دراسة تجريبية للعلاقة بين حجم الجسيمات، والقدرة على امتصاص غاز الميثان في الصخري
Summary
ونحن نستخدم جهاز امتزاز متحاور، محلل امتزاز الجاذبية، لاختبار قدرة الامتزاز أحجام الجسيمات المختلفة من الزيت الصخري، بغية معرفة العلاقة بين حجم الجسيمات، وقدرة الامتزاز الصخري.
Abstract
كمية الغاز الممتزة الصخري معلمة رئيسية المستخدمة في تقييم موارد الغاز الصخري وتحديد المنطقة المستهدفة، وأيضا معيار هام لتقييم قيمة استخراج الغاز الصخري. حاليا دراسات حول العلاقة بين الامتزاز الميثان وحجم الجسيمات المثيرة للجدل. في هذه الدراسة، يتم استخدام جهاز امتزاز متحاور، محلل امتزاز الجاذبية، لاختبار قدرة الامتزاز أحجام الجسيمات المختلفة في الصخري لتحديد العلاقة بين حجم الجسيمات، وقدرة الامتزاز الصخري. الأسلوب ثيجرافيميتريك يتطلب معلمات أقل وتنتج نتائج أفضل من حيث الدقة والاتساق من أساليب مثل الأسلوب الحجمي. وتجري قياسات الجاذبية في أربع خطوات: قياس فارغة وتجهيزها، وقياس الطفو وقياسات الامتزاز والامتزاز. قياس الجاذبية ويعتبر حاليا أن تكون طريقة أكثر علمية ودقيقة لقياس مقدار الامتزاز؛ ومع ذلك، تستغرق وقتاً طويلاً وتتطلب تقنية قياس دقيق. التوازن تعليق المغناطيسي (MSB) هو المفتاح للتحقق من دقة واتساق هذا الأسلوب. وتظهر النتائج أن ترتبط قدرة الامتزاز وحجم الجسيمات، ولكن عدم وجود علاقة خطية، وأدسوربشنز في جزيئات غربلة إلى تنسجم 40-60 و 60-80 تميل إلى أن تكون أكبر. ونحن نقترح أن الامتزاز الأقصى المقابل لحجم الجسيمات هو حوالي 250 ميكرومتر (60 مش) في كسر الغاز الصخري.
Introduction
الزيتي هو صخرة طين مع ورقة رقيقة من الفراش، الهيكل، الذي يخدم كصخرة مصدر غاز الصخري وخزان. الصخري، تباين قوية تتكون من نانو وميكرون الحجم المسام واحافير جرابتوليتي المعترف بها عموما1،،من23.
الغاز الصخري يتم استغلالها تجارياً في لوحة اليانغتسى، جنوب الصين. كنظام غاز غير تقليدية الذي يخدم كمصدر صخرة وخزان لغاز الميثان، مستمدة من المادة العضوية داخل الصخري من خلال العمليات الأحيائية و/أو حرارة4،5الغاز الصخري. يتم تخزين الغاز الطبيعي في الخزانات في واحد من ثلاثة أشكال: تمتز الغاز على سطح المادة العضوية أو المعادن غير العضوية والغاز مجاناً في المسام والكسور، وحل الغاز في المياه والبيتومين6،7. تشير الدراسات السابقة إلى أن يمثل الغاز الممتزة 20-85 في المائة من إجمالي الغاز في تشكيلات الصخري6. ولذلك، البحوث المتعلقة بقدرة الامتزاز الصخري والعوامل المتحكمة في هامة لاستكشاف وتطوير موارد الغاز الصخري.
قدرة الامتزاز الميثان الصخري تم الاعتراف على نطاق واسع باعتباره متفاوتة إلى حد كبير مع درجة الحرارة والضغط والرطوبة، النضج، وتشكيل المعادن، والمواد العضوية ومساحة محددة1،4،5 ،،من67؛ وقد أكدت الدراسات السابقة وجود ترابط أكبر حجماً وأكثر وضوحاً بين العوامل الخارجية مثل درجة الحرارة والضغط والامتزاز والرطوبة وغاز الميثان.
