Evaluation of alkali flooding combined with intermittent flow in carbonate reservoir

The majority of carbonate reservoir is oil-wet, which is an unfavorable condition for oil production. Generally, the total oil recovery after both primary and secondary recovery in an oil-wet reservoir is low. The amount of producible oil by enhanced oil recovery techniques is still large. Alkali substances are proven to be able to reverse rock wettability from oil-wet to water-wet, which is a favorable condition for oil production. However, the wettability reversal mechanism would require a noneconomical aging period to reach the maximum reversal condition. An intermittent flow with the optimum pausing period is then combined with alkali flooding (combination technique) to increase the wettability reversal mechanism and as a consequence, oil recovery is improved. The aims of this study are to evaluate the efficiency of the combination technique and to study the parameters that affect this method. In order to implement alkali flooding, reservoir rock and fluid properties were gathered, e.g. interfacial tension of fluids, rock wettability, etc. The flooding efficiency curves are obtained from core flooding and used as a major criterion for evaluation the performance of technique. The combination technique improves oil recovery when the alkali concentration is lower than 1% wt. (where the wettability reversal mechanism is dominant). The soap plug (that appears when high alkali concentration is used) is absent in this combination as seen from no drop of production rate. Moreover, the use of low alkali concentration limits alkali loss. This combination probably improves oil recovery also in the fractured carbonate reservoirs in which oil is uneconomically produced. The results from the current study indicate that the combination technique is an option that can improve the production of carbonate reservoirs. And a less quantity of alkali is consumed in the process.

Effects of flooding on coastal vegetation and salt marshes

This thesis examines the effects of flooding on coastal and salt marsh vegetation. I conducted a field experiment in Bellocchio Lagoon to test the effects of different inundation periods (Level 1 = 0.468 or 11.23 hours; Level 2 = 0.351 or 8.42 hours; Level 3 = 0.263 or 6.312 hours; Level 4 = 0.155 or 3.72 hours; Level 5 = 0.082 or 1.963 hours; Level 6 = 0.04 or 0.96 hours) on the growth responses and survival of the salt marsh grass Spartina maritima in summer 2011 and 2012. S. maritima grew better at intermediate inundation times (0,351 hours; 0,263 hours, 0,115 hours; 0,082 hours), while growth and survival were reduced at greater inundation periods (0,468 hours). The differences between the 2011 and 2012 experiment were mainly related to differences in the initial number of shoots (1 and 5, respectively in 2011 and 2012). In the 2011 experiment a significant lower number of plants was present in the levels 1 and 6, the rhizomes reached the max pick in level 4, weights was major in level 4, spike length reached the pick in level 3 while leaf length in level 2. In the 2012 experiment the plants in level 6 all died, the rhizomes were more present in level 3, weights was major in level 3, spike length reached the pick in level 3, as well as leaf length. I also conducted a laboratory experiment which was designed to test the effects of 5 different inundation periods (0 control, 8, 24, 48, 96 hours) on the survival of three coastal vegetation species Agrostis stolonifera, Trifolium repens and Hippopae rhamnoides in summer 2012. The same laboratory experiment was repeated in the Netherlands. In Italy, H. rhamnoides showed a great survival in the controls, a variable performance in the other treatments and a clear decrease in treatment 4. Conversely T. repens and A. stolonifera only survive in the control. In the Netherlands experiment there was a greater variability responses for each species, still at the end of the experiment survival was significantly smaller in treatment 4 (96 h of seawater inundation) for all the three species. The results suggest that increased flooding can affect negatively the survival of both saltmarsh and coastal plants, limiting root system extension and leaf growth. Flooding effect could lead to further decline and fragmentation of the saltmarshes and coastal vegetation, thereby reducing recovery (and thus resilience) of these systems once disturbed. These effects could be amplified by interactions with other co-occurring human impacts in these systems, and it is therefore necessary to identify management options that increase the resilience of these systems.

