Experimentele studie van de relatie tussen deeltjesgrootte en methaan Sorption capaciteit in leisteen

Summary

We gebruiken een isothermische adsorptie-apparaat, de gravimetrische sorptie analyzer, voor het testen van de capaciteit van de adsorptie van verschillende deeltjesgrootte van leisteen, om te achterhalen van de relatie tussen deeltjesgrootte en de capaciteit van de adsorptie van leisteen.

Abstract

De hoeveelheid geadsorbeerde leisteen gas is een belangrijke parameter gebruikt in leisteen gas resource evaluatie en de selectie van het gebied van de doelgroep, en het is ook een belangrijke standaard voor de beoordeling van de waarde van de mijnbouw van leisteen gas. Momenteel zijn de studies over de correlatie tussen deeltje grootte en methaan adsorptie controversieel. In deze studie wordt een isothermische adsorptie-apparaat, de gravimetrische sorptie-analyzer, gebruikt voor het testen van de capaciteit van de adsorptie van verschillende deeltjesgrootte in leisteen om te bepalen van de relatie tussen de deeltjesgrootte en de capaciteit van de adsorptie van leisteen. Thegravimetric methode minder parameters vereist en betere resultaten in termen van nauwkeurigheid en consistentie dan methoden zoals de volumetrische methode. Gravimetrische metingen worden uitgevoerd in vier stappen: een lege meting, voorbewerken, een drijfvermogen meting en adsorptie en desorptie metingen. Gravimetrische meting wordt momenteel beschouwd als een meer wetenschappelijke en accurate methode voor het meten van de hoeveelheid adsorptie; echter, het is tijdrovend en vereist een strikte meettechniek. Een magnetische ophanging evenwicht (MSB) is de sleutel tot het controleren van de nauwkeurigheid en consistentie van deze methode. Onze resultaten tonen aan dat adsorptie capaciteit en deeltjesgrootte zijn gecorreleerd, maar niet een lineaire correlatie, en de adsorptions in deeltjes gezeefd in 40-60 en 60-80 mazen zijn vaak groter. Wij stellen voor dat de maximale adsorptie die overeenkomt met de grootte van de deeltjes ongeveer 250 µm (60 mesh) in de leisteen gas breken is.

Introduction

Leisteen is een rots van de klei met een dunne plaat van beddengoed structuur, dat als zowel een leisteen gas bron rots en een reservoir fungeert. Leisteen heeft een sterke anisotropie bestaande uit – en micron-nanoschaal poriën, en graptoliet fossielen zijn algemeen erkende^1,2,3.

Leisteen gas is commercieel worden geëxploiteerd in de Yangtze-plaat, Zuid-China. Als een onconventionele gassysteem dat als zowel een bron rots en een reservoir voor methaan fungeert, is leisteen gas afgeleid van het organisch materiaal binnen de shale t/m biogene en/of thermogene processen^4,5. Aardgas winkels in reservoirs zijn in één van drie vormen: vrij gas in de poriën en fracturen, geadsorbeerde gas op het oppervlak van organische of anorganische mineralen en opgeloste gas in bitumen en water^6,7. Eerdere studies suggereren dat geadsorbeerde gas is goed voor 20-85% van het totale gas in leisteen formaties⁶. Daarom is onderzoek naar de capaciteit van de adsorptie van leisteen en haar controlerende factoren zijn belangrijk om de exploratie en ontwikkeling van leisteen gas resource.

Het vermogen van de adsorptie methaan van leisteen is algemeen erkend als aanzienlijk variëren met de temperatuur, druk, vochtigheid, looptijd, minerale samenstelling, organisch materiaal en specifieke oppervlakte^{1,4,5 ,6,7}; en vorige studies hebben bevestigd dat een grotere en duidelijkere correlatie tussen externe factoren zoals temperatuur, druk en vochtigheid en methaan adsorptie.

Echter, studies over de correlatie tussen intrinsieke factoren zoals deeltjesgrootte en adsorptie van methaan zijn controversieel. Kang en Ji suggereren dat de capaciteit van de adsorptie methaan van de dezelfde verhogingen van de monsters van de leisteen met een afname van de deeltje grootte^8,14, overwegende dat Rupple en Zhang de relevantie tussen de deeltjesgrootte en adsorptie geloven beperkt wordt gebaseerd op de isothermische adsorptie curven^9,10,11. Daarnaast, zonder normen voor een leisteen gas adsorptie evaluatie protocol, laboratoria in China meestal gelden de kolen adsorptie evaluatie protocollen voor de beoordeling van de leisteen gas adsorptie. Om te verduidelijken van de relatie tussen deeltjesgrootte en adsorptie, evenals het onderzoeken van een toekomstige exploratie-zone, verkregen we leisteen monsters uit de dikke mariene leisteen deposito’s van de Wuling Sag in de bovenplaat van de Yangtze. Een gravimetrische sorptie analyzer werd toegepast om uit te voeren van de isotherm adsorptie experimentand verkrijgen de relatie tussen deeltjesgrootte en adsorptie.

Het volumetrisch en gravimetrisch methoden worden de belangrijkste gebruikt om te testen de isothermische adsorptie van leisteen. Volume is de belangrijke parameter van de volumetrische methode, die gemakkelijk wordt beïnvloed door de temperatuur en druk^12,13,14. Vanwege de onzekerheid in de foutenanalyse leidt de cumulatieve voortplanting in directe metingen met behulp van de volumetrische methode voor de berekening van de adsorptie bedragen tot een grote fout in de meetresultaten, waardoor er een abnormale adsorptie-isotherm^{14 ,15}. Vergeleken met de volumetrische methode, meststoffen gravimetrische methode minder parameters vereist en resulteert in kleinere fouten: omdat de massa wordt behouden, het gewicht en de massa van de gravimetrische methode worden niet beïnvloed door de temperatuur en druk van¹². Het wordt beschouwd als een meer wetenschappelijke en accurate methode voor het meten van theadsorption bedrag van adsorptie op dit moment.

