शेल में कण आकार और मीथेन Sorption क्षमता के बीच संबंधों का प्रायोगिक अध्ययन
Summary
हम एक इज़ोटेर्माल सोखना तंत्र का उपयोग करते हैं, gravimetric sorption विश्लेषक, शेल के विभिन्न कण आकारों की सोखना क्षमता का परीक्षण करने के लिए, कण आकार और शेल की सोखना क्षमता के बीच संबंध का पता लगाने के लिए.
Abstract
adsorbed शेल गैस की मात्रा शेल गैस संसाधन मूल्यांकन और लक्ष्य क्षेत्र चयन में उपयोग की जाने वाली एक प्रमुख पैरामीटर है, और यह शेल गैस के खनन मूल्य के मूल्यांकन के लिए भी एक महत्वपूर्ण मानक है । वर्तमान में, कण आकार और मीथेन सोखना के बीच संबंध पर अध्ययन विवादास्पद रहे हैं । इस अध्ययन में, एक इज़ोटेर्माल सोखना उपकरण, gravimetric sorption विश्लेषक, के कण आकार और सोखना की क्षमता के बीच संबंध निर्धारित करने के लिए शेल में विभिन्न कण आकार की सोखना क्षमता का परीक्षण करने के लिए प्रयोग किया जाता है । Thegravimetric विधि कम मापदंडों की आवश्यकता है और सटीकता और volumetric विधि जैसे तरीकों की तुलना में स्थिरता के मामले में बेहतर परिणाम पैदा करता है । Gravimetric माप चार चरणों में किया जाता है: एक रिक्त माप, प्रक्रिया, एक उछाल माप, और सोखना और desorption माप. Gravimetric माप वर्तमान में सोखना की मात्रा को मापने की एक अधिक वैज्ञानिक और सही तरीका माना जाता है; हालांकि, यह समय लेने वाली है और एक सख्त मापने तकनीक की आवश्यकता है । एक चुंबकीय निलंबन संतुलन (MSB) सटीकता और इस पद्धति की निरंतरता की पुष्टि करने के लिए कुंजी है । हमारे परिणाम बताते है कि सोखना क्षमता और कण का आकार, लेकिन एक रैखिक सहसंबंध नहीं है, और ४०-६० और ६०-८० जाल में छलनी कणों में adsorptions बड़ा हो जाते हैं । हम प्रस्ताव है कि अधिकतम सोखना कण के आकार के लिए इसी लगभग २५० µm (६० मेष) में शेल गैस fracturing है ।
Introduction
शेल एक मिट्टी रॉक बिस्तर संरचना है, जो दोनों एक शेल गैस स्रोत रॉक और एक जलाशय के रूप में कार्य करता है की एक पतली चादर के साथ है । शेल एक मजबूत नैनो से मिलकर anisotropy है और माइक्रोन पैमाने pores, और graptolite जीवाश्मों सामांयतः1,2,3मांयता प्राप्त है ।
शेल गैस ज्यांग प्लेट, दक्षिणी चीन में व्यावसायिक रूप से शोषण किया जाता है । एक अपरंपरागत गैस प्रणाली है कि दोनों एक स्रोत रॉक और मीथेन के लिए एक जलाशय के रूप में कार्य करता है के रूप में, शेल गैस biogenic और/या thermogenic प्रक्रियाओं4,5के माध्यम से शेल के भीतर कार्बनिक पदार्थ से व्युत्पंन है । जलाशयों में प्राकृतिक गैस भंडार तीन रूपों में से एक में हैं: मुफ्त गैस pores और भंग में, कार्बनिक पदार्थ या अकार्बनिक खनिजों की सतह पर adsorbed गैस, और कोलतार और पानी6,7में भंग गैस । पिछले अध्ययनों से पता चलता है कि शेल संरचनाओं में कुल गैस का 20-85% के लिए adsorbed गैस खातों6। इसलिए, शेल की सोखना क्षमता और इसके नियंत्रण कारकों पर अनुसंधान शेल गैस संसाधन के अंवेषण और विकास के लिए महत्वपूर्ण हैं ।
शेल की मिथेन सोखना क्षमता को व्यापक रूप से पहचाना गया है क्योंकि तापमान, दबाव, आर्द्रता, परिपक्वता, खनिज संरचना, कार्बनिक पदार्थ, और विशिष्ट सतह क्षेत्रफल1,4,5 के साथ बदलती है । ,6,7; और पिछले अध्ययनों से तापमान, दबाव, और आर्द्रता और मीथेन सोखना जैसे बाहरी कारकों के बीच एक बड़ा और स्पष्ट संबंध की पुष्टि की है ।
