Estudio experimental de la relación entre tamaño de partícula y la capacidad de absorción del metano en la pizarra

Pizarra es una roca de arcilla con una hoja fina de la estructura, que sirve como una roca de la fuente de shale gas y un depósito de ropa de cama. Pizarra tiene una fuerte anisotropía compuesto por poros de nano – y -escala del micrón, y lutitas fósiles son comúnmente reconocidos^1,2,3.

Gas de esquisto se explota comercialmente en la placa de Yangtze, sur de China. Como un sistema de gas no convencional que sirve como una roca de la fuente y un depósito de metano, gas de esquisto se deriva de la materia orgánica dentro de la pizarra a través de procesos biogénicos o termogénico^4,5. Tiendas de gas natural en reservorios están en una de tres formas: gas libre en poros y fracturas, adsorbe el gas en la superficie de materia orgánica o minerales inorgánicos y disuelto gas en betún y agua^6,7. Estudios previos sugieren que el gas adsorbido representa 20-85% del gas total en las formaciones de esquisto⁶. Por lo tanto, la investigación sobre la capacidad de adsorción de pizarra y sus factores de controladores son importantes para la exploración y desarrollo de recursos de shale gas.

La capacidad de adsorción de metano de pizarra ha sido ampliamente reconocida como variando significativamente con la temperatura, presión, humedad, madurez, composición mineral, materia orgánica y superficie específica^{1,4,5 ,6,7}; y estudios previos han confirmado una correlación más grande y más clara entre los factores externos como temperatura, presión, adsorción de humedad y metano.

Sin embargo, estudios sobre la correlación entre los factores intrínsecos como tamaño de partícula y adsorción de metano son polémicos. Kang y Ji sugieren que la capacidad de adsorción de metano de la misma pizarra muestras aumenta con una disminución en el tamaño de partícula^8,14, mientras que Rupple y Zhang creen la pertinencia entre el tamaño de partícula y la adsorción es limitada basados en las isotermas adsorción curvas^9,10,11. Además, sin normas de un protocolo de evaluación de adsorción de gas de esquisto, laboratorios en China normalmente aplicarán los protocolos de evaluación de adsorción de carbón para evaluar la adsorción del gas de esquisto. Para aclarar la relación entre tamaño de partícula y la adsorción, así como investigar una zona de exploración prospectiva, se obtuvieron muestras de pizarra de los depósitos de esquisto marinos gruesos de la Wuling Sag en la placa superior del Yangtze. Un analizador de adsorción gravimétrico fue aplicado para llevar a cabo la isotérmica adsorción experimentand obtener la relación entre el tamaño de partícula y adsorción.

Los métodos volumétricos y gravimétricos son los principales métodos utilizados para probar la adsorción isotérmica de pizarra. Volumen es el parámetro clave del método volumétrico, que se ve afectado por la temperatura y la presión^12,13,14. Debido a la incertidumbre en el análisis de error, la propagación acumulada de mediciones directas mediante el método volumétrico para calcular cantidades de adsorción conduce a un gran error en los resultados de medición, que causa una isoterma de adsorción anormal^{14 ,15}. En comparación con el método volumétrico, el método gravimétrico requiere menos parámetros y resultados en errores más pequeños: porque la masa se conserva, el peso y la masa del método gravimétrico no son afectados por la temperatura y presión¹². Se considera un método más científico y exacto para medir la cantidad de theadsorption de adsorción en la actualidad.

Un analizador de adsorción gravimétrico se utiliza en este experimento, que tiene un máximo de prueba de presión de 70 MPa (700 bar) y temperatura de 150 ° C. La temperatura y la presión generada por aparatos más viejos son demasiado bajos toaccurately simular la temperatura y la presión de la formación profundamente subterráneamente. La clave para utilizar un aparato de análisis de adsorción es alcanzar el equilibrio de la suspensión magnética para pesar con exactitud la muestra del material, con una precisión de 10 μg. El aparato adopta un modo de calefacción circulación de aceite baño y el rango de temperatura puede ser controlado durante un largo tiempo dentro de 0.2 ° C. La precisión de un aparato viejo es baja, y por lo tanto el error sería mayor que la obtenida con los instrumentos más nuevos. Las operaciones experimentales se realizan con el software proporcionado por el aparato. El sistema operativo se actualizará periódicamente para asegurar que el análisis sea cerca de las condiciones subterráneas reales¹².

Un balance de la suspensión magnética (MSB) se utiliza en el método gravimétrico para la adsorción isotérmica de metano de pizarra sin contacto directo entre la muestra y el equipo de prueba de presión y temperatura normal. La muestra se coloca en la piscina mide, en la que el peso de la muestra se puede transmitir al equilibrio a través de una suspensión sin contacto acoplamiento mecanismo^12,13. Debajo de la balanza, hay un imán suspendido, controlado por un controlador especialmente diseñado que permite la libre suspensión del imán permanente a continuación. El imán permanente se conecta el sensor de posición y el tubito con la estructura de acoplamiento. La función de la estructura de acoplamiento es acoplar o desacoplar el tubito a imán permanente suspensión rod^14,15,16.

Nuestras muestras medidos son negras pizarras orgánicos ricos depositadas en facies marinas de la formación de Maxi largo, más bajo siluriano de Daozhen, provincia de Guizhou. El área de investigación es en la Wuling Sag, placa Yangtze superior, que limita con la cuenca de Sichuan en el noroeste y la zona tectónica Xuefeng montaña al suroeste¹⁷. El hundimiento de Wuling es una transferencia estructural y zona de transición entre la cuenca de Sichuan y zona tectónica Xuefeng de la montaña, que recibió depósitos de plataforma de mar poco profundo, y Marina esquisto negro fue desarrollado extensamente durante el Silúrico temprano; el sag luego se superpuso fuertemente por eventos tectónicos como el movimiento de Indochina, el movimiento de Yanshan y movimiento del Himalaya, que forma graduales pliegues, fallas y discordancias¹⁸. El esquisto negro marino en el Wuling Sag ha sido influenciado significativamente por las condiciones geológicas complejas, que forman las reservas de gas de esquisto. Como una zona de transferencia estructural, el sag es el punto dulce para exploración de gas de esquisto, que se caracteriza por una deformación más débil, generación de gas shale mejor condiciones de preservación y una fractura natural mejor que empareja del trampas¹⁹.

Las mediciones de absorción alta presión se llevan a cabo en base a un procedimiento estandarizado con la dirección del Protocolo de aparato de adsorción isotérmica, que ha sido ampliamente elaborado en varias publicaciones^{10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16}. los experimentos de adsorción isotérmica se completaron en el laboratorio clave de esquisto y Gas investigación y evaluación de la Academia China de Geociencias. Una medición gravimétrica llevado a cabo con un balance de la suspensión magnética (MSB) se realiza en cuatro pasos: una medición en blanco, preprocesamiento, una medición de la flotabilidad y una medida de la adsorción y desorción (figura 1, figura 2).