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Concept for investigating mechanical and thermal impacts on distributed subsurface gas monitoring
(2016)
A multifunctional sensor in line shape was developed and introduced in previous work for measuring of gas concentrations, temperature change, and strain. A current field study focuses on a spatially distributed monitoring of subsurface CO 2 gas storage sites in near real time.
Mechanical impacts, e.g., caused by construction work, denudation, and seismic activity, can affect the integrity of underground gas storage sites. Thermal or moisture impacts, e.g., caused by weather conditions, can influence the gas Distribution behavior. In this paper, we briefly describe the setup of a CO 2 injection soil test field. This setup contains actuating elements for the investigation of mechanical and thermal impacts on distributed subsurface gas monitoring. A concept is given for evaluating these impacts and first experimental results are presented.
A multifunctional sensor in line shape was developed and introduced in previous work for measuring of gas concentrations, temperature change, and strain. A current field study focuses on a spatially distributed monitoring of subsurface CO2 gas storage sites in near real time.
Mechanical impacts, e.g., caused by construction work, denudation, and seismic activity, can affect the integrity of underground gas storage sites. Thermal or moisture impacts, e.g., caused by weather conditions, can influence the gas distribution behavior. In this paper, we briefly describe the setup of a CO2 injection soil test field. This setup contains actuating elements for the investigation of mechanical and thermal impacts on distributed subsurface gas monitoring. A concept is given for evaluating these impacts and first experimental results are presented.
A 400 m² soil test field with gas injection system was built up for the purpose of large-scale validation, optimization, and characterization of a novel comprehensive monitoring method for underground gas storage areas. The method combines gas sensing technology with linear form factor for in-situ monitoring of gases in soil with the mapping capabilities of Computed Tomography (CT) to reconstruct time-series of gas distribution maps based on samples of orthogonally-aligned linear gas sensors. Several injection experiments with carbon dioxide (CO2) at different days with varying boundary conditions indicates the potential of the method for, e.g., rapid leakage detection with respect to Carbon Capture and Storage (CCS) issues.
One of the main unsolved issues of under-ground storages for, e.g., CO2, H2, and natural gas is the comprehensive surveillance of these areas with reasonable effort and costs. Conventional sensors (e.g., soil air probes or borehole probes), however, can only be used for punctual or locally limited measurements; further their application can cause structural influences (invasive application).
In this paper, we describe in detail the setup of a CO2 injection soil test field. This test field will be used to enhance and validate an innovative ap-proach for distributed subsurface monitoring of gas storage areas. To the author’s knowledge, this is the first time that, for this purpose, a test field is built in an application relevant scale.
Dehnungsmessstreifen (DMS) gehören zu den Standardsensoren beim Messen mechanischer Größen.
Sie finden Ihre Anwendung auf unterschiedlichen Gebieten, als sensorische Komponente in
Messaufnehmern (z.B. Wägezelle, Kraftaufnehmer) oder für Dehnungsmessungen im Bereich der
Strukturüberwachung unter anderem an Brücken oder Bauwerken. Sie werden in verschiedenen Größen
geliefert und mit entsprechenden Klebstoffen auf der Objektoberfläche des Messobjekts an der jeweiligen
Messstelle angebracht und an das Messsystem angeschlossen. Dieser Aufbau wird bei den
verschiedenen Anwendungen unterschiedlichen Temperaturen und Umwelteinflüssen ausgesetzt. Dabei
wird das System DMS/Klebstoff in seinen Eigenschaften verändert und das Ergebnis der
Dehnungsmessung beeinflusst. Beispielsweise kann es zu einer Verfälschung der Messergebnisse
kommen, wenn der Klebstoff die Dehnung des Messobjekts nicht vollständig auf den DMS überträgt, oder
es kann eine Nullpunktverschiebung der Dehnungsmessung auftreten.
An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung werden Fallversuche von Lager- und
Transportbehältern durchgeführt. Für diese werden Dehnungsmessstreifen auf den Behälter angebracht
um die Dehnung bzw. Verformung zu messen. Bei den Versuchen werden verschiedene Parameter
berücksichtigt: Neben unterschiedlichen Fallhöhen (u.a. 9 m und 1 m) wird auch der Temperatureinfluss
auf den Fallversuch z.B. bei -40 °C oder +100 °C untersucht. Zur Applizierung von DMS auf
Objektoberflächen gibt es für verschiedene Anwendungsbedingungen (DMS-Typ, Objektoberflächenbeschaffenheit,
Einsatztemperatur) von den DMS-Herstellern jeweils empfohlene Klebstoffe.
Insbesondere für Anwendungsfälle mit hochdynamischer Belastung (Fallversuche, Crash-Tests) und
großem Temperaturbereich ist es erforderlich, dass die Dehnungsmessstreifen zuverlässige Werte
ausgeben. Dies ist nur gegeben, wenn der Klebstoff eine gute Verbindung zwischen Messobjekt und
Dehnungsmessstreifen herstellt.