Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen, wobei die Vorrichtung einen Probenhalter, aufweisend einen Probenaufnahmebereich zur Aufnahme der Gesteinsprobe, einen ersten Messbereich, in welchen ein erstes Gas einleitbar ist, und einen zweiten Messbereich, welche Messbereiche an unterschiedlichen Seiten des Probenaufnahmebereiches angeordnet sind, sodass im Einsatzzustand ein in den ersten Messbereich eingeleitetes erstes Gas vom ersten Messbereich durch eine im Probenaufnahmebereich angeordnete Gesteinsprobe hindurch zum zweiten Messbereich diffundieren kann.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen.

Vorrichtungen zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe, wobei eine Gesteinsprobe an einer Seite der Gesteinsprobe mit einem Gas beaufschlagt wird und eine durch die Gesteinsprobe hindurchdiffundierte Gasmenge gemessen wird, sind bekannt. Üblicherweise erfolgen dabei eine Diffusion des Gases durch die Gesteinsprobe und eine Messung der Gasmenge bei Raumdruck und Raumtemperatur. Eine Messung des durch die Gesteinsprobe hindurchdiffundierten Gases erfolgt häufig mittels Gaschromatographie unter Entnahme des hindurchdiffundierten Gases.

Bei einer Auslegung von unterirdischen Gaslagerstätten insbesondere als Gasspeicher sind häufig Drücke bis zu 150 bar und Temperaturen in der Regel bis zu 50 °C zu beachten. Diffusionskoeffizienten von Gesteinsproben, welche bei Raumdruck und Raumtemperatur gemessen wurden, sind dabei häufig nur als grobe Abschätzungen verwendbar.

Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe anzugeben, welche eine hohe Einsatzfähigkeit aufweist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine hohe Einsatzfähigkeit aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe der erste Messbereich und bevorzugt der zweite Messbereich zur Aufnahme von Gas mit einem Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, ausgebildet sind und der erste Messbereich Teil einer ersten Spektroskopiemessstrecke zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases im ersten Messbereich und der zweite Messbereich Teil einer zweiten Spektroskopiemessstrecke zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases im zweiten Messbereich sind, um mit einem Vergleich der Gasanteile einen Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe zu bestimmen.

Grundlage der Erfindung ist die Idee, bei einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe Randbedingungen einer Diffusion durch die Gesteinsprobe bzw. einer Diffusionsmessung nachzubilden, welche in einem, insbesondere unterirdischen, Gasspeicher, beispielsweise einer unterirdischen Gaslagerstätte, häufig vorherrschen. Auf diese Weise kann eine anwendungsorientierte Bestimmung des Diffusionskoeffizienten bzw. eine Bestimmung des Diffusionskoeffizienten mit hoher Genauigkeit umgesetzt werden. Der Gasspeicher kann eine, insbesondere unterirdische, Gaslagerstätte sein. Der Gasspeicher ist üblicherweise ausgebildet, Gas in diesen zur späteren Nutzung bzw. späteren Entnahme einzulagern. Auf diese Weise kann eine Einlagerungsfähigkeit eines Gases im Gasspeicher untersucht bzw. ermittelt werden.

Besonders relevant für eine Bestimmung des Diffusionskoeffizienten ist es, Druckverhältnisse definiert darzustellen. Günstig ist es, wenn in den ersten Messbereich und insbesondere in den zweiten Messbereich Gas, insbesondere das erste Gas, einfügbar, insbesondere einleitbar, ist, sodass ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, im jeweiligen Messbereich gegeben ist. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn der erste Messbereich und insbesondere der zweite Messbereich zur Aufnahme von Gas, insbesondere erstem Gas, mit einem solchen Gasdruck ausgebildet sind. Dadurch kann eine Diffusion des Gases durch die Gesteinsprobe bei entsprechenden Druckverhältnissen effizient umgesetzt werden.

Üblicherweise ist vorgesehen, dass ein erstes Gas in den ersten Messbereich eingeleitet wird, um eine Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe hindurch in den zweiten Messbereich zu bewirken. Der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe kann mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, wenn ein Gasanteil des ersten Gases im ersten Messbereich und ein Gasanteil des ersten Gases im zweiten Messbereich jeweils zeitabhängig bestimmt bzw. gemessen wird. Der Gasanteil des ersten Gases kann eine Konzentration des ersten Gases oder eine zeitliche Änderung der Konzentration des ersten Gases sein. In der Regel nimmt bei fortlaufender Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsproben hindurch in den zweiten Messbereich ein Anteil des ersten Gases im ersten Messbereich mit einer Zeit ab und ein Anteil des ersten Gases im zweiten Messbereich mit der Zeit zu. Mit einem Vergleich eines Gasanteils des ersten Gases im ersten Messbereich und eines Gasanteils des ersten Gases im zweiten Messbereich in Abhängigkeit von der Diffusionszeit ist der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe bestimmbar. Günstig ist es, wenn eine Bestimmung der Gasanteile im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich jeweils mittels Spektroskopie erfolgt. Damit kann eine Messung der Gasanteile des ersten Gases im jeweiligen Messbereich unter vernachlässigbarer Beeinflussung des Gases im jeweiligen Messbereich erfolgen, insbesondere unter vernachlässigbarer Beeinflussung eines Gasdruckes im jeweiligen Messbereich. Der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe wird üblicherweise in Bezug auf insbesondere das erste Gas bestimmt. Zweckmäßig kann der erste Messbereich Teil einer ersten Spektroskopiemessstrecke und der zweite Messbereich Teil einer zweiten Spektroskopiemessstrecke sein, um mit der jeweiligen Spektroskopiemessstrecke einen Gasanteil des ersten Gases im jeweiligen Messbereich spektroskopisch zu bestimmen. Der jeweilige Gasanteil wird üblicherweise zeitabhängig bestimmt. Auf diese Weise kann mit der Vorrichtung der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe bei hohem Druck bzw. Gasdruck, insbesondere mit hoher Genauigkeit, bestimmt werden. Die Vorrichtung weist dadurch eine hohe Einsatzfähigkeit auf. Die erste Spektroskopiemessstrecke und die zweite Spektroskopiemessstrecke sind üblicherweise als Teil der Vorrichtung ausgebildet. Üblicherweise bildet der Probenaufnahmebereich ein Probenaufnahmevolumen, in welchem die Gesteinsprobe anordenbar ist. In der Regel bilden der erste Messbereich und/oder der zweite Messbereich jeweils ein Gasaufnahmevolumen zur Aufnahme eines Gases, insbesondere mit einem vorgenannten Druck. Der Probenaufnahmebereich, der erste Messbereich und der zweite Messbereich sind üblicherweise derart angeordnet und miteinander verbunden, dass im Einsatzzustand ein im ersten Messbereich befindliches Gas, insbesondere erstes Gas, durch die im Probenaufnahmebereich befindliche Gesteinsprobe hindurch in den zweiten Probenaufnahmebereich diffundieren kann. Üblicherweise bilden der erste Messbereich und der zweite Messbereich zwei voneinander separierte Gasaufnahmevolumen, welche über den Probenaufnahmebereich bzw. das Probenaufnahmevolumen gasleitend miteinander verbunden sind. In der Regel sind der erste Messbereich und der zweite Messbereich an unterschiedlichen, insbesondere einander gegenüberliegenden, Seiten des Probenaufnahmebereiches angeordnet bzw. derart angeordnet, dass im Einsatzzustand ein Gas im ersten Messbereich und ein Gas im zweiten Messbereich eine im Probenaufnahmebereich befindliche Gesteinsprobe an unterschiedlichen, insbesondere einander gegenüberliegenden, Seiten der Gesteinsprobe kontaktieren. Dadurch kann Gas vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe hindurch in den zweiten Messbereich diffundieren.