ومع ذلك، دراسات عن الترابط بين العوامل الجوهرية مثل حجم الجسيمات وامتزاز غاز الميثان مثيرة للجدل. كانغ والجماعة الإسلامية تشير إلى أن قدرة الامتزاز الميثان من نفس الزيادات العينات الصخري مع انخفاض في حجم الجسيمات8،14، بينما يرى صلة بين حجم الجسيمات والامتزاز روبل وتشانغ المحدودة استناداً إلى منحنيات الامتزاز متحاور9،،من1011. وباﻹضافة إلى ذلك، دون معايير لبروتوكول تقييم امتزاز غاز الصخري، المختبرات في الصين عادة تطبيق بروتوكولات التقييم امتزاز الفحم لتقييم امتزاز الغاز الصخري. لتوضيح العلاقة بين حجم الجسيمات والامتزاز، فضلا عن التحقيق في منطقة استكشاف المحتملين، حصلنا على عينات الصخري من رواسب سميكة من الزيت الصخري البحري تبلد ولينغ في لوحة اليانغتسى الأعلى. طبق هو محلل امتزاز الجاذبية لقواعد السلوك متحاور الحصول اكسبيريمينتاند الامتزاز على العلاقة بين حجم الجسيمات والامتزاز.
أساليب الحجمي والجاذبية هي الطرق الرئيسية المستخدمة لاختبار الامتزاز متحاور للزيت الصخري. وحدة التخزين هي المعلمة الرئيسية لأسلوب الحجمي، الذي يتأثر بسهولة بدرجة الحرارة والضغط12،،من1314. بسبب عدم اليقين في تحليل الأخطاء، نشر التراكمية في القياسات المباشرة باستخدام الأسلوب الحجمي لحساب المبالغ الامتزاز يؤدي إلى خطأ كبير في نتائج القياس، مما يتسبب الشاذ امتزاز الايسوثرم14 ،15. بالمقارنة مع الأسلوب الحجمي، أسلوب قياس الجاذبية يتطلب معلمات أقل وينتج عن أخطاء الأصغر: لأنه هو المحافظة الكتلة، بالوزن والكتلة لطريقة قياس الجاذبية لا تتأثر بدرجة الحرارة والضغط12. ويعتبر أسلوب أكثر علمية ودقيقة لقياس مقدار ثيدسوربشن الامتزاز في الوقت الحاضر.
يستخدم هو محلل امتزاز الجاذبية في هذه التجربة، التي لديها حد أقصى اختبار الضغط 70 الآلام والكروب الذهنية (700 بار) ودرجة حرارة 150 درجة مئوية. درجات الحرارة والضغوط المتولدة عن الأجهزة القديمة منخفضة جداً محاكاة تواككوراتيلي درجة الحرارة والضغط لتشكيل عميقة تحت الأرض. المفتاح لاستخدام جهاز تحليل امتصاص هو التوصل إلى التوازن المغناطيسي تعليق لدقة وزنها بالمواد عينة، مع دقة من 10 ميكروغرام. ويعتمد الجهاز وضع تدفئة حمام نفط المتداولة ويمكن التحكم في درجات الحرارة لفترة طويلة إلى داخل 0.2 درجة مئوية. منخفض دقة جهاز قديم، وهكذا سيكون الخطأ أكبر من تلك التي تم الحصول عليها مع الصكوك الأحدث. وتجري العمليات التجريبية مع البرامج المقدمة من الجهاز. سيتم تحديث نظام التشغيل بشكل منتظم للتأكد من التحليل الذي يقع بالقرب من الظروف الفعلية تحت الأرض12.