Een gravimetrische sorptie analyzer wordt gebruikt in dit experiment, dat heeft een maximale druk van 70 MPa testen (700 bar) en een temperatuur van 150 ° C. De temperatuur en de druk gegenereerd door oudere apparaten zijn te laag toaccurately simuleren de temperatuur en de druk van de diepe ondergrondse formatie. De sleutel tot het gebruik van een sorptie analyse apparaat is het bereiken van het evenwicht van de magnetische ophanging voor nauwkeurig het gewicht van het monstermateriaal, met een nauwkeurigheid van 10 µg. Het apparaat neemt een circulerende olie bad verwarmen en de temperatuurbereik kan worden gecontroleerd voor een lange tijd te binnen 0,2 ° C. De nauwkeurigheid van een oude apparaat is laag, en dus de fout zou groter zijn dan die verkregen met nieuwere instrumenten. De experimentele bewerkingen worden uitgevoerd met de software die door het apparaat worden geleverd. Het werkende systeem zal regelmatig worden bijgewerkt om ervoor te zorgen dat de analyse ligt dicht bij de werkelijke ondergrondse omstandigheden¹².

Een evenwicht van de magnetische ophanging (MSB) wordt gebruikt in meststoffen gravimetrische methode voor het testen van de isothermische adsorptie van methaan van leisteen zonder direct contact tussen het monster en de apparatuur, in normale temperatuur en druk. Het monster wordt geplaatst in de meet-poule, waarin het gewicht van het monster kan worden doorgegeven aan het evenwicht door middel van een schorsing van de contactloze mechanisme^12,13te koppelen. Onder het evenwicht is er een zwevende magneet, aangestuurd door een speciaal ontworpen controller waarmee de vrije ophanging van de permanente magneet hieronder. De permanente magneet verbindt de positie sensor en de monsterhouder met het frame van de koppeling. De functie van het frame van de koppeling is het koppelen of loskoppelen van de monsterrecipiënt op de permanente magneet schorsing staaf^14,15,16.

Onze gemeten monsters zijn zwarte leisteen van de organische-rijke gestort in mariene facies van de vorming van de lange Maxi, lagere Silurische in de Daozhen, provincie Guizhou. De onderzoekruimte is in de Wuling Sag, bovenplaat Yangtze, die wordt begrensd door de Sichuan Basin naar het noordwesten en de Xuefeng berg tektonische zone het zuidwesten¹⁷. De Wuling Sag is een structurele overdracht en de overgangszone tussen de Sichuan Basin en de Xuefeng berg tektonische zone, die ondiep-diepzeesoorten plank deposito’s te ontvangen, en mariene zwarte leisteen werd algemeen ontwikkeld tijdens de vroege Siluur; de sag werd vervolgens sterk gesuperponeerd door tektonische gebeurtenissen zoals de beweging van de Indo-China, Yanshan beweging en beweging van de Himalaya, die gevormd multistage plooien, fouten en unconformities¹⁸. De marine zwarte leisteen in de Wuling Sag is sterk beïnvloed door de complexe geologische omstandigheden, die gevormd van leisteen gasreserves. De vering is als een structurele overdracht zone, de sweet spot voor leisteen gasexploratie, dat wordt gekenmerkt door een zwakkere vervorming, betere leisteen gas generatie en behoud bepalingen en een betere natuurlijke fractuur matching van de vallen¹⁹.

Hogedruk sorptie metingen worden uitgevoerd op basis van een gestandaardiseerde procedure met de begeleiding van het isothermische adsorptie apparaat protocol, dat op uitvoerig heeft uitgewerkt in verschillende publicaties^{10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16}. de isothermische adsorptie experimenten werden voltooid in de sleutel laboratorium van schalieolie en de Gas-onderzoek en de evaluatie van de Chinese Academie voor Geowetenschappen. Een gravimetrische meting uitgevoerd met een magnetische ophanging evenwicht (MSB) wordt uitgevoerd in vier stappen: een lege meting, voorbewerken, een drijfvermogen meting en een meting van het adsorptie en desorptie (Figuur 1, Figuur 2).

Protocol

1. de monstervoorbereiding Karakterisering van het monster Het meten van de totale hoeveelheid organische koolstof (TOC) met behulp van een apparaat van de TOC (Zie Tabel van materialen) bij een temperatuur van 20 ° C en een relatieve vochtigheidsgraad van 65 procent (standaard GB/T 19145-2003). Uitvoeren van een meting van de reflectiecoëfficiënt vitrinite op gepolijste delen van de leisteen met behulp van een Microscoop fotometer (Zie Tabel va…

Representative Results

Figuur 1 : Experimentele opstelling voor gravimetrische gas adsorptiepercentage bij hoge temperaturen en drukken. Deze afbeelding ziet u de set-up voor de isothermische adsorptiekinetiek-experiment: (een) de olie bad Verwarming apparaat voor het vloeistof bad; (b) de elektrische verwarming apparaat voor de elektrische verwarmi…

Discussion

In dit experiment gebruikte materialen worden weergegeven in de Tabel van materialen. Voordat het monster zwembad wordt verwijderd, bevestigd moet worden dat de temperatuur en de druk in het monster zwembad normale druk en bij normale temperatuur zijn; anders bestaat het gevaar voor letsel. Als de temperatuur te hoog is, wachten tot de temperatuur daling en vervolgens removethe monster zwembad. Als de druk te hoog of te laag is, handmatig instellen van de luchtdruk op de software en het gebruik van een i…

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