Die Vorrichtung weist üblicherweise eine mit dem ersten Messbereich gasleitend verbundene erste Gastransportleitung und eine mit dem zweiten Messbereich gasleitend verbundene zweite Gastransportleitung auf, um Gas dem ersten Messbereich bzw. zweiten Messbereich über die jeweilige Gastransportleitung zuzuführen oder von diesem abzuführen. Insbesondere kann dem ersten Messbereich ein erstes Gas und dem zweiten Messbereich ein zweites Gas über die jeweilige Gastransportleitung zugeführt werden. Zweckmäßig kann hierzu der erste Messbereich über die erste Gastransportleitung mit einer ersten Gasquelle verbunden sein, um erstes Gas von der ersten Gasquelle dem ersten Messbereich zuzuführen, und/oder der zweite Messbereich über die zweite Gastransportleitung mit einer zweiten Gasquelle verbunden sein, um zweites Gas von der zweiten Gasquelle dem zweiten Messbereich zuzuführen. Das erste Gas und zweite Gas weisen in der Regel eine unterschiedliche Gaszusammensetzung auf. Üblicherweise wird zur Umsetzung der Diffusion durch die Gesteinsprobe im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich jeweils ein Gasdruck des im jeweiligen Messbereich befindlichen Gases, beispielsweise des ersten Gases im ersten Messbereich und zweiten Gases im zweiten Messbereich, zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt.

Einsatzzustand bezeichnet einen Zustand der Vorrichtung, in welchem zur Diffusionskoeffizientenbestimmung eine Gesteinsprobe im Probenbereich angeordnet ist. Üblicherweise ist vorgesehen, dass im Einsatzzustand in den ersten Messbereich ein erstes Gas einleitbar oder eingebracht ist, sodass das erste Gas vom ersten Messbereich durch die im Probenaufnahmebereich angeordnete Gesteinsprobe hindurch zum, insbesondere in den, zweiten Messbereich diffundieren kann. Hochdruckbedingungen bezeichnet üblicherweise einen Gasdruck im Probenhalter, insbesondere ersten Messbereich und gegebenenfalls im zweiten Messbereich, zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar. Entsprechend ist in der Regel der Probenhalter, insbesondere der erste Messbereich und/oder der Probenaufnahmebereich und/oder der zweite Messbereich, zur Aufnahme eines Gases mit einem entsprechenden Gasdruck ausgebildet.

Die Gesteinsprobe ist üblicherweise eine Kernbohrprobe. In der Regel weist die Gesteinsprobe eine längliche Form auf. Im Einsatzzustand ist die Gesteinsprobe üblicherweise derart im Probenaufnahmebereich angeordnet, dass eine Längsrichtung der Gesteinsprobe im Wesentlichen in einer Richtung vom ersten Messbereich hin zum zweiten Messbereich orientiert ist. Üblicherweise hat die Gesteinsprobe eine zylindrische oder prismatische Form. Die Gesteinsprobe ist häufig mit einem porösen Material gebildet. Üblicherweise weist die Gesteinsprobe einen Durchmesser, welcher in der Regel orthogonal zur Längsrichtung der Gesteinsprobe orientiert ist, zwischen 1 cm und 10 cm, insbesondere zwischen 2 cm und 5 cm, auf.

Zweckmäßig kann der erste Messbereich einen ersten Gasaufnahmehohlraum bilden bzw. ein solcher sein und der zweite Messbereich einen zweiten Gasaufnahmehohlraum bilden bzw. ein solcher sein, welche Gasaufnahmehohlräume das jeweilige Gasaufnahmevolumen definieren. Der Probenaufnahmebereich kann ein Probenaufnahmehohlraum zur Aufnahme der Gesteinsprobe bilden bzw. ein solcher sein, wobei der Probenaufnahmehohlraum insbesondere das Probenaufnahmevolumen definiert. Der erste Gasaufnahmehohlraum und der zweite Gasaufnahmehohlraum können über den Probenaufnahmehohlraum gasleitend miteinander verbunden sein, üblicherweise derart, dass im Einsatzzustand der erste Gasaufnahmehohlraum und der zweite Gasaufnahmehohlraum durch die im Probenaufnahmehohlraum angeordnete Gesteinsprobe voneinander separiert sind. Üblicherweise wird im Einsatzzustand das jeweilige Gasaufnahmevolumen bzw. der jeweilige Gasaufnahmehohlraum durch eine Oberfläche der Gesteinsprobe im Probenaufnahmebereich begrenzt. Es hat sich bewährt, wenn der erste Messbereich, der Probenaufnahmebereich und der zweite Messbereich einen gemeinsamen Aufnahmehohlraum bilden, sodass durch die im Einsatzzustand im Probenaufnahmebereich angeordnete Gesteinsprobe ein Gasaufnahmehohlraum bzw. Gasaufnahmevolumen des ersten Messbereiches und ein Gasaufnahmehohlraum bzw. Gasaufnahmevolumen des zweiten Messbereiches gebildet werden, welche insbesondere durch die Gesteinsprobe voneinander separiert sind. Üblicherweise sind im Einsatzzustand der erste Messbereich, der Probenaufnahmebereich und der zweite Messbereich derart ausgebildet und miteinander verbunden, dass ein Gastransport, insbesondere ein Transport von erstem Gas, aus dem ersten Messbereich in den zweiten Messbereich im Wesentlichen lediglich mit Diffusion durch die im Probenaufnahmebereich angeordnete Gesteinsprobe ermöglicht ist.

Vorteilhaft ist es, wenn die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle zur Beaufschlagung von Gas im jeweiligen Messbereich mit elektromagnetischer Strahlung und mit einem Spektroskop zur spektroskopischen Messung der elektromagnetischen Strahlung nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung des Gases ausgebildet ist. Die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke sind üblicherweise zur Durchführung einer Spektroskopie, insbesondere Absorptionsspektroskopie, ausgebildet, wobei eine teilweise Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch das Gas, insbesondere erste Gas, im jeweiligen Messbereich mit dem Spektroskop wellenlängenabhängig detektiert wird, um den Anteil des ersten Gases im jeweiligen Messbereich zu ermitteln.

