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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-01
(54)【発明の名称】流体－固体システムの特徴づけのための自動装置
(51)【国際特許分類】
G01N 5/02 20060101AFI20240423BHJP
G01N 30/24 20060101ALI20240423BHJP
【ＦＩ】
G01N5/02
G01N30/24
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023569813
(86)(22)【出願日】2022-05-10
(85)【翻訳文提出日】2023-12-27
(86)【国際出願番号】 US2022028446
(87)【国際公開番号】W WO2022240793
(87)【国際公開日】2022-11-17
(31)【優先権主張番号】63/186,366
(32)【優先日】2021-05-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518088978
【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ ワイオミング
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】アルーシュ， ラミ
(72)【発明者】
【氏名】ピリ， モハマド
(72)【発明者】
【氏名】ダブリュー． ローリー， エヴァン
(57)【要約】
本開示の実施形態は、一般に、流体－固体システムを特徴づけるための装置、システム、および方法に関する。一実施形態では、方法が、コアホルダー中に多孔質岩石試料を配置することと、コアホルダーの内側に流体－固体システムを作成するために、多孔質岩石試料を流体と接触させることと、プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの温度および／または圧力を自動的に調整することと、平衡について流体－固体システムを監視することと、流体－固体システムの温度、圧力、および／または質量についての値を記録することと、記録されたデータに基づいてアクションを実施することと、流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために調整動作、監視動作、記録動作、および実施動作を繰り返すこととを含む。一例では、実施動作は、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テストおよび／またはクウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テストを実施することによって定常性について圧力信号を分析することを含む。
【選択図】図７
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体－固体システムを特徴づけるための装置であって、前記装置は、コアホルダーと、
前記コアホルダーに結合された圧力センサーであって、前記圧力センサーが、前記コアホルダー内の圧力を検知し、圧力信号を作り出すように構成された、圧力センサーと、
前記コアホルダーの内部に動作可能に接続された質量比較器と、
圧力および流れ制御システムであって、
前記コアホルダーと選択的流体連通している圧力源と、
前記コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動圧力弁と、
プロセッサであって、
前記圧力信号に少なくとも部分的に基づいて前記自動圧力弁を制御することと、
前記圧力センサーおよび前記質量比較器からのデータをロギングすることと
を行うように構成されたプロセッサと
を備える、圧力および流れ制御システムと
を備える、装置。
【請求項2】
前記プロセッサが、一連の所定の圧力設定ポイントにより前記コアホルダー内の前記圧力を段階的に変化させるようにさらに構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記プロセッサが、第１の所定の圧力設定ポイントに前記コアホルダー内の前記圧力を制御することと、
定常性について前記圧力信号を分析することと、
第２の所定の圧力設定ポイントに前記コアホルダー内の前記圧力を制御するために、計算された時間期間の間、前記自動圧力弁を開くことと
を行うようにさらに構成された、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記プロセッサが、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テストおよび／またはクウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テストによって定常性について前記圧力信号を分析するようにさらに構成された、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
前記プロセッサが、一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
前記計算された時間期間を計算するために前記一連のデータを分析することと
を行うことによって、前記計算された時間期間を計算するようにさらに構成された、請求項３に記載の装置。
【請求項6】
前記コアホルダーと選択的流体連通している真空源と、前記コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動真空弁であって、前記プロセッサが、前記自動真空弁を制御するようにさらに構成された、自動真空弁と
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記コアホルダーが環境チャンバの内側に配設され、前記環境チャンバが、加熱要素、冷却要素、またはその両方と、
温度センサーと
を備え、
前記プロセッサが、前記環境チャンバ内の温度を制御するようにさらに構成された、
請求項１に記載の装置。
【請求項8】
前記コアホルダーに動作可能に接続されたガスクロマトグラフをさらに備え、前記プロセッサが、前記コアホルダーの内容物を前記ガスクロマトグラフに自動的に導くようにさらに構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項9】
前記プロセッサが、前記圧力センサーおよび前記質量比較器からのデータを自動的にロギングするようにさらに構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項10】
前記コアホルダーが第１のコアホルダーであり、前記装置が、少なくとも第２のコアホルダーをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項11】
流体－固体システムを特徴づける方法であって、前記方法が、（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを形成するために、前記コアホルダー内に配設された多孔質岩石試料を流体と接触させることと、
（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、前記流体－固体システムの温度、前記流体－固体システムの圧力、またはその両方を自動的に調整することと、
（ｃ）平衡について前記流体－固体システムを監視することと、
（ｄ）記録されたデータを提供するために、前記流体－固体システムの温度についての値、圧力についての値、質量についての値、またはそれらの組合せを記録することと、
（ｅ）前記記録されたデータに基づいてアクションを実施することと、
（ｆ）前記流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｂ）から（ｅ）のうちの１つまたは複数を繰り返すことと
を含む、方法。
【請求項12】
前記流体－固体システムが、圧力センサーを介して平衡について監視され、アクション動作（ｅ）を前記実施することが、定常性について圧力信号を分析することを含み、前記圧力信号が、前記コアホルダー内の前記圧力に対応し、定常性について前記圧力信号を前記分析することが、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テスト、クウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テスト、またはその両方を実施することを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記少なくとも１つの自動弁が圧力制御弁であり、アクション動作（ｅ）を前記実施することが、計算された時間期間の間、前記圧力制御弁を開くことを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
アクション動作（ｅ）を前記実施することが、一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
前記計算された時間期間を計算するために前記一連のデータを分析することと
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
アクション動作（ｅ）を前記実施することが、所定の継続時間にわたって圧力値の平均、質量値の平均、またはその両方を計算することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
アクション動作（ｅ）を前記実施することが、前記流体－固体システムの前記圧力を調整することを含み、前記流体－固体システムの前記圧力を前記調整することが、追加の流体を前記コアホルダーに導入すること、
前記コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去すること、または
それらの組合せ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
アクション動作（ｅ）を前記実施することが、追加の流体を前記コアホルダーに導入することを含むとき、追加の流体を前記コアホルダーに導入することが、前記プロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁を開くことを含み、前記自動弁が、圧力の源と流体連通している、または、アクション動作（ｅ）を前記実施することが、前記コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去することを含むとき、前記コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去することが、前記プロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁を開くことを含み、前記自動弁が、真空の源と流体連通している、
請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記コアホルダーが環境チャンバ内に配設され、前記方法は、自動パージ弁を介して前記環境チャンバ内の大気を制御することをさらに含み、前記自動パージ弁が、非反応性ガスの源と選択的流体連通している、請求項１１に記載の方法。
【請求項19】
圧力センサー、温度センサー、および質量比較器からの未処理信号を、前記流体－固体システムの熱力学的データ特性になるように、自動的に解釈し、変換し、記録することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項20】
流体－固体システムを特徴づける方法であって、（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを形成するために、前記コアホルダー内に配設された多孔質岩石試料とともに、流体を導入することと、
（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、前記流体－固体システムの圧力を自動的に調整することであって、前記自動的に調整することが、
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために前記一連のデータを分析することと
を含む、前記流体－固体システムの圧力を自動的に調整することと、
（ｃ）圧力センサーによって平衡について前記流体－固体システムを監視することと、
（ｄ）記録されたデータを提供するために、前記流体－固体システムの圧力についての値、質量についての値、またはそれらの組合せを記録することと、
（ｅ）前記記録されたデータに基づいてアクションを実施することであって、アクションを前記実施することは、
拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テスト、クウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テスト、またはその両方を実施することによって、定常性について圧力信号を分析することであって、前記圧力信号が、前記コアホルダー内の前記圧力に対応する、圧力信号を分析すること
を含む、アクションを実施することと、
（ｆ）前記流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｂ）から（ｅ）のうちの１つまたは複数を繰り返すことと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は、一般に、流体と固体との間の相互作用を研究するための、および流体－固体システム（ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄ ｓｙｓｔｅｍ）を特徴づけるための、装置、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
流体と固体との間の相互作用は、時間の関数としてのある流体の質量および／または組成（時系列データ）を記録することを介して研究され得る。吸着（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）／脱着（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）および毛管凝縮（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）現象について、重量測定（ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ）という用語が使用され、ここで、流体の質量が流体の相挙動を示す。米国特許第１０，３０２，５４０号は、流体－固体システムを研究するための装置を開示している。米国特許第１０，３０２，５４０号の装置の一実施形態が図１に示されている。図１に示されている装置は、概して、圧力変化の各ポイントが、人間相互作用によって判断され、手動で実行されなければならないので、手動で動作される。装置のこの手動の性質により、装置は、長い時間期間の間アイドルであることになり、したがって、装置の全潜在能力が十分には利用されない。
【0003】
流体と固体との間の相互作用を研究するための、および流体－固体システムを特徴づけるための、新しいおよび改善された装置、システム、および方法が必要である。
【発明の概要】
【0004】
本開示の実施形態は、一般に、流体と固体との間の相互作用を研究するための、および流体－固体システムを特徴づけるための、装置、システム、および方法に関する。
【0005】
一実施形態では、流体－固体システムを特徴づけるための装置が提供される。本装置は、コアホルダーと、コアホルダーに結合された圧力センサーであって、圧力センサーが、コアホルダー内の圧力を検知し、圧力信号を作り出すように構成された、圧力センサーとを含む。本装置は、コアホルダーの内部に動作可能に接続された質量比較器をさらに含む。本装置は、圧力および流れ制御システムであって、コアホルダーと選択的流体連通している圧力源と、コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動圧力弁と、プロセッサであって、圧力信号に少なくとも部分的に基づいて自動圧力弁を制御することと、圧力センサーおよび質量比較器からのデータをロギングすることとを行うように構成されたプロセッサとを備える、圧力および流れ制御システムをさらに含む。
【0006】
