@phdthesis{Priegnitz2015,
  author    = {Priegnitz, Mike},
  title     = {Development of geophysical methods to characterize methane hydrate reservoirs on a laboratory scale},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-89321},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {X, 99},
  year      = {2015},
  abstract  = {Gashydrate sind kristalline Feststoffe bestehend aus Wasser und Gasmolek{\"u}len. Sie sind stabil bei erh{\"o}hten Dr{\"u}cken und niedrigen Temperaturen. Nat{\"u}rliche Hydratvorkommen treten daher an Kontinentalh{\"a}ngen, in Permafrostb{\"o}den und in tiefen Seen sowie Binnenmeeren auf. Bei der Hydratbildung orientieren sich die Wassermolek{\"u}le neu und bilden sogenannte K{\"a}figstrukturen, in die Gas eingelagert werden kann. Aufgrund des hohen Drucks bei der Hydratbildung k{\"o}nnen große Mengen an Gas in die Hydratstruktur eingebaut werden. Das Volumenverh{\"a}ltnis von Wasser zu Gas kann dabei bis zu 1:172 bei 0°C und Atmosph{\"a}rendruck betragen. Nat{\"u}rliche Gashydrate enthalten haupts{\"a}chlich Methan. Da Methan sowohl ein Treibhausgas als auch ein Brenngas ist, stellen Gashydrate gleichermaßen eine potentielle Energieressource sowie eine m{\"o}gliche Quelle f{\"u}r Treibhausgase dar. Diese Arbeit untersucht die physikalischen Eigenschaften von Methanhydrat ges{\"a}ttigten Sedimentproben im Labormaßstab. Dazu wurde ein großer Reservoirsimulator (LARS) mit einer eigens entwickelten elektrischen Widerstandstomographie ausger{\"u}stet, die das erste Mal an hydratges{\"a}ttigten Sedimentproben unter kontrollierten Temperatur-, Druck-, und Hydrats{\"a}ttigungsbedingungen im Labormaßstab angewendet wurde. {\"U}blicherweise ist der Porenraum von (marinen) Sedimenten mit elektrisch gut leitendem Salzwasser gef{\"u}llt. Da Hydrate einen elektrischen Isolator darstellen, ergeben sich große Kontraste hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften im Porenraum w{\"a}hrend der Hydratbildung und -zersetzung. Durch wiederholte Messungen w{\"a}hrend der Hydraterzeugung ist es m{\"o}glich die r{\"a}umliche Widerstandsverteilung in LARS aufzuzeichnen. Diese Daten bilden in der Folge die Grundlage f{\"u}r eine neue Auswerteroutine, welche die r{\"a}umliche Widerstandsverteilung in die r{\"a}umliche Verteilung der Hydrats{\"a}ttigung {\"u}berf{\"u}hrt. Dadurch ist es m{\"o}glich, die sich {\"a}ndernde Hydrats{\"a}ttigung sowohl r{\"a}umlich als auch zeitlich hoch aufgel{\"o}st w{\"a}hrend der gesamten Hydraterzeugungsphase zu verfolgen. Diese Arbeit zeigt, dass die entwickelte Widerstandstomographie eine gute Datenqualit{\"a}t aufwies und selbst geringe Hydrats{\"a}ttigungen innerhalb der Sedimentprobe detektiert werden konnten. Bei der Umrechnung der Widerstandsverteilung in lokale Hydrat-S{\"a}ttigungswerte wurden die besten Ergebnisse mit dem Archie-var-phi Ansatz erzielt, der die zunehmende Hydratphase dem Sedimentger{\"u}st zuschreibt, was einer Abnahme der Porosit{\"a}t gleichkommt. Die Widerstandsmessungen zeigten weiterhin, dass die schnelle Hydraterzeugung im Labor zur Ausbildung von kleinen Hydratkristallen f{\"u}hrte, die dazu neigten, zu rekristalliesieren. Es wurden weiterhin Hydrat-Abbauversuche durchgef{\"u}hrt, bei denen die Hydratphase {\"u}ber Druckerniedrigung in Anlehnung an den 2007/2008 Mallik Feldtest zersetzt wurde. Dabei konnte beobachtet werden, dass die Muster der Gas- undWasserflussraten im Labor zum Teil gut nachgebildet werden konnten, jedoch auch aufbaubedingte Abweichungen auftraten. In zwei weiteren Langzeitversuchen wurde die Realisierbarkeit und das Verhalten bei CO2-CH4-Hydrat Austauschversuchen in LARS untersucht. Das tomographische Messsystem wurde dabei genutzt um w{\"a}hrend der CH4 Hydrat Aufbauphase die Hydratverteilung innerhalb der Sedimentprobe zu {\"u}berwachen. Im Zuge der anschließenden CO2-Injektion konnte mithilfe der Widerstandstomographie die sich ausbreitende CO2-Front {\"u}berwacht und der Zeitpunkt des CO2 Durchbruchs identifiziert werden.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pan2022,
  author    = {Pan, Mengdi},
  title     = {Systematic studies on the thermodynamic properties of gas hydrates and their formation/dissociation/transformation behaviors},
  doi       = {10.25932/publishup-55476},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-554760},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XX, 192},
  year      = {2022},
  abstract  = {Gas hydrates are ice-like crystalline compounds made of water cavities that retain various types of guest molecules. Natural gas hydrates are CH4-rich but also contain higher hydrocarbons as well as CO2, H2S, etc. They are highly dependent of local pressure and temperature conditions. Considering the high energy content, natural gas hydrates are artificially dissociated for the production of methane gas. Besides, they may also dissociate in response to global warming. It is therefore crucial to investigate the hydrate nucleation and growth process at a molecular level. The understanding of how guest molecules in the hydrate cavities respond to warming climate or gas injection is also of great importance. This thesis is concerned with a systematic investigation of simple and mixed gas hydrates at conditions relevant to the natural hydrate reservoir in Qilian Mountain permafrost, China. A high-pressure cell that integrated into the confocal Raman spectroscopy ensured a precise and continuous characterization of the hydrate phase during formation/dissociation/transformation processes with a high special and spectral resolution. By applying laboratory experiments, the formation of mixed gas hydrates containing other hydrocarbons besides methane was simulated in consideration of the effects from gas supply conditions and sediments. The results revealed a preferential enclathration of different guest molecules in hydrate cavities and further refute the common hypothesis of the coexistence of hydrate phases due to a changing feed gas phase. However, the presence of specific minerals and organic compounds in sediments may have significant impacts on the coexisting solid phases. With regard to the dissociation, the formation damage caused by fines mobilization and migration during hydrate decomposition was reported for the first time, illustrating the complex interactions between fine grains and hydrate particles. Gas hydrates, starting from simple CH4 hydrates to binary CH4—C3H8 hydrates and multi-component mixed hydrates were decomposed by thermal stimulation mimicking global warming. The mechanisms of guest substitution in hydrate structures were studied through the experimental data obtained from CH4—CO2, CH4—mixed gas hydrates and mixed gas hydrates—CO2 systems. For the first time, a second transformation behavior was documented during the transformation process from CH4 hydrates to CO2-rich mixed hydrates. Most of the crystals grew or maintained when exposed to CO2 gas while some others decreased in sizes and even disappeared over time. The highlight of the two last experimental simulations was to visualize and characterize the hydrate crystals which were at different structural transition stages. These experimental simulations enhanced our knowledge about the mixed gas hydrates in natural reservoirs and improved our capability to assess the response to global warming.},
  language  = {en}
}