Das Gas wird üblicherweise zumindest bereichsweise mit der elektromagnetischen Strahlung durchstrahlt, sodass sich ein elektromagnetisches Spektrum der elektromagnetischen Strahlung gasanteilsabhängig, insbesondere abhängig vom Gasanteil des ersten Gases, ändert. Üblicherweise wird die elektromagnetische Strahlung gasmolekülspezifisch zumindest teilweise vom Gas absorbiert. Die elektromagnetische Strahlungsquelle ist üblicherweise ausgebildet elektromagnetische Strahlung, insbesondere breitbandig, zu emittieren. Die elektromagnetische Strahlungsquelle ist vorzugsweise eine Infrarotstrahlungsquelle, bevorzugt mit einer Wellenlänge einer von der Infrarotstrahlungsquelle emittierbaren Strahlung zwischen 1500 nm und 5000 nm. Das Spektroskop ist üblicherweise ausgebildet, ein elektromagnetisches Spektrum, insbesondere elektromagnetisches Absorptionsspektrum, der elektromagnetischen Strahlung nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung des Gases im jeweiligen Messbereich mit der elektromagnetischen Strahlung darzustellen bzw. einen Gasanteil des ersten Gases im jeweiligen Messbereich zu messen. Eine Ermittlung des jeweiligen Gasanteils aus der spektroskopischen Messung bzw. dem elektromagnetischen Spektrum kann mit einer elektronischen Auswerteeinheit der Vorrichtung erfolgen, welche Auswerteeinheit Teil des jeweiligen Spektroskops sein kann. Das mit dem Spektroskop detektierte elektromagnetische Spektrum stellt üblicherweise die elektromagnetische Strahlung, insbesondere deren Strahlungsintensität, wellenlängenabhängig dar. Üblicherweise repräsentieren ein oder mehrere Absorptionspeaks des detektierten elektromagnetischen Spektrums eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch das Gas abhängig von jeweiligen Gasanteilen einer Gaszusammensetzung des Gases, insbesondere eines Gasanteils des ersten Gases. In der Regel wird das Gas im jeweiligen Messbereich mit von der jeweiligen elektromagnetischen Strahlungsquelle emittierter elektromagnetischer Strahlung zumindest bereichsweise bzw. teilweise durchstrahlt und die elektromagnetische Strahlung, üblicherweise nach Weiterleitung dieser zum jeweiligen Spektroskop, vom Spektroskop analysiert. Die erste Spektroskopiemessstrecke bzw. die zweite Spektroskopiemessstrecke sind üblicherweise als Teil der Vorrichtung ausgebildet. Aus einer zeitabhängigen Änderung der mit der ersten und zweiten Spektroskopiemesssstrecke gemessenen Gasanteile des ersten Gases in den jeweiligen Messbereichen kann der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe mit Vergleich der Gasanteile des ersten Gases bestimmt werden. Die erste Spektroskopiemessstrecke und die zweite Spektroskopiemessstrecke können jeweils eine eigene elektromagnetische Strahlungsquelle und/oder jeweils ein eigenes Spektroskop aufweisen.

Praktikabel ist es, wenn die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite

Spektroskopiemessstrecke jeweils eine Strahlungszuführleitung aufweist, über welche die jeweilige elektromagnetische Strahlungsquelle und der jeweilige Messbereich strahlungsleitend verbunden sind. Damit kann elektromagnetische Strahlung über die Strahlungszuführleitung von der Strahlungsquelle zum jeweiligen Messbereich geleitet und insbesondere über die Strahlungszuführleitung in den jeweiligen Messbereich eingekoppelt werden. Üblicherweise weisen die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke jeweils eine Strahlungsabführleitung auf, über welche der jeweilige Messbereich und das jeweilige Spektroskop strahlungsleitend verbunden sind. Damit kann elektromagnetische Strahlung vom jeweiligen Messbereich über die Strahlungsabführleitung zum Spektroskop geleitet werden und insbesondere über die Strahlungsabführleitung aus dem jeweiligen Messbereich ausgekoppelt werden. Dadurch kann elektromagnetische Strahlung von der elektromagnetischen Strahlungsquelle über die Strahlungszuführleitung effizient zum jeweiligen Messbereich geleitet werden, um Gas im Messbereich mit der elektromagnetischen Strahlung zu beaufschlagen. Nach zumindest bereichsweiser Beaufschlagung des Gases, insbesondere zumindest bereichsweiser Durchstrahlung des Gases, mit der elektromagnetischen Strahlung kann die elektromagnetische Strahlung über die Strahlungsabführleitung zum Spektroskop weitergeleitet werden. Die jeweilige Strahlungsquelle und/oder das jeweilige Spektroskop sind üblicherweise außerhalb des jeweiligen Messbereiches, insbesondere außerhalb des Probenhalters, angeordnet. Die Strahlungszuführleitung und/oder Strahlungsabführleitung können mit, insbesondere als, Lichtwellenleiter, insbesondere Glasfaserkabel, ausgebildet sein. Üblicherweise sind die Strahlungszuführleitung und/oder Strahlungsabführleitung jeweils mit einem Leitungsanschluss, in der Regel ausgebildet als Leitungsdurchführung, insbesondere als Faserdurchführung, gasdicht an den jeweiligen Messbereich, insbesondere den Probenhalter, angeschlossen. In der Regel weisen die erste Spektroskopiemessstrecke und/oder die zweite Spektroskopiemessstrecke jeweils eine eigene Strahlungszuführleitung bzw. eine eigene Strahlungsabführleitung auf. Üblicherweise sind die Strahlungszuführleitung und Strahlungsabführleitung der jeweiligen

Spektroskopiemessstrecke derart zueinander korrespondierend angeordnet, dass eine mit der Strahlungszuführleitung in den jeweiligen Messbereich eingebrachte elektromagnetische Strahlung nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung von Gas im Messbereich über die Strahlungsabführleitung zum Spektroskop der Spektroskopiemessstrecke leitbar ist. Zweckmäßig ist es, wenn ein Ausgang der Strahlungszuführleitung und ein Eingang der Strahlungsabführleitung einander gegenüberliegend im jeweiligen Messbereich angeordnet sind, sodass über die Strahlungszuführleitung geleitete elektromagnetische Strahlung aus dem Ausgang der Strahlungszuführleitung in den jeweiligen Messbereich einbringbar ist und nach zumindest bereichsweiser Durchstrahlung eines Gases im jeweiligen Messbereich in den Eingang der Strahlungsabführleitung zur Weiterleitung über die Strahlungsabführleitung eintreten kann. Der Ausgang und Eingang sind in der Regel beabstandet voneinander, in der Regel entlang einer Geraden einander zugewandt orientiert, angeordnet. Üblicherweise sind die Strahlungszuführleitung und Strahlungsabführleitung jeweils der ersten und/oder zweiten Spektroskopiemessstrecke derart ausgebildet. Der Ausgang der Strahlungszuführleitung und/oder der Eingang der Strahlungsabführleitung können zur Strahlungslenkung der elektromagnetischen Strahlung jeweils ein optisches Element aufweisen. Das optische Element kann zur Brechung der elektromagnetischen Strahlung, um die elektromagnetische Strahlung zu lenken, ausgebildet sein. Das optische Element kann mit einer Linse gebildet sein.

