavamittauksista on kehitetty kairansydännäytteen ympärille rakennettu
mittausmenetelmä laboratoriomittauksiin sekä vastaavanlainen, kairanreikiin suoraan soveltuva in situ -
mittausmenetelmä. Kairansydännäytteen ympärille rakennettu kanavamittaus on sopivin menetelmä
laboratorio-oloihin, koska näytteitä ei tarvitse tällöin paljonkaan työstää. In situ -mittausmenetelmällä
kallioperän keskimääräinen huokoisuus ja efektiivinen diffuusiokerroin voidaan määrittää valmiista
kairanrei'istä luonnonolosuhteissa, jolloin esim. jännitystekijät tulevat huomioitua. In situ -menetelmää on
kokeiltu alustavasti niin laboratorio- kuin in situ -olosuhteissa.
Kaasufaasissa mitatut diffuusiokertoimet kuvaavat tilannetta, jossa heliumatomit diffundoituvat kivi-
näytteiden läpi, joiden huokoset ovat täynnä kaasumaista typpeä. Heliumatomien diffuusio kivinäytteiden
läpi, joiden huokoset ovat täynnä vettä, on kuitenkin mahdollista johtaa kaasufaasituloksista, sillä
diffuusioyhtälö on sama molemmissa tapauksissa riippumatta itse diffuusiokertoimien arvoista.
Raskaampia alkuaineita sisältäville inerteille molekyyleille vedessä mitatut diffuusiokertoimet ovat
tyypillisesti luokkaa 2x10-9 m2/s. Heliumille kaasufaasissa mitatut diffuusiokertoimet voidaan siten
approksimatiivisesti skaalata näille raskaammille molekyyleille vedellä saturoituneissa näytteissä
käyttämällä skaalaustekijää 1/35000.
Mahdollinen virhe arvioitaessa edellä mainittua suhdetta tulee muun muassa siitä, että huokoset ovat
täyttyneet eri tavalla kaasumaisella typellä ja nestemäisellä vedellä. Voidaan kuitenkin olettaa, että vedellä
saturoitumaton huokososuus on pieni. Mikäli käytetyt molekyylit eivät ole inerttejä, niin sellaiset efektit
kuin sorptio ja anionieksluusio tulee huomioida erikseen.
Diffuusiokertoimen lisäksi voidaan näytteiden permeabiliteettikerroin määrittää virtauttamalla heliumia
niiden läpi paine-eron vaikutuksesta. Permeabiliteettikerroin saadaan suoraan kokoonpuristuvalle aineelle
soveltuvasta d'Arcyn laista. Menetelmä tarjoaa helpon ja tehokkaan permeabiliteettikertoimen määritys-
mahdollisuuden. Kaasun avulla määritetyistä permeabiliteettikertoimista voidaan laskea myös näytteen
hydraulinen johtavuus.
JYFL:ssä on lisäksi kehitetty riippumaton huokoisuuden mittausmenetelmä, joka perustuu ns.
pyknometrimenetelmään. Tässä menetelmässä kaasun paine ja lämpötila mitataan tarkasti ennen ja jälkeen
sen laajentumista mitattavan näytteen sisältävään kammioon, jossa näytteen huokostilavuus on ainoa
tuntematon osa käytettävissä olevasta tilavuudesta.
HELIUMKAASUMENETELMIÄ KALLION OMINAISUUKSIEN JA
MATRIISIDIFFUUSION
MÄÄRITTÄMISTÄ VARTEN



