Экспериментальное исследование взаимосвязи между размера частиц и сорбционная емкость метана в сланца
Summary
Мы используем изотермические адсорбции аппарат, анализатор гравиметрических сорбции для тестирования адсорбционной емкостью размеров различных частиц сланцев, чтобы выяснить отношения между размер частиц и адсорбционной емкостью сланцев.
Abstract
Количество адсорбированных сланцевого газа является ключевым параметром, используется в сланцевого газа оценки ресурсов и выбор целевой области, и это также важный стандарт для оценки стоимости добычи сланцевого газа. В настоящее время исследования о взаимосвязи между частиц размером и метана адсорбции спорным. В этом исследовании изотермические адсорбции аппарат, анализатор гравиметрических сорбции, используется для проверки адсорбционной емкостью частиц различных размеров в shale, чтобы определить связь между размер частиц и адсорбционной способностью сланцев. Thegravimetric метод требует меньше параметров и производит лучшие результаты с точки зрения точности и последовательности, чем методы, как метод объемной. Гравиметрические измерения проводятся в четыре этапа: пустой измерения, предварительной обработки, измерение плавучести и адсорбции и десорбции измерения. Гравиметрические измерения в настоящее время считается более научных и точный метод измерения количества адсорбция; Однако это занимает много времени и требует строгого измерительной техники. Баланс магнитная подвеска (MSB) является ключом для проверки точности и согласованности этого метода. Наши результаты показывают, что адсорбция емкости и размер частиц соотносятся, но не линейной корреляции и adsorptions в частицы, котор фильтруют в 40-60 и 60-80 сетки, как правило, больше. Мы предлагаем максимальный адсорбции, соответствующий размер частиц приблизительно 250 мкм (60 меш) в ГРП сланцевого газа.
Introduction
Сланец — глина рок с тонкий лист постельных принадлежностей структуры, которая служит как источник рок сланцевого газа и водохранилище. Shale имеет сильный анизотропии, состоящий из поры и микрон нано -, и graptolite окаменелости являются общепризнанным1,2,3.
Сланцевый газ коммерчески эксплуатируется в пластину Янцзы, Южный Китай. Как система нетрадиционного газа, которая служит источником рок и резервуар для метана Сланцевый газ является производным от органического вещества в пределах сланцев через биогенных и/или термогенный процессов4,5. Природный газ Магазины в водохранилищах находятся в одной из трех форм: свободный газ в поры и трещины, адсорбированные газа на поверхности органического вещества или неорганических минералов и растворенных газов в битум и воды6,7. Предыдущие исследования показывают, что адсорбированных газ приходится 20-85% всего газа в сланца образований6. Таким образом, исследование адсорбции потенциала сланцевый и его контроля факторы важны для разведки и разработки сланцевого газа ресурса.
Метан адсорбционной способностью сланцев широко признается как существенно колеблется с температуры, давления, влажности, зрелости, минеральный состав, органического вещества и удельная поверхность1,4,5 6, ,7; и предыдущие исследования подтвердили больше и яснее корреляции между внешних факторов, таких как температуры, давления и влажности и метана адсорбции.
Однако исследования о взаимосвязи между внутренние факторы, как размер частиц и адсорбции метана являются спорными. Цзи Кан и предполагают, что метан адсорбционной емкостью же сланцев образцов увеличивается с уменьшением размера частиц8,14, тогда как Rupple и Чжан считают отношение между размером частиц и адсорбции ограниченной на основании изотермический адсорбции кривых9,10,11. Кроме того без стандартов для протокола оценки адсорбции сланцевого газа, лаборатории в Китае обычно применяют угольной адсорбции оценки протоколы для оценки сланцевого газа адсорбции. Чтобы прояснить взаимосвязь между размером частиц и адсорбции, а также исследовать зону перспективные исследования, мы получили образцы сланца из толстых морской сланцевых месторождений Wuling Sag в верхней пластине Янцзы. Гравиметрическая сорбции анализатор был применен для проведения изотермический адсорбции experimentand получить взаимосвязь между размером частиц и адсорбции.
