Estudo experimental da relação entre o tamanho de partícula e capacidade de adsorção de metano em xisto

Summary

Nós usamos um aparelho isotérmicas de adsorção, o analisador de sorção gravimétrica, para testar a capacidade de adsorção de tamanhos de partículas diferentes de xisto, a fim de descobrir a relação entre o tamanho de partícula e a capacidade de adsorção de xisto.

Abstract

A quantidade de gás de xisto adsorvida é um parâmetro de chave usado na avaliação de recursos de gás de xisto e seleção de área do alvo, e também é um padrão importante para avaliar o valor de mineração de gás de xisto. Atualmente, estudos sobre a correlação entre a adsorção de partículas tamanho e metano são controversos. Neste estudo, um aparato de isotérmicas de adsorção, o analisador de sorção gravimétrica, é usado para testar a capacidade de adsorção de tamanhos de partículas diferentes em xisto para determinar a relação entre o tamanho de partícula e a capacidade de adsorção de xisto. Thegravimetric método requer menos parâmetros e produz melhores resultados em termos de precisão e consistência do que métodos como o método volumétrico. Gravimétricas medições são realizadas em quatro etapas: uma medida em branco, pré-processamento, uma medida de flutuabilidade e medições de adsorção e dessorção. Medição gravimétrica é atualmente considerada como um método mais científico e preciso de medir a quantidade de adsorção; no entanto, é demorado e requer uma técnica de medição rigorosa. Um equilíbrio de suspensão magnética (MSB) é a chave para verificar a exatidão e consistência deste método. Nossos resultados mostram que a capacidade de adsorção e tamanho de partícula são correlacionadas, mas não uma correlação linear e os adsorptions em partículas peneiradas em 40-60 e 60-80 malhas tendem a ser maiores. Propomos que a adsorção máxima correspondente ao tamanho da partícula é aproximadamente 250 µm (malha 60) no fraturamento de gás de xisto.

Introduction

Xisto é uma rocha de argila com uma folha fina de fundamento a estrutura, que serve como uma pedra de fonte de gás de xisto e um reservatório. Xisto tem uma forte anisotropia consistindo de poros e mícron-escala nanométrica, e fósseis de graptólitos são comumente reconhecidos^1,2,3.

Gás de xisto é explorada comercialmente em placa de Yangtze, sul da China. Como um sistema de gás não convencional que serve como uma rocha de origem e um reservatório para o metano, gás de xisto é derivado de matéria orgânica dentro do xisto através de processos biogênica e/ou termogenico^4,5. Lojas de gás natural em reservatórios estão em uma das três formas: gás livre em poros e fraturas, adsorvido gás na superfície da matéria orgânica ou minerais inorgânicos e dissolvido o gás em água e betume^6,7. Estudos anteriores sugerem que adsorvida gás responde por 20-85% do gás total em xisto formações⁶. Portanto, uma pesquisa sobre a capacidade de adsorção de xisto e seus fatores de controle são significativos para a exploração e o desenvolvimento dos recursos de gás de xisto.

A capacidade de adsorção de metano de xisto tem sido amplamente reconhecida como significativamente variando com a temperatura, pressão, umidade, maturidade, composição mineral, matéria orgânica e área de superfície específica^{1,4,5 ,6,7}; e estudos anteriores confirmaram uma maior e mais clara correlação entre fatores externos como temperatura, pressão e adsorção de umidade e metano.

No entanto, estudos sobre a correlação entre fatores intrínsecos como tamanho de partícula, e a adsorção de metano são controversas. Kang e Ji sugerem que a capacidade de adsorção de metano do xisto mesmo amostras aumenta com a diminuição do tamanho de partícula^8,14, Considerando que Rupple e Zhang acreditam que a pertinência entre o tamanho de partícula e adsorção é limitada baseado na adsorção isotérmica curvas^9,10,11. Além disso, sem padrões para um protocolo de avaliação de adsorção de gás de xisto, laboratórios na China normalmente aplicam os protocolos de avaliação de adsorção de carvão para avaliar a adsorção de gás de xisto. Para clarificar a relação entre o tamanho de partícula e adsorção, bem como investigar uma zona de exploração em perspectiva, obtivemos amostras de xisto dos depósitos de xisto marinho grosso de Wuling Sag na placa superior do Yangtze. Aplicou-se um analisador de sorção gravimétrica para conduzir o isothermal adsorção experimentand obter a relação entre o tamanho de partícula e adsorção.

Os métodos volumétricos e gravimétricos são os principais métodos usados para testar a adsorção isotérmica de xisto. Volume é o key parâmetro do método volumétrico, que é facilmente afetado pela temperatura e pressão^12,13,14. Por causa da incerteza na análise do erro, a propagação cumulativa em medições directas utilizando o método volumétrico para calcular quantidades de adsorção leva a um grande erro nos resultados da medição, que provoca uma isoterma de adsorção anormal^{14 ,15}. Comparado com o método volumétrico, método gravimétrico requer menos parâmetros e resulta em erros menores: porque a massa é conservada, o peso e a massa do método gravimétrico não são afetadas pela temperatura e pressão¹². É considerado um método mais científico e preciso para medir a quantidade de theadsorption de adsorção no presente.