Jyväskylän yliopistossa (JYFL) on jatkettu vuonna 1991 aloitettua matriisidiffuusion tutkimusta kaasu- faasissa. Kaasuvirtaus- ja diffuusiomenetelmiä on kehitetty huokoisuuden, efektiivisen diffuusiokertoimen
ja permeabiliteettikertoimen mittaamiseksi. Näitä tekijöitä on tutkittu perinteisesti nestefaasissa. Matriisi-
diffuusioon vaikuttavat ratkaisevasti kalliomatriisin huokoisuus ja efektiivinen diffuusiokerroin.
Läpidiffuusiomittaus kaasufaasissa mahdollistaa huokoisuuden sekä efektiivisen diffuusiokertoimen
nopean ja näytettä likaamattoman määrittämisen. JYFL:ssä kehitettyä läpidiffuusiomenetelmää
kaasufaasissa voidaan nykyisin käyttää rutiininomaisesti. Läpidiffuusiomittauksilla voidaan mitata vain
suhteellisen lyhyitä kairansydännäytteitä, noin 10 cm pituuteen asti, koska pitemmillä näytteillä
kaasufaasinkin mittausaika on suhteellisen pitkä ja mittaustarkkuus vähenee. Näytteiden pieni koko
verrattuna tutkittavan alueen laajuuteen tuo kuitenkin mukanaan epävarmuuden mitattavien suureiden
edustavuudesta. Nestefaasimittauksissa täytyy toisaalta turvautua vielä tätäkin huomattavasti lyhyempiin
näytteisiin.
JYFL:ssä on kehitetty kaasufaasin käyttöön perustuva kanavamittaus pitkille näytteille, jotta tutkittavan
alueen keskimääräinen huokoisuus ja efektiivinen diffuusiokerroin saadaan määritettyä edustavammin.
Kanavamittauksissa näytteen suuri koko ja mittausten vaatima lyhyt aika tarjoavat mahdollisuuden pitkiin
ja edustaviin koesarjoihin. Kanavamittauksista on kehitetty kairansydännäytteen ympärille rakennettu
mittausmenetelmä laboratoriomittauksiin sekä vastaavanlainen, kairanreikiin suoraan soveltuva in situ -
mittausmenetelmä. Kairansydännäytteen ympärille rakennettu kanavamittaus on sopivin menetelmä
laboratorio-oloihin, koska näytteitä ei tarvitse tällöin paljonkaan työstää. In situ -mittausmenetelmällä
kallioperän keskimääräinen huokoisuus ja efektiivinen diffuusiokerroin voidaan määrittää valmiista
kairanrei'istä luonnonolosuhteissa, jolloin esim. jännitystekijät tulevat huomioitua. In situ -menetelmää on
kokeiltu alustavasti niin laboratorio- kuin in situ -olosuhteissa.
Kaasufaasissa mitatut diffuusiokertoimet kuvaavat tilannetta, jossa heliumatomit diffundoituvat kivi-
näytteiden läpi, joiden huokoset ovat täynnä kaasumaista typpeä. Heliumatomien diffuusio kivinäytteiden
läpi, joiden huokoset ovat täynnä vettä, on kuitenkin mahdollista johtaa kaasufaasituloksista, sillä
diffuusioyhtälö on sama molemmissa tapauksissa riippumatta itse diffuusiokertoimien arvoista.
Raskaampia alkuaineita sisältäville inerteille molekyyleille vedessä mitatut diffuusiokertoimet ovat
tyypillisesti luokkaa 2x10-9 m2/s. Heliumille kaasufaasissa mitatut diffuusiokertoimet voidaan siten
approksimatiivisesti skaalata näille raskaammille molekyyleille vedellä saturoituneissa näytteissä
käyttämällä skaalaustekijää 1/35000.
Mahdollinen virhe arvioitaessa edellä mainittua suhdetta tulee muun muassa siitä, että huokoset ovat
täyttyneet eri tavalla kaasumaisella typellä ja nestemäisellä vedellä. Voidaan kuitenkin olettaa, että vedellä
saturoitumaton huokososuus on pieni. Mikäli käytetyt molekyylit eivät ole inerttejä, niin sellaiset efektit
kuin sorptio ja anionieksluusio tulee huomioida erikseen.
Diffuusiokertoimen lisäksi voidaan näytteiden permeabiliteettikerroin määrittää virtauttamalla heliumia
niiden läpi paine-eron vaikutuksesta. Permeabiliteettikerroin saadaan suoraan kokoonpuristuvalle aineelle
soveltuvasta d'Arcyn laista. Menetelmä tarjoaa helpon ja tehokkaan permeabiliteettikertoimen määritys-
mahdollisuuden. Kaasun avulla määritetyistä permeabiliteettikertoimista voidaan laskea myös näytteen
hydraulinen johtavuus.
JYFL:ssä on lisäksi kehitetty riippumaton huokoisuuden mittausmenetelmä, joka perustuu ns.
pyknometrimenetelmään. Tässä menetelmässä kaasun paine ja lämpötila mitataan tarkasti ennen ja jälkeen
sen laajentumista mitattavan näytteen sisältävään kammioon, jossa näytteen huokostilavuus on ainoa
tuntematon osa käytettävissä olevasta tilavuudesta.