別の実施形態では、流体－固体システムを特徴づける方法が提供される。（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを形成するために、コアホルダー内に配設された多孔質岩石試料（ｐｏｒｏｕｓ ｒｏｃｋ ｓａｍｐｌｅ）を流体と接触させることと、（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの温度、流体－固体システムの圧力、またはその両方を自動的に調整することと。本方法は、（ｃ）平衡について流体－固体システムを監視することをさらに含む。本方法は、（ｄ）記録されたデータを提供するために、流体－固体システムの温度についての値、圧力についての値、質量についての値、またはそれらの組合せを記録することをさらに含む。本方法は、（ｅ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することをさらに含む。本方法は、（ｆ）流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｂ）から（ｅ）を繰り返すことをさらに含む。
【0007】
別の実施形態では、流体－固体システムを特徴づける方法が、（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを形成するために、コアホルダー内に配設された多孔質岩石試料とともに、流体を導入することを含む。本方法は、（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの圧力を自動的に調整することであって、自動的に調整することが、一連のデータを生成するために一連の短い弁開き（ｖａｌｖｅ ｏｐｅｎｉｎｇ）を実施することと、計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することとを含む、流体－固体システムの圧力を自動的に調整することをさらに含む。本方法は、（ｃ）圧力センサーによって平衡について流体－固体システムを監視することと、（ｄ）記録されたデータを提供するために、流体－固体システムの圧力についての値、質量についての値、またはそれらの組合せを記録することと、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｄｉｃｋｅｙ－Ｆｕｌｌｅｒ）テスト、クウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ：Ｋｗｉａｔｋｏｗｓｋｉ－Ｐｈｉｌｌｉｐｓ－Ｓｃｈｍｉｄｔ－Ｓｈｉｎ）テスト、またはその両方を実施することによって、定常性について圧力信号を分析することであって、圧力信号が、コアホルダー内の圧力に対応する、圧力信号を分析することとをさらに含む。本方法は、（ｅ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することをさらに含む。本方法は、（ｆ）流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｂ）から（ｅ）のうちの１つまたは複数を繰り返すことをさらに含む。
【0008】
本開示の上記の具陳された特徴が詳細に理解され得るように、上記で手短に要約された本開示のより詳細な説明は、添付の図面にその一部が示されている実装形態を参照することによってなされ得る。ただし、添付の図面は、例示的な実装形態を示すにすぎず、したがって、その範囲の限定と見なされるべきでなく、他の等しく有効な実施形態を認め得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の少なくとも１つの実施形態による、流体－固体システムを特徴づけるための装置の一実施形態の概略図である。
【図2】本開示の少なくとも１つの実施形態による、流体－固体システムを特徴づけるための例示的な自動装置の一例を示す図である。
【図3】本開示の少なくとも１つの実施形態による、流体－固体システムを特徴づけるための例示的な自動装置の立面概略図である。
【図5】本開示の少なくとも１つの実施形態による、流体－固体システムを特徴づけるための例示的な自動装置の立面概略図である。
【図7】本開示の少なくとも１つの実施形態による、自動化アルゴリズムのためのアクティビティ図の一例を示す図である。
【図8】非自動装置を使用するプロット（左パネル）に対する、例示的な自動装置を介して達成される増加されたデータ分解能と時間効率とを示すプロット（右パネル）を示す図である。
【図9】本開示の少なくとも１つの実施形態による、５．４℃における前に公開されたｎ－ブタン吸着等温線を、例示的な自動装置を介して作り出される同じ条件におけるｎ－ブタン吸着等温線でオーバーレイした、比較を示す図である。
【図10】本開示の少なくとも１つの実施形態による、５．４Ｃにおけるｎ－ブタンの吸着等温線対圧力の前に公開された傾きのデータセットを、例示的な自動装置を介して作り出される同様のデータセットでオーバーレイした、比較を示す図である。
【図11A】本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な自動装置を介して作り出される、異なる温度におけるＭＣＭ－４１（６ｎｍの孔サイズ）中のｎ－ブタンについての等温線データを示す図である。
【図11B】本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な自動装置を介して作り出される、異なる温度におけるＭＣＭ－４１（８ｎｍの孔サイズ）中のｎ－ブタンについての等温線データを示す図である。
【図12】本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な自動装置を介して作り出される、２つの異なる温度におけるＭＣＭ－４１中のｉｓｏ－ブタンについての等温線データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下の説明では、本開示の厳密な性質の完全な説明を提供するために、本開示の装置、システム、および方法の多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、これらの具体的な詳細なしに本開示が実施され得ることは、当業者には明らかであろう。
【0011】
本開示の実施形態は、一般に、流体と固体との間の相互作用を研究するための、および流体－固体システムを特徴づけるための、装置、システム、および方法に関する。流体－固体システムを特徴づけるための装置、システム、および方法は、試料内の相相互作用を研究するために使用され得る。試料は、静的または動的であり、流体（たとえば、ガスおよび／または液体）および固体凝集状態から構成され得る。相相互作用は、吸着と、脱着と、毛管凝縮とを含み得、時間の関数としての流体の質量および／または組成の記録を介して重量測定的に（ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ）分析され得る。上述の相互作用への温度および圧力などの環境パラメータの影響も、本明細書で説明される装置、システム、および方法の使用を介して研究され、特徴づけられ得る。
【0012】
概して、本明細書で使用される用語および句は、当業者に知られている標準的なテキスト、雑誌参考文献およびコンテキストを参照することによって見つかり得る、それらの技術の認識された意味を有する。本開示のコンテキストにおける用語および句の具体的な使用を明瞭にするために、以下の定義が提供される。
【0013】
本明細書で使用される「環境チャンバ（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｈａｍｂｅｒ）」という用語は、温度と、圧力と、湿度とを含む環境パラメータが制御され得る、エンクロージャを指す。環境チャンバは、試料または実験上で特定の条件をテストするために、あるいは敏感な材料を格納するために使用され得る。したがって、環境チャンバは、サイズおよび機器が大幅に異なり得る。一実施形態では、「環境チャンバ」は、データ収集ボックスに測定データを供給する圧力トランスデューサと示差質量天秤（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｍａｓｓ ｂａｌａｎｃｅ）（または質量比較器）とを装備された試料ホルダーを搭載している。いくつかの実施形態では、環境チャンバは、±０．１Ｋの温度制御が可能なサーモスタットとして機能する。
【0014】
本明細書で使用される「コアホルダー」という用語は、多孔質試料を保持するための装置を指す。コアホルダーは、流体透過性（ｆｌｕｉｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）実験のために使用され得る。コアホルダー内の条件が、測定され、試料に適用され得る。いくつかの実施形態では、コアホルダー内の圧力が、圧力センサーを使用して測定され得る。少なくとも１つの実施形態では、コアホルダー内の質量の変化が質量比較器を介して測定され得る。
【0015】
本明細書で使用される「選択的流体連通」という用語は、流体が、ある物体に、ある物体を過ぎて、ある物体を通って、またはある物体から別の物体に、選択的に移送され得るような、装置の２つまたはそれ以上の要素の構成を指す。たとえば、１つまたは複数の弁を含む流体流路が２つの要素間に提供される場合、２つの要素は互いに選択的流体連通している。したがって、流路は、たとえば、１つまたは複数の弁の動作を介して選択的に開かれるかまたは閉じられ得る。
【0016】
本明細書で使用される「定常性」という用語は、時系列が定常である程度を指す。時系列は、時系列の分布の平均値および分散がある時間期間にわたって不変のままである場合、定常であり得る。時系列は、平均値におけるあるトレンドがある場合、定常でない。定常性は、限定はしないが、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テストと、ジボット－アンドリューステストと、クウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テストとを含む、１つまたは複数の仮説テストを実施することによって評価され得る。本明細書で使用される、コアホルダー内の圧力を示す圧力信号の定常性は、自動アルゴリズムを使用して分析される。前記アルゴリズムでは、拡張ＡＤＦテストは、圧力データ中に単位根があるという帰無仮説をテストしており、ＫＰＳＳテストは、時系列が平均値辺りで安定したままであるかどうか、または単位根があるかどうかを検査する。定常性のレベルは、ＡＤＦテストに割り当てられた値に負相関する。その数が負であるほど、単位根の存在の仮説の拒絶がより強く、測定データがより定常である。
【0017】
本明細書で使用される「大気パージ機構（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｕｒｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）」という用語は、閉鎖系中に含まれている大気空気をパージガスと置き換える機構を指す。いくつかの実施形態では、パージガスは非反応性ガスを含み得る。したがって、いくつかの実施形態では、大気パージ機構は、酸素欠乏および不燃性環境を作成し得る。非反応性ガスは、不活性ガスであり得、したがって、不要な化学反応が起こるのを防ぐために使用され得る。任意の好適な非反応性ガスが使用され得る。パージガスのために使用される非反応性ガスの例示的な、ただし、非限定的な例は、窒素、アルゴンヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、アルゴン、二酸化炭素、およびそれらの組合せを含む。大気パージ機構は、非反応性パージガスでそれぞれのシステムをフラッシュする（ｆｌｕｓｈ）ことを含み得る。本明細書で使用される非反応性ガスは、自動パージ弁を介して環境チャンバに導入される。
【0018】
本明細書で使用される「多孔質岩石試料」という用語は、微小空洞を含んでいる岩石材料を表す標本を指す。多孔質岩石試料の微小空洞は、液体および／またはガスを含んでいることがある。これらの空洞のサイズ、構造、および分布は、所与の試料の多孔性を決定する。いくつかの実施形態では、多孔質岩石試料はナノ多孔質材料であり得る。ナノ多孔質材料は、各々が、約１００ｎｍであるかまたはそれよりも小さい細孔の構造をもつフレームワークまたはマトリックスを含み得、３つのカテゴリー、すなわち、マイクロ多孔質（約０．２ｎｍから約２ｎｍの間の孔サイズ）、メソ多孔質（約２ｎｍから約５０ｎｍの間の孔サイズ）、およびマクロ多孔質（約５０ｎｍから約１０００ｎｍの間の孔サイズ）に下位区分され得る。いくつかの実施形態では、多孔質岩石試料は、表面改質シリカ（ｓｕｒｆａｃｅ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｉｌｉｃａ）ＭＣＭ－４１試料を含み得る。表面改質シリカＭＣＭ－４１試料の微小空洞は、モデル流体として機能するｎ－ブタンとｉｓｏ－ブタンとを含んでいることがある。
【0019】
本明細書で使用される「流体－固体システム」という用語は、少なくとも１つの液相と少なくとも１つの固相とを含むシステムを指す。流体－固体システムの相相互作用は、動的または静的であり得る。流体－固体システムの相相互作用は、構造力学、流体力学、および／または熱力学によって特徴づけられ得る。いくつかの例では、流体－固体システムは、コアホルダー内に含まれている多孔質岩石試料と流体とを含む。
【0020】
「動作可能に結合する」、「結合する」または「結合可能な」など、その様々な形態を含む、本明細書で使用される「結合された」という用語は、直接的または間接的の、２つの構成要素または部品をつなぐことを指し、一体に形成された構成要素と、別の構成要素を介してまたは通して結合された構成要素とを含む、直接的または間接的な、構造的結合または電気的結合、接続または取付け、あるいは、そのような直接的または間接的な構造的、電気的または動作可能な結合、接続または取付けのための適応または能力を含む。間接的結合は、中間構成要素または部品を通した結合を伴い得る。結合された、は、遠隔結合された、ならびに送信機および受信機によって結合された、構成要素をも含む。
【0021】
本明細書で使用される「毛管凝縮」という用語は、気相にある流体が、多孔質媒体に吸着し、吸着した気相の複数の層を構築し、ある温度および圧力において、多孔質媒体の細孔を充填する凝縮相に核形成する、プロセスを指す。「毛管凝縮」および「ナノ凝縮」という用語は、コンテキストが別段に示さない限り、互換的に使用される。
【0022】
図１は、本出願における開示と矛盾しない範囲で、その全体が参照により組み込まれる、米国特許第１０，３０２，５４０号において開示された装置を示す。図１に示されている装置は、圧力変化の各ポイントが、人間相互作用によって判断され、手動で実行されなければならないので、手動で動作される。装置のこの手動の性質により、装置は、長い時間期間の間アイドルであることになり、したがって、装置の全潜在能力が十分には利用されない。さらに、手動動作により生成されるデータの量（および最終出力分解能）は、自動システムにより達成され得るものよりもはるかに低い。表１は、図１に示されている装置のいくつかの部品のリストを示す。
【0023】
本明細書で開示される装置は、対照的に、利点の中でも、自動化を可能にすることができる様々な追加の要素を含むことができる。たとえば、および部品（ａ）～（ｓ）のうちの１つまたは複数に加えて、本明細書で説明される装置は、電動弁と、遠隔制御ユニットと、高度コンピュータアルゴリズムとのうちの１つまたは複数を含むことができる。明快のために、および図２～図６に示されている装置では、部品（ａ）～（ｓ）のうちの１つまたは複数は、そのような部品のうちの１つまたは複数が示されていない場合でも利用され得る。本明細書で説明される装置は重量測定装置であり得る。
【0024】
自動化以外に、本開示の装置は、特定の温度（たとえば、約－１００℃から約２３２℃までの範囲の温度）および圧力（たとえば、真空からから約１０，０００ｐｓｉまでの範囲の圧力）において様々な流体を維持することができる。さらに、本明細書で説明される装置は、オーバーバーデン圧（ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）をシミュレートするアビリティ（ａｂｉｌｉｔｙ）を有することができる。したがって、本開示の装置は、吸着と、脱着と、（「毛管凝縮」としても知られる）ナノ凝縮とを含む、流体と固体との間の相互作用を研究するために使用され得る。特に、本明細書で説明される装置は、毛管凝縮測定中にリザーバ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）条件を再構成するために使用され得る。さらに、本開示の装置は、様々な吸着剤（ａｄｓｏｒｂｅｎｔ）孔タイプの単一成分流体を研究するために必要な温度および圧力を達成するために使用され得る。図２は、本明細書で説明される装置のための例示的なセットアップを示す。
