AbstractIn this paper we report the

Abstract
In this paper we report the result of research associated with the testing of a procedures necessary for utilizing natural occurring trace elements, specifically the Rare Earth Elements (REE) as geochemical tracers in Carbon Capture and Storage (CCS) applications. Trace elements, particularly REE may be well suited to serve as in situ tracers for monitoring geochemical conditions and the migration of CO2-charged waters within CCS storage systems. We have been conducting studies to determine the efficacy of using REE as a tracer and characterization tool in the laboratory, at a CCS analogue site in Soda Springs, Idaho, and at a proposed CCS reservoir at the Rock Springs Uplift, Wyoming. Results from field and laboratory studies have been encouraging and show that REE may be an effective tracer in CCS systems and overlying aquifers. In recent years, a series of studies using REE as a natural groundwater tracer have been conducted successfully at various locations around the globe. Additionally, REE and other trace elements have been successfully used as in situ tracers to describe the evolution of deep sedimentary Basins. Our goal has been to establish naturally occurring REE as a useful monitoring measuring and verification (MMV) tool in CCS research because formation brine chemistry will be particularly sensitive to changes in local equilibrium caused by the addition of large volumes of CO2. Because brine within CCS target formations will have been in chemical equilibrium with the host rocks for millions of years, the addition of large volumes of CO2 will cause reactions in the formation that will drive changes to the brine chemistry due to the pH change caused by the formation of carbonic acid. This CO2 driven change in formation fluid chemistry will have a major impact on water rock reaction equilibrium in the formation, which will impart a change in the REE fingerprint of the brine that can measured and be used to monitor in situ reservoir conditions. Our research has shown that the REE signature imparted to the formation fluid by the introduction of CO2 to the formation, can be measured and tracked as part of an MMV program. Additionally, this REE fingerprint may serve as an ideal tracer for fluid migration, both within the CCS target formation, and should formation fluids migrate into overlying aquifers. However application of REE and other trace elements to CCS system is complicated by the high salt content of the brines contained within the target formations. In the United States by regulation, in order for a geologic reservoir to be considered suitable for carbon storage, it must contain formation brine with total dissolved solids (TDS) > 10,000 ppm, and in most cases formation brines have TDS well in excess of that threshold. The high salinity of these brines creates analytical problems for elemental analysis, including element interference with trace metals in Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy (ICP-MS) (i.e. element mass overlap due to oxide or plasma phenomenon). Additionally, instruments like the ICP-MS that are sensitive enough to measure trace elements down to the parts per trillion level are quickly oversaturated when water TDS exceeds much more than 1,000 ppm. Normally this problem is dealt with through dilution of the sample, bringing the water chemistry into the instruments working range. However, dilution is not an option when analyzing these formation brines for trace