Show simple item record

Consultant
dc.contributor.advisor
Falus, György
Consultant
dc.contributor.advisor
Szabó, Csaba
Author
dc.contributor.author
Sendula, Eszter 
Availability Date
dc.date.accessioned
2015-06-29T13:43:06Z
Availability Date
dc.date.available
2015-06-29T13:43:06Z
Release
dc.date.issued
2015
uri
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/10831/20508
Abstract
dc.description.abstract
Munkám során 3 db Szolnok környéki területen mélyült fúrásból származó 8 db, a Szolnoki Homokkő Formációba sorolható homokkő, és 6 db homokkőbe betelepült agyagos-aleurolit kőzetminta petrográfiai vizsgálatát végeztem el polarizációs mikroszkóp, pásztázó elektronmikroszkóp (SEM), röntgen-pordiffrakció (XRD), csillapított totálreflexiós Fourier-transzformációs infravörös spektrometria (ATR-FTIR) és szemcseméret eloszlás elemzés segítségével. A polarizációs- és pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálatok során megállapítottam, hogy detritális szemcseként a homokkő kvarcot, csillámot, K-földpátot és plagioklászt, kőzettörmelékként dolomitot, mészkövet és metamorf kőzettörmeléket (kvarcit, és kvarc-csillám tartalmú metamorf kőzettörmelék) tartalmaz. Autigén ásványként karbonátok (Fe-kalcit, Fe-dolomit, ankerit, sziderit), kvarc cement, agyagásványok (kaolinit, illit), valamint kis mennyiségben albit, barit cement és pirit, akcesszóriaként apatit, rutil/anatáz, cirkon, glaukonit és turmalin figyelhetők meg a kőzetekben. Fontos szövettani bélyeg, hogy a detritális dolomitok szegélyén esetenként több zónából álló ankerit továbbnövekedési cement található, amelyekből főelem összetétel elemzések is készültek energiadiszperzív röntgen spektrométerrel felszerelt pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM-EDS). A dolgozat fő célkitűzése a potenciális CO2 tároló- és fedőkőzetek reaktivitásának kinetikus geokémiai modellekkel történő vizsgálata, amely modellek figyelembe veszik a reakciók sebességét is, így a rendszerben lejátszódó geokémiai folyamatok időbeli változását is rögzítik. A dolgozat tehát a CO2 besajtolást követő geokémiai és ásványtani változások, valamint a porozitás változásának időbeli alakulására próbál előrejelzést adni. A geokémiai modellek az XRD mérések alapján meghatározott kőzetösszetételek, a vizsgálati területről származó valós vízkémiai adatok, a tárolóra jellemző nyomás és hőmérsékleti viszonyok, valamint az ásványok fajlagos felületének szemcseméret eloszlás elemzés és mikroszkópos megfigyelések segítségével meghatározott értékeinek felhasználásával készültek. A modellek különböző paraméterekkel szemben mutatott érzékenységének vizsgálatához összesen ötféle paraméter érzékenység vizsgálatát végeztem el egy kiválasztott minta példáján. Ezek a paraméterek a következők voltak: az ásványok fajlagos felülete, a rendszer hőmérséklete, a CO2 parciális nyomása, a kőzet-víz arány, valamint egy reaktív dolomit fázistól mentes kőzetösszetétel. Utóbbi érzékenység vizsgálat a petrográfiai megfigyelésekre alapozva ‒ amelyek alapján a dolomitok szegélyén minden esetben ankerit továbbnövekedés található ‒ azt feltételezi, hogy a dolomit szemcsék nincsenek közvetlen kapcsolatban a pórusvízzel, így nem tudnak reakcióba lépni a rendszerbe juttatott CO2-dal sem. A kinetikus modellek eredménye a homokkövek és a fedőkőzetek esetében is hasonló. A modellek mindkét esetben a CO2 besajtolását követően a pH pillanatszerű csökkenését és az oldott C+4 (leginkább HCO3-) mennyiségének növekedését jelzik a pórusfluidumban a CO2 pórusvízben való oldódásának eredményeként. A modellezett időtartam alatt (800.000 év) az ásványreakciók hatására a pH lassú növekedése tapasztalható. A legreaktívabb ásványfázisok a karbonát ásványok, amelyek egy része a pH csökkenését követően rövid időn belül oldódik. Ennek eredményeként a modellek a CO2 rendszerhez történő hozzáadását követő néhány 10 éven