Günstig ist es, wenn die erste Spektroskopiemessstrecke und die zweite Spektroskopiemessstrecke eine gemeinsame, insbesondere vorgenannte, elektromagnetische Strahlungsquelle und/oder ein gemeinsames, insbesondere vorgenanntes, Spektroskop aufweisen. Praktisch ist es, wenn der erste Messbereich und zweite Messbereich über einen Splitter mit dem, insbesondere gemeinsamen, Spektroskop zur Strahlungsweiterleitung an das Spektroskop verbunden sind, wobei der Splitter ausgebildet ist, insbesondere nach einem vorgegebenen zeitlichen Ordnungsschema, abwechselnd elektromagnetische Strahlung vom ersten Messbereich und elektromagnetische Strahlung vom zweiten Messbereich zum Spektroskop weiterzuleiten, insbesondere durchzuschalten. Auf diese Weise kann effizient eine Ausbildung mit einem gemeinsamen Spektroskop umgesetzt sein. Der Splitter ist üblicherweise als Teil der ersten Spektroskopiemessstrecke und zweiten Spektroskopiemessstrecke ausgebildet. Der jeweilige Messbereich und der Splitter sind üblicherweise jeweils über die Strahlungsabführleitung miteinander strahlungsleitend verbunden, um elektromagnetische Strahlung vom jeweiligen Messbereich zum Splitter zu leiten. Die jeweilige Strahlungsabführleitung ist üblicherweise jeweils mit einem Eingangsport des Splitters strahlungsleitend verbunden. Der Splitter kann über eine Strahlungstransportleitung, welche üblicherweise mit einem Ausgangsport des Splitters strahlungsleitend verbunden ist, mit dem Spektroskop strahlungsleitend verbunden sein, um elektromagnetische Strahlung über die Strahlungstransportleitung zum Spektroskop weiterzuleiten. Der Splitter ist üblicherweise ausgebildet, insbesondere nach einem vorgegebenen zeitlichen Ordnungsschema, abwechselnd jeweils eine elektromagnetische Strahlung von einem der Eingangsports an den Ausgangsport weiterzuleiten, insbesondere durchzuschalten. Der Splitter kann als Teil des gemeinsamen Spektroskops ausgebildet sein.

Von Vorteil ist es, wenn die Vorrichtung eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren, insbesondere Heizen und/oder Kühlen, des Probenhalters aufweist. Die Temperierungseinrichtung kann zum Temperieren, insbesondere Heizen und/oder Kühlen, eines Gases, insbesondere ersten Gases, im ersten Messbereich und/oder eines Gases, insbesondere zweiten Gases, im zweiten Messbereich ausgebildet sein. Dadurch kann im Probenhalter, insbesondere im Gas des ersten Messbereiches bzw. im Gas des zweiten Messbereiches, eine bestimmte Temperatur eingestellt werden. Die jeweilige Gastemperatur im ersten Messbereich und/oder zweiten Messbereich wird dabei üblicherweise zwischen 20 °C und 100 °C, insbesondere zwischen 30°C und 50°C eingestellt. In der Regel wird die Temperierungseinrichtung derart gesteuert, insbesondere geregelt, dass eine Gastemperatur des Gases im ersten Messbereich und eine Gastemperatur des Gases im zweiten Messbereich jeweils konstant ist. Üblicherweise werden die Gastemperaturen im ersten Messbereich und zweiten Messbereich während der Messprozedur gleich groß gehalten. Dies gilt üblicherweise im Wesentlichen während einer gesamten Messprozedur zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten. Die Vorrichtung weist üblicherweise die Temperierungseinrichtung auf. Die Vorrichtung kann einen oder mehrere Temperatursensoren zur Temperaturmessung aufweisen, um die Temperierungseinrichtung abhängig von einer Temperaturmessung mit dem Temperatursensor zu steuern, insbesondere zu regeln. Die Temperatursensoren können ausgebildet sein, eine Temperatur im Probenhalter, insbesondere im ersten Messbereich und/oder zweiten Messbereich, zu messen. Zweckmäßig kann im ersten Messbereich und/oder im zweiten Messbereich ein Temperatursensor angeordnet sein. Die Temperierungseinrichtung kann ein Ofen sein, in welchem der Probenhalter angeordnet ist. Zweckmäßig kann die Vorrichtung einen oder mehrere Drucksensoren aufweisen, um einen Gasdruck im ersten und/oder zweiten Messbereich zu messen. Im ersten und/oder zweiten Messbereich kann jeweils ein Drucksensor angeordnet sein.

Günstig ist es, wenn der Probenaufnahmebereich mit einer, insbesondere elastisch, verformbaren Probenaufnahmewand gebildet ist, sodass im Einsatzzustand mit Verformung der Probenaufnahmewand eine Pressverbindung zwischen der Probenaufnahmewand und der Gesteinsprobe zur Abdichtung herstellbar ist. Auf diese Weise kann eine Gasabdichtung zwischen der Gesteinsprobe und der Probenaufnahmewand umgesetzt werden bzw. ein Gastransport zwischen dem ersten Messbereich und dem zweiten Messbereich in einem Bereich zwischen der Gesteinsprobe und der Probenaufnahmewand verhindert werden. Der Probenaufnahmebereich ist üblicherweise mit einer oder mehreren Probenaufnahmewänden gebildet, welche im Einsatzzustand die Gesteinsprobe umfänglich umschließen. Die Probenaufnahmewände umgeben bzw. bilden üblicherweise das Probenaufnahmevolumen bzw. den Probenaufnahmehohlraum. Vorzugsweise sind mehrere der Probenaufnahmewände wie ausgeführt, insbesondere elastisch, verformbar ausgebildet. Es hat sich bewährt, wenn der Probenaufnahmebereich mit einem Probenaufnahmerohr, insbesondere Probenaufnahmeschlauch, zur Aufnahme der Gesteinsprobe ausgebildet ist. Das Probenaufnahmerohr ist vorzugsweise mit einer oder mehreren vorgenannten Probenaufnahmewänden gebildet. Günstig ist es, wenn die Probenaufnahmewand bzw. die Probenaufnahmewände, insbesondere das Probenaufnahmerohr, mit, insbesondere aus, einem Elastomer, vorzugsweise Viton, gebildet sind.

Eine hohe Einsatzpraktikabilität ist erreichbar, wenn die Probenaufnahmewand des Probenaufnahmebereiches mit einer Druckkammer gekoppelt ist, sodass mit einer Druckerhöhung in der Druckkammer, insbesondere einem Druckkammervolumen der Druckkammer, die Probenaufnahmewand des Probenaufnahmebereiches, insbesondere elastisch, verformbar ist. Dadurch kann effizient im Einsatzzustand, insbesondere wie beschrieben, mit Verformen der Probenaufnahmewand eine Pressverbindung zwischen Probenaufnahmewand und Gesteinsprobe zur Abdichtung umgesetzt werden. Dies kann für mehrere, insbesondere im Wesentlichen sämtliche, der Probenaufnahmewände des Probenaufnahmeraumes gelten. Üblicherweise ist die Druckkammer, insbesondere ein Druckkammervolumen der Druckkammer, mit einem Fluid, insbesondere mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mit Wasser, befüllbar, um mit einem Fluiddruck des Fluids die Probenaufnahmewand des Probenaufnahmebereiches, insbesondere elastisch, zu verformen. Üblicherweise ist der Probenaufnahmebereich bzw. der Probenaufnahmehohlraum umfänglich von der Druckkammer, insbesondere dem Druckkammervolumen der Druckkammer, umgeben. Vorzugsweise grenzt die Probenaufnahmewand an das Druckkammervolumen. Zweckmäßig ist es, wenn im Einsatzzustand die Probenaufnahmewand bzw. Probenaufnahmewände des Probenaufnahmeraumes umfänglich um die Gesteinsprobe mit, insbesondere elastischem, Verformen der Probenaufnahmewand bzw. Probenaufnahmewände gegen die Gesteinsprobe pressbar sind. Damit ist eine robuste Abdichtung zwischen Gesteinsprobe und Probenaufnahmewand bzw. Probenaufnahmewände des Probenaufnahmebereiches umsetzbar. Vorzugsweise ist im Einsatzzustand die Probenaufnahmewand bzw. sind die Probenaufnahmewände des Probenaufnahmebereiches entlang einer überwiegenden Länge der Gesteinsprobe, insbesondere wie beschrieben, verformbar. Im Fluid der Druckkammer kann üblicherweise ein Fluiddruck zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, umgesetzt, insbesondere gesteuert, bevorzugt geregelt, eingestellt, werden. Die Vorrichtung weist üblicherweise die Druckkammer auf.