توازن تعليق مغناطيسي (MSB) يستخدم في أسلوب قياس الجاذبية لاختبار الامتزاز متحاور الميثان من الزيت الصخري دون الاتصال المباشر بين العينة والمعدات، وفي درجات الحرارة العادية والضغط. يتم وضع العينة في حمام السباحة قياس، الذي يمكن أن ينتقل وزن العينة إلى التوازن من خلال تعليق عدم الاتصال اقتران إليه12،13. في ظل التوازن، هناك مغناطيس مع وقف التنفيذ، يسيطر عليها وحدة تحكم مصممة خصيصا تسمح الحرة تعليق المغناطيس الدائم أدناه. مغناطيس دائم يربط استشعار الموقف وحاوية العينة مع الإطار اقتران. هو وظيفة الإطار اقتران زوجين أو فصل حاوية العينة إلى مغناطيس دائم تعليق قضيب14،،من1516.
لدينا عينات المقاسة تتعلق العضوية الغنية بالأسود المودعة في السحنة البحرية لتشكيل “ماكسي طويلة”، “سيلوريان السفلي” في دوجن، مقاطعة قويتشو. مجال البحث في تبلد ولينغ، لوحة اليانغتسى العلوي، التي تحدها من حوض سيتشوان إلى الشمال الغربي والمنطقة الجبلية شيويه التكتونية إلى جنوب غرب17. تبلد ولينغ هو نقل الهيكلية ومنطقة انتقالية بين حوض سيتشوان ومنطقة الجبال شيويه التكتونية، التي تلقي الودائع الجرف الضحلة-أعماق البحار، ووضعت الصخري الأسود البحرية على نطاق واسع خلال Silurian المبكر؛ ثم تم فرضه تبلد بشدة الأحداث التكتونية مثل الحركة الهندية-الصينية، وحركة يانشان، وحركة جبال الهيمالايا، التي تشكل طيات متعددة المراحل وأخطاء أونكونفورميتيس18. الصخري الأسود البحرية في تبلد ولينغ قد تأثر إلى حد كبير بالظروف الجيولوجية المعقدة، التي شكلت احتياطيات الغاز الصخري. كمنطقة نقل هيكلي، هو تبلد بقعة الحلو للتنقيب عن الغاز الصخري، الذي يتميز تشوه أضعف وتوليد الغاز الصخري أفضل والحفاظ على الشروط ومطابقة الكسر الطبيعية أفضل من الفخاخ19.
وتجري قياسات امتصاص الضغط العالي استناداً إلى إجراءات موحدة، بتوجيه البروتوكول جهاز الامتزاز متحاور، التي قد قد أعدت على نحو شامل في عدة منشورات10،11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16-وأنجزت تجارب الامتزاز متحاور في مختبر مفتاح من الزيت الصخري والغاز التحقيق والتقييم للأكاديمية الصينية لعلوم الأرض. يتم قياس الجاذبية الاضطلاع برصيد تعليق مغناطيسي (MSB) في أربع خطوات: قياس فارغة وتجهيزها، وقياس الطفو وقياس الامتزاز والامتزاز (الشكل 1و الشكل 2).
Protocol
Representative Results
Discussion
وترد في الجدول للموادالمواد المستخدمة في هذه التجربة. قبل إزالة تجمع العينة، فإنه يجب تأكيد أن درجات الحرارة والضغط في تجمع العينة في الضغط العادي ودرجة حرارته طبيعية؛ خلاف ذلك، هناك خطر الإصابة. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة للغاية، الانتظار لدرجة الحرارة إلى الانخفاض، ومن ثم ت?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
قدمت الكثير من المساعدة ومهندس عصابة تشن تشانغ تاو. هذا العمل كان يدعمها ماليا الرئيسية الدولة بحوث تطوير البرنامج في الصين (منحة No.2016YFC0600202)، والمسح الجيولوجي في الصين (كلية الدراسات العليا، رقم المنحة DD20160183). ونحن نشكر المراجعين المجهولين على تعليقاتهم البناءة التي تحسن كبير في هذه الورقة.