Um analisador de sorção gravimétrica é usado neste experimento, que tem um máximo de teste de pressão de 70 MPa (700 bar) e temperatura de 150 ° C. A temperatura e a pressão gerada por aparelhos mais velhos estão demasiado baixos toaccurately simular a temperatura e a pressão da formação debaixo da terra. A chave para usar um aparelho de análise de sorção é atingir o equilíbrio de suspensão magnética para a pesagem com precisão o material de amostra, com uma precisão de 10 µ g. O aparelho adota um modo de aquecimento de banho de óleo circulante e o intervalo de temperatura pode ser controlado por um longo tempo para dentro de 0,2 ° C. A precisão de um aparelho velho é baixa, e, portanto, o erro seria maior do que o obtido com instrumentos mais recentes. As operações experimentais são executadas com o software fornecido pelo aparato. O sistema operacional será atualizado regularmente para garantir que a análise aproxima-se a condições reais de Metro¹².

Um equilíbrio de suspensão magnética (MSB) é usado no método gravimétrico para testar a adsorção de metano isotérmicas de xisto sem contato direto entre a amostra e o equipamento, na pressão e na temperatura normal. A amostra é colocada no pool de medição, em que o peso da amostra pode ser transmitido para o equilíbrio através de uma suspensão sem contato acoplamento mecanismo^12,13. Sob o equilíbrio, há um ímã suspenso, controlado por um controlador especialmente projetado que permite a suspensão livre do ímã permanente abaixo. O ímã permanente conecta-se o sensor de posição e o recipiente de amostra, com o quadro de acoplamento. A função do quadro de acoplamento é acoplar ou desacoplar o recipiente da amostra para o ímã permanente suspensão haste^14,15,16.

Nossas amostras medidas são pretos orgânico rico em folhelhos depositados em fácies marinhos da formação Maxi longo, mais baixo Silurian no Daozhen, província de Guizhou. A área de pesquisa é o Wuling Sag, placa superior do Yang-tsé, que faz fronteira com a bacia de Sichuan para o noroeste e zona tectônica de montanha Xuefeng para o sudoeste¹⁷. O Wuling Sag é uma transferência estrutural e zona de transição entre a zona tectônica Xuefeng montanha, que recebeu depósitos de prateleira rasa-fundo do mar, e bacia de Sichuan e marinho xisto preto foi amplamente desenvolvido durante o Siluriano precoce; o sag foi então fortemente sobreposto por eventos tectônicos, como o movimento de Indo-China, Yanshan movimento e movimento do Himalaia, que formou vários estágios dobras, falhas e descompassos¹⁸. O xisto preto marinho em Wuling Sag foi significativamente influenciado pelas condições geológicas complexas, que formou as reservas de gás de xisto. Como uma zona de transferência estrutural, o sag é o ponto ideal para exploração de gás de xisto, que é caracterizada por uma deformação mais fraca, melhor geração de gás de xisto e as condições de preservação e uma melhor correspondência de fratura natural dos armadilhas¹⁹.

Medições de sorção de alta pressão são conduzidas com base em um procedimento padronizado, com a orientação do protocolo do aparelho de isotérmicas de adsorção, elaborado exaustivamente em várias publicações^{10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16}. os experimentos de isotérmicas de adsorção foram concluídos na chave laboratório de xisto de óleo e gás investigação e avaliação da Academia Chinesa de Geociências. Uma medição gravimétrica realizada com um equilíbrio de suspensão magnética (MSB) é realizada em quatro etapas: uma medida em branco, pré-processamento, uma medida de flutuabilidade e uma medição de adsorção e dessorção (Figura 1, Figura 2).

Protocol

1. preparação da amostra Caracterização da amostra Medir o carbono orgânico total (COT), usando um aparelho TOC (ver Tabela de materiais) à temperatura de 20 ° C e uma humidade relativa de 65% (por padrão GB/T 19145-2003). Realizar uma medição de reflectância de Vitrinita em seções polidas do xisto usando um microscópio de fotômetro (ver Tabela de materiais). Limpeza da amostra e esmagamento</…

Representative Results

Figura 1 : Montagem experimental para a adsorção de gás gravimétrico a altas temperaturas e pressões. Esta figura mostra a configuração para a isotérmicas de adsorção: (um) o óleo de banho aquecimento do dispositivo para o banho fluido; dispositivo (b) o aquecimento elétrico para o aquecimento elétrico; (c…

Discussion

Os materiais usados neste experimento são mostrados na Tabela de materiais. Antes que o pool de amostra é removido, deve ser confirmada que a temperatura e a pressão na piscina amostra estão à pressão normal e temperatura normal; caso contrário, existe o perigo de lesão. Se a temperatura for demasiado elevada, espere que a temperatura se soltar e, em seguida, piscina de amostra de Drácula. Se a pressão for muito alta ou muito baixa, manualmente ajustar a pressão de ar sobre o software e usar u…

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