Zweckmäßig ist es, wenn der erste Messbereich mit einer ersten Gastransportleitung gasleitend verbunden ist und der zweite Messbereich mit einer zweiten Gastransportleitung gasleitend verbunden ist, um über die jeweilige Gastransportleitung Gas dem jeweiligen Messbereich zuzuführen oder von diesem abzuführen. Insbesondere kann dem ersten Messbereich über die erste Gastransportleitung erstes Gas und/oder dem zweiten Messbereich über die zweite Gastransportleitung zweites Gas zugeführt werden. Die erste Gastransportleitung bzw. zweite Gastransportleitung sind üblicherweise Teil der Vorrichtung.

Von Vorteil ist es, wenn der erste Messbereich und der zweite Messbereich über eine Druckausgleichseinrichtung gasdruckübertragend miteinander gekoppelt sind, um mit der Druckausgleichseinrichtung ein Gasdruckverhältnis zwischen einem Gasdruck im ersten Messbereich und einem Gasdruck im zweiten Messbereich konstant zu halten. Dadurch können Druckschwankungen ausgeglichen werden. Die Druckausgleichseinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, einen Gasdruck im ersten Messbereich und Gasdruck im zweiten Messbereich auf gleicher Höhe zu halten. Die Druckausgleichseinrichtung kann die erste Gastransportleitung und zweite Gastransportleitung gasdruckübertragend miteinander koppeln. Die erste Gastransportleitung und zweite Gastransportleitung können an die Druckausgleichseinrichtung anschließen. Günstig ist es, wenn die Druckausgleichseinrichtung eine Druckausgleichsmembran aufweist, um mit, insbesondere elastischer, Verformung der Druckausgleichsmembran einen Gasdruck von einer Seite der Druckausgleichsmembran zur anderen zu übertragen, insbesondere eine Gasdruckdifferenz an unterschiedlichen Seiten der Druckausgleichsmembran, zumindest teilweise zu kompensieren. Zweckmäßig können der erste Messbereich und der zweite Messbereich über die Druckausgleichsmembran, beispielsweise über die erste Gastransportleitung und zweite Gastransportleitung, gasdruckübertragend miteinander gekoppelt sein. Üblicherweise wird eine Seite der Gasdruckübertragungsmembran mit einem Gasdruck des Gases im ersten Messbereich und eine andere Seite der Gasdruckübertragungsmembran mit einem Gasdruck des Gases im zweiten Messbereich beaufschlagt, um mit Verformung der Gasdruckübertragungsmembran eine Gasdruckdifferenz zwischen den Gasdrücken zumindest teilweise zu kompensieren. Die Druckausgleichseinrichtung ist üblicherweise als Teil der Vorrichtung ausgebildet. Die Druckausgleichsmembran kann mit, insbesondere aus, einem Elastomer, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, gebildet sein.

Von Vorteil ist es, wenn der erste Messbereich und der zweite Messbereich mit unterschiedlichen Gasquellen zur Zuführung von unterschiedlichen Gasen in die Messbereiche gasleitend verbunden sind. Dadurch können definierte Atmosphärenverhältnisse im ersten und zweiten Messbereich eingestellt werden. Üblicherweise ist der erste Messbereich mit einer ersten Gasquelle zur Zuführung eines ersten Gases in den ersten Messbereich verbunden und der zweite Messbereich mit einer zweiten Gasquelle zur Zuführung eines zweiten Gases in den zweiten Messbereich verbunden. Das erste Gas und zweite Gas sind üblicherweise unterschiedliche Gase. Dadurch kann ein vom ersten Messbereich durch die Gesteinsproben hindurch in den zweiten Messbereich diffundiertes erstes Gas im zweiten Messbereich mit hoher Genauigkeit detektiert werden. Die erste Gasquelle bzw. zweite Gasquelle sind üblicherweise Teil der Vorrichtung. Günstig ist es, wenn die Vorrichtung eine erste Gasabführleitung aufweist, welche mit dem ersten Messbereich gasleitend verbunden ist, und/oder eine zweite Gasabführleitung aufweist, welche mit dem zweiten Messbereich gasleitend verbunden ist, um über die jeweilige Gasabführleitung Gas aus dem jeweiligen Messbereich abzuführen. Die jeweilige Gasabführleitung kann zusätzlich zur jeweiligen Gastransportleitung vorhanden sein. Praktikabel ist es, wenn die erste und/oder zweite Gastransportleitung jeweils mit einer Gasabführleitung und einer Gaszuführleitung gebildet ist, wobei die Gasabführleitung und Gaszuführleitung über ein Mehrwegeventil mit dem jeweiligen Messbereich fluidleitend verbunden sind, sodass durch Schalten des Mehrwegeventils gesteuert ein Gastransport zwischen dem jeweiligen Messbereich und selektiv einstellbar der jeweiligen Gaszuführleitung oder Gasabführleitung umsetzbar ist. Das jeweilige Mehrwegventil kann fluidleitend über eine Gasanschlussleitung mit dem jeweiligen Messberiech fluidleitend verbunden sein. Das Mehrwegventil und/oder die Anschlussleitung können als Teil der Gastransportleitung ausgebildet sein.

Der Diffusionskoeffizient ist üblicherweise abhängig von der Gesteinsprobe, insbesondere dessen Gesteinsprobenmaterial, dem ersten Gas und gegebenenfalls dem zweiten Gas. Darüber hinaus ist der Diffusionskoeffizient in der Regel abhängig von einem Gasdruck und/oder einer Temperatur im Probenhalter. Der Gasdruck im Probenhalter bezeichnet insbesondere einen Gasdruck im ersten Messbereich und/oder einen Gasdruck im zweiten Messbereich. Die Temperatur im Probenhalter bezeichnet insbesondere eine Temperatur im ersten Messbereich und/oder eine Temperatur im zweiten Messbereich. Mit Einstellen von Gasdruck und Temperatur kann eine hohe Genauigkeit der Diffusionskoeffizientenbestimmung erreicht werden.

Das erste Gas und zweite Gas weisen üblicherweise eine unterschiedliche Gaszusammensetzung auf. Günstig ist es, wenn das erste Gas überwiegend mit, insbesondere im Wesentlichen aus, Stickstoff, Methan oder Wasserstoff gebildet ist. Zweckmäßig kann das zweite Gas überwiegend mit, insbesondere aus, Stickstoff, Methan oder Wasserstoff gebildet sein, wobei das zweite Gas eine andere Gaszusammensetzung aufweist als das erste Gas. Beispielsweise kann das erste Gas überwiegend mit, insbesondere im Wesentlichen aus, Wasserstoff und das zweite Gas, überwiegend mit, insbesondere im Wesentlichen aus, Methan gebildet sein, oder in analoger Weise in umgekehrter Ausprägung. Das erste Gas und/oder das zweite Gas kann jeweils mit mehreren Gaskomponenten gebildet sein.