【0025】
図２は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、流体－固体システムを特徴づけるための装置２０の一例を示す。上述のように、図１に示されている装置の１つまたは複数の部品は、本開示の装置とともに利用され得る。図１に示されているそのような部品の簡単な説明が以下で提供される。
【0026】
吸着または脱着した流体の量を測定するために、天秤が使用される。いくつかの実施形態によれば、リザーバ条件における毛管凝縮を研究するための高分解能と大きい最大負荷とを可能にするために、旧来の天秤の代わりに質量比較器（ａ）が使用され得る。ここで、旧来の天秤は、不十分な能力および分解能を有する。旧来の天秤とは異なり、質量比較器は、差により重さを計り、これは、大きい最大負荷とともに高分解能を可能にする。たとえば、メトラートレドＸＰＥ５０５Ｃ質量比較器（Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ ＸＰＥ５０５Ｃ ｍａｓｓ ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）は、５２０グラムのその質量比較器の最大負荷においてでも、０．０１ミリグラムの分解能を有する。他の好適な質量比較器および天秤が企図される。質量比較器（ａ）は、除振台（ｂ）の上に配置され得る。
【0027】
本開示の装置は、装置において使用される質量比較器（ａ）の最大負荷までの質量をもつ、コアおよびコアホルダー（ｃ）全体に適応することができる。たとえば、装置がメトラートレドＸＰＥ５０５Ｃ質量比較器を使用するとき、装置は、最高約５２０ｇの質量をもつコアおよびコアホルダー全体に適応することができる。他の好適な質量比較器が他の好適な質量に適応することができる。フレキシブルであり得る、流体ラインが、コアホルダー（ｃ）に流体を導入するために使用され得、コアホルダー（ｃ）を通る流体の強制された流れを可能にすることができる。したがって、およびいくつかの実施形態では、本明細書で説明される装置は、静的測定とフロースルー測定の両方における、単一成分流体と多成分流体の両方の調査を可能にすることができる。
【0028】
様々なタイプのコアホルダー（ｃ）が、本明細書で説明される装置とともに使用され得る。好適なコアホルダーは、高圧、高温リザーバ条件実験を持続することができるものを含む、石油工学調査において利用されるものを含む。好適なコアホルダーはまた、オーバーバーデン応力（ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ ｓｔｒｅｓｓ）の適用のために修正され得る。
【0029】
コアホルダーの例示的な、ただし、非限定的な例が、少なくとも、米国特許第１０，３０２，５４０号の図２～図８において説明される、理想的な吸着剤における単純な流体の研究のために使用されるものを含む。第１のタイプのコアホルダーが、本体と、エンドキャップと、吊下げプレートと、フィルタと、圧縮継手（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｉｔｔｉｎｇ）と、修正された圧縮ばねとを備える。コアホルダー本体は、チタン、ステンレス鋼、カーボンファイバー、または他の好適な材料から作られ得る。コアホルダー本体は、約０．７５インチ（ｉｎ．）など、約０．５ｉｎ．から約１．５ｉｎ．までのものなど、約０．１ｉｎ．～約２ｉｎ．の範囲内の内径と、約１．０ｉｎ．など、約０．５ｉｎ．から約１．５ｉｎ．までのものなど、約０．１ｉｎ．～約２ｉｎ．の範囲内の外径と、約４ｉｎ．など、約４ｉｎ．から約７ｉｎ．までのものなど、約４ｉｎ．～約１０ｉｎ．の範囲内の長さとを有することができる。他の寸法が企図される。
【0030】
コアホルダーのエンドキャップは、チタン、ステンレス鋼、または他の好適な材料から作られ得る。エンドキャップの様々な要素の寸法、たとえば、内径の曲率、外径、圧縮継手のためのポートの直径、内径、およびねじの長さは、一般に使用されるものを含むことができる。たとえば、エンドキャップの内径の曲率は、約０．０３ｉｎ．など、約０ｉｎ．～約０．０３ｉｎ．の範囲内のものなど、約０ｉｎ．～約０．０５ｉｎ．の範囲内のものであり得る。エンドキャップの外径は、約０．７４６ｉｎ．など、約０．５ｉｎ．～約１．５ｉｎ．の範囲内のものなど、約０．１ｉｎ．～約０．２ｉｎ．の範囲内のものであり得る。エンドキャップの圧縮継手のためのポートの直径は、約０．２４２ｉｎ．など、約０．０５ｉｎ．～約０．２５ｉｎ．の範囲内のものなど、約０．０１５ｉｎ．～約０．５ｉｎ．の範囲内のものであり得る。エンドキャップの内径は、約０．６００ｉｎ．など、約０．５ｉｎ．１．５ｉｎ．の範囲内のものなど、約０．１ｉｎ．～約２ｉｎ．の範囲内のものであり得る。エンドキャップのねじの長さは、約０．６２５ｉｎ．または約２ｉｎ．など、約０．５ｉｎ．～約１．５ｉｎ．の範囲内のものなど、約０．５ｉｎ．～約３ｉｎ．の範囲内のものであり得る。他の寸法が企図される。本明細書で説明される実施形態とともに使用され得る第１のタイプのコアホルダーの例示的な、ただし、非限定的な例が、米国特許第１０，３０２，５４０号の図２に示されている。
【0031】
第２のタイプのコアホルダーが、本体と、エンドキャップと、吊下げプレートと、フィルタと、圧縮継手と、修正された圧縮ばねとを含む。第２のタイプのコアホルダーは、コアホルダーの本体の内側に封入されたフレキシブルシリンダーをさらに含む。第２のタイプのコアホルダーは、高圧（約１０，０００ｐｓｉまで）と、高温（２３２℃まで）と、オーバーバーデン応力の適用とを許容することができ、リザーバ流体およびリザーバ岩石（たとえば、１インチコアプラグ、１．５インチコアプラグ、および破砕された岩石）の実験を含む、高度実験のために使用され得る。たとえば、第２のタイプのコアホルダーは、オーバーバーデン圧の存在下での毛管凝縮の高度研究において使用され得る。封圧（ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を供給し、オーバーバーデンをシミュレートするために、フレキシブルシリンダーとコアホルダーの本体との間の空隙に、オーバーバーデン流体（たとえば、鉱油）がポンピングされ得る。別の例として、フロースルー実験では、（Ｑｕｉｚｉｘポンプなどの）二重シリンダーポンプの一方のシリンダーが、第２のタイプのコアホルダーに流れる流体の圧力を制御し得、二重シリンダーポンプの他方のシリンダーが、背圧を提供するために使用され得る。本明細書で説明される実施形態とともに使用され得る第２のタイプのコアホルダーの例示的な、ただし、非限定的な例が、米国特許第１０，３０２，５４０号の図６に示されている。
【0032】
第３のタイプのコアホルダーが、機械的手段によってオーバーバーデン圧を適用するために使用され得る。第３のタイプのコアホルダーは、本体と、エンドキャップと、吊下げプレートと、フィルタと、圧縮継手と、修正された圧縮ばねとを含む。第３のタイプは、エンドキャップ＋スペーサの組合せの全長が、たとえば、約１ｉｎ．～約３ｉｎ．であるような、（たとえば、約０．５ｉｎ．～約１．５ｉｎ．の長さを有する）スペーサをエンドキャップに取り付けることによって延長される（たとえば、約０．５ｉｎ．～約１．５ｉｎ．の長さを有する）エンドキャップ、または（たとえば、約１ｉｎ．～約３ｉｎ．の長さを有する）長いエンドキャップのいずれかを含む。エンドキャップ＋スペーサの組合せを締めることによって、または長いエンドキャップを締めることによって、機械的圧力がコアに適用され得る。本明細書で説明される実施形態とともに使用され得る第２のタイプのコアホルダーの例示的な、ただし、非限定的な例が、米国特許第１０，３０２，５４０号の図７Ａおよび図７Ｂに示されている。
【0033】
第４のタイプのコアホルダーが、機械的手段によってオーバーバーデン圧を適用するために使用され得る。第４のタイプのコアホルダーは、本体と、エンドキャップと、吊下げプレートと、フィルタと、圧縮継手と、修正された圧縮ばねとを含む。第４のタイプのコアホルダーは、コア本体の外側上にスリーブをさらに含み、スリーブの表面上に手動クランクがある。手動クランクを一方向に回転させることによって、スリーブと、したがって、コア本体とは、収縮し、コアを圧迫する圧力を生じる。本明細書で説明される実施形態とともに使用され得る第２のタイプのコアホルダーの例示的な、ただし、非限定的な例が、米国特許第１０，３０２，５４０号の図７Ａおよび図７Ｂに示されている。
【0034】
質量比較器（ａ）は、環境チャンバ（ｅ）の上に位置決めされ、質量比較器（ａ）の下部上のフックまたは絶縁ワイヤ（ｐ）から環境チャンバ（ｅ）の内側で吸着剤を吊り下げる。そのような構成は、極度の条件（たとえば、リザーバ温度およびリザーバ圧力）において行われる実験において質量比較器の敏感な電子機器を保護するように働くことができる。他の保護対策は、実験圧力を高圧、高温チュービングと、吸着剤を収容するコアホルダーと内に抑えることを含む。
【0035】
環境チャンバ（ｅ）は、たとえば、装置の厳密な温度制御を保証するために使用される。環境チャンバ（ｅ）は、－１００℃の拡張されたより低い動作温度と、２３２℃の拡張されたより上の動作温度と、４つまたはそれ以上の抵抗温度検出器（ＲＴＤ：ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）および２つまたはそれ以上の熱電対とインターフェースする能力と、チャンバの側面上と上の両方のポートとを含むようにカスタマイズされ得る。環境チャンバ（ｅ）の側面上と上の両方にポートを含むことは、質量比較器（ａ）からコアホルダー（ｃ）を懸垂するワイヤを含むラインおよびワイヤを環境チャンバ（ｅ）中におよび環境チャンバ（ｅ）外に通すために有用であり得る。たとえば、熱電対および／またはＲＴＤワイヤ（ｑ）が環境チャンバ（ｅ）の内側にあり得、熱電対および／またはＲＴＤボックス（たとえば、熱電対電源およびデータロガー（ｇ））が環境チャンバ（ｅ）の外側に配置され得る。ポートはまた、自製ドラフトシールド（ｄ）を固定するために有用であり得、自製ドラフトシールド（ｄ）は、環境チャンバ（ｅ）中の気流が質量比較器（ａ）の分解能を損なうのを防ぐために、コアホルダーの周りに留められ得る。環境チャンバ（ｅ）の例示的な、ただし、非限定的な例は、Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｎ ＸＳＥ－６００－３－３－ＭＳである。温度を制御するための他の環境チャンバまたは好適な装置が企図される。
【0036】
さらに、環境チャンバ（ｅ）は、非反応性ガス（たとえば、ガス状窒素）でパージされ得る。非反応性ガスで環境チャンバをパージすることは、高圧、高温リザーバ条件実験の安全性を増加させることができる。また、非反応性ガスで環境チャンバをパージすることは、低温実験中の氷形成を緩和するかまたは防ぐのを助けることができる。非反応性ガスは、環境チャンバ（ｅ）の外側のガスシリンダー（ｌ）のうちの１つまたは複数に格納され、環境チャンバ（ｅ）に入るより前に、ガスドライヤー（図示せず）を通してフィルタ処理され得る。フレーム（ｆ）、または支持構造が、環境チャンバ（ｅ）上に配置され得る。
【0037】
ポンプ（ｈ）は、研究対象の流体を加圧するためのものである。ポンプ（ｈ）の例示的な、ただし、非限定的な例が、二重シリンダーＱ６０００ Ｑｕｉｚｉｘポンプである。流体を加圧するための他のポンプまたは好適な装置が企図される。ポンプ（ｈ）が高い最大動作温度を有する場合、ポンプ（ｈ）は、環境チャンバ（ｅ）の外側に収容され得る。たとえば、二重シリンダーＱ６０００ Ｑｕｉｚｉｘポンプが、１６０℃の最大動作温度を有し、環境チャンバ（ｅ）の外側に収容され得る。他のポンプが、より低いまたはより高い最大動作温度を有し得、環境チャンバ（ｅ）の外側または内側のいずれかに収容され得る。いくつかの実施形態では、ポンプ（ｈ）の両方のシリンダーが、流体を加圧するために使用され得る。あらかじめ加熱された流体の注入を利用する実験では、ポンプ（ｈ）のシリンダーを加熱するために加熱テープが使用され得る。加熱テープの使用は、環境チャンバ（ｅ）の内側にポンプ（ｈ）のシリンダーを収容することの代替として働くことができる。
【0038】
ターボ分子ポンプ（ｉ）が、システムを真空処理し（ｖａｃｕｕｍ ｏｕｔ）、吸着剤を脱気するために、装置において使用され得る。ターボ分子ポンプ（ｉ）は炭化水素を含まないターボ分子ポンプであり得る。炭化水素を含まないターボ分子ポンプは、油潤滑軸受の代わりに磁気軸受を有する。したがって、真空処理中に潤滑剤のフュームがチュービングに吸着しない。炭化水素を含まないターボ分子ポンプは、少なくとも１０－６ｍｂａｒの真空レベルを達成することができる。
【0039】
データ収集ボックス（ｏ）が、環境チャンバの外側に位置決めされる。データ収集ボックス（ｏ）は、質量比較器（ａ）ならびに熱電対電源およびデータロガー（ｇ）など、装置の様々な部品からデータを収集するために利用される。データ収集ボックス（ｏ）は、（破線として示されている）電気ワイヤを介して、質量比較器（ａ）と熱電対電源およびデータロガー（ｇ）とに結合される。質量比較器（ａ）から質量読み（ｍａｓｓ ｒｅａｄｉｎｇ）がとられる。データ収集ボックス（ｏ）は、圧力トランスデューサ（ｊ）と真空計（ｋ）とにも結合され、圧力トランスデューサ（ｊ）および真空計（ｋ）は、チャンバの外側に位置決めされ、圧力読み（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅａｄｉｎｇ）をとるために使用される。任意の好適な圧力トランスデューサおよび真空計が使用され得る。
【0040】
ガスクロマトグラフ（ｍ）が、多成分流体の高度研究のために、吸着および脱着した流体の濃度を監視するために、装置において使用され得る。クロマトグラフィガス（ｒ）がガスクロマトグラフ（ｍ）に結合される。コンピュータ（ｎ）およびモニタ（ｓ）が、たとえば、ガスクロマトグラフ（ｍ）を制御し、実験結果を観察するために利用される。使用され得るガスクロマトグラフ（ｍ）の例示的な、ただし、非限定的な例が、Ａｇｉｌｅｎｔ ７８９０Ｂである。他の好適なガスクロマトグラフが企図される。
【0041】
ガスクロマトグラフ（ｍ）は、毛管凝縮実験において生じるすべての流体を分析するようにカスタマイズされ得る。たとえば、ガスクロマトグラフ（ｍ）は、炭化水素流体を研究するために詳細炭化水素分析（Ｄｅｔａｉｌｅｄ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ）が可能であるようにカスタマイズされ得る。さらに、ガスクロマトグラフ（ｍ）は、原油のための模擬蒸留（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）が可能であるようにカスタマイズされ得る。さらに、ガスクロマトグラフ（ｍ）は、固定ガス（たとえば、窒素および二酸化炭素）を分析することが可能であるようにカスタマイズされ得る。ガスクロマトグラフ（ｍ）の配管類が、ハステロイなどの好適な材料から作られ得、リザーバ流体の適切な分析を保証するために、高圧（たとえば、３０００ｐｓｉ）および／または加熱されたガス入口弁を取り付けられ得る。
【0042】
ガスクロマトグラフ（ｍ）は、バルク流体の組成および／または密閉流体の組成を測定するためにも使用され得る。密閉流体の組成を測定するために、たとえば、コアホルダー（ｃ）中の吸着剤から密閉流体を引き出すために、液体窒素トラップが使用され得る。密閉流体は、液体窒素トラップから集められ、次いで、分析のためにガスクロマトグラフ（ｍ）に転送される。
【0043】
図１に示されている装置の様々な部品または構成要素は、図２～図６に示されている装置など、本明細書で説明される他の装置とともに使用され得る。同様に、図１～図６の各々中の装置の様々な部品または構成要素は、本明細書で説明される１つまたは複数の他の装置とともに好適に使用され得る。
【0044】
