Gas Transport in Opalinus Clay

Abstract

An experimental setup was designed to measure gas permeability and gas breakthrough pressures. It was able to apply gas injection pressures of up to 18 MPa to cylindrical samples submitted to higher confining pressures while measuring the gas otflow. Nine gas permeability tests were performed in triaxial cells with Opalinus clay samples of the shaly facies obtained by drilling from the BDR-1 core in the sense perpendicular to bedding. The average dry density of the samples was 2.31±0.04 g/cm3 and water content of 4.5±1.8% (Sr=69±22%). The samples were not saturated prior or during the gas testing. The confining pressures applied in these tests were higher than the maximum in situ stress, and the tests were performed by slowly increasing the injection pressure whereas backpressure was kept atmospheric and the outflow was measured. These tests showed that the breakthrough pressure in the sense perpendicular to bedding was generally higher than 18 MPa (effective pressure of 11.5 MPa), although in a few instances flow occurred for lower pressures. When this happened, the gas permeability measured (kig·krg) was in the range from 8·10-21 to 4·10-23 m2 (average kg of 1.8·10-15 m/s), decreasing very slightly with confining pressure. The air entry value deduced from mercury intrusion porosimetry tests for this material was between 19 and 36 MPa.

The hydraulic conductivity in the sense normal to bedding obtained under effective stress conditions of 0.8 MPa (void ratio 0.24) was 2.7·10-14 m/s (corresponding to an intrinsic permeability of 2.7·10-21 m2).

Se ha diseñado un dispositivo experimental para medir permeabilidad al gas y presión de paso de aire, capaz de aplicar presiones de inyección de hasta 18 MPa a muestras cilíndricas sometidas a presiones confinantes mayores y de medir simultáneamente el flujo de salida. En este informe se recogen los resultados de nueve ensayos realizados en muestras de la facies arcillosa de la arcilla Opalinus de densidad seca 2,31±0,04 g/cm3 y humedad 4,5±1,8% (Sr=69±22%) perforadas en el testigo BDR-1 en sentido perpendicular a la estratificación. No se saturaron las muestras ni antes ni durante los ensayos. Se aplicaron presiones confinantes mayores que la tensión máxima in situ, y los ensayos consistieron en aumentar lentamente la presión de inyección mientras la presión de cola se mantenía atmosférica y se medía el flujo de gas de salida. Los ensayos mostraron que la presión de paso de aire en sentido perpendicular a la estratificación es generalmente mayor de 18 MPa (presión efectiva de 11,5 MPa), aunque en unos pocos casos sí se produjo flujo para presiones menores. En esos casos, la permeabilidad al gas medida (kig·krg) fue de 8·10-21 a 4·10-23 m2 (kg media de 1.8·10-15 m/s), con una ligera tendencia a disminuir con la presión confinante. La presión de entrada de aire para este material deducida de los ensayos de porosimetría por intrusión de mercurio está entre 19 y 36 MPa.

La conductividad hidráulica en sentido perpendicular a la estratificación obtenida bajo una tensión efectiva de 0,8 MPa (índice de poros de 0,24) es de 2,7·10-14 m/s (correspondiente a una permeabilidad intrínseca de 2,7·10-21 m2).