Die weitere Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen gelöst, wenn bei einer Gesteinsprobe mit einer in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen die Gesteinsprobe im Probenaufnahmebereich angeordnet wird und ein erstes Gas in den ersten Messbereich geleitet wird, um eine Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe hindurch zum zweiten Messbereich zu bewirken, wobei im ersten Messbereich ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt wird, wonach mit der ersten Spektroskopiemessstrecke ein im ersten Messbereich befindlicher Gasanteil des ersten Gases und mit der zweiten Spektroskopiemessstrecke ein im zweiten Messbereich befindlicher Gasanteil des ersten Gases zeitabhängig gemessen werden, um mit einem Vergleich der Gasanteile einen Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe zu bestimmen. Auf diese Weise kann, insbesondere wie vorstehend ausgeführt, ein Diffusionskoeffizient einer Gesteinsprobe bei, insbesondere vorgenannten Gasdrücken, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Das Verfahren ermöglicht eine hohe Einsatzfähigkeit bei der Ermittlung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe, insbesondere bei hohen Druckverhältnissen.

Es versteht sich, dass das Verfahren zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen entsprechend den Merkmalen und Wirkungen, welche im Rahmen einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen, insbesondere vorstehend, in diesem Dokument beschrieben sind, ausgebildet sein kann. Analoges gilt auch für die Vorrichtung im Hinblick auf das Verfahren.

Die jeweilige zeitabhängige Messung des Gasanteils des ersten Gases kann eine zeitabhängige Messung einer Änderung des Gasanteils des ersten Gases sein. Üblicherweise werden mit der ersten Spektroskopiemessstrecke und der zweiten Spektroskopiemessstrecke jeweils mehrere Messungen eines Gasanteils des ersten Gases im jeweiligen Messbereich durchgeführt. Mit einem Vergleich der Gasanteile des ersten Gases im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich, insbesondere in Abhängigkeit von einer Zeit, kann der Diffusionskoeffizient bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt der Vergleich mit einem computerbasierten Simulationsmodell, mit welchem basierend auf mit den Messungen generierten Messdaten auf den Diffusionskoeffizienten rückgerechnet wird. Zweckmäßig kann die Vorrichtung eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, üblicherweise gebildet mit einem Mikrocontroller, aufweisen, welche ausgebildet ist, mit Vergleich der Gasanteile des ersten Gases, insbesondere wie beschrieben, den Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe, insbesondere computerimplementiert, zu bestimmen. Die elektronische Auswerteeinheit kann Teil der Datenverarbeitungseinrichtung sein.

Vorteilhaft ist es, wenn vor einem Einbringen des ersten Gases in den ersten Messbereich ein zweites Gas in den zweiten Messbereich eingebracht, insbesondere geleitet, wird, sodass sich das zweite Gas in der Gesteinsprobe ausbreitet, vorzugsweise die Gesteinsprobe mit dem zweiten Gas gesättigt wird. Dies findet üblicherweise nach Anordnen der Gesteinsprobe im Probenaufnahmebereich statt. Eine Diffusion des ersten Gases kann vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe und dem in der Gesteinsprobe befindlichem zweiten Gas zum bzw. in den zweiten Messbereich stattfinden. Auf diese Weise kann der Diffusionskoeffizient mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden. Der Diffusionskoeffizient ist dann insbesondere abhängig vom ersten Gas und zweiten Gas. Ein Einbringen des zweiten Gases in den zweiten Messbereich zur Sättigung der Gesteinsprobe mit dem zweiten Gas erfolgt üblicherweise bei einem Gasdruck des zweiten Gases im zweiten Messbereich zwischen 1 bar und 100 bar, insbesondere zwischen 2 bar und 25 bar. Üblicherweise wird danach, in der Regel vor Einbringen des ersten Gases in den ersten Messbereich, ein Gasdruck des zweiten Gases im zweiten Messbereich zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt.

Vorzugsweise befindet sich bei Beginn einer Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe zum, insbesondere in den, zweiten Messbereich im zweiten Messbereich überwiegend, vorzugsweise im Wesentlichen, zweites Gas.

Von Vorteil ist es, wenn während einer im Wesentlichen gesamten Messprozedur zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten ein Gasdruckverhältnis zwischen dem ersten Messbereich und dem zweiten Messbereich konstant gehalten wird, insbesondere der erste Messbereich und der zweite Messbereich einen gleichen Gasdruck aufweisen.

Messprozedur bezeichnet üblicherweise eine Durchführung der spektroskopischen Messungen zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten während einer stattfindenden Diffusion des ersten Gases vom ersten Messbereich durch die Gesteinsprobe hindurch zum, insbesondere in, den zweiten Messbereich, sodass insbesondere basierend auf den Messungen der Diffusionskoeffizient bestimmbar ist.

Üblicherweise wird im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, eingestellt. Im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich werden üblicherweise gleich große Gasdrücke eingestellt. In der Regel wird, insbesondere während einer im Wesentlichen gesamten Messprozedur, der Gasdruck im ersten Messbereich und/oder der Gasdruck im zweiten Messbereich zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere zwischen 100 bar und 150 bar, gehalten. Der Gasdruck im ersten Messbereich und der Gasdruck im zweiten Messbereich sind dabei üblicherweise gleich groß.

Von Vorteil ist es, wenn eine Verwendung einer in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen oder eines in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen umgesetzt wird, um eine Diffusion von Gas in einem, insbesondere unterirdischen, Gasspeicher zu ermitteln. Der Gasspeicher kann ein Gasspeicher für ein zweites Gas sein, in welchen Gasspeicher ein erstes Gas aufgenommen werden soll. Der Gasspeicher kann eine, insbesondere unterirdische, Gaslagerstätte sein. Beispielsweise kann der Gasspeicher, insbesondere die Gaslagerstätte, ein Methangasspeicher, insbesondere eine Methangaslagerstätte, sein, in welche ein zweites Gas, beispielsweise Wasserstoffgas, aufgenommen werden soll. Durch eine Bestimmung des Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe bei vorgenannten Druckverhältnissen kann eine Diffusion von Gas in einem Gasspeicher, insbesondere einer Gaslagerstätte, mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Vorteilhaft ist es, wenn dadurch eine Nutzungsmöglichkeit, insbesondere ein Speichervermögen, des Gasspeichers, insbesondere der Gaslagerstätte, zur Speicherung eines Gases und/oder eine Einlagerungsfähigkeit eines Gases in den Gasspeicher, insbesondere in die Gaslagerstätte, bestimmt wird.