図２に戻ると、装置２０は、環境チャンバ２０７内に配設されたコアホルダー２０２を含む。環境チャンバ２０７およびコアホルダー２０２は、図１に関して説明された環境チャンバおよびコアホルダーと同じであるか、またはそれらとは異なり得る。環境チャンバ２０７の動作を制御するために環境チャンバ制御ユニット２１５が利用され得る。環境チャンバ２０７は、加熱要素と、冷却要素と、温度センサーとを含むことができる。環境チャンバ２０７は、加熱要素と、冷却要素と、温度センサーとを搭載する。環境チャンバ２０７は、環境チャンバ２０７の内部をパージして、たとえば、酸素を除くように構成された大気パージ機構をさらに含むことができる。環境チャンバ２０７は、自動パージ機構を搭載する。非反応性ガスの源が、環境チャンバの内部と選択的流体連通していることがある。自動パージ弁が、非反応性ガスの源と環境チャンバ２０７との間に位置決めされ得、環境チャンバ２０７への非反応性ガスの流れを制御するように構成され得る。（たとえば、遠隔作動している三方弁であり得る）三方弁２０６が、ライン、配管、またはチュービングによって、コアホルダー２０２と、ガスタンク２１０（またはガスシリンダー）と、真空ポンプ２１３（または真空源）とに結合される。三方弁２０６は、装置２０の様々な部分を通る、たとえば、ガスおよび真空の流れを制御するように構成される。三方弁２０６は、装置２０を手動作動から解放し、流体の遠隔および自動注入および／または吸引を可能にすることができる。三方弁２０６は、コアホルダー２０２との真空、ガス、および／または圧力の選択的流体連通をも可能にすることができる。図２では、電気ワイヤまたは接続は破線によって示されており、ガスおよび真空ラインは実線によって示されている。電気ワイヤおよび接続の代わりに、送信機および受信機が、装置２０の様々な構成要素に信号を送るために使用され得る。
【0045】
装置２０は、コアホルダー２０２の内側のまたはコアホルダー２０２内の圧力を検知し、圧力信号を作り出すように構成された、圧力センサーまたは圧力トランスデューサ（図示せず）をさらに含み得る。圧力センサーまたは圧力トランスデューサは、圧力トランスデューサ（ｊ）と同様であり得、コアホルダーの内部に動作可能に接続される。装置２０は、コアホルダー２０２内の質量変化を検知するように構成された質量比較器（図示せず）をさらに含み得る。質量比較器（ａ）と同様であり得る、質量比較器は、コアホルダー２０２の内部に動作可能に接続される。装置２０は、概して、コアホルダーと選択的流体連通している圧力源と、コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動圧力弁（たとえば、三方弁２０６）と、プロセッサとを含む、圧力および流れ制御システムをさらに含み得る。以下でさらに説明される、プロセッサは、本明細書で説明されるアルゴリズムの命令を実行する。装置２０は、コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動真空弁（たとえば、三方弁２０６）をさらに含み得る。自動真空弁（たとえば、三方弁２０６）は、真空ポンプ２１３におよびコアホルダー２０２に結合され得る。
【0046】
説明されたように、三方弁２０６は、たとえば、コアホルダー内の圧力を制御することなど、複数の機能を有する。三方弁２０６は圧力源と選択的連通している。三方弁２０６は真空源と選択的連通している。三方弁２０６は自動弁とも呼ばれる。
【0047】
図示の実施形態では、三方弁２０６は、一定のボリュームの、遠隔作動している三方弁であるが、他の弁が企図される。三方弁２０６は高速開／閉弁であり得、開くことまたは閉じることが、たとえば、ほぼ０．１秒で完了されるが、他の値が企図される。いくつかの実施形態では、三方弁２０６は、データ収集および遠隔制御ユニット２１６において設置されたソレノイドパイロット弁（１２Ｖまたは２４Ｖ）を介して、たとえば、７０～１００ｐｓｉにおいて供給される、圧縮された空気を使用して作動される。
【0048】
装置２０は、三方弁２０６とコンピュータ２１７とに動作可能に結合されたデータ収集および遠隔制御ユニット２１６をさらに含む。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、構成要素の中でも、（１つまたは複数の）質量比較器、（１つまたは複数の）圧力センサー、（１つまたは複数の）圧力トランスデューサ、（１つまたは複数の）熱電対、（１つまたは複数の）真空計にも動作可能に結合され得る。
【0049】
コンピュータ２１７は、データ収集および遠隔制御ユニット２１６に情報、たとえば、コマンドを送るために利用され得る。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、装置の様々な構成要素を制御し、実験結果を観察するために利用され得る。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、任意の好適なユニットであり得る。データ収集および遠隔制御ユニットは、物理パラメータを電気信号にコンバートするためのセンサー、センサー信号を、デジタル値にコンバートされ得る形態にコンバートするための信号調整回路、調整されたセンサー信号をデジタル値にコンバートするためのアナログデジタルコンバータを含むことができる。データ収集および遠隔制御ユニット２１６に関連するコンピュータソフトウェアが、構成要素の中でも、質量比較器、（１つまたは複数の）熱電対、（１つまたは複数の）圧力トランスデューサ、（１つまたは複数の）真空計など、装置の様々な構成要素からの生データを処理する。コンピュータアルゴリズムが、動作の中でも、たとえば、データ収集および遠隔制御ユニット２１６からのデータを処理し、弁を遠隔で開くこと／閉じることに関する判断を行うために、利用される。コンピュータアルゴリズムの例示的な、ただし、非限定的な実施形態が、以下で説明され、簡略化されたアクティビティ図が図７において提示される。
【0050】
データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、データ収集および遠隔制御ユニット２１６を介して、本明細書で説明される装置、システム、および／または方法の１つまたは複数の動作を制御するように動作可能である。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、１つまたは複数のプロセッサと、メモリと、サポート回路とを含む。プロセッサは、その各々が、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ：ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）システム、または他の好適な産業用コントローラなど、産業用設定において使用され得る、任意の形態の汎用マイクロプロセッサ、または汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）のうちの１つであり得る。
【0051】
データ収集および遠隔制御ユニット２１６の１つまたは複数のプロセッサは、本明細書で説明されるアルゴリズムの命令を実行することができる。プロセッサは、以下の動作、すなわち、（ａ）圧力センサーからの圧力信号に少なくとも部分的に基づいて自動圧力弁（たとえば、三方弁２０６）を制御すること、（ｂ）一連の所定の圧力設定ポイントを通してコアホルダー２０２内の圧力を段階的に変化させる（ｓｔｅｐ）こと、（ｃ）所定の圧力設定ポイントにコアホルダー２０２内の圧力を制御すること、（ｄ）定常性について圧力信号を分析すること、（ｅ）所定の圧力設定ポイントにコアホルダー２０２内の圧力を制御するために、計算された時間期間の間、自動圧力弁（たとえば、三方弁２０６）を開くおよび／または閉じること、（ｆ）自動真空弁（たとえば、三方弁２０６）を制御すること、（ｇ）環境チャンバ２０７内の温度を制御すること、（ｈ）自動パージ弁を介して環境チャンバ２０７内の大気を制御すること、（ｉ）コアホルダー２０２の内容物をガスクロマトグラフ（以下で説明される、たとえば、ガスクロマトグラフ６１４）に自動的に導くこと、（ｊ）圧力センサー、質量比較器、および他の構成要素からのデータを自動的にロギングすること、（ｋ）環境チャンバ２０７に結合された自動パージ弁を介して環境チャンバ２０７内の大気を制御することのうちの１つまたは複数を実施するように構成され得る。
【0052】
【0053】
１つまたは複数のプロセッサは、以下でさらに説明されるように、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テストおよび／またはクウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テストによって定常性について圧力信号を分析するようにさらに構成され得る。１つまたは複数のプロセッサは、一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することとによって、計算された時間期間を計算するように構成され得る。
【0054】
メモリは、非一時的であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、あるいはローカルのまたは遠隔の、任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に利用可能なメモリのうちの１つまたは複数であり得る。メモリは、プロセッサによって実行されたとき、本明細書で説明される装置と本明細書で説明される方法との動作を容易にする命令を含んでいる。メモリ中の命令は、本開示の方法を実装するプログラムなど、プログラム製品の形態のものである。プログラム製品のプログラムコードは、いくつかの異なるプログラミング言語のうちのいずれか１つに準拠し得る。例示的なコンピュータ可読記憶媒体が、限定はしないが、（ｉ）情報が永続的に記憶される、書込み不可能記憶媒体（たとえば、ＣＤ－ＲＯＭドライブによって可読なＣＤ－ＲＯＭディスク、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、または任意のタイプの固体不揮発性半導体メモリなど、コンピュータ内の読取り専用メモリデバイス）と、（ｉｉ）改変可能な情報が記憶される、書込み可能記憶媒体（たとえば、ディスケットドライブ内のフロッピーディスク、またはハードディスクドライブ、または任意のタイプの固体ランダムアクセス半導体メモリ）とを含む。そのようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で説明される方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を搬送するとき、本開示の例となる。一例では、本開示は、データ収集および遠隔制御ユニット２１６ならびにコンピュータ２１７とともに使用するための、コンピュータ可読記憶媒体（たとえば、メモリ）に記憶されたプログラム製品として実装され得る。プログラム製品の（１つまたは複数の）プログラムが、本明細書で説明される、本開示の機能を定義する。
【0055】
図２の図示の実施形態では、流体－固体システムが、特定の流体－固体システムを特徴づけるために、一連の圧力、温度、および／または密度範囲またはポイントにわたってテストされ得る。たとえば、多孔質岩石試料がコアホルダー２０２中に配置され得、ガス状流体が、ガスタンク２１０を介してコアホルダー中の多孔質試料に導入され、それにより、流体－固体システムを作成し得る。ガス状流体の少なくとも一部分が、質量比較器によって検出されるように、多孔質岩石試料中におよび／またはその上に凝縮し得る。
【0056】
データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの温度および／または圧力を自動的に調整するように構成され得る。たとえば、流体－固体システムの圧力は、ガスタンク２１０を介して圧力を増加させるかまたは真空ポンプ２１３を介して圧力を減少させるように三方弁２０６を作動させることによって、制御され得る。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、たとえば、圧力センサーを介して、平衡について流体－固体システムを自動的に監視するように構成され得る。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、流体－固体システムの温度、圧力および／または質量についての値を自動的に記録するように構成され得る。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、次いで、コアホルダー２０２の内側の圧力および／または温度を調整するように装置に指示し得る。
【0057】
流体－固体システムを特徴づけるための装置の第２の実施形態が、装置３０および４０として図３および図４に示されている。図３および図４の図示の実施形態は、図２の図示の実施形態と同様であり、いくつかのより多くのコアホルダー（コアホルダー３０３、コアホルダー３０４、およびコアホルダー３０５）といくつかのより多くの三方弁（三方弁３０７および三方弁３０８）との追加を伴う。追加のコアホルダーおよび三方弁は、装置の増加された能力および効率を可能にすることができる。三方弁は自動であり得る。
【0058】
コアホルダーおよび三方弁の数は任意の好適な数であり得る。たとえば、装置は、２つから１０個までのコアホルダーなど、３つから８つまでのコアホルダーなど、４つから６つまでのコアホルダーなど、２つから２０個までのコアホルダー、またはそれらの範囲内の任意の数のコアホルダーを含むことができる。他の値が企図される。別の例として、三方弁の数は、任意の好適な数であり得、装置中の三方弁の数は、コアホルダーの数よりも小さいか、それに等しいか、またはそれよりも大きい。他の値が企図される。いくつかの例では、装置は、２つ以上の質量比較器を含む。質量比較器の数はコアホルダーの数と同じであり得る。上記で説明されたように、各吸着剤またはコアホルダーが、たとえば、フックまたは絶縁ワイヤによって、各質量比較器に接続される。このようにして、２つ以上の流体－固体システムが同時に測定され得る。たとえば、同時に行われる測定の数は、２つから２０個までの測定など、２つから１０個までの測定など、３つから８つまでの測定など、４つから６つまでの測定など、１つから２０個までの測定、またはそれらの範囲内の任意の数の測定であり得る。より高いおよびより低い数の測定が企図される。
【0059】
装置は、ガスタンク２１０への逆流を防ぐための逆止め弁４１１と、逆止め弁４１１の下流の圧力を監視するために設置された圧力計４１２とをさらに含む。逆止め弁４１１は、一方向弁または電子ガス調節器であり得るが、他の好適な逆止め弁が企図される。ガスタンク２１０と真空ポンプ２１３とは、独立して、装置の様々なコアホルダーに結合された、三方弁２０６、三方弁３０７、および三方弁３０８に、直接的または間接的に結合される。環境チャンバ制御ユニット２１５と、データ収集および遠隔制御ユニット２１６と、コンピュータ２１７とも示されている。他の構成要素は明快のために除外される。図３では、電気ワイヤまたは接続は破線によって示されており、ガスおよび真空ラインは実線によって示されている。図４では、ガスラインは実線によって示されており、点線ボックスは環境チャンバ２０７を示す。
【0060】
流体－固体システムを特徴づけるための装置の第３の実施形態が、装置３０および４０として図５および図６に示されている。図５および図６の図示の実施形態は、環境チャンバ６０７の内側に位置決めされたコアホルダー２０２、５０３、５０４、および５０５と、三方弁５０６、５０７、５０８、および５０９と、ガスクロマトグラフ６１４とを含む。三方弁は自動であり得る。追加のコアホルダーおよび三方弁は、装置の増加された能力および効率を可能にすることができる。また、個々の逆止め弁６１１ａ～６１１ｄが、個々の三方弁５０６、５０７、５０８、および５０９と個々のコアホルダー２０２、５０３、５０４、および５０５との間に位置決めされる。環境チャンバ６０７は温度チャンバであり得る。マニホルド６１５がシステムの様々なラインに結合される。液体入口６１２およびガス入口６１３が、ガスクロマトグラフ６１４におよびマニホルド６１５に結合され得る。液体入口６１２およびガス入口６１３は、ガスクロマトグラフ６１４に、それぞれ、液体またはガスを注入するために使用され得る。示されているように、真空ラインが真空マニホルド６０３に結合され得、ガスラインがガスマニホルド６０５に結合され得る。真空マニホルド６０３およびガスマニホルド６０５は、装置の様々な構成要素に真空またはガスを提供するように位置決めされる。示されているように、ガスクロマトグラフ６１４は、個々のコアホルダー２０２、５０３、５０４、および５０５に動作可能に結合または接続される。
【0061】
