Predicting streaming potential in reactive media: the role of pore geometry during dissolution and precipitation
- 1. Universidad Nacional de La Plata
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. École Pratique des Hautes Études
- 4. Sorbonne Université
- 5. Centre National de la Recherche Scientifique
Description
SUMMARY Dissolution and precipitation processes modify the structure of the porous media at microscale which significantly affects the macroscopic properties of the media. These variations in the pore geometry result in changes in the hydraulic properties that control the groundwater flow, and also modify the electrokinetic properties associated to the displacement of electrical charges carried by the flow which originates the streaming potential. Under the hypothesis of a uniform dissolution or precipitation of the pores and based on the effective excess charge density approach, we present a physically based theoretical model for estimating the effective excess charge density as a function of time. The model is based on the assumption that the pore structure can be represented by an ensemble of capillary tubes with a smooth periodic variation of their radius and a fractal pore size distribution. The analytical expressions obtained to describe the effective excess charge density depend on the chemical parameters of the fluid and the petrophysical properties of the medium. In addition, the periodic variations assumed in the pore geometry represent a more realistic description of a porous medium than considering the pores as constant radii capillaries. These irregularities allow us to include the hysteresis phenomenon in the electrokinetic properties. The expressions of the proposed model have been tested with experimental data consisting of sets of effective excess charge density-effective saturation, permeability-effective saturation, porosity-time and permeability-time values. In all cases, the model is able to satisfactorily reproduce the behaviour of the data.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تعدل عمليات الذوبان والتهطال بنية الوسائط المسامية على نطاق صغير مما يؤثر بشكل كبير على الخصائص العيانية للوسائط. تؤدي هذه الاختلافات في هندسة المسام إلى تغييرات في الخواص الهيدروليكية التي تتحكم في تدفق المياه الجوفية، كما أنها تعدل الخواص الحركية الكهربائية المرتبطة بإزاحة الشحنات الكهربائية التي يحملها التدفق الذي ينشأ عنه جهد التدفق. في ظل فرضية الذوبان المنتظم أو هطول الأمطار للمسام وبناءً على نهج كثافة الشحنة الزائدة الفعالة، نقدم نموذجًا نظريًا قائمًا على أساس مادي لتقدير كثافة الشحنة الزائدة الفعالة كدالة للزمن. يعتمد النموذج على افتراض أن بنية المسام يمكن تمثيلها بمجموعة من الأنابيب الشعرية مع اختلاف دوري سلس في نصف قطرها وتوزيع حجم المسام الكسورية. تعتمد التعبيرات التحليلية التي تم الحصول عليها لوصف كثافة الشحنة الزائدة الفعالة على المعلمات الكيميائية للمائع والخواص البتروفيزيائية للوسط. بالإضافة إلى ذلك، تمثل الاختلافات الدورية المفترضة في هندسة المسام وصفًا أكثر واقعية للوسط المسامي من اعتبار المسام شعيرات نصف قطرية ثابتة. تسمح لنا هذه المخالفات بتضمين ظاهرة التخلف في الخصائص الحركية الكهربائية. تم اختبار تعبيرات النموذج المقترح ببيانات تجريبية تتكون من مجموعات من قيم التشبع الفعال لكثافة الشحنة الزائدة الفعالة، والتشبع الفعال للنفاذية، ووقت المسامية، ووقت النفاذية. في جميع الحالات، يكون النموذج قادرًا على إعادة إنتاج سلوك البيانات بشكل مرضٍ.Translated Description (French)
RÉSUMÉ Les processus de dissolution et de précipitation modifient la structure des milieux poreux à l'échelle microscopique, ce qui affecte de manière significative les propriétés macroscopiques des milieux. Ces variations de la géométrie des pores entraînent des changements dans les propriétés hydrauliques qui contrôlent l'écoulement des eaux souterraines, et modifient également les propriétés électrocinétiques associées au déplacement des charges électriques transportées par l'écoulement à l'origine du potentiel de ruissellement. Sous l'hypothèse d'une dissolution ou d'une précipitation uniforme des pores et sur la base de l'approche de la densité de charge excessive effective, nous présentons un modèle théorique basé physiquement pour estimer la densité de charge excessive effective en fonction du temps. Le modèle est basé sur l'hypothèse que la structure des pores peut être représentée par un ensemble de tubes capillaires avec une variation périodique lisse de leur rayon et une distribution de la taille des pores fractale. Les expressions analytiques obtenues pour décrire la surdensité effective de charge dépendent des paramètres chimiques du fluide et des propriétés pétrophysiques du milieu. En outre, les variations périodiques supposées dans la géométrie des pores représentent une description plus réaliste d'un milieu poreux que de considérer les pores comme des capillaires à rayons constants. Ces irrégularités nous permettent d'inclure le phénomène d'hystérésis dans les propriétés électrocinétiques. Les expressions du modèle proposé ont été testées avec des données expérimentales consistant en des ensembles de valeurs efficaces de saturation efficace de densité de charge excessive, de saturation efficace de perméabilité, de porosité-temps et de perméabilité-temps. Dans tous les cas, le modèle est capable de reproduire de manière satisfaisante le comportement des données.Translated Description (Spanish)