Avainsanat:

Tiedosto(t):

Helium Gas Methods for Rock Characteristics and Matrix Diffusion (pdf) (1.3 MB)


Takaisin


Jaa artikkeli:
Tämä sivusto käyttää evästeitä sivuston käyttöä koskevien tietojen keräämiseksi. Kun käytät tätä sivustoa, hyväksyt evästeiden käytön.
Sulje

Evästekäytännöt

Tätä sivustoa käyttämällä hyväksyt, että voimme asettaa evästeitä tietokoneellesi tai mobiililaitteeseesi.

1. Mitä evästeet ovat?

Evästeet ovat pieniä datatiedostoja, jotka siirtyvät tietokoneellesi, kun otat yhteyden johonkin verkkosivustoon. Evästeet tallentuvat selaimen käyttämien tiedostojen yhteyteen.

Lisätietoa evästeistä saat sivulta www.aboutcookies.org.

2. Miksi evästeitä käytetään?

Evästeet tunnistavat tietokoneesi, kun tulet sivustolle uudelleen. Ne muistavat myös sivustolla aikaisemmin tekemäsi valinnat ja parantavat siten sivuston käyttökokemusta. Evästeiden avulla pystyy esimerkiksi tunnistamaan käyttäjän laitteet sekä mukauttamaan mahdollisia mainoksia sivuilla sekä mahdollisissa muissa palveluissa.

3. Mitä evästeitä käytetään?

Jotkin evästeet ovat sivustomme teknisen toiminnan ja käytön vuoksi välttämättömiä. Nämä evästeet eivät kerää käyttäjästä tietoa, jota voitaisiin hyödyntää markkinoinnissa tai muistamaan käyttäjän valitsemia sivustoja.

Suorituskykyä mittaavat evästeemme keräävät tietoa siitä, miten käyttäjät käyttävät verkkosivujamme (esim. eniten käytetyt sivut, mahdolliset virheviestit). Nämä evästeet eivät kerää käyttäjistä tunnistettavia tietoja, vaan ne ovat anonyymejä ja niitä käytetään ainoastaan parantamaan nettisivujen toimivuutta.

Sivuilla olevat kolmansien osapuolten liitännäispalvelut (esim. mainokset, YouTube-videot, Google-tilastointi tai Facebook-liitännäiset) saattavat tallentaa käyttäjän tunnistamiseen käytettävää tietoa, mihin emme valitettavasti voi vaikuttaa. Jos haluat estää niitä seuraamasta liikkumistasi verkossa, voit kytkeä ns. kolmannen osapuolen evästeet pois käytöstä selaimesi asetuksista. Ohjeet löydät selaimesi ohjesivuilta.

Sivuillamme saattaa olla myös painikkeita, jotka helpottavat sisällön jakamista eri verkkoviestintäympäristöihin ja sosiaaliseen mediaan. Jos käytät näitä painikkeita, valitsemaltasi palvelulta voidaan asettaa eväste päätelaitteellesi. Nämä evästeet eivät ole hallinnassamme. Lisätietoja kolmannen osapuolen evästeiden käytöstä saat kyseisen osapuolen verkkosivulta.

4. Evästeiden hallinta ja estäminen

Jos et halua vastaanottaa evästeitä, voit muuttaa Internet-selaimesi asetuksia niin, että saat ilmoituksen aina kun evästeitä ollaan lähettämässä tietokoneellesi. Vaihtoehtoisesti voit estää evästeiden käytön kokonaan. Evästeiden käyttöä voi rajoittaa tai sen voi estää Internet-selaimen kautta (katso tarkemmat tiedot selaimen ohjeista).

Jos estät evästeiden tallennuksen tai poistat ne käytöstä, jotkin verkkosivujemme toiminnoista eivät välttämättä toimi oikein.

Sulje