Partikül büyüklüğü ve metan MPA'dan kapasite şeyl arasındaki ilişkinin deneysel çalışma
Summary
Bir izotermal adsorpsiyon aparat, gravimetrik MPA’dan analizörü, partikül boyutu ve şeyl adsorpsiyon kapasitesi arasındaki ilişkiyi öğrenmek için farklı partikül boyutları şeyl, adsorpsiyon kapasitesini sınamak için kullanın.
Abstract
Adsorbe şeyl gaz miktarını şeyl gaz kaynak değerlendirme ve hedef alan seçimi kullanılan bir anahtar parametresidir ve şeyl gaz araştırma değerini değerlendirmek için de önemli bir standarttır. Şu anda, partikül boyutu ve metan Adsorpsiyon arasındaki ilişki üzerine çalışmalar tartışmalı. Bu çalışmada, bir izotermal adsorpsiyon aparat, gravimetrik MPA’dan analyzer şeyl partikül büyüklüğü ve şeyl adsorpsiyon kapasitesi arasındaki ilişkiyi belirlemek için farklı partikül boyutları adsorpsiyon kapasitesini test etmek için kullanılır. Thegravimetric yöntemi daha az parametre girilmesi ve doğruluğu ve tutarlılığı açısından daha yöntemleri hacimsel yöntemi gibi daha iyi sonuçlar üretir. Gravimetrik ölçümler dört adımda gerçekleştirilir: boş bir ölçüm, ön işleme, yüzdürme ölçüm ve adsorpsiyon ve desorpsiyon ölçümleri. Gravimetrik ölçüm halen adsorpsiyon miktarı ölçme daha bilimsel ve doğru bir yöntem olarak kabul edilir; Ancak, zaman alıcı ve kesin bir ölçüm tekniği gerektirir. Manyetik süspansiyon ayarı (MSB) doğruluğu ve tutarlılığı bu yöntemin doğrulamak için anahtardır. Bizim sonuçlar adsorpsiyon kapasite ve partikül büyüklüğü correlated, ama değil bir doğrusal korelasyon ve adsorptions 40-60 ve 60-80 kafesler elenmiş parçacıklar içinde daha büyük olma eğilimi gösterir. Önerdiğimiz partikül büyüklüğü için karşılık gelen en yüksek adsorpsiyon şeyl gaz kırılma içinde yaklaşık 250 µm (60 mesh) olduğunu.
Introduction
Şeyl şeyl gaz kaynak kaya ve bir depo hizmet veren yapısı, yatak takımları, ince bir levha ile bir kil kayadır. Şeyl nano ve mikron ölçek gözeneklerin oluşan bir güçlü anizotropi, ve yaygın olarak tanınan1,2,3trilobit fosilleri vardır.
Şeyl gaz Yangtze plaka, Güney Çin ticari istismar edilir. Bir kaynak kaya ve metan için bir depo olarak hizmet veren bir alışılmamış gaz sistemi olarak şeyl gaz şeyl den biyojenik ve/veya termojenik süreçleri4,5içinde organik madde türetilir. Doğal gaz depoları su depoları içinde üç form biri vardır: ücretsiz gaz gözenekleri ve kırıklar, gaz organik madde veya inorganik mineraller yüzeyinde adsorbe ve çözünmüş gaz bitüm ve su6,7. Önceki çalışmalar adsorbe gaz şeyl oluşumları6toplam gaz % 20-85 hesapları öneririz. Bu nedenle, şeyl adsorpsiyon kapasite temel araştırma ve onun kontrol eden faktörler önemli araştırma ve geliştirme şeyl gaz kaynak.
Şeyl metan adsorpsiyon yeteneğini yaygın olarak önemli ölçüde sıcaklık, basınç, nem oranı, vade, mineral bileşimi, organik madde ve belirli yüzey alanı1,4,5 ile değişen olarak kabul edilmiştir ,6,7; ve önceki çalışmalar daha büyük ve daha net bir ilişki sıcaklık, basınç ve nem ve metan adsorpsiyon gibi dış faktörler arasında doğruladı.
Ancak, çalışmalar Intrinsic faktörler arasındaki korelasyon partikül büyüklüğü ve gibi metan adsorpsiyon tartışmalı. Kang ve Ji Rupple ve Zhang partikül büyüklüğü ve Adsorpsiyon arasında alaka inanıyorum, ancak aynı şeyl örnekleri artar parçacık boyutu8,14, bir azalma ile metan adsorpsiyon kapasitesi sınırlı olduğunu göstermektedir izotermal adsorpsiyon eğrileri9,10,11‘ temel. Buna ek olarak, bir şeyl gaz adsorpsiyon değerlendirme protokolü için standartlar Çin laboratuarlarda genellikle kömür adsorpsiyon değerlendirme iletişim kuralları şeyl gaz adsorpsiyon değerlendirmek için geçerlidir. Aday arama bölgesi araştırmak yanı sıra partikül büyüklüğü ve Adsorpsiyon arasındaki ilişkiyi açıklamak için biz şeyl örnekleri Wuling Sag üst Yangtze plaka kalın deniz şeyl mevduat aldı. Bir çekimsel MPA’dan analyzer uygulandı İzotermik yapmak için Adsorpsiyon experimentand elde etmek partikül büyüklüğü ve Adsorpsiyon ilişkisi.