Объемные и гравиметрические методы являются основные методы, используемые для проверки изотермических адсорбции сланцев. Объем является ключевым параметром объемным методом, который легко пострадавших от температуры и давления12,,1314. Из-за неопределенности в анализ ошибок совокупный распространения в прямых измерений с использованием количественного метода для расчета суммы адсорбции приводит к большой ошибки в результатах измерений, который заставляет аномальные адсорбции изотерма14 ,15. По сравнению с объемным методом, гравиметрического метода требует меньше параметров и результатов в небольшие ошибки: потому что массы сохраняется, вес и масса гравиметрического метода не влияет на температуру и давление12. Он считается более научных и точный метод измерения theadsorption количество адсорбции в настоящее время.
Гравиметрическая сорбции анализатор используется в этом эксперименте, который имеет максимум испытания давлением до 70 МПа (700 бар) и температуре 150 ° C. Слишком низкая температура и давление, создаваемое старых аппарат toaccurately моделировать температура и давление формирования глубоко под землей. Ключом к использованию аппарат анализа сорбции достигает баланса магнитная подвеска для точного взвешивания образец материала, с точностью 10 мкг. Аппарат принимает циркулирующего режиме нагрева нефти ванна и диапазон температур может управляться на долгое время в пределах 0,2 ° C. Точность старого аппарата является низким, и таким образом ошибка будет больше, чем полученные с новыми инструментами. Экспериментальной операции выполняются с помощью программного обеспечения, представленной аппарата. Операционная система будет регулярно обновляться, чтобы убедиться, что анализ близка к фактической подземных условиях12.
Магнитная подвеска баланс (MSB) используется в гравиметрический метод для проверки изотермических адсорбции метана сланцев без прямого контакта между образцом и оборудования, в нормальной температуре и давлении. Образец помещается в бассейне измерения, в котором масса образца могут быть переданы на баланс через бесконтактный подвеска, сцепление механизм12,13. Под баланс есть приостановлено магнит, контролируется специально разработанный контроллер, который позволяет свободного подвеса ниже постоянного магнита. Постоянный магнит соединяет датчик положения и контейнера образца с соединительной рамы. Функция сцепления кадра является пара или отделить контейнера образца в постоянный магнит подвеска стержня14,15,16.
Наши измеренных образцов являются черный органических богатые сланцы, депонируется в морской фации формирования длинные макси, Нижняя Силурийский в даочжэнь, провинция Гуйчжоу. Область исследований находится в Wuling Sag, верхняя плита Янцзы, которая граничит Сычуань бассейна на северо-западе и тектонической зоны Сюэфэн горы к юго-17. Wuling Sag является структурной передачи и переходной зоны между Сычуань бассейна и тектонической зоны Сюэфэн горы, который получен мелководье-глубоководная шельфовых месторождений, и морской черный сланец широко был разработан в начале силурийских; sag была затем сильно накладывается тектонические события как движение Индо-Китая, Яншань движение и движение гималайский, которая сформирована многоступенчатая складки, разломов и несогласий18. Морских черного сланца в Wuling Sag значительно влиянием сложных геологических условиях, которые сформированы запасы сланцевого газа. Как структурных передачи зоны sag это сладкое пятно для сланцевого газа, который характеризуется слабее деформации, лучше сланцевого газа поколения и сохранения условий и лучшего соответствия природных переломов ловушки19.
Высокого давления сорбции измерения проводятся основе стандартизированной процедуры с руководством изотермический адсорбции аппарат протокола, который всесторонне разработана на несколько публикаций10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. Изотермическая адсорбции эксперименты были завершены в ключ Лаборатория сланцевой нефти и газа расследования и оценки Китайской академии наук о земле. Гравиметрические измерения осуществляется с магнитной подушке баланса (MSB) производится в четыре этапа: пустой измерения, предварительной обработки, плавучесть измерения и адсорбции и десорбции (рис. 1, рис. 2).
Protocol
Representative Results
Discussion
Материалы, используемые в этом эксперименте приведены в Таблице материалов. Перед удалением образец бассейн, оно должно быть подтверждено, что температура и давление в бассейне образца находятся в нормальном давлении и нормальной температуре; в противном случае существует о?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Большой объем помощи была предоставлена инженер банды Чэнь и Tao Zhang. Эта работа была финансовую поддержку крупных государственных исследований развития программа Китая (Grant No.2016YFC0600202) и Китая Геологическая служба (CGS, Грант № DD20160183). Мы благодарим анонимного отзывы за их конструктивные замечания, которые значительно улучшить этот документ.
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 |
Referências
- 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).