Materials
| XRF D8 DISCOVER X-Ray diffractometer | Brook,Germany | 204458 | For mineralogy X-ray diffraction |
| EBSD three element integration system with spectrum | EDAX,USA | Trident XM4 | For nanoscale imaging (SEM) |
| Mercury injection capillary pressure (MICP) | USA micromeritics Instrument company | AutoPore IV 9520 | For the immersion method to measure macropores(Porosity) |
| Nitrogen gas adsorption at low temperature | USA micromeritics Instrument company | ASAP2460/2020 | For the low pressure nitrogen gas adsorption to measure mesopores and micropores(BET) |
| Finnigan MAT-252 mass spectrometer | ThermoFinnigan,USA | TRQ/Y2008-004 | For C isotope |
| LECO CS-230 analyzer | Research Institute of Petroleum Exploration and Development | 617-100-800 | TOC apparatus |
| 3Y-Leica MPV-SP photometer microphotometric system | Leica,Germany | M090063016 | Ro apparatus |
| Magnetic Suspension Balance Isothermal adsorption analyzer | Rubotherm,Germany | 2015-1974CHN | For methane adsorption tests |
| Sieve(20/40/60/80/100/120mesh) | Sinopharm Chemical Reagent Beijing Co.Ltd | 200*50GB6003.102012 | Used to screen samples |
| Absorbent cotton, hammer, tweezers and acetaldehyde | Sinopharm Chemical Reagent Beijing Co.Ltd | standard | Used to clean materials |
| Residual gas tight grinder | Nantong Huaxing Petroleum Instrument Co., Ltd | TY2013000237 | Sample smasher |
Referencias
- Strapoc, D., Mastalerz, M., Schimmelmann, A., Drobniak, A. Geochemical constraints on the origin and volume of gas in the New Albany Shale (Devonian-Mississippian), eastern Illinois Basin. AAPG Bulletin. 94, 1713-1740 (2010).
- Loucks, R. G., Ruppel, S. C. Mississippian Barnett Shale: Lithofacies and depositional setting of a deep-water shale-gas succession in the Fort Worth Basin, Texas. AAPG Bulletin. 91, 579-601 (2007).
- Curtis, J. B. Fractured shale-gas systems. AAPG Bulletin. 86, 1921-1938 (2002).
- Montgomery, S. L., Jarvie, D. M., Bowker, K. A., Pallastro, R. M. Mississippian Barnett Shale, Fort Worth basin, north-central Texas: Gas-shale play with multitrillion cubic foot potential. AAPG Bulletin. 89, 155-175 (2005).
- Jia, C. Z., Zheng, M., Zhang, Y. F. Unconventional hydrocarbon resources in China and the prospect of explora exploration and development. Petroleum Exploration and Development. 39 (2), 129-136 (2012).
- Hou, Y. G., et al. Effect of pore structure on methane sorption potential of shales. Petroleum Exploration and Development. 41 (2), 272-281 (2014).
- Chalmers, G. R., Bustin, R. M. The organic matter distribution and methane capacity of the lower cretaceous strata of northeastern British Columbia, Canada. International Journal of Coal Geology. 70 (1-3), 223-239 (2007).
- Kang, Y. L., et al. Effect of particle size on methane sorption capacity of shales. Natural Gas Geoscience. 28 (2), 272-279 (2017).
- Wang, R., et al. Adsorption influence factors and characteristics of adsorption isotherm for shale to methane. Natural Gas Geoscience. 26 (3), 580-591 (2015).
- Ruppel, T. C. Adsorption of methane on dry coal at elevated pressure. Fuel. 53, 152-162 (1974).
- Zhang, G. D., Han, Y. K., He, Z. P., Gao, X. Y., Chen, H. Z. The sample particle size on the adsorption capacity of the experimental study on the effect of shale gas. Exploration and Development. 6, 110-116 (2016).
- Ross, D. J., Bustin, R. M. Impact of mass balance calculations on adsorption capacities in microporous shale gas reservoirs. Fuel. 86 (17), 696-706 (2007).