हालांकि, कण आकार और मीथेन सोखना जैसे आंतरिक कारकों के बीच संबंध पर अध्ययन विवादास्पद रहे हैं । कांग और जी सुझाव है कि एक ही शेल नमूनों की मीथेन सोखना क्षमता कण आकार8,14में कमी के साथ बढ़ जाती है, जबकि Rupple और झांग का मानना है कि कण आकार और सोखना के बीच प्रासंगिकता सीमित है इज़ोटेर्माल सोखना घटता9,10,11के आधार पर । इसके अलावा, एक शेल गैस सोखना मूल्यांकन प्रोटोकॉल के लिए मानकों के बिना, चीन में प्रयोगशालाओं आमतौर पर शेल गैस सोखना के मूल्यांकन के लिए कोयला सोखना मूल्यांकन प्रोटोकॉल लागू होते हैं । कण आकार और सोखना के बीच संबंध को स्पष्ट करने के साथ-साथ एक भावी अन्वेषण क्षेत्र की जांच करने के लिए, हमने ऊपरी ज्यांग प्लेट में Wuling ̈सग की मोटी समुद्री शेल जमाराशियों से शेल नमूने प्राप्त किए । एक gravimetric sorption विश्लेषक इज़ोटेर्माल सोखना experimentand कण आकार और सोखना के बीच संबंध प्राप्त करने के संचालन के लिए लागू किया गया था ।
volumetric और gravimetric तरीकों में शेल की इज़ोटेर्माल सोखना का परीक्षण करने के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियाँ हैं । मात्रा volumetric विधि है, जो आसानी से तापमान और दबाव12,13,14से प्रभावित है की कुंजी पैरामीटर है । त्रुटि विश्लेषण में अनिश्चितता के कारण, सोखना मात्रा की गणना करने के लिए volumetric विधि का उपयोग करते हुए सीधे माप में संचयी प्रोपेगेशन माप परिणामों में एक बड़ी त्रुटि के लिए लीड करता है, जिसके कारण एक असामान्य सोखना isotherm14 ,15. volumetric विधि के साथ तुलना में, gravimetric विधि कम पैरामीटर की आवश्यकता होती है और छोटी त्रुटियों में परिणाम: क्योंकि जन संरक्षित है, वजन और gravimetric विधि के द्रव्यमान का तापमान और दबाव12से प्रभावित नहीं कर रहे हैं । वर्तमान में सोखना की theadsorption मात्रा को मापने के लिए इसे अधिक वैज्ञानिक और सटीक विधि माना जाता है ।
एक gravimetric sorption विश्लेषक इस प्रयोग में प्रयोग किया जाता है, जो ७० MPa (७०० पट्टी) और १५० डिग्री सेल्सियस के तापमान का अधिकतम परीक्षण दबाव है । पुराने तंत्र द्वारा उत्पंन तापमान और दबाव भी कम कर रहे है toaccurately तापमान और गहरी भूमिगत गठन के दबाव अनुकरण । एक sorption विश्लेषण तंत्र का उपयोग करने के लिए कुंजी सही नमूना सामग्री वजन के लिए चुंबकीय निलंबन संतुलन तक पहुंच रहा है, 10 µ जी की सटीकता के साथ तंत्र एक परिसंचारी तेल स्नान हीटिंग मोड को गोद ले और तापमान रेंज ०.२ डिग्री सेल्सियस के भीतर करने के लिए एक लंबे समय के लिए नियंत्रित किया जा सकता है । एक पुराने तंत्र की सटीकता कम है, और इस प्रकार त्रुटि है कि नए उपकरणों के साथ प्राप्त की तुलना में बड़ा होगा । प्रायोगिक आपरेशनों उपकरण द्वारा प्रदान की सॉफ्टवेयर के साथ प्रदर्शन कर रहे हैं । ऑपरेटिंग सिस्टम नियमित रूप से विश्लेषण सुनिश्चित करने के लिए अद्यतन किया जाएगा वास्तविक भूमिगत शर्तों12के करीब है ।