metals, because trace elements, specifically the REE, which occur in aqueous solutions at the parts per trillion levels. Any dilution of the sample would make REE detection impossible. Therefore, the ability to use trace metals as in situ natural tracers in high TDS brines environments requires the development of methods for pre-concentrating trace elements, while reducing the salinity and associated elemental interference such that the brines can be routinely analyzed by standard ICP-MS methods. As part of the Big Sky Carbon Sequestration Project the INL-CAES has developed a rapid, easy to use process that pre-concentrates trace metals, including REE, up to 100x while eliminating interfering ions (e.g. Ba, Cl). The process is straightforward, inexpensive, and requires little infrastructure, using only a single chromatography column with inexpensive, reusable, commercially available resins and wash chemicals. The procedure has been tested with synthetic brines (215,000 ppm or less TDS) and field water samples (up to 5,000 ppm TDS). Testing has produced data of high quality with REE capture efficiency exceeding 95%, while reducing interfering elements by > 99%.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

บทคัดย่อIn this paper we report the result of research associated with the testing of a procedures necessary for utilizing natural occurring trace elements, specifically the Rare Earth Elements (REE) as geochemical tracers in Carbon Capture and Storage (CCS) applications. Trace elements, particularly REE may be well suited to serve as in situ tracers for monitoring geochemical conditions and the migration of CO2-charged waters within CCS storage systems. We have been conducting studies to determine the efficacy of using REE as a tracer and characterization tool in the laboratory, at a CCS analogue site in Soda Springs, Idaho, and at a proposed CCS reservoir at the Rock Springs Uplift, Wyoming. Results from field and laboratory studies have been encouraging and show that REE may be an effective tracer in CCS systems and overlying aquifers. In recent years, a series of studies using REE as a natural groundwater tracer have been conducted successfully at various locations around the globe. Additionally, REE and other trace elements have been successfully used as in situ tracers to describe the evolution of deep sedimentary Basins. Our goal has been to establish naturally occurring REE as a useful monitoring measuring and verification (MMV) tool in CCS research because formation brine chemistry will be particularly sensitive to changes in local equilibrium caused by the addition of large volumes of CO2. Because brine within CCS target formations will have been in chemical equilibrium with the host rocks for millions of years, the addition of large volumes of CO2 will cause reactions in the formation that will drive changes to the brine chemistry due to the pH change caused by the formation of carbonic acid. This CO2 driven change in formation fluid chemistry will have a major impact on water rock reaction equilibrium in the formation, which will impart a change in the REE fingerprint of the brine that can measured and be used to monitor in situ reservoir conditions. Our research has shown that the REE signature imparted to the formation fluid by the introduction of CO2 to the formation, can be measured and tracked as part of an MMV program. Additionally, this REE fingerprint may serve as an ideal tracer for fluid migration, both within the CCS target