ניסויי חקר הקשר בין גודל החלקיקים מתאן וספיחה מתוקף פצלי
Summary
אנו משתמשים מכשירים ספיחה איזותרמי, במנתח וספיחה gravimetric, כדי לבחון את יכולת ספיחה של גודל החלקיקים שונים של פצלי, כדי לברר את הקשר בין גודל החלקיקים לבין יכולת ספיחה של פצלי.
Abstract
כמות הספוחה פצלי גז הוא פרמטר מפתח בשימוש משאב פצלי גז והערכת בחירה באזור היעד, וזה גם תקן חשוב להערכת ערך כריית פצלי גז. כיום, מחקרים על הקשר בין חלקיקים בגודל של מתאן ספיחה שנויים במחלוקת. במחקר זה, משמש מנגנון ספיחה איזותרמי, במנתח וספיחה gravimetric, לבדוק את קיבולת ספיחה של גודל החלקיקים שונים פצלי כדי לקבוע את היחס בין גודל החלקיקים לבין יכולת ספיחה של פצלי. שיטת Thegravimetric דורש פחות פרמטרים, מפיקה תוצאות טובות יותר מבחינת דיוק ועקביות מאשר שיטות כמו השיטה הנפחי. מדידות gravimetric מתבצעים בארבעה שלבים: מדידה ריק preprocessing, מדידה ציפה, מדידות ספיחה, desorption. מדידה gravimetric נחשב כיום להיות שיטה יותר מדעי ומדויק של מדידת כמות ספיחה; עם זאת, זה זמן רב ודורש טכניקה מדידה קפדנית. איזון ההשעיה מגנטי (MSB) היא המפתח כדי לאמת את דיוק ועקביות של שיטה זו. התוצאות שלנו להראות כי קיבולת ספיחה, גודל החלקיקים נמצאים בקורלציה, אך לא מתאם ליניארי, את adsorptions של חלקיקים sieved לתוך רשתות 40-60, 60-80 נוטים להיות גדולים יותר. אנו מציעים כי מרבית ספיחה התואמים גודל החלקיקים הוא כ 250 מיקרומטר (60 mesh), שבירה פצלי גז.
Introduction
פצלי הוא סלע חימר עם סדין דק שמיכות, מבנה, אשר משמש גם סלע מקור פצלי גז וגם מאגר. פצלי יש חיזקו חזק המורכב של מיקרון-בקנה מידה ננו נקבוביות, graptolite מאובנים בדרך כלל מזוהה1,2,3.
פצלי גז הוא מנוצל באופן מסחרי בצלוחית יאנגצה, בדרום סין. כמו מערכת הדלק לא שגרתית המגישה סלע המקור והן מאגר עבור גז מתאן, פצלי גז נגזרת של החומר האורגני בתוך פצלות באמצעות תהליכים אימונופרוביוטיים ו/או תרמוגנית4,5. חנויות מאגרי הגז הטבעי נמצא באחת בשלוש צורות: חינם בתוך הנקבוביות ושברים, הספוחה הגז על פני השטח של חומר אורגני או מינרלים אורגניים, והגז התפרקה גז ב6,של ביטומן ומים –7. מחקרים קודמים מצביעים כי גז הספוחה חשבונות עבור 20-85% של הגז הכולל פצלי תצורות6. לפיכך, מחקר על יכולת ספיחה של פצלי, גורמי השליטה משמעותי חקר ופיתוח של משאב פצלי גז.
יכולת ספיחה מתאן של פצלי נרחב הוכר משתנה באופן משמעותי עם טמפרטורה, לחץ, לחות, בגרות, בהרכב המינרלים, חומר אורגני, סגולי1,4,5 6, ,7; מחקרים קודמים אישרו מתאם גדולה וברורה בין גורמים חיצוניים כמו טמפרטורה, לחץ, חום ולחות מתאן ספיחה.
עם זאת, מחקרים על הקשר בין גורמים פנימי כמו גודל החלקיקים, מתאן ספיחה שנויים במחלוקת. קאנג ג’י להציע כי קיבולת ספיחה מתאן של פצלי אותם דוגמאות גדל עם ירידה של חלקיקים בגודל8,14, בעוד Rupple, ג’אנג מאמינים הרלוונטיות בין גודל החלקיקים ספיחה הינה מוגבלת מבוסס על10,119,עקומות ספיחה איזותרמי. בנוסף, ללא תקנים עבור פרוטוקול הערכה פצלי גז ספיחה, מעבדות בסין החל בדרך כלל הפרוטוקולים הערכה ספיחה פחם להערכת פצלי גז ספיחה. כדי להבהיר את הקשר בין גודל החלקיקים ספיחה, כמו גם לחקור את אזור חיפושי פוטנציאליים, אנו להשיג דגימות פצלי ההפקדות פצלי ימיים עבים יצאתם Wuling בצלחת יאנגצה העליון. מנתח וספיחה gravimetric הוחל לנהל את איזותרמי. אני לא יודע ספיחה להשיג את הקשר בין גודל החלקיקים ספיחה.
השיטות נפחי ו- gravimetric הן השיטות העיקריות שנועדה לבדוק את ספיחה איזותרמי של פצלי. אחסון הוא הפרמטר מפתח השיטה נפחי, אשר מושפע בקלות טמפרטורה ולחץ12,13,14. בגלל חוסר הוודאות בניתוח שגיאה, התפשטות המצטבר במדידות ישירה באמצעות השיטה הנפחי לחישוב כמויות ספיחה מוביל טעות גדולה בתוצאות המדידה, הגורמת איזותרמה ספיחה חריגה של14 ,15. לעומת השיטה נפחי, שיטת gravimetric דורש פחות פרמטרים ותוצאות שגיאות קטנות יותר: כי המסה כולו, משקל ומסה של השיטה gravimetric אינם מושפעים הטמפרטורה ולחץ12. היא נחשבת שיטה מדעית יותר מדויק למדידת כמות theadsorption של ספיחה כיום.