図５および図６の図示の装置は、ガス混合物を含む流体－固体システムを特徴づけるために使用され得る。この能力は、各コアホルダー２０２、５０３、５０４、５０５が、ガスタンク２１０、真空ポンプ２１３、およびガスクロマトグラフ６１４へのそれ自体の独立した接続を有することに、少なくとも部分的に起因する。図５では、電気ワイヤまたは接続は破線によって示されており、ガスおよび真空ラインは実線によって示されている。図６では、真空ラインは実線によって示されており、ガスラインは破線によって示されている。一点短鎖線が、真空マニホルド６０３、ガスマニホルド６０５、液体入口６１２、ガス入口６１３、ガスクロマトグラフ６１４、またはマニホルド６１５のうちの１つまたは複数の間の、ガス、真空、または液体の流れを表す。
【0062】
本明細書で説明されるように、流体－固体システムを研究するまたは特徴づけるための装置の実施形態は自動である。自動装置（または自動システム）は、ハードウェアとソフトウェアとを含む。ソフトウェアは、データ収集および遠隔制御ユニット２１６の一部であり得る。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、自動システムの一部として、以下の動作のうちの１つまたは複数を実施することができる。以下の動作のうちの１つまたは複数は、自動化を達成するために自動システムによって自動的に実施され得る。
【0063】
（ａ）自動システムは、個々のコアホルダーに結合された圧力計および質量比較器からライブデータフィードを受け取り、リアルタイムでデータを分析する。
【0064】
（ｂ）自動システムは、圧力安定化が達せられており、新しいデータポイントが記録されるべきであるかどうかを決定する。
【0065】
（ｃ）自動システムは、所定の持続時間にわたる圧力値および質量値の平均をとって、新しいデータポイントを記録する。データポイントはまた、ユーザによってカスタマイズされ得る。
【0066】
（ｄ）自動システムは、新しいデータポイント測定を準備するために、１つまたは複数の流体を導入するかまたは引き込む。
【0067】
（ｅ）自動システムは、稼働している実験を中断することなしに、任意の好適なポイントにおけるユーザ介入を可能にする。
【0068】
（ｆ）自動システムは、稼働している実験を中断することなしに、手動モードと自動モード（ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｍｏｄｅ）との間の切替えを可能にする。
【0069】
【0070】
（１）～（６）： 動作７２１、７２２、７２３、７２６、７２９、および７３０が、データ収集システムと、ＰＣモニタ上でリアルタイムでデータを観測するアビリティと、ソフトウェアを完全に終了するアビリティとを反映する。それらの動作は、デバイスステータスを読み取る（動作７２１）と、データストリームを読み取る（動作７２２）と、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）にデータをプロットする（動作７２３）と、データロギングを開始する（動作７２６）と、データロギングドキュメントを作成する（動作７２９）と、プログラムを終了する（動作７３０）とを含む。符号７３１が、プログラムを終了する（動作７３０）の後の終端ポイントを表す。
【0071】
（７）～（９）： 動作７２７、７３３、および７２８が、手動モード（手動で自動システムを稼働するアビリティ）と、（新たに実装されたアルゴリズムを利用する）自動モード（Ａｕｔｏ Ｍｏｄｅ）との間のシームレスな遷移を可能にすることができる。これらの動作は、手動モードに切り替える（動作７２７）と、ユーザに制御を与える（動作７３３）と、自動モードに切り替える（動作７２８）とを含む。
【0072】
（１０）： 動作７３６において、データ機能がロードされる。ロードされると、データ機能は、後続の動作において示されているように、システム制御と実験フローとを引き継ぐことができる。
【0073】
（１１）： 動作７３８は、自動システムが、実験を前進させるために十分な量のデータをロギングするのを待つことを表す。自動システムは、たとえば、十分なデータがロギングされていないことにより、および／または圧力が安定しないとき、実験を前進させる準備ができていないことがある。ここで、たとえば、十分なデータがロギングされたかどうか、および／または圧力が安定しているかどうかに関して、決定（７３７）が行われる。十分なデータがロギングされ、および／または圧力が安定している場合、実験は進行することができる。十分なデータがロギングされず、および／または圧力が安定しない場合、自動システムは、動作７３８において、十分な量のデータをロギングするのをおよび／または圧力を安定化するのを待つ。安定化を待つことは、約１０分の期間がかかることがあるが、より短いまたはより長い持続時間が企図される。
【0074】
（１２）： 動作７３９が、アルゴリズム意思判断（ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇ）プロセスのコアを表す。ここで、自動システムは、たとえば、圧力が安定しており、実験が次の圧力ポイントに前進することができるかどうかを統計的に判断するために、ロギングされたデータをとり、そのデータを処理する。動作７３９中またはその後に、たとえば、圧力が安定化されたかどうか、および／または十分なデータがロギングされたかどうかに関して、決定（７４０）が行われる。決定７４０は決定（７３７）と同様であり得る。
【0075】
（１３）： 動作７４１が、圧力を変化させるための弁開き／閉じ機構の自動化を反映する。弁開き持続時間（弁が開いている時間）が、アルゴリズムによって動的に計算されるか、または任意の時間においてユーザによって手動で設定／変更され得る。いくつかの実施形態では、圧力は、自動システムが安定しているときのみ変化させられる。動作７３６、７３８、７３９、および７４１は、実験の終了まで各圧力ポイントについて繰り返される。
【0076】
（１４）： 動作７４２は、ユーザが自動モードを停止し、および／または手動モードに切り替えるとき、アクティブ化され、ここで、自動システムは、手動で動作され、それにより、コンピュータアルゴリズムを終了する。プログラムは、実験の完了時に終了する。
【0077】
図７の簡略化されたアクティビティ図７０に示されているように、様々な決定が行われ得る。たとえば、およびいくつかの実施形態では、ユーザが行うアクション（ｕｓｅｒ ｍａｄｅ ａｃｔｉｏｎ）７２４があるとき、ユーザはアクションツリー７２５を有し、ここで、動作７３０においてプログラムを終了するなど、アクションの中でも、動作７２７において手動モードに切り替える、および動作７２８において自動モードに切り替えるを含む、様々なオプションが選定され得る。ユーザが行うアクションがない場合、および少なくとも１つの実施形態では、動作７２１～７２３が続けられ得る。別の例として、およびいくつかの実施形態では、動作７２７における手動モードへの切換えの後に、自動モードへの切換え７３２があり得る。自動モードへの切換え７３２がある場合、ユーザは、動作７３３において制御を与えられ得る。自動モードへの切換え７３２がない場合、条件が満たされるまで、ユーザが行うアクションに関する決定７２４が続く。別の例として、動作７２８における自動モードへの切換えの後に、ユーザは、たとえば、手動モードに切り替えることによって、動作７４２において自動モードを停止することができる。そうでない場合、条件が満たされるまで、ユーザが行うアクションに関する決定７２４が続く。
【0078】
さらに、およびいくつかの実施形態では、および動作７２８における自動モードへの切換えの後に、データロギングオン（ｄａｔａ ｌｏｇｇｉｎｇ ｏｎ）に関する決定（７３４）が行われる。はいの場合、および少なくとも１つの実施形態では、自動モードが開始することができる（７３５）。そうでない場合、条件が満たされるまで、ユーザが行うアクションに関する決定７２４が続く。上記で説明された決定（７３７）および決定（７４０）など、他の決定が行われ得る。
【0079】
一実施形態では、動作（７３９）のアルゴリズムが、装置を制御することに関係する２つまたはそれ以上の問題を解決するように構成されたアルゴリズムを含む。２つまたはそれ以上の問題のうちの第１の問題は、所与のデータポイントにおけるシステムの定常性を、そのデータポイントをロギングし、次のデータポイントに進む前に、決定することである。２つまたはそれ以上の問題のうちの第２の問題は、弁を開くための最適な継続時間を決定することであり、その弁は、適切な所定の圧力設定ポイントに圧力を段階的に上昇または降下させるために、コアホルダーを真空ラインまたは圧力源から分離する。
【0080】
データポイントがロギングされ得る前に、圧力データの時系列の定常性が検証される。検証されると、データポイントはロギングされ得、自動システムは、続いて、次の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー中の圧力を調節し得る。いくつかの実施形態では、コアホルダーの内側の圧力に対応する、時系列の圧力データの定常性を検証するために、２つの並列テストが採用され得る。２つの並列テストは、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テストおよびクウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テストであり得るが、他のテストが企図される。単一のテスト、２つのテスト、またはそれ以上のテストが実施され得る。
【0081】
いくつかの実施形態では、ＡＤＦテストは、時系列の圧力データ中に単位根があるという帰無仮説をテストするために使用され得る。そのテストの対立仮説は、そのデータ中に定常性があることである。ＡＤＦテストは、時系列モデルのより複雑なセットをカバーするための、ディッキー－フラーテストの拡張バージョンである。
【0082】
ＫＰＳＳテストは、ＡＤＦテストを補完するために使用され得る。いくつかの実施形態では、ＫＰＳＳテストは、時系列が、平均値または線形トレンド辺りで定常であるのか、単位根の存在により非定常であるのかを決定する。ＫＰＳＳテストは、データが定常であるという帰無仮説をテストするために使用され得る。そのテストについての対立仮説は、データが定常でないことである。
【0083】
いくつかの実施形態では、ＡＤＦテストからの出力が負数である。その負数が負であるほど、あるレベルの信頼性において単位根があり、したがって、データが定常であるという、仮説の拒絶が強くなる。
【0084】
上述のように、アルゴリズムは、第２の問題を解決する。第２の問題は、所望の次の圧力ポイントに達するために弁を開くための持続時間（たとえば、期間または間隔）を決定することである。ここで、弁は、本明細書で説明される三方弁（たとえば、三方弁２０６）のうちの１つまたは複数など、（空気式（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ）であり得る）三方弁であり得る。持続時間（たとえば、期間または間隔）は、ミリ秒程度のものであり得る。第２の問題について、概して、自動弁を開く複数の短いパルスが実施され得、達する次の圧力ポイントを推定または決定するために、データが集められ、曲線分析技法により分析される。実際のターゲット圧力ポイントと、（短いパルスにより）達する現在の圧力ポイントとを比較することによって、たとえば、ターゲット圧力ポイントにあるかまたはその近くにあるように、次のパルスを調整することができる。
【0085】
したがって、およびいくつかの実施形態では、定常性が検証されると（第１の問題）、自動システムは、自動弁（たとえば、三方弁２０６など、本明細書で説明される三方弁のうちの１つまたは複数）を開くことによって、次の所定の圧力設定ポイントに進むように、コアホルダーの内側の圧力を調整し得る。いくつかの実施形態では、自動弁を開くことは、圧縮ガスがコアホルダーに急に流れ込むことを可能にする。少なくとも１つの実施形態では、自動弁を開くことは、真空ポンプがコアホルダーの内側の圧力を低下させることを可能にすることができる。オーバーシュートすることなしに次の圧力設定ポイントに達するために、予測制御方式が実装され得る。いくつかの実施形態では、予測のベースとするためのデータを生成するために、自動システムは、複数の極めて短いパルス（自動弁を開く短い間隔）を実行し、複数の短いパルスに対応する、データの短いストリームを集める。データの短いストリームは、あまり多くのオーバーシュートなしに次の設定ポイントに達するために、自動弁が開いたままであるべきである、期間を推定するために、曲線分析技法を介して分析され得る。
【0086】
方法は、本明細書で説明される任意の装置とともに実施され得る。本明細書で説明される方法は、より高速のおよびより正確なデータ集めを可能にする。たとえば、従来のデータ収集は、少なくとも４倍遅く、はるかに低い正確さ／分解能を伴う。
【0087】
システムの説明される自動化は、分解能（たとえば、集められるデータポイントの数）を改善しながら、実験が、行うのにより少ない時間を必要とすることを可能にする。図８は、説明される自動化システムの実装の前（左パネル）と実装の後（右パネル）との差を示す。示されているように、従来の装置を使用して、３６時間にわたって約１５個または１６個のデータポイントのみが集められる（図８の左パネル）。対照的に、およびいくつかの実施形態では、本明細書で説明される自動化システムを使用して８０個超のデータポイントが集められ得る。その上、８０個超のデータポイントは、従来の装置よりもはるかに少ない時間（２４時間）で集められる。全体的に、図８は、本明細書で説明される自動装置の実施形態を使用して達成される、増加されたデータ分解能および時間効率を示す。
【0088】
説明される自動化は熱力学的等温線の生成のために使用され得るが、諒解され得るように、アルゴリズムおよびシステム構成は、圧力依存データを利用し、圧力安定化に基づいてアクションを実施する、広範囲の他のシステムを研究するために使用され得る。
【0089】
本明細書で説明される実施形態はまた、流体－固体システムを特徴づけるまたは研究する方法に関する。方法は、本明細書で説明される装置とともに実施され得る。方法の１つまたは複数の動作が図２の装置に関して説明されるが、方法の１つまたは複数の動作は、図１～図６の装置など、本明細書で説明される他の装置とともに使用され得る。その上、および上記で説明されたように、図１～図６の各々中の装置の部品または構成要素は、本明細書で説明される１つまたは複数の他の装置とともに好適に使用され得る。
【0090】
動作中、装置は、流体－固体システムを研究するまたは特徴づけるために利用され得る。概して、およびいくつかの実施形態では、流体－固体システムを研究するまたは特徴づける方法が、コアホルダー中に吸着剤を配設することと、温度および／または圧力を設定することと、流体の質量の変化を測定することとを含む。ここで、吸着剤がコアホルダー中に配置された後に、吸着剤中にある流体の質量の変化が、様々な温度および圧力において質量比較器により測定され得る。方法の様々な動作の自動化が、本明細書で説明されるように実施され得る。
【0091】
本明細書で説明されるように、１つまたは複数の流体－固体システムが、所望される場合、様々な流体、吸着剤、および／または動作パラメータを使用して、同時に測定され得る。ここで、個々の流体－固体システムが個々のコアホルダーにおいて測定され得る。質量比較器の数はコアホルダーの数に等しくなり得る。
【0092】
いくつかの実施形態では、流体－固体システムを特徴づけるまたは研究する方法が提供される。初めに、多孔質岩石試料が、コアホルダー（たとえば、コアホルダー２０２）中に配設または配置される。方法は、（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを作成するために、多孔質岩石試料を流体と接触させること、または流体とともに多孔質岩石試料を導入することをさらに含む。方法は、（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁（たとえば、三方弁２０６）とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの温度および／または圧力を自動的に調整することをさらに含むことができる。方法は、（ｃ）平衡について流体－固体システムを監視すること、（ｄ）記録されたデータを提供するために、流体－固体システムの温度、圧力、および／または質量についての値を記録することをさらに含むことができる。方法は、（ｅ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することをさらに含むことができる。方法は、必要に応じて、（ｆ）これらの動作のうちの１つまたは複数を繰り返すことをさらに含むことができる。たとえば、流体－固体システムの温度および／または圧力を自動的に調整すること、平衡について流体－固体システムを監視すること、記録されたデータに基づいてアクションを実施すること、ならびに／あるいは動作を記録することは、繰り返され得る。いくつかの例では、データは収集され得、方法の動作は、たとえば、データ収集および遠隔制御ユニット２１６によって、制御され得る。データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、方法の１つまたは複数の動作を実施することができる。上記で説明されたように、データ収集および遠隔制御ユニット２１６は、方法の様々な動作を実施するように構成された１つまたは複数のプロセッサを含む。