formation, and should formation fluids migrate into overlying aquifers. However application of REE and other trace elements to CCS system is complicated by the high salt content of the brines contained within the target formations. In the United States by regulation, in order for a geologic reservoir to be considered suitable for carbon storage, it must contain formation brine with total dissolved solids (TDS) > 10,000 ppm, and in most cases formation brines have TDS well in excess of that threshold. The high salinity of these brines creates analytical problems for elemental analysis, including element interference with trace metals in Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy (ICP-MS) (i.e. element mass overlap due to oxide or plasma phenomenon). Additionally, instruments like the ICP-MS that are sensitive enough to measure trace elements down to the parts per trillion level are quickly oversaturated when water TDS exceeds much more than 1,000 ppm. Normally this problem is dealt with through dilution of the sample, bringing the water chemistry into the instruments working range. However, dilution is not an option when analyzing these formation brines for trace metals, because trace elements, specifically the REE, which occur in aqueous solutions at the parts per trillion levels. Any dilution of the sample would make REE detection impossible. Therefore, the ability to use trace metals as in situ natural tracers in high TDS brines environments requires the development of methods for pre-concentrating trace elements, while reducing the salinity and associated elemental interference such that the brines can be routinely analyzed by standard ICP-MS methods. As part of the Big Sky Carbon Sequestration Project the INL-CAES has developed a rapid, easy to use process that pre-concentrates trace metals, including REE, up to 100x while eliminating interfering ions (e.g. Ba, Cl). The process is straightforward, inexpensive, and requires little infrastructure, using only a single chromatography column with inexpensive, reusable, commercially available resins and wash chemicals. The procedure has been tested with synthetic brines (215,000 ppm or less TDS) and field water samples (up to 5,000 ppm TDS). Testing has produced data of high quality with REE capture efficiency exceeding 95%, while reducing interfering elements by > 99%.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทคัดย่อ
ในบทความนี้เรารายงานผลการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับการใช้ธรรมชาติที่เกิดขึ้นธาตุโดยเฉพาะธาตุดินหายาก (REE) เป็นสืบหาธรณีเคมีในการจับภาพและการจัดเก็บคาร์บอน (CCS) การใช้งาน ธาตุโดยเฉพาะอย่างยิ่ง REE อาจจะเหมาะที่จะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดในสืบหาสำหรับการตรวจสอบสภาพธรณีเคมีและการย้ายถิ่นของน้ำ CO2 ชาร์จภายในระบบจัดเก็บข้อมูล CCS เราได้รับการดำเนินการศึกษาเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของการใช้ REE เป็นเครื่องมือในการติดตามและวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการที่เว็บไซต์อะนาล็อก CCS ในโซดาสปริงส์, ไอดาโฮและเสนออ่างเก็บน้ำ CCS ที่ร็อคสปริงส์ยกไวโอมิง ผลลัพธ์ที่ได้จากภาคสนามและการศึกษาในห้องปฏิบัติการได้รับการให้กำลังใจและแสดงให้เห็นว่ารีอาจจะเป็นรอยที่มีประสิทธิภาพในระบบซีซีเอสและวางชั้นหินอุ้มน้ำ ในปีที่ผ่านชุดของการศึกษาโดยใช้ REE เป็นน้ำบาดาลธรรมชาติตามรอยได้รับการดำเนินการประสบความสำเร็จในสถานที่ต่างๆทั่วโลก นอกจากนี้ REE และธาตุอื่น ๆ ที่ได้รับการใช้ประสบความสำเร็จเช่นเดียวกับในสืบหาแหล่งกำเนิดที่จะอธิบายวิวัฒนาการของตะกอนลุ่มน้ำลึก เป้าหมายของเราได้ที่จะสร้าง