Studio sperimentale della relazione tra la dimensione delle particelle e la capacità di adsorbimento di metano in scisto

Shale è una roccia di argilla con un sottile foglio di struttura, che serve sia come una roccia di fonte del gas di scisto e un serbatoio di lenzuola. Scisto ha una forte anisotropia costituito da pori su scala nanometrica e micron, e graptoliti fossili sono comunemente riconosciuti^1,2,3.

Gas di scisto è stato sfruttato commercialmente nella piastra di Yangtze, Cina meridionale. Come un sistema di gas non convenzionale che serve sia come una roccia di origine e un serbatoio per il metano, gas di scisto è derivato da materia organica all’interno l’argillite attraverso processi biogenici e/o termogenico^4,5. Depositi di gas naturale in serbatoi sono in una delle tre forme: gas libero in pori e fratture, adsorbito gas sulla superficie della materia organica o minerali inorganici e disciolto gas in acqua e bitume^6,7. Gli studi precedenti suggeriscono che il gas adsorbiti account per 20-85% del totale gas scisto formazioni⁶. Quindi, ricercare la capacità di adsorbimento di scisto e suoi fattori di controllo sono significativi per l’esplorazione e lo sviluppo di risorse di gas di scisto.

La capacità di adsorbimento di metano di scisto è stato ampiamente riconosciuta come significativamente variano con la temperatura, pressione, umidità, maturità, composizione minerale, materia organica e superficie specifica^{1,4,5 ,6,7}; e gli studi precedenti hanno confermato una più grande e più chiara correlazione tra fattori esterni come temperatura, pressione e umidità e metano adsorbimento.

Tuttavia, gli studi sulla correlazione tra fattori intrinseci come dimensione delle particelle e adsorbimento di metano sono controverse. Kang e Ji suggeriscono che la capacità di adsorbimento di metano della stessa shale campioni aumenta con una diminuzione nella particella dimensione^8,14, considerando che Rupple e Zhang credere la pertinenza tra la dimensione delle particelle e l’adsorbimento è limitata basato sul isoterma di adsorbimento curve^9,10,11. Inoltre, senza norme per un protocollo di valutazione adsorbimento di gas shale, laboratori in Cina in genere applicano i protocolli di valutazione di adsorbimento carbone per valutare l’adsorbimento di gas di scisto. Per chiarire il rapporto fra dimensione delle particelle e l’adsorbimento, nonché a indagare su una zona di esplorazione prospettico, abbiamo ottenuto i campioni di scisto dai depositi spessi marine shale del Wuling Sag nella piastra di Yangtze superiore. Un analizzatore di assorbimento gravimetrica è stato applicato per condurre l’isoterma adsorbimento sperimentaree ottenere il rapporto fra la dimensione delle particelle e l’adsorbimento.

I metodi volumetrici e gravimetrici sono i principali metodi utilizzati per testare l’adsorbimento isotermico di scisto. Il volume è il parametro chiave del metodo volumetrico, che è facilmente influenzato dalla temperatura e pressione^12,13,14. A causa di incertezza nell’analisi di errore, la propagazione cumulativa in misure dirette utilizzando il metodo volumetrico per calcolare gli importi di adsorbimento conduce ad un grande errore nei risultati di misurazione, che provoca un’isoterma di adsorbimento anormale^{14 ,15}. Confrontato con il metodo volumetrico, il metodo gravimetrico richiede meno parametri e si traduce in più piccoli errori: perché la massa è conservata, il peso e la massa del metodo gravimetrico non sono influenzati dalla temperatura e pressione¹². È considerato un metodo più scientifico e preciso per misurare la quantità di theadsorption di adsorbimento al momento.

Un analizzatore di assorbimento gravimetrica è utilizzato in questo esperimento, che ha un massimo di prova pressione di 70 MPa (700 bar) e temperatura di 150 ° C. La temperatura e la pressione generata dagli apparecchi più vecchi sono troppo bassi toaccurately simulare la temperatura e la pressione della formazione sottoterra. La chiave per utilizzare un apparato di analisi di assorbimento è raggiungere l’equilibrio di sospensione magnetica per pesare con precisione il materiale del campione, con una precisione di 10 µ g. L’apparecchio adotta una modalità di riscaldamento vasca olio circolante e l’intervallo di temperatura può essere controllato per un lungo tempo a entro 0,2 ° C. La precisione di un vecchio apparato è bassa, e quindi l’errore sarebbe maggiore di quella ottenuta con gli strumenti più recenti. Le operazioni sperimentali vengono eseguite con il software fornito con l’apparecchio. Il sistema operativo verrà aggiornato regolarmente per garantire che l’analisi è vicino le effettive condizioni di sottosuolo¹².

Un equilibrio di sospensione magnetica (MSB) è utilizzato nel metodo gravimetrico per testare l’adsorbimento isotermici di metano di scisto senza contatto diretto tra il campione e le attrezzature, in pressione e temperatura normale. Il campione è posto in piscina misura, in cui il peso del campione possa essere trasmessi per l’equilibrio attraverso una sospensione senza contatto accoppiamento meccanismo^12,13. Sotto l’equilibrio, c’è un magnete sospeso, controllato da un regolatore appositamente progettato che permette la sospensione del magnete permanente qui sotto. Il magnete permanente si collega il sensore di posizione e il contenitore del campione con il telaio di accoppiamento. La funzione del giunto telaio è per coppie o disaccoppiare il contenitore del campione per il magnete permanente sospensione asta^14,15,16.

I nostri campioni misurati sono scisti neri ricchi di organici depositati in facies Marina della formazione lungo Maxi, Siluriano inferiore a Daozhen, nella provincia di Guizhou. L’area di ricerca è nel Wuling Sag, piastra Yangtze superiore, che confina con il bacino di Sichuan per il nord-ovest e la zona tettonica di Xuefeng montagna al sud-ovest¹⁷. L’abbassamento di Wuling è un trasferimento strutturale e la zona di transizione tra il bacino di Sichuan e Xuefeng Mountain zone tettoniche, che ha ricevuto i depositi di mare poco profondo-profondo mensola, e scisti neri marini è stato ampiamente sviluppato durante il Siluriano precoce; il sag è stata quindi fortemente sovrapposti da eventi tettonici come il movimento di Indo-China, Yanshan movimento e movimento dell’Himalaya, che formano pieghe multistadio, errori e discordanze¹⁸. Il marini scisti neri nel Wuling Sag sono stato influenzato significativamente dalle condizioni geologiche complesse, che formavano le riserve di gas di scisto. Come una zona di trasferimento strutturale, il sag è il punto dolce per esplorazione di gas di scisto, che è caratterizzata da una deformazione più debole, migliore generazione di gas di scisto, condizioni di conservazione e un migliore abbinamento naturale frattura del trappole¹⁹.

Misure di assorbimento assorbimento ad alta pressione sono condotte basata su una procedura standardizzata con la guida del protocollo apparato isoterma di adsorbimento, che è stato completamente elaborato su diverse pubblicazioni^{10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16}. gli esperimenti di adsorbimento isotermici sono stati completati nel laboratorio chiave di Shale Oil e Gas indagine e valutazione dell’Accademia cinese di geoscienze. Una misurazione gravimetrica effettuata con un equilibrio di sospensione magnetica (MSB) avviene in quattro passaggi: una misura vuota, pre-elaborazione, una misura di galleggiabilità e una misurazione di adsorbimento e desorbimento (Figura 1, Figura 2).