【0093】
（ｅ）アクションを実施する動作は、定常性について圧力信号を分析することを含むことができる。定常性について分析される圧力信号は、コアホルダー内の圧力に対応することができる。定常性について圧力信号を分析する間に、ＡＤＦテストおよび／またはＫＰＳＳテストが実施され得る。圧力信号は、コアホルダー２０２内の圧力に対応する。少なくとも１つの実施形態では、流体－固体システムは、圧力センサーまたは圧力トランスデューサ、たとえば、圧力トランスデューサ（ｊ）を介して平衡について監視される。
【0094】
方法のいくつかの実施形態では、少なくとも１つの自動弁（たとえば、三方弁２０６）は圧力制御弁であり得る。これらおよび他の実施形態では、（ｅ）アクションを実施する動作は、計算された時間期間の間、圧力制御弁（たとえば、三方弁２０６）を開くことを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、（ｅ）アクションを実施する動作は、計算された時間期間の間、圧力制御弁（たとえば、三方弁２０６）を開くことを含むことができ、一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することとを含むことができる。いくつかの実施形態では、（ｅ）アクションを実施する動作は、流体－固体システムの圧力を調整することを含むことができる。
【0095】
（ｅ）アクションを実施する動作は、いくつかの実施形態では、随意に、追加の流体をコアホルダー（たとえば、コアホルダー２０２）に導入または注入することを含むことができる。流体は、同じ流体または異なる流体であり得る。追加の流体は、１つまたは複数のプロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁（たとえば、三方弁２０６）を開くことによって、コアホルダー２０２に導入または注入され得る。追加の流体を導入または注入する間、自動弁（たとえば、三方弁２０６）は、圧力の源と流体連通している。圧力の源は、圧縮ガスの容器（たとえば、ガスタンク２１０）を含むことができる。
【0096】
少なくとも１つの実施形態では、（ｅ）アクションを実施する動作は、随意に、コアホルダー２０２から少なくともいくらかの流体を除去することを含むことができる。コアホルダー２０２から少なくともいくらかの流体を除去することは、１つまたは複数のプロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁（たとえば、三方弁２０６）を開くことを含むことができる。流体のうちの少なくともいくらかを除去する間、自動弁（たとえば、三方弁２０６）は、真空の源（たとえば、真空ポンプ２１３）と流体連通している。
【0097】
いくつかの例では、（ｅ）アクションを実施する動作は、所定の継続時間にわたる、圧力値の平均値、中央値、または平均、および／あるいは平均値、中央値、または平均質量値を計算することを含む。他の計算が、１つまたは複数のプロセッサによって実施され得る。圧力値および／または質量値についての生データが、データ収集および遠隔制御ユニット２１６と、圧力センサーまたは圧力トランスデューサ、たとえば、圧力トランスデューサ（ｊ）と、質量比較器、たとえば、質量比較器（ａ）とを使用することによって、集められ得る。圧力センサーまたは圧力トランスデューサ（ｊ）は、コアホルダー２０２の内部に結合されるか、または動作可能に接続される。圧力センサーまたは圧力トランスデューサ（ｊ）は、コアホルダー内の圧力を検知し、圧力信号を作り出すように構成される。質量比較器（ａ）は、コアホルダー２０２の内部に結合されるか、または動作可能に接続される。圧力センサーまたは圧力トランスデューサ（ｊ）と質量比較器とは、各々、個々に、データ収集および遠隔制御ユニット２１６に結合されるか、または動作可能に接続される。
【0098】
流体－固体システムを特徴づけるまたは研究する方法は、随意に、自動パージ弁を介して環境チャンバ（たとえば、環境チャンバ２０７）内の大気を制御することを含むことができる。上記で説明されたように、大気パージ機構が、環境チャンバ２０７の内部をパージして、物質（ｍａｔｅｒｉａｌ）、たとえば、酸素を除くように構成される。自動パージ機構は自動パージ弁を含む。自動パージ弁は、非反応性ガスの源と環境チャンバ２０７との間に位置決めされ得、環境チャンバ２０７への非反応性ガスの流れを制御するように構成され得る。これらおよび他の実施形態では、自動パージ弁は、非反応性ガスの源と選択的流体連通している。自動パージ弁を介して環境チャンバ（たとえば、環境チャンバ２０７）内の大気を制御することは、（ｅ）アクションを実施する動作、または異なる動作の一部であり得る。
【0099】
いくつかの実施形態では、本明細書で説明される方法は、（センサーの中でも）圧力センサー、温度センサー、および質量比較器からの未処理信号を、流体－固体システムの熱力学的データ特性、たとえば、等温線になるように、自動的に解釈し、変換し、および／または記録することをさらに含む。
【0100】
本明細書で説明される装置、システム、および方法を使用して研究され得る、特徴づけられ得る吸着剤は、限定はしないが、１つまたは複数の理想的な吸着剤、１つまたは複数のリザーバコア、またはそれらの組合せを含む。本明細書で使用される「理想的な吸着剤」という用語は、秩序化された（ｏｒｄｅｒｅｄ）ナノ多孔質材料を指す。本明細書で使用される「リザーバコア」という用語は、リザーバ岩石の試料を指す。リザーバ岩石は、たとえば、油、ガス、ブライン、および／またはＣＯ２を含んでいる、あるタイプのナノ多孔質岩石である。理想的な吸着剤、およびリザーバコアは、多孔質岩石試料であり得る。
【0101】
本明細書で説明される研究および特徴づけのために利用され得る（液体、ガス、またはそれらの組合せを含む）流体は、１つまたは複数の単純な流体、１つまたは複数のリザーバ流体、またはその両方を含むことができる。本明細書で使用される「単純な流体」という用語は、単一成分液体またはガスを指す。単純な流体の例は、限定はしないが、Ｃ１～Ｃ２０アルカン（たとえば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、およびデカン）と、Ｃ２～Ｃ２０アルケン（たとえば、エテン、プロペン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン）と、Ｃ２～Ｃ２０アルキンと、Ｃ１～Ｃ２０アルカノール（たとえば、メタノール、エタノール、イソプロパノール）と、Ｃ２～Ｃ２０アルケノールと、芳香族炭化水素（たとえば、ベンゼン、トルエン）と、Ｃ３～Ｃ２０シクロアルカン（たとえば、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン）と、Ｃ３～Ｃ２０シクロアルケンと、水と、窒素と、二酸化炭素と、酸素とを含む。これらの上述の流体の異性体も企図される。たとえば、ブタンへの言及が、ｎ－ブタン、ｉｓｏ－ブタンなどを明確に開示する。本明細書で使用される「リザーバ流体」という用語は、リザーバ岩石において見つけられる流体混合物を指す。
【0102】
流体－固体システムを研究するまたは特徴づける方法は、温度および圧力条件の中でも、周囲温度および圧力条件、リザーバ温度および圧力条件、またはそれらの組合せなど、様々な温度および圧力条件において動作を実施することを含むことができる。本明細書で使用される「リザーバ温度および圧力条件」という用語は、温度および圧力がリザーバ岩石の温度および圧力を反映する条件を指す。リザーバ岩石の温度および圧力は、地球のマントルへのリザーバ岩石の近接度と、リザーバ岩石の多孔質媒体の組成との関数として、変動する。リザーバ温度および圧力は、当技術分野で知られている方法によって決定され得る。本明細書で使用される「周囲温度および圧力条件」という用語は、温度がおよそ室温であり、圧力がおよそ大気圧である、条件を指す。室温は、約２０℃から約２５℃までになど、約１８℃から約２７℃までになど、約１５℃から約３０℃までにわたる。大気圧は、約１０１３ｍｂａｒ（およそ１ａｔｍ）など、約７５０ｍｂａｒ（およそ０．７４ａｔｍ）から約１０５０ｍｂａｒ（およそ１．０３ａｔｍ）までにわたる。本明細書で使用される「真空」という用語は、約１０－１２ｍｂａｒ～約７５０ｍｂａｒの範囲内の減圧を指す。
【0103】
流体－固体システムを研究するまたは特徴づける方法は、１つまたは複数の流体を吸着剤に連続的におよび／または段階的に注入することを含むことができる。１つまたは複数の流体は、ポンプによりおよび／または手で注入され得る。流体－固体システムを研究するまたは特徴づける方法は、装置の温度、圧力、またはその両方を調整および／または測定することを含むことができる。温度は、たとえば、熱電対を使用することによって測定され得る。圧力は、たとえば、圧力センサーまたは圧力トランスデューサを使用して測定され得る。
【0104】
流体－固体システムを研究するまたは特徴づける方法は、流体の質量および／または流体の圧力を測定することを含むことができる。流体の質量および／または圧力は、連続的に、または選択された時間間隔において、平衡時間にわたって測定され得る。平衡時間は、約１秒（ｓ）から約５，０００ｓまでなど、約０．５ｓから約１０，０００ｓまでなど、約０．１ｓ～約２０，０００ｓの範囲であり得るが、より短いまたはより長い時間が企図される。選択された時間間隔は、いくつかの実施形態では、約１ｓから約１０ｓまでなど、約０．５ｓから約５０ｓまでなど、約０．１ｓ～約１００ｓの範囲にわたって平均化され得る。いくつかの実施形態では、選択された時間間隔において測定された流体の圧力および／または質量は、平衡時間にわたって平均化され得る。
【0105】
本開示の実施形態が以下の非限定的な例によってさらに理解され得る。以下の例は、本開示の態様をどのように作り、使用すべきかの、完全な開示および説明を当業者に提供するために示されており、本開示の態様の範囲を限定するものではない。
【0106】
例
装置の使用。システムは、たとえば、永久的金属チュービングが圧力または真空下で漏れないことを保証するために、漏れテストされる（ｌｅａｋ ｔｅｓｔｅｄ）。チュービングは、最初に圧力下で、次いで真空下でテストされた。コアホルダーの設置は、（１）コアホルダーをナノ凝縮装置の残りに接続することと、（２）コアホルダーを漏れテストすることと、（３）システムを脱ガスすることとを含んだ。他の設置方式が企図される。
装置の使用。システムは、たとえば、永久的金属チュービングが圧力または真空下で漏れないことを保証するために、漏れテストされる（ｌｅａｋ ｔｅｓｔｅｄ）。チュービングは、最初に圧力下で、次いで真空下でテストされた。コアホルダーの設置は、（１）コアホルダーをナノ凝縮装置の残りに接続することと、（２）コアホルダーを漏れテストすることと、（３）システムを脱ガスすることとを含んだ。他の設置方式が企図される。
【0107】
例示的な等温毛管凝縮実験が以下で例１において提示される。例１のいくつかの動作は、本明細書で説明されるように、自動であり得る。
【0108】
例１． 等温毛管凝縮実験。自動モードのためのソフトウェアが始められる。コアホルダーは、最初に、吸着剤試料を充填され、絶縁ワイヤを介して質量比較器の下部上のフックまたは絶縁ワイヤから環境チャンバの内側で吊り下げられる。次に、装置のコアホルダーおよびチュービングが、システム中の蒸気を脱気するために、高真空と、ほぼ１００℃の温度とを受ける。脱気が終了すると、環境チャンバの温度が所望の実験温度（「Ｔｅｘｐ」）に設定される。流体吸着を研究するために、流体が、Ｑｕｉｚｉｘポンプなど、ポンプによって、所望の実験圧力（「Ｐ１」）においてコアホルダーに注入される。流体吸着が完了するまで（たとえば、流体の質量または圧力の変化が観測されなくなるまで）、一定の温度および圧力が維持される。いくつかの吸着測定が順次行われ得る。代替的に、吸着測定が行われ得、吸着が完了すると、脱着測定が行われ得る。流体脱着を研究するために、吸着した流体の質量および圧力が測定される。流体の脱着が完了するまで（たとえば、流体の質量または圧力の変化が観測されなくなるまで）、一定の温度および圧力が維持される。脱着が終了すると、環境チャンバの温度は再びＴｅｘｐに設定され、圧力は、新しい所望の圧力（「Ｐ２」）まで増加され、流体は、吸着が完了するまで、再び注入された。いくつかの脱着測定が順次行われ得る。代替的に、脱着測定が行われ得、脱着が完了すると、吸着測定が行われ得る。これらの吸着および脱着ステップは、一定の温度と異なる圧力とにおいて、所望の回数だけ繰り返される。特に、吸着および脱着ステップは、十分な吸着等温線（たとえば、圧力に対する吸着した流体量のプロット）が作成されるまで、繰り返される。吸着の完了は、長い時間期間の間の一定の質量および圧力読みによって証明され得る。同様に、脱着の完了は、長い時間期間の間の一定の質量および圧力読みによって証明され得る。質量読みは質量比較器からとられ、圧力読みは、環境チャンバの外側に位置する圧力トランスデューサまたは真空計からとられる。
【0109】
以下の例では、等温線が、重量測定吸着装置からリアルタイムで圧力および質量読みを記録することによって生成された。ｎ－ブタンおよびｉｓｏ－ブタンについての等温線が測定された。ＭＣＭ－４１が、いくつかの例において、例示的な吸着剤として使用された。
【0110】
例２． 本明細書で説明される自動装置が、同じ条件における知られている公開された等温線、すなわち、約５．４℃におけるｎ－ブタンを再現することによって、確かめられた。自動装置は、約１８．２８４ｐｓｉａの飽和圧力を使用する、米国標準技術局（ＮＩＳＴ）からの公開されたデータに対して、確かめられた。結果は図９に示されている。わかるように、（例９０１と標示された）新たに生成された等温線と、（Ｂａｒｓｏｔｔｉら、２０１８ｂと標示された）前に確立された等温線とは、凝縮圧力とバルク圧力とを含む、すべての一般的な特性において、一致する。ｙ軸に沿った差は、吸着剤（ＭＣＭ－４１）の量の差に起因し、等温線から凝縮圧力を計算することに影響を及ぼさない。
【0111】
図１０は、５．４Ｃにおけるｎ－ブタンの吸着等温線対圧力の前に公開された傾きのデータセットを、本開示の例示的な自動装置を介して作り出される同様のデータセットでオーバーレイした、比較を示す。前に公開されたデータは、Ｂａｒｓｏｔｔｉら、２０１８ｂと標示されており、例示的な自動装置を使用して新たに生成されたデータは、例１００１と標示されている。わかるように、自動装置を介して生成された等温線（例１００１）は、著しくより高い分解能の等温線、たとえば、より多くのデータポイントを有する。分解能／データポイントのこの増加は、直接、たとえば、それぞれ、吸着／脱着等温線から導出される凝縮／蒸発圧力のより厳密な計算につながる。さらに、等温線の端部におけるより高い分解能は、ＮＩＳＴからのデータとのより良い一致、およびしたがって、もしあれば、実験的誤差のより良い補正を可能にすることができる。
【0112】
本明細書で説明される自動装置によってもたらされるより高い分解能および正確さ以外に、実験を実施し、等温線を生成するための総時間が、低減されるか、またはより効率的にされ得る。たとえば、装置が自動であるので、装置は、無休で働くことができ、４８時間未満で高分解能等温線を生成し得る。
【0113】
例３． 既存のデータセットを再生成する、本明細書で説明される自動装置のアビリティは、例２（上記）において示された。例３では、新しい孔サイズおよび温度についての新しい等温線を生成する、自動装置のアビリティが示される。図１１Ａおよび図１１Ｂは、吸着剤としてＭＣＭ－４１を使用する、異なる温度（０℃、－３℃、および－７℃）におけるｎ－ブタンの新しい／報告されていない等温線を示す。テストされるＭＣＭ－４１は、６ｎｍ（図１１Ａ）および８ｎｍ（図１１Ｂ）の異なる孔サイズを有した。データは、本明細書で説明される自動装置が、たとえば、従来の装置に対して、より高い分解能の等温線と、短い全体的実験時間とを提供することを示す。データは、自動装置が新しい条件についてのデータセットを生成することができることをも示す。
【0114】