REE ธรรมชาติที่เกิดขึ้นเป็นวัดที่มีประโยชน์ในการตรวจสอบและการตรวจสอบ (MMV) เครื่องมือในการวิจัย CCS เพราะเคมีน้ำเกลือจะก่อตัวโดยเฉพาะอย่างยิ่งไวต่อการเปลี่ยนแปลงในภาวะสมดุลในท้องถิ่นที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของปริมาณมาก CO2 เพราะน้ำเกลือภายในก่อเป้าหมาย CCS จะได้รับอยู่ในภาวะสมดุลทางเคมีที่มีโฮสต์หินล้านปี, การเพิ่มขึ้นของปริมาณมาก CO2 จะทำให้เกิดปฏิกิริยาในรูปแบบที่จะผลักดันการเปลี่ยนแปลงทางเคมีน้ำเกลือเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงพีเอชที่เกิดจากการ การก่อตัวของกรดคาร์บอ CO2 นี้ขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงในทางเคมีของเหลวก่อตัวจะมีผลกระทบที่สำคัญต่อสมดุลปฏิกิริยาหินน้ำในรูปแบบซึ่งจะแจ้งการเปลี่ยนแปลงใน REE ลายนิ้วมือของน้ำเกลือที่สามารถวัดและนำมาใช้ในการตรวจสอบในแหล่งกำเนิดสภาพอ่างเก็บน้ำ การวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าลายเซ็น REE แก่การก่อตัวของของเหลวโดยการแนะนำของ CO2 จะมีการพัฒนาที่สามารถวัดและติดตามเป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรม MMV นอกจากนี้ลายนิ้วมือ REE นี้อาจเป็นรอยที่เหมาะสำหรับการโยกย้ายของเหลวทั้งในการสร้างเป้าหมาย CCS และควรของเหลวก่ออพยพเข้าวางชั้นหินอุ้มน้ำ อย่างไรก็ตามการประยุกต์ใช้ REE และธาตุอื่น ๆ ที่จะ CCS ระบบมีความซับซ้อนโดยปริมาณเกลือสูงของน้ำเกลือที่มีอยู่ภายในเป้าหมายก่อ ในประเทศสหรัฐอเมริกาโดยกฎระเบียบเพื่อให้อ่างเก็บน้ำทางธรณีวิทยาที่จะได้รับการพิจารณาที่เหมาะสมสำหรับการจัดเก็บคาร์บอนก็จะต้องมีการก่อน้ำเกลือด้วยของแข็งที่ละลายรวม (TDS)> 10,000 ppm และในกรณีส่วนใหญ่มีการก่อ brines TDS ดีเกินกว่าที่ ธรณีประตู ความเค็มสูงของ brines เหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาในการวิเคราะห์สำหรับการวิเคราะห์ธาตุองค์ประกอบรวมทั้งการรบกวนกับโลหะร่องรอยใน Inductively Coupled Plasma แมสสเปก (ICP-MS) (เช่นองค์ประกอบมวลทับซ้อนอันเนื่องมาจากปรากฏการณ์ออกไซด์หรือพลาสม่า) นอกจากนี้เครื่องมือเช่น ICP-MS ที่มีความสำคัญพอที่จะวัดธาตุลงไปที่ส่วนต่อล้านล้านระดับอย่างรวดเร็ว oversaturated เมื่อน้ำ TDS มากเกินกว่า 1,000 ppm โดยปกติปัญหานี้จะเกี่ยวข้องกับการผ่านการลดสัดส่วนของกลุ่มตัวอย่างที่นำเคมีน้ำเข้ามาในตราสารช่วงการทำงาน อย่างไรก็ตามการลดสัดส่วนไม่ได้เป็นตัวเลือกเหล่านี้เมื่อวิเคราะห์ brines ก่อโลหะร่องรอยเพราะธาตุโดยเฉพาะรีซึ่งเกิดขึ้นในการแก้ปัญหาน้ำที่ส่วนต่อล้านล้านระดับ การลดสัดส่วนของกลุ่มตัวอย่างใด ๆ ที่จะทำให้การตรวจสอบรีเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นความสามารถในการใช้โลหะในขณะที่ร่องรอยสืบหาแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติในสภาพแวดล้อมที่ brines TDS สูงต้องมีการพัฒนาวิธีการก่อนมุ่งธาตุในขณะที่ลดความเค็มและการรบกวนธาตุที่เกี่ยวข้องเช่นที่ brines สามารถวิเคราะห์ได้เป็นประจำโดย ICP- มาตรฐาน วิธี MS ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Big Sky กักเก็บคาร์บอน INL-CAES ได้มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและง่ายต่อการใช้กระบวนการที่เข้มข้นก่อนติดตามโลหะรวมทั้ง REE ถึง 100x ขณะที่การขจัดไอออนรบกวน (เช่นบา Cl) กระบวนการนี้ตรงไปตรงมาราคาไม่แพงและต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานเล็ก ๆ น้อย ๆ โดยใช้เพียงคอลัมน์เดียวกับโคราคาไม่แพงนำมาใช้ใหม่เรซินใช้ได้ในเชิงพาณิชย์และสารเคมีล้าง ขั้นตอนที่ได้รับการทดสอบกับ brines สังเคราะห์ (215,000 ppm หรือน้อยกว่า TDS) และตัวอย่างน้ำสนาม (ไม่เกิน 5,000 ppm TDS) การทดสอบข้อมูลที่มีการผลิตที่มีคุณภาพสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพจับภาพ REE เกิน 95% ในขณะที่ลดการรบกวนจากองค์ประกอบ> 99%

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นามธรรม
