Studio sperimentale della relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento di metano in scisto

Summary

Usiamo un apparato di isoterma di adsorbimento, l’analizzatore di assorbimento gravimetrico, per testare la capacità di adsorbimento di diversa granulometria di scisto, al fine di scoprire la relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento di scisto.

Abstract

La quantità di gas di scisto adsorbito è un parametro chiave utilizzato nella valutazione delle risorse di shale gas e selezione dell’area di destinazione, ed è anche un importante standard per valutare il valore di estrazione del gas di scisto. Attualmente, gli studi sulla correlazione tra adsorbimento di metano e di dimensioni delle particelle sono controversi. In questo studio, un apparato di isoterma di adsorbimento, l’analizzatore di assorbimento gravimetrico, viene utilizzato per verificare la capacità di adsorbimento di diversa granulometria in scisto per determinare la relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento di scisto. Thegravimetric metodo richiede meno parametri e produce risultati migliori in termini di accuratezza e la coerenza di metodi come il metodo volumetrico. Gravimetrici misurazioni eseguite in quattro passi: una misurazione vuota, pre-elaborazione, una misura di galleggiabilità e misure di adsorbimento e desorbimento. Misura gravimetrica è attualmente considerata un metodo più scientifico e preciso di misurazione della quantità di adsorbimento; Tuttavia, è che richiede tempo e richiede una rigorosa tecnica di misurazione. Un equilibrio di sospensione magnetica (MSB) è la chiave per verificare l’accuratezza e la coerenza di questo metodo. I nostri risultati indicano che la capacità di adsorbimento e la dimensione delle particelle sono correlate, ma non una correlazione lineare e gli adsorbimenti in particelle setacciate in 40-60 e 60-80 maglie tendono ad essere più grandi. Proponiamo che l’adsorbimento massimo corrispondente alla dimensione delle particelle è di circa 250 µm (60 maglie) in gas di scisto, la fratturazione.

Introduction

Shale è una roccia di argilla con un sottile foglio di struttura, che serve sia come una roccia di fonte del gas di scisto e un serbatoio di lenzuola. Scisto ha una forte anisotropia costituito da pori su scala nanometrica e micron, e graptoliti fossili sono comunemente riconosciuti^1,2,3.

Gas di scisto è stato sfruttato commercialmente nella piastra di Yangtze, Cina meridionale. Come un sistema di gas non convenzionale che serve sia come una roccia di origine e un serbatoio per il metano, gas di scisto è derivato da materia organica all’interno l’argillite attraverso processi biogenici e/o termogenico^4,5. Depositi di gas naturale in serbatoi sono in una delle tre forme: gas libero in pori e fratture, adsorbito gas sulla superficie della materia organica o minerali inorganici e disciolto gas in acqua e bitume^6,7. Gli studi precedenti suggeriscono che il gas adsorbiti account per 20-85% del totale gas scisto formazioni⁶. Quindi, ricercare la capacità di adsorbimento di scisto e suoi fattori di controllo sono significativi per l’esplorazione e lo sviluppo di risorse di gas di scisto.

La capacità di adsorbimento di metano di scisto è stato ampiamente riconosciuta come significativamente variano con la temperatura, pressione, umidità, maturità, composizione minerale, materia organica e superficie specifica^{1,4,5 ,6,7}; e gli studi precedenti hanno confermato una più grande e più chiara correlazione tra fattori esterni come temperatura, pressione e umidità e metano adsorbimento.

Tuttavia, gli studi sulla correlazione tra fattori intrinseci come dimensione delle particelle e adsorbimento di metano sono controverse. Kang e Ji suggeriscono che la capacità di adsorbimento di metano della stessa shale campioni aumenta con una diminuzione nella particella dimensione^8,14, considerando che Rupple e Zhang credere la pertinenza tra la dimensione delle particelle e l’adsorbimento è limitata basato sul isoterma di adsorbimento curve^9,10,11. Inoltre, senza norme per un protocollo di valutazione adsorbimento di gas shale, laboratori in Cina in genere applicano i protocolli di valutazione di adsorbimento carbone per valutare l’adsorbimento di gas di scisto. Per chiarire il rapporto fra dimensione delle particelle e l’adsorbimento, nonché a indagare su una zona di esplorazione prospettico, abbiamo ottenuto i campioni di scisto dai depositi spessi marine shale del Wuling Sag nella piastra di Yangtze superiore. Un analizzatore di assorbimento gravimetrica è stato applicato per condurre l’isoterma adsorbimento sperimentaree ottenere il rapporto fra la dimensione delle particelle e l’adsorbimento.

I metodi volumetrici e gravimetrici sono i principali metodi utilizzati per testare l’adsorbimento isotermico di scisto. Il volume è il parametro chiave del metodo volumetrico, che è facilmente influenzato dalla temperatura e pressione^12,13,14. A causa di incertezza nell’analisi di errore, la propagazione cumulativa in misure dirette utilizzando il metodo volumetrico per calcolare gli importi di adsorbimento conduce ad un grande errore nei risultati di misurazione, che provoca un’isoterma di adsorbimento anormale^{14 ,15}. Confrontato con il metodo volumetrico, il metodo gravimetrico richiede meno parametri e si traduce in più piccoli errori: perché la massa è conservata, il peso e la massa del metodo gravimetrico non sono influenzati dalla temperatura e pressione¹². È considerato un metodo più scientifico e preciso per misurare la quantità di theadsorption di adsorbimento al momento.