Ein Gasdruck im ersten Messbereich bzw. zweiten Messbereich bezieht sich üblicherweise auf ein Gas im jeweiligen Messbereich, insbesondere Gasaufnahmevolumen des jeweiligen Messbereiches. Dies gilt in analoger Weise für eine Temperatur und/oder einen Gasdruck im jeweiligen Messbereich. Das Gas kann mit, insbesondere aus, erstem Gas und/oder zweitem Gas gebildet sein.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe unter Hochdruckbedingungen;

Fig. 2 ein Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung in einem Einsatzzustand der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Diffusionskoeffizienten einer Gesteinsprobe 2 unter Hochdruckbedingungen. Die Vorrichtung 1 weist einen Probenhalter 3 mit einem Probenaufnahmebereich 4 zur Aufnahme einer Gesteinsprobe 2, einem ersten Messbereich 5, in welchen ein erstes Gas 28 einleitbar ist, und einem zweiten Messbereich 6, in welchen ein zweites Gas 29 einleitbar ist, auf. Der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 sind an unterschiedlichen Seiten des Probenaufnahmebereiches 4 angeordnet, sodass im Einsatzzustand ein in den ersten Messbereich 5 eingeleitetes erstes Gas 28 vom ersten Messbereich 5 durch eine im Probenaufnahmebereich 4 angeordnete Gesteinsprobe 2 hindurch zum zweiten Messbereich 6 diffundieren kann. Der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 sind zur Aufnahme von Gas mit einem Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, bevorzugt zwischen 100 bar und 150 bar, ausgebildet. Vorzugsweise bilden der erste Messbereich 5, der zweite Messbereich 6 und der Probenaufnahmebereich 4 einen gemeinsamen Aufnahmehohlraum, sodass durch Anordnen der Gesteinsprobe 2 im Probenaufnahmebereich 4 der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 jeweils ein Gasaufnahmevolumen bildet, welche Gasaufnahmevolumen durch die Gesteinsprobe 2 voneinander separiert sind.

Der erste Messbereich 5 ist Teil einer ersten Spektroskopiemessstrecke 7 zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases 28 im ersten Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 ist Teil einer zweiten Spektroskopiemessstrecke 8 zur zeitabhängigen Messung eines Gasanteils des ersten Gases 28 im zweiten Messbereich 6. Mit der jeweiligen Spektroskopiemessstrecke 7, 8 werden die jeweiligen Gasanteile spektroskopisch bestimmt. Mit einem Vergleich der Gasanteile kann ein Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe 2 bestimmt werden.

Die erste Spektroskopiemessstrecke 7 und die zweite Spektroskopiemessstrecke 8 weisen eine elektromagnetische Strahlungsquelle 9 und ein Spektroskop 10 auf, um im jeweiligen Messbereich 5, 6 befindliches Gas mit von der elektromagnetischen Strahlungsquelle 9 emittierter elektromagnetischer Strahlung zumindest bereichsweise zu durchstrahlen und anschließend die elektromagnetische Strahlung mit dem Spektroskop 10 zu analysieren, um einen Anteil bzw. eine Konzentration des ersten Gases 28 im jeweiligen Messbereich 5, 6 zu bestimmen. Mit der jeweiligen Spektroskopiemessstrecke 7, 8 wird üblicherweise eine Absorptionsspektroskopie des Gases im jeweiligen Messbereich 5, 6 durchgeführt. Die elektromagnetische Strahlungsquelle 9 ist vorzugsweise eine Infrarotstrahlungsquelle. Die erste Spektroskopiemessstrecke 7 und die zweite Spektroskopiemessstrecke 8 weisen vorzugsweise eine gemeinsame elektromagnetische Strahlungsquelle 9 und/oder ein gemeinsames Spektroskop 10 auf. Alternativ kann jeweils eine eigene elektromagnetische Strahlungsquelle 9 und/oder ein eigenes Spektroskop 10 vorgesehen sein. Die jeweilige Spektroskopiemessstrecke 7, 8 weist üblicherweise eine Strahlungszuführleitung 12 auf, welche die Strahlungsquelle 9 mit dem jeweiligen Messbereich 5, 6 zur Übertragung von elektromagnetischer Strahlung von der elektromagnetischen Strahlungsquelle 9 zum Messbereich 5, 6 verbindet. Die jeweilige Spektroskopiemessstrecke 7, 8 weist in der Regel eine Strahlungsabführleitung 13 auf, mit welcher der jeweilige Messbereich 5, 6 mit dem Spektroskop 10 zur Übertragung von elektromagnetischer Strahlung vom jeweiligen Messbereich 5, 6 zum Spektroskop 10 verbunden ist. Die Strahlungszuführleitungen 12 und Strahlungsabführleitungen 13 können mit, insbesondere als, Lichtwellenleiter ausgebildet sein. Weisen die erste Spektroskopiemessstrecke 7 und die zweite Spektroskopiemessstrecke 8 ein gemeinsames Spektroskop 10 auf, ist es günstig, wenn die erste Spektroskopiemessstrecke 7 und die zweite Spektroskopiemessstrecke 8 einen Splitter 11 aufweisen, um die die elektromagnetische Strahlung vom ersten Messbereich 5 und zweiten Messbereich 6 über den Splitter 11 zum Spektroskop 10 zu leiten. Der Splitter 11 ist ausgebildet, abwechselnd elektromagnetische Strahlung vom ersten Messbereich 5 und elektromagnetische Strahlung vom zweiten Messbereich 6 zum Spektroskop 10 weiterzuleiten. Üblicherweise ist der Splitter 11 über die jeweilige Strahlungsabführleitung 13 mit dem ersten Messbereich 5 und mit dem zweiten Messbereich 6 zur Leitung von elektromagnetischer Strahlung von den

Messbereichen 5, 6 zum Splitter 11 verbunden. Der Splitter 11 ist üblicherweise über eine Strahlungstransportleitung 14 zur Weiterleitung von elektromagnetischer Strahlung an das Spektroskop 10 mit dem Spektroskop 10 verbunden.

Der erste Messbereich 5 ist üblicherweise mit einer ersten Gastransportleitung 15 und der zweite Messbereich 6 mit einer zweiten Gastransportleitung 16 gasleitend verbunden, um über die erste Gastransportleitung 15 dem ersten Messbereich 5 Gas zuzuführen bzw. von diesem abzuführen und über die zweite Gastransportleitung 16 dem zweiten Messbereich 6 Gas zuzuführen bzw. von diesem abzuführen. Zweckmäßig ist es, wenn die erste Gastransportleitung 15 und/oder die zweite Gastransportleitung 16 jeweils mit einer Gaszuführleitung 17 und einer Gasabführleitung 18 umgesetzt ist, welche über ein Mehrwegeventil 31 mit dem jeweiligen Messbereich 5, 6 gasleitend verbunden sind, um mit Schalten des Mehrwegeventils 31 gesteuert eine Gasleitung zwischen der Gaszuführleitung 17 und dem jeweiligen Messbereich 5, 6 oder alternativ eine Gasleitung zwischen dem jeweiligen Messbereich 5, 5 und der Gasabführleitung 18 einzustellen.