例４． 図１２は、本開示の例示的な自動装置を介して作り出される、２つの異なる温度、５℃および８℃におけるＭＣＭ－４１（４ｎｍの孔サイズ）中のｉｓｏ－ブタンについての等温線データを示す。吸着および脱着データが決定された。４つの等温線は、前に公開されていない新しい成分についての新しいデータセットを生成する、本明細書で説明される新しい自動装置のアビリティを示す。
【0115】
本明細書で説明される実施形態は、一般に、流体と固体との間の相互作用を研究するための、および流体－固体システムを特徴づけるための、装置、システム、および方法に関する。全体的に、結果は、本明細書で説明される実施形態が、データの分解能を改善しながら、低減された実験時間を可能にすることができることを示した。さらに、多数の実験が、たとえば、周囲条件、リザーバ条件、または他の条件において、同時に行われ得る。
【0116】
実施形態のリスティング
本開示は、特に、以下の実施形態を提供し、それらの各々が、任意の代替実施形態を随意に含むものと見なされ得る。
本開示は、特に、以下の実施形態を提供し、それらの各々が、任意の代替実施形態を随意に含むものと見なされ得る。
【0117】
条項１． 流体－固体システムを特徴づけるための装置であって、装置は、
コアホルダーと、
コアホルダーに結合された圧力センサーであって、圧力センサーが、コアホルダー内の圧力を検知し、圧力信号を作り出すように構成された、圧力センサーと、
コアホルダーの内部に動作可能に接続された質量比較器と、
圧力および流れ制御システムであって、
コアホルダーと選択的流体連通している圧力源と、
コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動圧力弁と、
プロセッサであって、
圧力信号に少なくとも部分的に基づいて自動圧力弁を制御することと、
圧力センサーおよび質量比較器からのデータをロギングすることと
を行うように構成されたプロセッサと
を備える、圧力および流れ制御システムと
を備える、装置。
コアホルダーと、
コアホルダーに結合された圧力センサーであって、圧力センサーが、コアホルダー内の圧力を検知し、圧力信号を作り出すように構成された、圧力センサーと、
コアホルダーの内部に動作可能に接続された質量比較器と、
圧力および流れ制御システムであって、
コアホルダーと選択的流体連通している圧力源と、
コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動圧力弁と、
プロセッサであって、
圧力信号に少なくとも部分的に基づいて自動圧力弁を制御することと、
圧力センサーおよび質量比較器からのデータをロギングすることと
を行うように構成されたプロセッサと
を備える、圧力および流れ制御システムと
を備える、装置。
【0118】
条項２． プロセッサが、一連の所定の圧力設定ポイントによりコアホルダー内の圧力を段階的に変化させるようにさらに構成された、条項１に記載の装置。
【0119】
条項３． プロセッサが、
第１の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー内の圧力を制御することと、
定常性について圧力信号を分析することと、
第２の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー内の圧力を制御するために、計算された時間期間の間、自動圧力弁を開くことと
を行うようにさらに構成された、条項２に記載の装置。
第１の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー内の圧力を制御することと、
定常性について圧力信号を分析することと、
第２の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー内の圧力を制御するために、計算された時間期間の間、自動圧力弁を開くことと
を行うようにさらに構成された、条項２に記載の装置。
【0120】
条項４． プロセッサが、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テストおよび／またはクウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テストによって定常性について圧力信号を分析するようにさらに構成された、条項３に記載の装置。
【0121】
条項５． プロセッサが、
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することと
を行うことによって、計算された時間期間を計算するようにさらに構成された、条項３または４に記載の装置。
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することと
を行うことによって、計算された時間期間を計算するようにさらに構成された、条項３または４に記載の装置。
【0122】
条項６．
コアホルダーと選択的流体連通している真空源と、
コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動真空弁であって、プロセッサが、自動真空弁を制御するようにさらに構成された、自動真空弁と
をさらに備える、条項１から５のいずれか一項に記載の装置。
コアホルダーと選択的流体連通している真空源と、
コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動真空弁であって、プロセッサが、自動真空弁を制御するようにさらに構成された、自動真空弁と
をさらに備える、条項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【0123】
条項７．
コアホルダーが環境チャンバの内側に配設され、環境チャンバが、
加熱要素、冷却要素、またはその両方と、
温度センサーと
を備え、
プロセッサが、環境チャンバ内の温度を制御するようにさらに構成された、
条項１から６のいずれか一項に記載の装置。
コアホルダーが環境チャンバの内側に配設され、環境チャンバが、
加熱要素、冷却要素、またはその両方と、
温度センサーと
を備え、
プロセッサが、環境チャンバ内の温度を制御するようにさらに構成された、
条項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【0124】
条項８． コアホルダーに動作可能に接続されたガスクロマトグラフをさらに備え、プロセッサが、コアホルダーの内容物をガスクロマトグラフに自動的に導くようにさらに構成された、条項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【0125】
条項９． プロセッサが、圧力センサーおよび質量比較器からのデータを自動的にロギングするようにさらに構成された、条項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【0126】
条項１０． コアホルダーが第１のコアホルダーであり、装置が、少なくとも第２のコアホルダーをさらに備える、条項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【0127】
条項１１． 流体－固体システムを特徴づける方法であって、方法が、
（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを形成するために、コアホルダー内に配設された多孔質岩石試料を流体と接触させることと、
（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの温度、流体－固体システムの圧力、またはその両方を自動的に調整することと、
（ｃ）平衡について流体－固体システムを監視することと、
（ｄ）記録されたデータを提供するために、流体－固体システムの温度についての値、圧力についての値、質量についての値、またはそれらの組合せを記録することと、
（ｅ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することと、
（ｆ）流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｂ）から（ｅ）のうちの１つまたは複数を繰り返すことと
を含む、方法。
（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを形成するために、コアホルダー内に配設された多孔質岩石試料を流体と接触させることと、
（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの温度、流体－固体システムの圧力、またはその両方を自動的に調整することと、
（ｃ）平衡について流体－固体システムを監視することと、
（ｄ）記録されたデータを提供するために、流体－固体システムの温度についての値、圧力についての値、質量についての値、またはそれらの組合せを記録することと、
（ｅ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することと、
（ｆ）流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｂ）から（ｅ）のうちの１つまたは複数を繰り返すことと
を含む、方法。
【0128】
条項１２．
流体－固体システムが、圧力センサーを介して平衡について監視され、
アクション動作（ｅ）を実施することが、定常性について圧力信号を分析することを含み、圧力信号が、コアホルダー内の圧力に対応し、定常性について圧力信号を分析することが、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テスト、クウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テスト、またはその両方を実施することを含む、
条項１１に記載の方法。
流体－固体システムが、圧力センサーを介して平衡について監視され、
アクション動作（ｅ）を実施することが、定常性について圧力信号を分析することを含み、圧力信号が、コアホルダー内の圧力に対応し、定常性について圧力信号を分析することが、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テスト、クウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テスト、またはその両方を実施することを含む、
条項１１に記載の方法。
【0129】
条項１３．
少なくとも１つの自動弁が圧力制御弁であり、
アクション動作（ｅ）を実施することが、計算された時間期間の間、圧力制御弁を開くことを含む、
条項１１または１２に記載の方法。
少なくとも１つの自動弁が圧力制御弁であり、
アクション動作（ｅ）を実施することが、計算された時間期間の間、圧力制御弁を開くことを含む、
条項１１または１２に記載の方法。
【0130】
条項１４． アクション動作（ｅ）を実施することが、
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することと
を含む、条項１３に記載の方法。
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することと
を含む、条項１３に記載の方法。
【0131】
条項１５． アクション動作（ｅ）を実施することが、所定の継続時間にわたって圧力値の平均、質量値の平均、またはその両方を計算することを含む、条項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【0132】
条項１６． アクション動作（ｅ）を実施することが、流体－固体システムの圧力を調整することを含み、流体－固体システムの圧力を調整することが、
追加の流体をコアホルダーに導入すること、
コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去すること、または
それらの組合せ
を含む、条項１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
追加の流体をコアホルダーに導入すること、
コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去すること、または
それらの組合せ
を含む、条項１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【0133】
条項１７．
アクション動作（ｅ）を実施することが、追加の流体をコアホルダーに導入することを含むとき、追加の流体をコアホルダーに導入することが、プロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁を開くことを含み、自動弁が、圧力の源と流体連通している、または、
アクション動作（ｅ）を実施することが、コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去することを含むとき、コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去することが、プロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁を開くことを含み、自動弁が、真空の源と流体連通している、
条項１６に記載の方法。
アクション動作（ｅ）を実施することが、追加の流体をコアホルダーに導入することを含むとき、追加の流体をコアホルダーに導入することが、プロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁を開くことを含み、自動弁が、圧力の源と流体連通している、または、
アクション動作（ｅ）を実施することが、コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去することを含むとき、コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去することが、プロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁を開くことを含み、自動弁が、真空の源と流体連通している、
条項１６に記載の方法。
【0134】
条項１８． コアホルダーが環境チャンバ内に配設され、方法は、自動パージ弁を介して環境チャンバ内の大気を制御することをさらに含み、自動パージ弁が、非反応性ガスの源と選択的流体連通している、条項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【0135】
条項１９． 圧力センサー、温度センサー、および質量比較器からの未処理信号を、流体－固体システムの熱力学的データ特性になるように、自動的に解釈し、変換し、記録することをさらに含む、条項１１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【0136】
条項２０． 流体－固体システムを特徴づける方法であって、
（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを形成するために、コアホルダー内に配設された多孔質岩石試料とともに、流体を導入することと、
（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの圧力を自動的に調整することであって、自動的に調整することが、
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することと
を含む、流体－固体システムの圧力を自動的に調整することと、
（ｃ）圧力センサーによって平衡について流体－固体システムを監視することと、
（ｄ）記録されたデータを提供するために、流体－固体システムの圧力についての値、質量についての値、またはそれらの組合せを記録することと、
（ｅ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することであって、アクションを実施することは、
拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テスト、クウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テスト、またはその両方を実施することによって、定常性について圧力信号を分析することであって、圧力信号が、コアホルダー内の圧力に対応する、圧力信号を分析すること
を含む、アクションを実施することと、
（ｆ）流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｂ）から（ｅ）のうちの１つまたは複数を繰り返すことと
を含む、方法。