Un analizzatore di assorbimento gravimetrica è utilizzato in questo esperimento, che ha un massimo di prova pressione di 70 MPa (700 bar) e temperatura di 150 ° C. La temperatura e la pressione generata dagli apparecchi più vecchi sono troppo bassi toaccurately simulare la temperatura e la pressione della formazione sottoterra. La chiave per utilizzare un apparato di analisi di assorbimento è raggiungere l’equilibrio di sospensione magnetica per pesare con precisione il materiale del campione, con una precisione di 10 µ g. L’apparecchio adotta una modalità di riscaldamento vasca olio circolante e l’intervallo di temperatura può essere controllato per un lungo tempo a entro 0,2 ° C. La precisione di un vecchio apparato è bassa, e quindi l’errore sarebbe maggiore di quella ottenuta con gli strumenti più recenti. Le operazioni sperimentali vengono eseguite con il software fornito con l’apparecchio. Il sistema operativo verrà aggiornato regolarmente per garantire che l’analisi è vicino le effettive condizioni di sottosuolo¹².

Un equilibrio di sospensione magnetica (MSB) è utilizzato nel metodo gravimetrico per testare l’adsorbimento isotermici di metano di scisto senza contatto diretto tra il campione e le attrezzature, in pressione e temperatura normale. Il campione è posto in piscina misura, in cui il peso del campione possa essere trasmessi per l’equilibrio attraverso una sospensione senza contatto accoppiamento meccanismo^12,13. Sotto l’equilibrio, c’è un magnete sospeso, controllato da un regolatore appositamente progettato che permette la sospensione del magnete permanente qui sotto. Il magnete permanente si collega il sensore di posizione e il contenitore del campione con il telaio di accoppiamento. La funzione del giunto telaio è per coppie o disaccoppiare il contenitore del campione per il magnete permanente sospensione asta^14,15,16.

I nostri campioni misurati sono scisti neri ricchi di organici depositati in facies Marina della formazione lungo Maxi, Siluriano inferiore a Daozhen, nella provincia di Guizhou. L’area di ricerca è nel Wuling Sag, piastra Yangtze superiore, che confina con il bacino di Sichuan per il nord-ovest e la zona tettonica di Xuefeng montagna al sud-ovest¹⁷. L’abbassamento di Wuling è un trasferimento strutturale e la zona di transizione tra il bacino di Sichuan e Xuefeng Mountain zone tettoniche, che ha ricevuto i depositi di mare poco profondo-profondo mensola, e scisti neri marini è stato ampiamente sviluppato durante il Siluriano precoce; il sag è stata quindi fortemente sovrapposti da eventi tettonici come il movimento di Indo-China, Yanshan movimento e movimento dell’Himalaya, che formano pieghe multistadio, errori e discordanze¹⁸. Il marini scisti neri nel Wuling Sag sono stato influenzato significativamente dalle condizioni geologiche complesse, che formavano le riserve di gas di scisto. Come una zona di trasferimento strutturale, il sag è il punto dolce per esplorazione di gas di scisto, che è caratterizzata da una deformazione più debole, migliore generazione di gas di scisto, condizioni di conservazione e un migliore abbinamento naturale frattura del trappole¹⁹.

Misure di assorbimento assorbimento ad alta pressione sono condotte basata su una procedura standardizzata con la guida del protocollo apparato isoterma di adsorbimento, che è stato completamente elaborato su diverse pubblicazioni^{10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16}. gli esperimenti di adsorbimento isotermici sono stati completati nel laboratorio chiave di Shale Oil e Gas indagine e valutazione dell’Accademia cinese di geoscienze. Una misurazione gravimetrica effettuata con un equilibrio di sospensione magnetica (MSB) avviene in quattro passaggi: una misura vuota, pre-elaborazione, una misura di galleggiabilità e una misurazione di adsorbimento e desorbimento (Figura 1, Figura 2).

Protocol

1. preparazione del campione Caratterizzazione del campione Misurare il carbonio organico totale (TOC), utilizzando un apparato TOC (Vedi Tabella materiali) a una temperatura di 20 ° C e un’umidità relativa del 65% (per standard GB/T 19145-2003). Eseguire una misurazione di riflettanza vitrinite su lucidati sezioni di scisto utilizzando un microscopio di Fotometro (Vedi Tabella materiali). Campione di lava…

Representative Results

Figura 1 : Set-up sperimentale per adsorbimento di gas gravimetrico alle alte temperature e pressioni. Questa figura mostra il set-up per l’esperimento di isoterma di adsorbimento: (un) l’olio bagno riscaldamento dispositivo per il bagno di liquido; dispositivo (b) il riscaldamento elettrico per il riscaldamento elettrico; (<s…

Discussion

I materiali utilizzati in questo esperimento sono mostrati nella Tabella materiali. Prima che il pool di campione viene rimosso, deve essere confermato che la temperatura e la pressione nella piscina del campione sono al normale pressione e temperatura normale; in caso contrario, c’è un pericolo di lesioni. Se la temperatura è troppo alta, attendere che la temperatura a goccia e poi togliele campione piscina. Se la pressione è troppo alta o troppo bassa, regolare la pressione dell’aria sul software e …

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