Effects of artificial defences and flooding on coastal habitats and assemblages

Since large stretches of European coasts are already retreating and projected scenarios are worsening, many artificial structures, such as breakwaters and seawalls, are built as tool against coastal erosion. However artificial structures produce widespread changes that alter the coastal zones and affect the biological communities. My doctoral thesis analyses the consequences of different options for coastal protection, namely hard engineering ‘artificial defences’ (i.e. impact of human-made structures) and ‘no-defence’ (i.e. impact of seawater inundation). I investigated two new aspects of the potential impact of coastal defences. The first was the effect of artificial hard substrates on the fish communities structure. In particular I was interested to test if the differences among breakwaters and natural rocky reef would change depending on the nature of the surrounding habitat of the artificial structure (prevalent sandy rather than rocky). The second was the effect on the native natural sandy habitats of the organic detritus derived from hard-bottom species (green algae and mussels) detached from breakwaters. Furthermore, I investigated the ecological implication of the “no-defend” option, which allow the inundation of coastal habitats. The focus of this study was the potential effect of seawater intrusion on the degradation process of marine, salt-marsh and terrestrial detritus, including changes on the breakdown rates and the associated macrofauna. The PhD research was conducted in three areas along European coasts: North Adriatic sea, Sicilian coast and South-West England where different habitats (coastal, estuarine), biological communities (soft-bottom macro-benthos; rocky-coastal fishes; estuarine macro-invertebrates) and processes (organic enrichment; assemblage structure; leaf-litter breakdown) were analyzed. The research was carried out through manipulative and descriptive field-experiments in which specific hypothesis were tested by univariate and multivariate analyses.

Leaf level VOC emissions of single plants from Amazonian and Mediterranean ecosystems: Ontogeny and flooding as stress factor for VOC emissions

Die Vegetation ist die wichtigste Quelle von organischen flüchtigen Verbindungen (auf Englisch volatile organic compounds,VOCs), die einen bemerkenswerten Einfluss auf der Chemie und Physik der Atmosphäre haben. VOCs beeinflussen die oxidative Kapazität der Atmosphäre und tragen zu der Bildung und zum Wachstum von sekundären organischen Aerosolen bei, welche einerseits eine Streuung und Reflektierung der Energie verursachen und andererseits sich an der Bildung und Entwicklung von Wolken beteiligen. Ziel dieser Arbeit war die Beschreibung und der Vergleich von VOC Emissionen aus Pflanzen aus zwei verschiedenen Ökosystemen: Mediterranes Ökosystem und Tropisches Ökosystem. Für diese Aufgabe wurden gewöhnliche Pflanzen von beiden Ökosystemen untersucht. Siebzehn Pflanzenspezies aus der Mittelmeergebiet, welches bekannt ist für seine Vielfalt an VOC emittierenden Pflanzen, wurden in die Untersuchungen einbezogen. Im Gegensatz zum mediterranen Ökosystem sind nur wenig Information verfügbar über VOC Emissionen aus Blättern tropischer Baumspezies. Vor diesem Hintergrund wurden sechsundzwanzig Baumspezies aus verschiedenen Ökotypen des Amazonasbeckens (Terra firme, Várzea und Igapó) wurden auf VOC Emissionen auf Blattebene mit einem Küvetten-System untersucht. Analysen von flüchtigen organischen Verbindungen wurden online mit PTR-MS und offline mittels Sammlung auf entsprechenden Adsorbern (Kartuschen) und nachfolgender GC-FID Analyse untersucht. Die höchsten Emissionen wurden für Isoprene beobachtete, gefolgt durch Monoterpene, Methanol und Aceton. Die meisten Mittelmeer Spezies emittierten eine hohe Vielfalt an Monoterpenspezies, hingegen zeigten nur fünf tropische Pflanzenspezies eine Monoterpene mit einen sehr konservativen Emissionsprofil (α-Pinen>Limonen>Sabinen >ß-Pinen). Mittelmeerpflanzen zeigten zusätzlich Emissionen von Sesquiterpenen, während bei der Pflanzen des Amazonas Beckens keine Sesquiterpenemissionen gefunden wurden. Dieser letzte Befund könnte aber auch durch eine niedrigere Sensitivität des Messsystems während der Arbeiten im Amazonasgebiet erklärt werden. Zusätzlich zu den Isoprenoidemissionen waren Methanolemissionen als Indikator für Wachtumsvorgänge sehr verbreitet in den meisten Pflanzenspezies aus tropischen und mediterranen Gebieten. Einige Pflanzenspezies beider Ökosystemen zeigten Acetonemissionen. rnrnVOC Emissionen werde durch eine große Vielfalt an biotischen und abiotischen Faktoren wie Lichtintensität, Temperatur, CO2 und Trockenheit beeinflusst. Ein anderer, öfter übersehener Faktor, der aber sehr wichtig ist für das Amazonas Becken, ist die regelmäßige Überflutung. In dieser Untersuchung wir fanden heraus, dass am Anfang einer Wurzelanoxie, die durch die Überflutung verursacht wurde, Ethanol und Acetaldehyd emittiert werden können, vor allem in Pflanzenspezies, die schlechter an eine unzureichende Sauerstoffversorgung bei Flutung adaptiert sind, wie z.B. Vatairea guianensis. Die Spezies Hevea spruceana, welche besser an Überflutung adaptiert ist, könnte möglicherweise der gebildete Ethanol sofort remetabolisieren ohne es zu emittieren. Nach einer langen Periode einer Überflutung konnte allerdings keine Emission mehr beobachtet werden, was auf eine vollständige Adaptation mit zunehmender Dauer schließen lässt. Als Reaktion auf den ausgelösten Stress können Isoprenoidemissionen ebenfalls kurzfristig nach einigen Tage an Überflutung zunehmen, fallen dann aber dann nach einer langen Periode zusammen mit der Photosynthese, Transpiration und stomatäre Leitfähigkeit deutlich ab.rnrnPflanzen Ontogenese ist anscheinend von Bedeutung für die Qualität und Quantität von VOC Emissionen. Aus diesem Grund wurden junge und erwachsene Blätter einiger gut charakterisierten Pflanzen Spezies aus dem Mittelmeerraum auf VOC Emissionen untersucht. Standard Emissionsfaktoren von Isopren waren niedriger in jungen Blättern als in erwachsene Blätter. Hingegen wurden höhere Monoterpen- und Sesquiterpenemissionen in jungen Blätter einiger Pflanzenspezies gefunden. Dieser Befund deutet auf eine potentielle Rolle dieser VOCs als Abwehrkomponenten gegen Pflanzenfresser oder Pathogene bei jungen Blätter hin. In einigen Fällen variierte auch die Zusammensetzung der Monoterpen- und Sesquiterpenspezies bei jungen und erwachsenen Blättern. Methanolemissionen waren, wie erwartet, höher in jungen Blättern als in ausgewachsenen Blättern, was mit der Demethylierung von Pectin bei der Zellwandreifung erklärt werden kann. Diese Befunde zu Änderungen der Emissionskapazität der Vegetation können für zukünftige Modellierungen herangezogen werden. rn