ในกระดาษนี้เรารายงานผลของการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบของขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับการใช้แร่ธาตุธรรมชาติที่เกิดขึ้น โดยเฉพาะธาตุหายาก ( รี ) ถึงการจัดเก็บในการจับคาร์บอน ( CCS ) โปรแกรม องค์ประกอบของเทรซโดยเฉพาะรีอาจจะเหมาะที่จะเป็นในการตรวจสอบแหล่งกำเนิดถึงเงื่อนไขและการย้ายถิ่นของน้ำค่า CO2 ภายในระบบกระเป๋ากันน้ำ . เราได้ทำการศึกษา เพื่อศึกษาประสิทธิผลของการใช้หินเป็นเครื่องมือในการติดตาม และการปฏิบัติ ใน CCS แบบเว็บไซต์ในโซดาสปริงส์ , ไอดาโฮและที่เสนอการพัฒนาอ่างเก็บน้ำในร็อกสปริงส์ยกทรง , ไวโอมิง ผลที่ได้จากภาคสนามและห้องปฏิบัติการที่ได้รับการศึกษา ส่งเสริมและแสดงให้เห็นว่ารีอาจจะติดตามที่มีประสิทธิภาพในระบบ CCS และชั้นวาง . ใน ปี ล่าสุด ชุดของการศึกษาการใช้หินเป็นดินธรรมชาติ ติดตามได้ดำเนินการเรียบร้อยแล้วในสถานที่ต่างๆทั่วโลก นอกจากนี้หินและธาตุอื่น ๆได้รับการประสบความสำเร็จในการใช้เป็นวิธีที่จะอธิบายวิวัฒนาการของแอ่งตะกอนลึกเป้าหมายของเราได้รับการจัดตั้งเกิดขึ้นตามธรรมชาติรีเป็นประโยชน์การตรวจสอบการวัดและการตรวจสอบ ( mmv ) เครื่องมือในการวิจัยการ CCS เพราะน้ำเกลือเคมีจะได้รับโดยเฉพาะอย่างยิ่งไวต่อการเปลี่ยนแปลงในสมดุลท้องถิ่นที่เกิดจากการเพิ่มปริมาณมากของ CO2เพราะน้ำเกลือใน CCS เป้าหมายการก่อตัวจะได้รับในสมดุลเคมีกับโฮสต์หินล้านปี การเพิ่มปริมาณมากของ CO2 จะทำให้เกิดปฏิกิริยาในการก่อตัว จะทำให้การเปลี่ยนแปลงกับน้ำเกลือ เคมี เนื่องจาก pH เปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการก่อตัวของกรดคาร์บอนิก .CO2 นี้ขับเคลื่อนเปลี่ยนแปลงเคมีของเหลวก่อตัวจะมีผลกระทบสำคัญในน้ำหินปฏิกิริยาสมดุลในการพัฒนา ซึ่งจะเผยแพร่การเปลี่ยนแปลงในรีลายนิ้วมือของน้ำเกลือที่สามารถวัดได้ และสามารถใช้เพื่อตรวจสอบสภาพอ่างเก็บน้ำแหล่งกำเนิด การวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่ารีลายเซ็นแก่ก่อตัวของเหลวโดยการแนะนำของ CO2 เพื่อการพัฒนาสามารถวัดและติดตามเป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรม mmv . นอกจากนี้ นี้รีลายนิ้วมืออาจใช้เป็นเทรเซอร์ที่เหมาะสำหรับการอพยพของเหลวทั้งใน CCS เป้าหมายการสร้างของเหลวและอพยพเข้ามาในชั้นวาง . อย่างไรก็ตามการใช้หินและธาตุอื่น ๆเพื่อให้ระบบ CCS มีความซับซ้อนโดยสูงปริมาณเกลือของน้ำเค็มที่มีอยู่ภายในเป้าหมาย formationsในสหรัฐอเมริกา โดยระเบียบ คำสั่งของอ่างเก็บน้ำ โดยธรรมชาติจะถือว่าเหมาะสำหรับเก็บคาร์บอน มันต้องประกอบด้วยการน้ำเกลือกับของแข็งทั้งหมด ( TDS ) > 10 , 000 ppm , และในกรณีส่วนใหญ่การเกิดน้ำเค็มมี TDS ดีเกินกว่าที่เกณฑ์ ความเค็มสูงของน้ำเค็มเหล่านี้สร้างปัญหาวิเคราะห์ธาตุรวมทั้งองค์ประกอบของการรบกวนกับร่องรอยโลหะในเดือนมีนาคมคู่พลาสมาเมทานอล ( ICP-MS ) ( เช่นองค์ประกอบมวลทับซ้อนกันเนื่องจากออกไซด์หรือปรากฏการณ์พลาสม่า ) นอกจากนี้ เครื่องมือเช่น ICP-MS ที่มีความอ่อนไหวพอที่จะวัดธาตุลงไปส่วน ต่อล้านระดับอย่างรวดเร็ว oversaturated เมื่อน้ำ TDS สูงมากกว่า 1000 ppmปกติแล้วปัญหานี้จะจัดการผ่านเจือจางตัวอย่าง นำน้ำ เคมี เป็นเครื่องมือในการทำงานช่วง อย่างไรก็ตาม การไม่ตัวเลือกเมื่อวิเคราะห์น้ำเค็มก่อตัวเหล่านี้โลหะปริมาณน้อย เพราะธาตุ โดยเฉพาะรี ซึ่งเกิดขึ้นในสารละลายที่ส่วนต่อล้านระดับใด ๆทำให้การเจือจางตัวอย่างรี เป็นไปไม่ได้ ดังนั้น ความสามารถในการใช้โลหะปริมาณน้อยในแหล่งธรรมชาติที่ตามมาในสูง TDS น้ำเค็มสภาพแวดล้อมต้องมีการพัฒนาวิธีการก่อนมุ่งเน้นธาตุ ในขณะที่ลดความเค็ม และธาตุที่เกี่ยวข้องรบกวนเช่นที่น้ำเค็มสามารถตรวจวิเคราะห์โดยวิธีมาตรฐาน ICP-MS .เป็นส่วนหนึ่งของโครงการคาร์บอนเม็ดใหญ่ inl-caes ท้องฟ้ามีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและง่ายต่อการใช้กระบวนการสกัดโลหะก่อน ติดตาม รวมทั้งรีถึง 100x ในขณะที่การขจัดไอออนรบกวน ( เช่น BA , CL ) กระบวนการคือตรงไปตรงมาราคาไม่แพงและต้องมีโครงสร้างพื้นฐานน้อย ใช้เพียงคอลัมน์โครมาโทกราฟี เดียวราคาถูก สามารถเม็ดพร้อมใช้งานในเชิงพาณิชย์ และล้างสารเคมี วิธีการได้รับการทดสอบกับน้ำเค็มสังเคราะห์ ( 215 , 000 ppm หรือน้อยกว่าน้ำ ( TDS ) และสนามถึง 5 , 000 ppm TDS ) การทดสอบมีการผลิตข้อมูลคุณภาพสูงด้วยรีจับประสิทธิภาพเกิน 95% ในขณะที่การลดการแทรกองค์ประกอบโดย > 99%