belül a porozitás növekedését jelzik. A CO2 hatására hosszú távon (>100 év) a szilikát ásványok reakciója is megfigyelhető, ahol a modellek általánosságban az albit, az illit és a K-földpát oldódását, valamint a kvarc és a kaolinit kiválását jelezik. A CO2 hatására továbbá egy új ásványfázis, a dawsonit (NaAl(CO3)(OH)2) jelenik meg a homokkövekben és a fedőkőzetekben is, amely ásvány a CO2 szilárd formában való megkötésére alkalmas. Az ásvány nagy mennyiségben való képződésének feltétele a Na-tartalmú prekurzor ásvány (albit, oligoklász) jelenléte a kőzetben. Az eredmények továbbá azt jelzik, hogy nemcsak az ásványos fázis köt meg CO2-t, hanem a pórusvíz is. Hosszú távon a szilikát ásványok reakciójának és a dawsonit kiválásának eredményeként a porozitás csökkenése tapasztalható, ami csökkentheti a CO2 szivárgásának lehetőségét. Az érzékenység vizsgálatok eredményei a reakciósebességek változását (fajlagos felület és hőmérséklet változtatásakor), illetve a CO2 oldhatóságának változását (nyomás változtatásakor) jelzik. Az ásványos összetételre vonatkozó érzékenység vizsgálat eredménye egy nagyon fontos dologra hívja fel a figyelmet, mégpedig arra, hogy a kőzetben jelen lévő ásványok szöveti helyzete is fontos információ lehet a CO2 hatásának minél pontosabb előrejelzéséhez. Ugyanis a reaktív dolomit fázistól mentes kőzetösszetétel használatával készített érzékenység vizsgálat a karbonát ásványok reakcióinak jellegét változtatta meg, dolomit helyett ankerit kiválását jelezve. Ez az eredmény reálisabbnak tűnik a természetes CO2 előfordulások (pl. Mihályi-Répcelak) vizsgálatának eredményeit figyelembe véve, ahol a CO2 hatására képződött dawsonit mellett ankerit, kaolinit és kvarc kiválását írták le (Király et al., 2014).hu_HU
Language
dc.language.iso
magyarhu_HU
Title
dc.title
Ipari CO2 tárolásra alkalmas hazai üledékes kőzetek petrográfiai vizsgálata és a rendszerben várható geokémiai változások modellezésehu_HU
Abstract in English
dc.description.abstracteng
Sub-surface storage of CO2 in saline aquifers is considered as a potential solution to reduce the atmospheric concentration of CO2. Moreover, CO2 is used as a working fluid in EOR and EGR (enhanced oil and gas recovery) activities. To ensure the long-term stability of the geologically trapped CO2, behavior of the CO2‒reservoir rock‒pore water system should be predictable on geological timescales. To obtain a realistic picture about the geochemical behavior of a potential CO2 storage system in Hungary, I developed batch kinetic geochemical models with PHREEQC using measured pore water composition and mineral composition of the possible CO2 reservoir rocks, which are fine-grained sandy turbidites interlayered by thin argillaceous beds and formed during the Late Miocene in the deepest part of the subsiding Pannonian Basin. In the present work particular attention was given to the reservoir mineralogy because the mineralogical composition of the reservoir rocks may significantly affect the geochemical changes that are taking place as the effect of injected CO2. Eight sandstone and six argillaceous core samples were studied in detail with polarization and scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), attenuated total reflectance Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and laser scattering particle size distribution analysis. The main detrital components of the samples are quartz, mica, K-feldspar and plagioclase, sedimentary and metamorphic rock fragments (dolomite, limestone and quartzite). Furthermore, authigenic mineral phases are mostly carbonates (Fe-calcite, Fe-dolomite, ankerite and siderite), clay minerals (kaolinite, illite), quartz cement, and minor amount of albite, pyrite and barite cements. Ankerite commonly occurs as overgrowth on detrital dolomite grains. Accessory minerals are apatite, rutile/anatase, zircon, glauconite