Estudo experimental da relação entre o tamanho de partícula e capacidade de adsorção de metano em xisto

Xisto é uma rocha de argila com uma folha fina de fundamento a estrutura, que serve como uma pedra de fonte de gás de xisto e um reservatório. Xisto tem uma forte anisotropia consistindo de poros e mícron-escala nanométrica, e fósseis de graptólitos são comumente reconhecidos^1,2,3.

Gás de xisto é explorada comercialmente em placa de Yangtze, sul da China. Como um sistema de gás não convencional que serve como uma rocha de origem e um reservatório para o metano, gás de xisto é derivado de matéria orgânica dentro do xisto através de processos biogênica e/ou termogenico^4,5. Lojas de gás natural em reservatórios estão em uma das três formas: gás livre em poros e fraturas, adsorvido gás na superfície da matéria orgânica ou minerais inorgânicos e dissolvido o gás em água e betume^6,7. Estudos anteriores sugerem que adsorvida gás responde por 20-85% do gás total em xisto formações⁶. Portanto, uma pesquisa sobre a capacidade de adsorção de xisto e seus fatores de controle são significativos para a exploração e o desenvolvimento dos recursos de gás de xisto.

A capacidade de adsorção de metano de xisto tem sido amplamente reconhecida como significativamente variando com a temperatura, pressão, umidade, maturidade, composição mineral, matéria orgânica e área de superfície específica^{1,4,5 ,6,7}; e estudos anteriores confirmaram uma maior e mais clara correlação entre fatores externos como temperatura, pressão e adsorção de umidade e metano.

No entanto, estudos sobre a correlação entre fatores intrínsecos como tamanho de partícula, e a adsorção de metano são controversas. Kang e Ji sugerem que a capacidade de adsorção de metano do xisto mesmo amostras aumenta com a diminuição do tamanho de partícula^8,14, Considerando que Rupple e Zhang acreditam que a pertinência entre o tamanho de partícula e adsorção é limitada baseado na adsorção isotérmica curvas^9,10,11. Além disso, sem padrões para um protocolo de avaliação de adsorção de gás de xisto, laboratórios na China normalmente aplicam os protocolos de avaliação de adsorção de carvão para avaliar a adsorção de gás de xisto. Para clarificar a relação entre o tamanho de partícula e adsorção, bem como investigar uma zona de exploração em perspectiva, obtivemos amostras de xisto dos depósitos de xisto marinho grosso de Wuling Sag na placa superior do Yangtze. Aplicou-se um analisador de sorção gravimétrica para conduzir o isothermal adsorção experimentand obter a relação entre o tamanho de partícula e adsorção.

Os métodos volumétricos e gravimétricos são os principais métodos usados para testar a adsorção isotérmica de xisto. Volume é o key parâmetro do método volumétrico, que é facilmente afetado pela temperatura e pressão^12,13,14. Por causa da incerteza na análise do erro, a propagação cumulativa em medições directas utilizando o método volumétrico para calcular quantidades de adsorção leva a um grande erro nos resultados da medição, que provoca uma isoterma de adsorção anormal^{14 ,15}. Comparado com o método volumétrico, método gravimétrico requer menos parâmetros e resulta em erros menores: porque a massa é conservada, o peso e a massa do método gravimétrico não são afetadas pela temperatura e pressão¹². É considerado um método mais científico e preciso para medir a quantidade de theadsorption de adsorção no presente.

Um analisador de sorção gravimétrica é usado neste experimento, que tem um máximo de teste de pressão de 70 MPa (700 bar) e temperatura de 150 ° C. A temperatura e a pressão gerada por aparelhos mais velhos estão demasiado baixos toaccurately simular a temperatura e a pressão da formação debaixo da terra. A chave para usar um aparelho de análise de sorção é atingir o equilíbrio de suspensão magnética para a pesagem com precisão o material de amostra, com uma precisão de 10 µ g. O aparelho adota um modo de aquecimento de banho de óleo circulante e o intervalo de temperatura pode ser controlado por um longo tempo para dentro de 0,2 ° C. A precisão de um aparelho velho é baixa, e, portanto, o erro seria maior do que o obtido com instrumentos mais recentes. As operações experimentais são executadas com o software fornecido pelo aparato. O sistema operacional será atualizado regularmente para garantir que a análise aproxima-se a condições reais de Metro¹².

Um equilíbrio de suspensão magnética (MSB) é usado no método gravimétrico para testar a adsorção de metano isotérmicas de xisto sem contato direto entre a amostra e o equipamento, na pressão e na temperatura normal. A amostra é colocada no pool de medição, em que o peso da amostra pode ser transmitido para o equilíbrio através de uma suspensão sem contato acoplamento mecanismo^12,13. Sob o equilíbrio, há um ímã suspenso, controlado por um controlador especialmente projetado que permite a suspensão livre do ímã permanente abaixo. O ímã permanente conecta-se o sensor de posição e o recipiente de amostra, com o quadro de acoplamento. A função do quadro de acoplamento é acoplar ou desacoplar o recipiente da amostra para o ímã permanente suspensão haste^14,15,16.

Nossas amostras medidas são pretos orgânico rico em folhelhos depositados em fácies marinhos da formação Maxi longo, mais baixo Silurian no Daozhen, província de Guizhou. A área de pesquisa é o Wuling Sag, placa superior do Yang-tsé, que faz fronteira com a bacia de Sichuan para o noroeste e zona tectônica de montanha Xuefeng para o sudoeste¹⁷. O Wuling Sag é uma transferência estrutural e zona de transição entre a zona tectônica Xuefeng montanha, que recebeu depósitos de prateleira rasa-fundo do mar, e bacia de Sichuan e marinho xisto preto foi amplamente desenvolvido durante o Siluriano precoce; o sag foi então fortemente sobreposto por eventos tectônicos, como o movimento de Indo-China, Yanshan movimento e movimento do Himalaia, que formou vários estágios dobras, falhas e descompassos¹⁸. O xisto preto marinho em Wuling Sag foi significativamente influenciado pelas condições geológicas complexas, que formou as reservas de gás de xisto. Como uma zona de transferência estrutural, o sag é o ponto ideal para exploração de gás de xisto, que é caracterizada por uma deformação mais fraca, melhor geração de gás de xisto e as condições de preservação e uma melhor correspondência de fratura natural dos armadilhas¹⁹.

Medições de sorção de alta pressão são conduzidas com base em um procedimento padronizado, com a orientação do protocolo do aparelho de isotérmicas de adsorção, elaborado exaustivamente em várias publicações^{10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16}. os experimentos de isotérmicas de adsorção foram concluídos na chave laboratório de xisto de óleo e gás investigação e avaliação da Academia Chinesa de Geociências. Uma medição gravimétrica realizada com um equilíbrio de suspensão magnética (MSB) é realizada em quatro etapas: uma medida em branco, pré-processamento, uma medida de flutuabilidade e uma medição de adsorção e dessorção (Figura 1, Figura 2).