एक चुंबकीय निलंबन संतुलन (MSB) gravimetric विधि में नमूना और उपकरणों के बीच सीधे संपर्क के बिना शेल के मीथेन इज़ोटेर्माल सोखना, सामान्य तापमान और दबाव में परीक्षण करने के लिए उपयोग किया जाता है । नमूना मापने पूल में रखा गया है, जिसमें नमूना का वजन एक गैर संपर्क निलंबन युग्मन तंत्र12,13के माध्यम से संतुलन को प्रेषित किया जा सकता है । शेष के तहत, वहां एक निलंबित चुंबक, एक विशेष रूप से डिजाइन नियंत्रक है कि नीचे स्थाई चुंबक के मुक्त निलंबन की अनुमति देता है द्वारा नियंत्रित है । स्थाई चुंबक स्थिति संवेदक और युग्मन फ्रेम के साथ नमूना कंटेनर जोड़ता है । युग्मन फ्रेम के समारोह में जोड़ा या कुछ स्थाई चुंबक निलंबन रॉड14,15,16के लिए नमूना कंटेनर के लिए है ।
हमारे मापा नमूनों काले कार्बनिक अमीर एक लंबी मैक्सी गठन के समुद्री मुखाकृति में जमा शेल, लोअर Silurian Daozhen, Guizhou प्रांत में हैं । अनुसंधान के क्षेत्र Wuling प्रसूता, ऊपरी ज्यांग प्लेट, जो दक्षिण पश्चिम और Xuefeng पर्वत विवर्तनिक क्षेत्र के लिए सिचुआन बेसिन द्वारा bordered है में है । Wuling सग एक संरचनात्मक हस्तांतरण और सिचुआन बेसिन और Xuefeng पर्वत विवर्तनिक क्षेत्र है, जो उथले गहरे समुद्र शेल्फ जमा प्राप्त के बीच संक्रमण क्षेत्र है, और समुद्री काले शेल व्यापक रूप से जल्दी Silurian के दौरान विकसित किया गया था; प्रसूता तो भारत-चीन आंदोलन, Yanshan आंदोलन, और हिमालय आंदोलन, जो multistage परतों का गठन, दोष, और unconform18की तरह विवर्तनिक घटनाओं के द्वारा जोरदार था । Wuling प्रसूता में समुद्री काले शेल काफी जटिल भूवैज्ञानिक शर्तों से प्रभावित किया गया है, जो शेल गैस भंडार का गठन । एक संरचनात्मक हस्तांतरण क्षेत्र के रूप में, प्रसूता शेल गैस की खोज के लिए मीठी जगह है, जो एक कमजोर विकृति की विशेषता है, बेहतर शेल गैस उत्पादन और संरक्षण की स्थिति, और जाल19के एक बेहतर प्राकृतिक फ्रैक्चर मिलान ।
उच्च दाब sorption मापन इज़ोटेर्माल सोखना तंत्र प्रोटोकॉल के मार्गदर्शन के साथ एक मानकीकृत प्रक्रिया पर आधारित है, जो व्यापक रूप से कई प्रकाशनों में10,11 पर सविस्तार किया गया है , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. इज़ोटेर्माल सोखना प्रयोगों शेल तेल और गैस की जांच और मूल्यांकन की कुंजी प्रयोगशाला में चीनी अकादमी भूविज्ञान का पूरा किया गया । एक gravimetric मापन एक चुंबकीय निलंबन संतुलन (MSB) के साथ किया जाता है चार चरणों में की जाती है: एक रिक्त माप, प्रक्रिया, एक उछाल माप, और एक सोखना और desorption माप (चित्रा 1, चित्रा 2).
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रयोग में प्रयुक्त सामग्री सामग्री की तालिकामें दिखाई जाती है. नमूना पूल निकाल दिया जाता है, इससे पहले कि तापमान और दबाव नमूना पूल में सामान्य दबाव और सामान्य तापमान पर कर रहे हैं की पुष्टि क?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इंजीनियर गैंग चेन और ताओ झांग द्वारा काफी सहायता प्रदान की गई । यह कार्य चीन के प्रमुख राज्य अनुसंधान विकास कार्यक्रम (ग्रांट नो. 2016YFC0600202) और चीन भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण (सीजीएस, ग्रांट नं. के द्वारा वित्तीय रूप से समर्थित था । DD20160183) । हम अपने रचनात्मक टिप्पणी है कि बहुत इस कागज में सुधार के लिए गुमनाम समीक्षक धंयवाद ।
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 |
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