RESUMEN Los procesos de disolución y precipitación modifican la estructura de los medios porosos a microescala, lo que afecta significativamente las propiedades macroscópicas de los medios. Estas variaciones en la geometría de los poros dan como resultado cambios en las propiedades hidráulicas que controlan el flujo de agua subterránea, y también modifican las propiedades electrocinéticas asociadas al desplazamiento de las cargas eléctricas transportadas por el flujo que origina el potencial de flujo. Bajo la hipótesis de una disolución o precipitación uniforme de los poros y con base en el enfoque de densidad de carga excesiva efectiva, presentamos un modelo teórico basado físicamente para estimar la densidad de carga excesiva efectiva en función del tiempo. El modelo se basa en la suposición de que la estructura de poros puede representarse mediante un conjunto de tubos capilares con una variación periódica suave de su radio y una distribución del tamaño del poro fractal. Las expresiones analíticas obtenidas para describir la densidad de carga excedente efectiva dependen de los parámetros químicos del fluido y de las propiedades petrofísicas del medio. Además, las variaciones periódicas asumidas en la geometría de poros representan una descripción más realista de un medio poroso que considerar los poros como capilares de radios constantes. Estas irregularidades nos permiten incluir el fenómeno de histéresis en las propiedades electrocinéticas. Las expresiones del modelo propuesto se han probado con datos experimentales que consisten en conjuntos de valores efectivos de saturación efectiva de densidad de carga en exceso, saturación efectiva de permeabilidad, tiempo de porosidad y tiempo de permeabilidad. En todos los casos, el modelo es capaz de reproducir satisfactoriamente el comportamiento de los datos.Files
ggad457.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التنبؤ بإمكانية التدفق في الوسائط التفاعلية: دور هندسة المسام أثناء الذوبان وهطول الأمطار
- Translated title (French)
- Prévision du potentiel de diffusion en continu dans les milieux réactifs : le rôle de la géométrie des pores lors de la dissolution et de la précipitation
- Translated title (Spanish)
- Predicción del potencial de transmisión en medios reactivos: el papel de la geometría de poros durante la disolución y la precipitación
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4389152352
- DOI
- 10.1093/gji/ggad457
References
- https://openalex.org/W1494994854
- https://openalex.org/W184755470
- https://openalex.org/W1924316389
- https://openalex.org/W1951813731
- https://openalex.org/W1970268327
- https://openalex.org/W1975669397
- https://openalex.org/W1982364331
- https://openalex.org/W1995411928
- https://openalex.org/W2005332155
- https://openalex.org/W2006339000
- https://openalex.org/W2016733877
- https://openalex.org/W2022211613
- https://openalex.org/W2024719553
- https://openalex.org/W2025608714
- https://openalex.org/W2032033031
- https://openalex.org/W2039991813
- https://openalex.org/W2046449946
- https://openalex.org/W2047657314
- https://openalex.org/W2050929040
- https://openalex.org/W2083381680
- https://openalex.org/W2083492120
- https://openalex.org/W2119664459
- https://openalex.org/W2121280067
- https://openalex.org/W2135287155
- https://openalex.org/W2137344020
- https://openalex.org/W2150990164
- https://openalex.org/W2162604832
- https://openalex.org/W2163508741
- https://openalex.org/W2165905458
- https://openalex.org/W2347721209
- https://openalex.org/W2575311418
- https://openalex.org/W2621040644
- https://openalex.org/W2765830065
- https://openalex.org/W2773149456
- https://openalex.org/W2889964339
- https://openalex.org/W2895710697
- https://openalex.org/W2930348888
- https://openalex.org/W2942092332
- https://openalex.org/W2944428040
- https://openalex.org/W2971245997
- https://openalex.org/W3020137699
- https://openalex.org/W3033432891
- https://openalex.org/W3080731192
- https://openalex.org/W3103874246
- https://openalex.org/W3215126211
- https://openalex.org/W4212813257
- https://openalex.org/W4232115111
- https://openalex.org/W4239748937
- https://openalex.org/W4280641864
- https://openalex.org/W4289930704