- Gasparik, M., et al. High-pressure methane sorption isotherms of black shales from The Netherlands. Energy & Fuels. 26 (8), 4995-5004 (2012).
- Ji, L. M., Luo, P. Effect of sample size on volumetric determination of methane adsorption in clay minerals. Natural Gas Geoscience. 23 (3), 535-549 (2012).
- Wang, S., et al. The methane sorption capacity of Paleozoic shales from the Sichuan Basin, China. Marine and Petroleum Geology. 44 (3), 112-119 (2013).
- Zhang, X. D., Sang, S. X., Qin, Y. Isotherm adsorption of coal samples with different grain size. Journal of China University of Mining and Technology. 34, 427-432 (2005).
- Wang, Z. X., et al. A discussion on the structural deformation and oil/gas traps on the western side of the Xuefeng Mountain. Geological Bulletin of China. 31 (11), 1812-1825 (2012).
- Xu, Z. Y., Liang, X., Wang, X. W. Controlling factors for shale gas sweet spots distribution in the Upper Yangtze region: a case study of the Upper Ordovician Wufeng Fm-Lower Silurian Longmaxi Fm, Sichuan Basin. Natural Gas Industry. 36 (9), 35-43 (2016).
- Chalmers, G. L., Bustin, R. M. Lower cretaceous gas shales in northeastern British Columbia, Part I: geological controls on methane sorption capacity. Bulletin of Canadian Petroleum Geology. 56 (1), 1-21 (2008).
- Tan, J. Q., et al. Shale gas potential of the major marine shale formations in the Upper Yangtze Platform, South China, Part II: methane sorption capacity. Fuel. 129 (4), 204-218 (2014).
- Zhao, Y. J., et al. Study of impact factors on shale gas adsorption and desorption. Natural Gas Geoscience. 25 (6), 940-946 (2014).
- Xue, H. Q., et al. Adsorption capability and aperture distribution characteristics of shales: taking the Longmaxi Formation shale of Sichuan Basin as an example. Acta Petrolei Sinca. 34 (5), 826-832 (2013).
- . U.S. Shale Gas: An Unconventional Resource. Unconventional Challenges. Halliburton Energy Services. , (2008).
- Zhang, L. H., et al. Adsorption capacity and controlling factors of the Lower Silurian Longmaxi Shale Play in southern Sichuan Basin. Natural Gas Industry. 34 (12), 63-69 (2014).
- Gasparik, M., et al. Geological controls on the methane storage capacity in organic-rich shales. International Journal of Coal Geology. 123 (2), 34-51 (2014).
- . Technically Recoverable Shale Oil and Shale Gas Resources: An Assessment of 137 Shale Formations in 41 Countries Outside the United States. U.S. Energy Information Administration. , (2013).
- Gao, H. Q., et al. Isotherm adsorption characteristic of marine and continental shale and its controlling factors. Natural Gas Geoscience. 24 (6), 1290-1297 (2013).
- Josh, M., et al. Laboratory characterization of shale properties. Journal of Petroleum Science and Engineering. 88-89 (2), 107-124 (2012).
- Li, W. G., et al. A new model for shale adsorption gas amount under a certain geological condition of temperature and pressure. Natural Gas Geoscience. 23 (4), 791-796 (2012).
- Robens, E., Keller, J. U., Massen, C. H., Staudt, R. Sources of error in sorption and density measurements. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 55, 383-387 (1999).
- Keller, J. U., Stuart, R. . Gas Adsorption Equilibria: Experimental Methods and Adsorptive Isotherms. , (2005).
- Ji, W. M., et al. Geological controls and estimation algorithms of lacustrine shale gas adsorption capacity: A case study of the Triassic strata in the southeastern Ordos Basin, China. International Journal of Coal Geology. 134-135 (1), 61-73 (2014).
- Liang, M. L., et al. Evolution of pore structure in gas shale related to structural deformation. Fuel. 197, 310-319 (2017).