Der Probenaufnahmebereich 4 ist mit einer, insbesondere elastisch, verformbaren Probenaufnahmewand 19 gebildet, sodass im Einsatzzustand mit Verformen der Probenaufnahmewand 19 eine Pressverbindung zwischen Probenaufnahmewand 19 und Gesteinsprobe 2 zur Abdichtung gegen eine Gasfluss zwischen Gesteinsprobe 2 und Probenaufnahmewand 19 umsetzbar ist. Der Probenaufnahmebereich 4 kann als Probenaufnahmeschlauch ausgebildet sein, welcher im Einsatzzustand die Gesteinsprobe 2 umfänglich umschließt. Vorteilhaft ist es, wenn der Probenaufnahmebereich 4, insbesondere der Probenaufnahmeschlauch, umfänglich von einer Druckkammer 20 umgeben ist, sodass im Einsatzzustand mit einer Druckerhöhung in der Druckkammer 20, insbesondere in einem Druckkammervolumen 30 der Druckkammer 20, die Probenaufnahmewand 19 des Probenaufnahmebereiches 4 mit, insbesondere elastischer, Verformung der Probenaufnahmewand 19 gegen die Gesteinsprobe 2 pressbar ist. Zweckmäßig kann der Probenhalter 3 in der Druckkammer 20 angeordnet sein. Die Druckkammer 20 kann eine Zugangsöffnung 21 und ein Verschlusselement 22 aufweisen, wobei die Zugangsöffnung 21, insbesondere öffenbar, mit dem Verschlusselement 22, insbesondere gasdicht, verschlossen ist, um den Probenhalter 3 über die Zugangsöffnung 21 in die Druckkammer 20 einzufügen bzw. aus der Druckkammer 20 zu entnehmen. Die Druckkammer 20 weist üblicherweise ein oder mehrere Dichtelemente 23 auf, um die Zugangsöffnung 21 und das Verschlusselement 22 gasdicht miteinander zu verschließen. Zweckmäßig kann die Druckkammer 20 mehrere solche Zugangsöffnungen 21 mit Verschlusselementen 22 aufweisen.

Die Strahlungszuführleitungen 12 und Strahlungsabführleitungen 13 können gasdicht an Wände des Probenhalters 3, insbesondere der ersten Messkammer bzw. zweiten Messkammer, und/oder die Wände der Druckkammer 20 angeschlossen bzw. durch diese hindurchgeführt sein. Dies kann mit Leitungsanschlüssen 32, insbesondere ausgebildet als Faserdurchführungen, umgesetzt sein.

Vorteilhaft können der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 über eine Druckausgleichseinrichtung 24 gasdruckübertragend miteinander gekoppelt sein, um ein Gasdruckverhältnis zwischen einem Gasdruck von Gas im ersten Messbereich 5 und einem Gasdruck von Gas im zweiten Messbereich 6 konstant zu halten, insbesondere eine Gasdruckdifferenz zwischen den Gasdrücken im ersten Messbereich 5 und zweiten Messbereich 6 zumindest teilweise zu kompensieren. Die Druckausgleichseinrichtung 24 kann die erste Gastransportleitung 15, insbesondere deren Gaszuführleitung 17, und die zweite Gastransportleitung 16, insbesondere deren Gaszuführleitung 17, gasdruckübertragend miteinander koppeln. Vorzugsweise ist die Druckausgleichseinrichtung 24 mit einer Druckausgleichsmembran 25 gebildet, um mit, insbesondere elastischem, Verformen der Druckausgleichsmembran 25 einen Gasdruck von einem der Messbereiche 5, 6 an den anderen Messbereich 6, 5 zu übertragen, insbesondere eine Gasdruckdifferenz zwischen den Messbereichen 5, 6 zumindest teilweise zu kompensieren. Zweckmäßig können der erste Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 jeweils fluidleitend mit einander gegenüberliegenden Seiten der Druckausgleichsmembran 25 verbunden sein.

Der erste Messbereich 5 kann über die erste Gastransportleitung 15, insbesondere deren Gaszuführleitung 17, mit einer ersten Gasquelle 26 zur Zuführung eines ersten Gases 28 in den ersten Messbereich 5 und der zweite Messbereich 6 kann über die zweite Gastransportleitung 16, insbesondere deren Gaszuführleitung 17, mit einer zweiten Gasquelle 27 zur Zuführung eines zweiten Gases 29 in den zweiten Messbereich 6 gasleitend verbunden sein. Dies ist in Fig. 2 dargestellt.

Vorteilhaft ist bei einem Verfahren zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe 2 unter Hochdruckbedingungen vorgesehen, dass nach Anordnen der Gesteinsprobe 2 im Probenaufnahmebereich 4 in den zweiten Messbereich 6 ein zweites Gas 29 aus der zweiten Gasquelle 27 eingebracht wird, sodass sich das zweite Gas 29 in der Gesteinsprobe 2 ausbreitet, und insbesondere die Gesteinsprobe 2 mit dem zweiten Gas 29 gesättigt wird. Üblicherweise wird dann der erste Messbereich 5 durch Diffusion des zweiten Gases 29 vom zweiten Messbereich 6 durch die Gesteinsprobe 2 hindurch in den ersten Messbereich 5 mit zweitem Gas 29 befüllt. Anschließend wird erstes Gas 28 in den ersten Messbereich 5 geleitet und im ersten Messbereich 5, insbesondere im ersten Gas 28 im ersten Messbereich 5, ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar eingestellt. In der Regel ist während einer Durchführung der Messprozedur auch im zweiten Messbereich 6 ein Gasdruck zwischen 5 bar und 200 bar, insbesondere ein gleicher Gasdruck wie im ersten Messbereich 5, eingestellt. Dieser Einsatzzustand ist in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts der Vorrichtung 1 der Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung in einem Einsatzzustand der Vorrichtung 1. Zur einfacheren Darstellung sind in Fig. 2 die Mehrwegeventile 31 nicht dargestellt und die jeweilige Gastransportleitung 15, 16, umgesetzt mit einer Gaszuführleitung 17, fluidleitend mit der jeweiligen Gasquelle 26, 27 verbunden. In dem in Fig. 2 dargestellten Einsatzzustand ist der zweite Messbereich 6 mit zweitem Gas 29 befüllt und der erste Messbereich 6 mit erstem Gas 28 und zweitem Gas 29 befüllt. Die Gesteinsprobe 2 ist üblicherweise, insbesondere am Beginn des Diffusionsprozesses des ersten Gases 28 durch die Gesteinsprobe 2 hindurch, mit zweitem Gas 29 gesättigt. In Fig. 2 ist das erste Gas 28 mit dunklerer Schattierung dargestellt als das zweite Gas 29.

Das erste Gas 28 kann dann durch die Gesteinsprobe 2 hindurch vom ersten Messbereich 5 in den zweiten Messbereich 6 diffundieren. Im Rahmen einer Messprozedur wird während der Diffusion des ersten Gases 28 durch die Gesteinsprobe 2 mit der ersten Spektroskopiemessstrecke 7 ein Anteil bzw. eine Konzentration des ersten Gases 28 im ersten Messbereich 5 und mit der zweiten Spektroskopiemessstrecke 8 ein Anteil bzw. eine Konzentration des ersten Gases 28 im zweiten Messbereich 6 zeitabhängig bestimmt, um mit Vergleich der Gasanteile den Diffusionskoeffizienten der Gesteinsprobe 2 zu bestimmen. Der Diffusionskoeffizient ist dann üblicherweise abhängig vom ersten Gas 28 und vom zweiten Gas 29.

Auf diese Weise kann mit der Vorrichtung 1 bzw. dem Verfahren der Diffusionskoeffizient der Gesteinsprobe 2 bei Hochdruckbedingungen mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Dies ermöglicht eine hohe Einsatzfähigkeit der Vorrichtung bzw. des Verfahrens.