Geophysical Analysis of Seasonal Montandon Gravel Ridge Water Table Fluctuation and Moisture Gradient Variation due to Storm Events

The purpose of this research project is to continue exploring the Montandon Long-Term Hydrologic Research Site(LTHR) by using multiple geophysical methods to obtain more accurate and precise information regarding subsurface hydrologic properties of a local gravel ridge,which are important to both the health of surrounding ecosystems and local agriculture. Through using non-invasive geophysical methods such as seismic refraction, Direct Current resistivity and ground penetrating radar (GPR) instead of invasive methods such as boreholedrilling which displace sediment and may alter water flow, data collection is less likely to bias the data itself. In addition to imaging the gravel ridge subsurface, another important researchpurpose is to observe how both water table elevation and the moisture gradient (moisture content of the unsaturated zone) change over a seasonal time period and directly after storm events. The combination of three types of data collection allows the strengths of each method combine together and provide a relatively strongly supported conclusions compared to previous research. Precipitation and geophysical data suggest that an overall increase in precipitation during the summer months causes a sharp decrease in subsurface resistivity within the unsaturated zone. GPR velocity data indicate significant immediate increase in moisture content within the shallow vadose zone (< 1m), suggesting that rain water was infiltrating into the shallow subsurface. Furthermore, the combination of resistivity and GPR results suggest that the decreased resistivity within the shallow layers is due to increased ion content within groundwater. This is unexpected as rainwater is assumed to have a DC resistivity value of 3.33*105 ohm-m. These results may suggest that ions within the sediment must beincorporated into the infiltrating water.