מנתח וספיחה gravimetric משמש בניסוי זה, אשר יש לכל היותר בדיקות הלחץ של 70 MPa (700 בר), בטמפרטורה של 150 מעלות צלזיוס. טמפרטורה, הלחץ הנוצר על ידי מכשירים ישנים יותר נמוכים מדי toaccurately לדמות של טמפרטורה ולחץ של היווצרות עמוק מתחת לאדמה. המפתח באמצעות מנגנון ניתוח וספיחה מגיע האיזון ההשעיה מגנטי עבור מדויק במשקל דגימת החומר, עם דיוק של 10 µg. המנגנון מאמצת את מצב חימום במחזור שמן אמבט, טווח הטמפרטורות שבו יכול להיות נשלט במשך זמן רב בתוך 0.2 ° C. הדיוק של מכשירים ישנים הוא נמוך, ובכך השגיאה יהיה גדול מזה שהושג עם מכשירים חדשים. הפעולות ניסיוני מבוצעים עם התוכנה שסופקו על-ידי המנגנון. מערכת ההפעלה יעודכנו באופן קבוע כדי להבטיח שהניתוח קרוב תנאי המחתרת בפועל12.
איזון ההשעיה מגנטי (MSB) משמש בשיטה gravimetric כדי לבדוק את ספיחה איזותרמי מתאן של פצלי ללא מגע ישיר בין הדגימה את הציוד, בטמפרטורה רגילה ובלחץ. המדגם מונחת בבריכה מדידה, שבו ניתן להעביר את המשקל של המדגם האיזון דרך השעיה ללא מגע צימוד מנגנון12,13. תחת האיזון, יש מגנט על תנאי, נשלט על ידי הקונטרולרים שתוכנן במיוחד המאפשר התליה חינם של המגנט הקבוע להלן. המגנט הקבוע מחבר את חיישן מיקום, הדגימה עם המסגרת צימוד. הפונקציה של המסגרת צימוד היא זוג או הזיווג שבין המכולה מדגם מגנט קבוע התליה מוט14,15,16.
הדגימות נמדד שלנו הם שחור אורגני עשיר שיילס שהופקדו facies ימית של היווצרות מקסי ארוכות, Silurian נמוך ב- Daozhen, בפרובינצית. לתחום המחקר נמצא סאג Wuling, הלוח העליון יאנגצה, שגובל אגן סיצ’ואן צפון-מערב, אזור ההר Xuefeng טקטוניים מערב17. סאג Wuling אזור מעבר בין אגן סיצ’ואן אזור טקטוניים Xuefeng הרים, שזכה ים רדוד-עמוק מדף פיקדונות, והעברת מבניים, ימית פצלי שחור נרחב פיתחה את סילור מוקדם; סאג היה אז בחריפות נקודות המגע המוצגים על-ידי אירועים טקטוניים כמו הודו-סין תנועה, תנועה Yanshan והתנועה ההימליה, שבו נוצר קפלי multistage, תקלות, unconformities18. ימית פצלות שחור בסאג Wuling משמעותית הושפעה התנאים גיאולוגי מורכב, שבו נוצר עתודות פצלי הגז. כמו אזור העברה מבניים, סאג הוא הנקודה המתוקה לחקר פצלי גז, אשר מאופיין על ידי עיוות חלש יותר, טוב יותר פצלי גז דור שימור, וכל התנאים ההתאמה שבר טבעי יותר של מלכודות19.
וספיחה בלחץ גבוה המדידות נערכות בהתבסס על הליך סטנדרטית עם ההדרכה של פרוטוקול המנגנון ספיחה איזותרמי, אשר היה באופן מקיף הרחיב על פרסומים מספר10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. הניסויים ספיחה איזותרמי הושלמו ב מעבדה מפתח של פצלי שמן, גז החקירה, הערכה של האקדמיה הסינית של מדעי. מדידה gravimetric מתבצעת עם איזון ההשעיה מגנטי (MSB) מבוצעת בארבעה שלבים: מדידה ריק, preprocessing, מדידה ציפה, ומדידה של ספיחה, desorption (איור 1, איור 2).
Protocol
Representative Results
Discussion
החומרים ששימשו בניסוי זה מוצגים בטבלה של חומרים. לפני הבריכה מדגם מוסר, זה יש לאשר כי טמפרטורה, לחץ בתוך הבריכה מדגם הם-לחץ וטמפרטורה רגילים; אחרת, יש סכנה של פציעה. אם הטמפרטורה גבוהה מדי, המתן הטמפרטורה טיפה ואז להסיר מדגם בריכה. אם הלחץ הוא גבוה מדי או נמוך מדי, באופן ידני להגדיר ל…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הרבה סיוע סופק על ידי מהנדס הכנופיה חן וטאו זאנג. עבודה זו מבחינה כלכלית נתמך על ידי את הגדולות המדינה מחקר פיתוח תוכנית סין (No.2016YFC0600202 גרנט), סין הגיאולוגי של (הרמטכ ל, מס ‘ גרנט DD20160183). אנו מודים הבודקים אנונימי על הערותיהם בונה את הנייר הזה השתפר מאוד.
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).