and tourmaline. The results of the geochemical models show that pH of the pore water drops rapidly after the CO2 injection and causes fast dissolution of primary carbonates and slow dissolution of silicate minerals such as albite, K-feldspar and illite after 100 years. As a result of these reactions, the slow increase of pH and precipitation of secondary phases (quartz, kaolinite and carbonates) can be observed. As the effect of CO2, the results of the models suggest the precipitation of a new mineral phase, namely dawsonite (NaAlCO3(OH)2), furthermore, indicate that the formation of this mineral is related to the dissolution of albite (NaAlSi3O8). This newly formed mineral phase consumes significant amount of CO2 in solid phase, therefore supports the safe storage. The estimated maximum amount of dawsonite, that can be formed from the given primary rock composition is 3-4 v/v% based on the models, which is in agreement with previous observations from a natural CO2 occurrence in Hungary (Mihályi-Répcelak area in the Little Hungarian Plain) deposited in the same geological facies. As a consequence of the dissolution and precipitation of different mineral phases during the modelled time period, the models indicate an early (<100 years) increase of porosity, followed by its reduction after 100 years. Sensitivity analyses of the models were carried out by changing the CO2 partial pressure, the temperature, the specific surface area of the minerals, and the water-rock ratio. The results show that the lower are the temperature and the specific surface area of the minerals, the slower are the dissolution and precipitation reactions. The models are less sensitive to pressure compared to temperature sensitivity simulation results. An additional sensitivity analysis was made based on petrographic observations that dolomite grains are generally covered by ankerite overgrowth. Therefore, it was assumed that dolomite cannot react with the CO2 saturated pore water, because of the absence of direct contact with the pores. In this case, there was no significant change in the reactivity of silicate minerals and dawsonite, but differences were observed in the carbonate minerals’ reactions. Contrary to the basic models where dolomite was precipitated during the simulation, the result of the sensitivity analysis indicates ankerite precipitation. This outcome may be more realistic compared with the observations of several natural CO2 occurrences, where besides the formation of dawsonite, generally quartz, kaolinite and ankerite precipitation were described. The result of this sensitivity analysis draws attention to the fact that taking into account the textural position of different mineral phases may affect the forecasted mineral reactions caused by CO2 in the reservoirs. Therefore, besides the analytical measurements (e.g. XRD), detailed microscopic analyses are indispensable to build more realistic models.hu_HU
Scope
dc.format.page
95hu_HU
Author
dc.contributor.inst
ELTE Természettudományi Kar Földrajz- és Földtudományi Intézet Földtudományi Központ Általános és Alkalmazott Földtani Tanszékhu_HU
Keywords
dc.subject.hu
szakdolgozathu_HU
Keywords
dc.subject.hu
Általános és Alkalmazott Földtani Tanszékhu_HU
Keywords
dc.subject.hu
geológus MSchu_HU
Keywords
dc.subject.hu
Szolnoki Homokkő Formációhu_HU
Keywords
dc.subject.hu
petrográfiai vizsgálathu_HU
Keywords
dc.subject.hu
homokkőhu_HU
Keywords
dc.subject.hu
CO2-tároláshu_HU
Type
dc.type.type
hallgatói dolgozathu_HU
Release Date
dc.description.issuedate
2015hu_HU
Student's vocational, professional, specialization
dc.description.course
geológushu_HU


Files in this item

Ipari  CO2 tárolásra alkalmas hazai üledékes kőzetek petrográfiai vizsgálata és a rendszerben várható geokémiai változások modellezése
 

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record