（ａ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを形成するために、コアホルダー内に配設された多孔質岩石試料とともに、流体を導入することと、
（ｂ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの圧力を自動的に調整することであって、自動的に調整することが、
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することと
を含む、流体－固体システムの圧力を自動的に調整することと、
（ｃ）圧力センサーによって平衡について流体－固体システムを監視することと、
（ｄ）記録されたデータを提供するために、流体－固体システムの圧力についての値、質量についての値、またはそれらの組合せを記録することと、
（ｅ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することであって、アクションを実施することは、
拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テスト、クウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テスト、またはその両方を実施することによって、定常性について圧力信号を分析することであって、圧力信号が、コアホルダー内の圧力に対応する、圧力信号を分析すること
を含む、アクションを実施することと、
（ｆ）流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｂ）から（ｅ）のうちの１つまたは複数を繰り返すことと
を含む、方法。
【0137】
条項２１． 流体－固体システムを特徴づけるための装置であって、装置は、
環境チャンバと、
環境チャンバの内側に配設されたコアホルダーと、
コアホルダー内の圧力を検知し、圧力信号を作り出すように構成された、圧力センサーと、
コアホルダーの内部に動作可能に接続された質量比較器と、
圧力および流れ制御システムであって、
コアホルダーと選択的流体連通している圧力源と、
コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動圧力弁と、
圧力信号に少なくとも部分的に基づいて自動圧力弁を制御するように構成されたプロセッサと
を備える、圧力および流れ制御システムと
を備える、装置。
環境チャンバと、
環境チャンバの内側に配設されたコアホルダーと、
コアホルダー内の圧力を検知し、圧力信号を作り出すように構成された、圧力センサーと、
コアホルダーの内部に動作可能に接続された質量比較器と、
圧力および流れ制御システムであって、
コアホルダーと選択的流体連通している圧力源と、
コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動圧力弁と、
圧力信号に少なくとも部分的に基づいて自動圧力弁を制御するように構成されたプロセッサと
を備える、圧力および流れ制御システムと
を備える、装置。
【0138】
条項２２． プロセッサが、一連の所定の圧力設定ポイントによりコアホルダー内の圧力を段階的に変化させるようにさらに構成された、条項２１に記載の装置。
【0139】
条項２３． プロセッサが、
第１の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー内の圧力を制御することと、
定常性について圧力信号を分析することと、
第２の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー内の圧力を制御するために、計算された時間期間の間、自動圧力弁を開くことと
を行うようにさらに構成された、条項２１または２２に記載の装置。
第１の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー内の圧力を制御することと、
定常性について圧力信号を分析することと、
第２の所定の圧力設定ポイントにコアホルダー内の圧力を制御するために、計算された時間期間の間、自動圧力弁を開くことと
を行うようにさらに構成された、条項２１または２２に記載の装置。
【0140】
条項２４． プロセッサが、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テストおよび／またはクウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テストによって定常性について圧力信号を分析するようにさらに構成された、条項２３に記載の装置。
【0141】
条項２５． プロセッサが、
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することと
を行うことによって、計算された時間期間を計算するようにさらに構成された、条項２３または２４に記載の装置。
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施することと、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析することと
を行うことによって、計算された時間期間を計算するようにさらに構成された、条項２３または２４に記載の装置。
【0142】
条項２６． コアホルダーと選択的流体連通している真空源をさらに備える、条項２１から２６のいずれか一項に記載の装置。
【0143】
条項２７． コアホルダー内の圧力を制御するように構成された自動真空弁であって、プロセッサが、自動真空弁を制御するようにさらに構成された、自動真空弁をさらに備える、条項２６に記載の装置。
【0144】
条項２８． 環境チャンバが、加熱要素と温度センサーとを備え、プロセッサが、環境チャンバ内の温度を制御するようにさらに構成された、条項２１から２７のいずれか一項に記載の装置。
【0145】
条項２９． 環境チャンバが冷却要素を備える、条項２１から２８のいずれか一項に記載の装置。
【0146】
条項３０． 環境チャンバが、環境チャンバの内部をパージして、酸素を除くように構成された大気パージ機構を備える、条項２１から２９のいずれか一項に記載の装置。
【0147】
条項３１．
環境チャンバの内部と選択的流体連通している非反応性ガスの源と、
環境チャンバへの非反応性ガスの流れを制御するように構成された自動パージ弁であって、プロセッサが、自動パージ弁を介して環境チャンバ内の大気を制御するようにさらに構成された、自動パージ弁と
をさらに備える、条項３０に記載の装置。
環境チャンバの内部と選択的流体連通している非反応性ガスの源と、
環境チャンバへの非反応性ガスの流れを制御するように構成された自動パージ弁であって、プロセッサが、自動パージ弁を介して環境チャンバ内の大気を制御するようにさらに構成された、自動パージ弁と
をさらに備える、条項３０に記載の装置。
【0148】
条項３２． コアホルダーに動作可能に接続されたガスクロマトグラフをさらに備え、プロセッサが、コアホルダーの内容物をガスクロマトグラフに自動的に導くようにさらに構成された、条項２１から３１のいずれか一項に記載の装置。
【0149】
条項３３． プロセッサが、圧力センサーおよび質量比較器からのデータを自動的にロギングするようにさらに構成された、条項２１から３２のいずれか一項に記載の装置。
【0150】
条項３４． コアホルダーが第１のコアホルダーであり、装置が、環境チャンバの内側に配設された少なくとも第２のコアホルダーを備える、条項２１から３３のいずれか一項に記載の装置。
【0151】
条項３５． 流体－固体システムを特徴づける方法であって、方法が、
（ａ）コアホルダー中に多孔質岩石試料を配置することと、
（ｂ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを作成するために、多孔質岩石試料を流体と接触させることと、
（ｃ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの温度および／または圧力を自動的に調整することと、
（ｄ）平衡について流体－固体システムを監視することと、
（ｅ）流体－固体システムの温度、圧力および／または質量についての値を記録することと、
（ｆ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することと、
（ｇ）流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｃ）から（ｆ）を繰り返すことと
を含む、方法。
（ａ）コアホルダー中に多孔質岩石試料を配置することと、
（ｂ）コアホルダーの内側に流体－固体システムを作成するために、多孔質岩石試料を流体と接触させることと、
（ｃ）プロセッサと少なくとも１つの自動弁とを介して、あらかじめ選択された値に、流体－固体システムの温度および／または圧力を自動的に調整することと、
（ｄ）平衡について流体－固体システムを監視することと、
（ｅ）流体－固体システムの温度、圧力および／または質量についての値を記録することと、
（ｆ）記録されたデータに基づいてアクションを実施することと、
（ｇ）流体－固体システムの熱力学的データ特性を作り出すために動作（ｃ）から（ｆ）を繰り返すことと
を含む、方法。
【0152】
条項３６． 流体－固体システムが、圧力センサーを介して平衡について監視される、条項３５に記載の方法。
【0153】
条項３７． アクション動作（ｆ）を実施することが、定常性について圧力信号を分析することを含み、圧力信号が、コアホルダー内の圧力に対応する、条項３５または３６に記載の方法。
【0154】
条項３８． 定常性について圧力信号を分析することが、拡張ディッキー－フラー（ＡＤＦ）テストおよび／またはクウィアトコウスキー－フィリップス－シュミット－シン（ＫＰＳＳ）テストを実施することを含む、条項３７に記載の方法。
【0155】
条項３９． 少なくとも１つの自動弁が圧力制御弁であり、アクション動作（ｆ）を実施することが、計算された時間期間の間、圧力制御弁を開くことを含む、条項３５から３８のいずれか一項に記載の方法。
【0156】
条項４０． アクション動作（ｆ）を実施することが、
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施すること、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析すること、または
それらの組合せ
を含む、条項３５から３９のいずれか一項に記載の方法。
一連のデータを生成するために一連の短い弁開きを実施すること、
計算された時間期間を計算するために一連のデータを分析すること、または
それらの組合せ
を含む、条項３５から３９のいずれか一項に記載の方法。
【0157】
条項４１． アクション動作（ｆ）を実施することが、所定の継続時間にわたって圧力値および／または質量値の平均を計算することを含む、条項３５から４０のいずれか一項に記載の方法。
【0158】
条項４２． アクション動作（ｆ）を実施することが、流体－固体システムの圧力を調整することを含む、条項３５から４１のいずれか一項に記載の方法。
【0159】
条項４３． 流体－固体システムの圧力を調整することが、追加の流体をコアホルダーに導入することを含む、条項４２に記載の方法。
【0160】
条項４４． 追加の流体をコアホルダーに導入することが、プロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁を開くことを含み、自動弁が、圧力の源と流体連通している、条項４３に記載の方法。
【0161】
条項４５． 圧力の源が圧縮ガスの容器を含む、条項４４に記載の方法。
【0162】
条項４６． 流体－固体システムの圧力を調整することが、コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去することを含む、条項４３に記載の方法。
【0163】
条項４７． コアホルダーから少なくともいくらかの流体を除去することが、プロセッサを介して、所定の継続時間の間、自動弁を開くことを含み、自動弁が、真空の源と流体連通している、条項４６に記載の方法。
【0164】
条項４８． 自動パージ弁を介して環境チャンバ内の大気を制御することをさらに含み、自動パージ弁が、非反応性ガスの源と選択的流体連通している、条項３５から４７のいずれか一項に記載の方法。
【0165】
条項４９． 圧力センサー、温度センサー、および質量比較器からの未処理信号を、流体－固体システムの熱力学的データ特性になるように、自動的に解釈し、変換し、記録することを含む、条項３５から４８のいずれか一項に記載の方法。
【0166】
上記の概略的な説明および特定の実施形態から明らかなように、実施形態の形態が示され、説明されたが、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正が行われ得る。したがって、本開示はそれにより限定されるものではない。また、「を備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語と同義であると見なされる。また、組成、要素または要素のグループが、「を備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という移行句により後続されるときはいつでも、組成、または１つまたは複数の要素の具陳に後続する、「から本質的になる」、「からなる」、「からなるグループから選択された」、または「である」という移行句をもつ、同じ組成または要素のグループをも企図し、その逆も同様であり、たとえば、「を備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「から本質的になる」、「からなる」という用語は、その用語の前に記載される要素の組合せの生成物をも含む。
【0167】
本明細書で使用される「組成」は、組成の（１つまたは複数の）成分、および／または組成の２つまたはそれ以上の成分の（１つまたは複数の）反応生成物を含むことができる。本開示の組成は、任意の好適な混合プロセスによって準備され得る。本明細書で使用される「配合物」は、配合物の（１つまたは複数の）成分、および／または配合物の２つまたはそれ以上の成分の（１つまたは複数の）反応生成物を含むことができる。配合物は、任意の好適な混合プロセスによって準備され得る。
【0168】
本明細書の引例は、それらの公開または出願日現在の現況技術を示すためにそれらの全体が参照により本明細書に組み込まれ、この情報は、必要な場合、従来技術である特定の実施形態を除くために本明細書で採用され得るものとする。
【0169】
本開示の目的で、および別段に規定されていない限り、本明細書の発明を実施するための形態および特許請求の範囲内のすべての数値は、「約」または「ほぼ」示された値によって修飾され、当業者によって予想されるであろう実験的誤差およびばらつきを考慮する。簡潔のために、いくつかの範囲のみが本明細書で明示的に開示された。ただし、任意の下限からの範囲は、明示的に具陳されていない範囲を具陳するために、任意の上限と組み合わせられ得、ならびに、任意の下限からの範囲は、明示的に具陳されていない範囲を具陳するために、任意の他の下限と組み合わせられ得、同じやり方で、任意の上限からの範囲は、明示的に具陳されていない範囲を具陳するために、任意の他の上限と組み合わせられ得る。さらに、範囲内は、明示的に具陳されなくても、その範囲の終端ポイント間のあらゆるポイントまたは個々の値を含む。したがって、あらゆるポイントまたは個々の値は、明示的に具陳されていない範囲を具陳するために、任意の他のポイントまたは個々の値、あるいは任意の他の下限または上限と組み合わせられた、その範囲自体の下限または上限として働き得る。
【0170】
本明細書で使用される「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という不定冠詞は、そうでないことが規定されていない限り、またはコンテキストが別段に明確に示すのでなければ、「少なくとも１つ」を意味するものとする。たとえば、「コアホルダー」を備える実施形態は、そうでないことが規定されていない限り、または１つのコアホルダーのみが含まれることをコンテキストが明確に示すのでなければ、１つ、２つ、またはそれ以上のコアホルダーを備える実施形態を含む。
【0171】
上記は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の他のおよびさらなる態様がその基本的範囲から逸脱することなく考案され得、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【国際調査報告】