Hacimsel ve gravimetrik Yöntem şeyl izotermal adsorpsiyon sınamak için kullanılan ana yöntem vardır. Sıcaklık ve basınç12,13,14tarafından kolayca etkilenen hacimsel yönteminin anahtar parametresi birimdir. Hata analizi belirsizlik nedeniyle, adsorpsiyon tutarlarını hesaplamak için hacimsel yöntemi kullanarak doğrudan ölçüleri toplu yayılmasında bir anormal adsorpsiyon İzoterm14 neden olan bir büyük hata için ölçüm sonuçlarında açar. ,15. Hacimsel yöntemi ile karşılaştırıldığında, gravimetrik yöntemi daha az parametre girilmesi ve sonuçları daha küçük hataları: kitle korunmuş çünkü ağırlık ve kütle gravimetrik yönteminin sıcaklık tarafından etkilenmez ve12basınç. Şu anda theadsorption adsorpsiyon miktarı ölçmek için daha bilimsel ve doğru bir yöntem olarak kabul edilir.
Bir çekimsel MPA’dan analyzer 70 MPa basınç test maksimum bu deneyde kullanılan (700 bar) ve 150 ° c sıcaklık Sıcaklık ve basınç büyük cihazlar tarafından oluşturulan çok düşük toaccurately sıcaklık ve basınç altında oluşumu simülasyonu. Oftalmoloji analiz cihazları kullanarak anahtarı doğru örnek malzeme 10 µg bir hassasiyetle tartım için manyetik süspansiyon denge ulaşıyor. Dolaşımdaki yağ banyosu Isıtma modu aparatı benimser ve sıcaklık aralığı içinde 0.2 ° c için uzun bir süre kontrol edilebilir Eski bir aparat doğruluğunu düşüktür ve böylece hata ile daha yeni aletleri elde daha büyük olacaktır. Deneysel operasyonlar aparatı tarafından sağlanan yazılımı ile gerçekleştirilir. İşletim sisteminin Analizi yakın gerçek yeraltı koşulları12olduğundan emin olmak için düzenli olarak güncellenecektir.
Bir manyetik süspansiyon denge (MSB) gravimetrik yöntemde şeyl örnek ve donanımları arasında doğrudan temas olmadan metan izotermal adsorpsiyon normal sıcaklık ve basınç test etmek için kullanılır. Örnek içinde örnek ağırlık denge bir temassız süspansiyon mekanizması12,13kaplin yoluyla bulaşabilir ölçüm havuzu yer alır. Denge altında Daimi Mıknatıs ücretsiz askıya sağlar özel olarak tasarlanmış bir denetleyicisi tarafından denetlenen askıya alınmış bir mıknatıs var. Daimi Mıknatıs pozisyon sensörü ve örnek konteyner kaplin çerçeve ile bağlanır. Kaplin çerçeve işlevi çift veya daimi mıknatıs süspansiyon çubuk14,15,16örnek kapsayıcıya decouple etmektir.
Deniz faysa uzun Maxi formasyonunun alt Silüriyen Daozhen, Guizhou il içinde yatırılır siyah zengin organik şeylleri bizim ölçülen örneklerindendir. Wuling Sag, Sichuan Havzası güneybatı17Xuefeng dağ tektonik bölgesine ve kuzeybatısında tarafından sınırlanmıştır üst Yangtze plaka araştırma alanıdır. Wuling Sag bir yapısal transfer ve Sichuan Havzası ve sığ-derin deniz raf mevduat aldı, Xuefeng dağ tektonik bölge arasında geçiş bölgesi ve deniz siyah şeyl yaygın sırasında erken Silüriyen geliştirilmiştir; sag sonra kuvvetle gibi Hint-Çin hareketi, Yanshan hareket ve Himalaya hareketi, çok aşamalı kıvrımlar, hataları ve unconformities18oluşan tektonik olaylar tarafından eklenmiş. Wuling Sag içinde deniz siyah şeyl şeyl gaz rezervlerinin oluşturduğu karmaşık jeolojik koşullar tarafından önemli ölçüde etkilemiştir. Yapısal transfer merkezi daha zayıf bir deformasyon, daha iyi şeyl gaz üretimi ve koruma koşulları ve daha iyi bir doğal kırık tuzakları19‘ eşleme tarafından karakterize şeyl gaz arama için tatlı nokta sarkma var.
Yüksek basınç MPA’dan ölçümleri kapsamlı bir şekilde üzerinde çeşitli yayınlar10,11 ‘ özenli izotermal adsorpsiyon aparatı Protokolü rehberliğinde standart yordam yürütülür , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. izotermal adsorpsiyon deneyler anahtar laboratuvar şeyl petrol ve gaz soruşturma ve Yerbilim Çin Akademisi değerlendirilmesi tamamlanmıştır. Bir manyetik süspansiyon denge (MSB) ile yürütülen bir gravimetrik ölçüm dört adımda gerçekleştirilir: boş bir ölçüm, ön işleme, yüzdürme ölçüm ve bir adsorpsiyon ve desorpsiyon ölçümü (Şekil 1, resim 2).
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu deneyde kullanılan malzemeler Malzemeler tablogösterilir. Örnek havuzu kaldırılmadan önce sıcaklık ve basınç örnek havuzunda normal basınç ve normal sıcaklık olduğunu teyid edilmelidir; Aksi takdirde, yaralanma tehlikesi vardır. Sıcaklık çok yüksek ise, sıcaklık bırak ve sonra yokedebilirsiniz örnek havuzu için bekleyin. Basınç çok yüksek veya çok düşük ise, el ile yazılım hava basıncı ayarlayın ve bir asal gaz13,<sup class="xre…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yardım bir sürü mühendis çete Chen ve Tao Zhang tarafından sağlandı. Bu eser mali büyük devlet araştırma geliştirme programı of China (Grant No.2016YFC0600202) ve Çin Geological Survey (CGS, Grant No tarafından desteklenmiştir DD20160183). Adsız yorumcular büyük ölçüde geliştirilmiş bu kağıt onların yapıcı yorumlar için teşekkür ediyoruz.
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 |
Referenzen
- 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).
