Estudio experimental de la relación entre tamaño de partícula y la capacidad de absorción del metano en la pizarra
2 de agosto de 2018
Utilizamos un aparato de adsorción isotérmica, el analizador de adsorción gravimétrico, para probar la capacidad de adsorción de distintas granulometrías de pizarra, con el fin de averiguar la relación entre tamaño de partícula y la capacidad de adsorción de pizarra.
Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo del gas de esquisto sobre la relación entre el tamaño de las partículas y la capacidad de adsorción del esquisto. La principal ventaja de esta técnica es que el método gravimétrico requiere menos parámetros y produce mejores resultados en términos de precisión y simulación de estructura subterránea real. Primero, encienda la computadora de equilibrio de suspensión magnética e inicie el controlador de acoplamiento de suspensión magnética.
Abra el cilindro de helio de gas dos y ajústelo aproximadamente a la presión de salida adecuada con la válvula de control. A continuación, confirme que la perilla del controlador de acoplamiento de suspensión magnética esté en la posición Apagado. A continuación, encienda el controlador de temperatura del instrumento, el calentador del baño de aceite y la bomba de vacío.
Cambie el controlador de acoplamiento a la posición de punto cero, espere uno o dos minutos y confirme que las lecturas sean normales y estables. Compruebe las posiciones de los puntos de medición de la misma manera. A continuación, coloque el controlador en la posición de punto cero.
Inicie el software de control del sistema. Seleccione el programa Medición en blanco y abra la ventana de configuración. Asigne un nombre a la medición, seleccione el gas dos para usar gas helio, seleccione otro fluido y seleccione el baño de fluido.
Ajuste la presión máxima a 70 bares con siete pasos de presión, la rampa de presión a dos bares por minuto y la temperatura del baño de aceite a 50 grados centígrados. Ejecute el programa y calcule la masa y el volumen del recipiente de muestra vacío. Una vez finalizada la prueba en blanco, ajuste el punto de ajuste de presión de helio de gas dos a un bar.
Inicie la dosificación de gas para llenar el baño de muestras con helio hasta que esté cerca de la presión atmosférica. Luego, detenga la dosificación de gases. A continuación, baje el sensor de temperatura.
Desmonte la chaqueta aislante de algodón y el termostato de doble pared. Sostenga el termostato de doble pared cuando se retire el último tornillo. Descargue el termostato de doble pared, teniendo cuidado de no golpear el tubo transversal del sensor con la llave.
A continuación, desmonte el pool de muestras quitando los seis tornillos de forma simétrica. Abra con cuidado el bote de muestras. A continuación, compruebe si el marco de equilibrio del instrumento está nivelado.
Para ajustar el marco de equilibrio, gire la perilla del controlador de acoplamiento magnético a la posición de apagado y suba o baje con cuidado los pies y los tornillos de soporte. Una vez que el sistema esté equilibrado, saque el recipiente de muestra y cargue una muestra de roca de esquisto limpia y triturada en el contenedor de muestra. Instale el recipiente de muestra y, a continuación, coloque el acoplamiento en la posición adecuada.
Luego, vuelva a instalar el grupo de muestras, teniendo cuidado de mantener los bordes dentro de la brida. Instale los tornillos simétricamente y gírelos con una fuerza suave y uniforme. Después de instalar la piscina de muestra, intente instalar el termostato de doble pared para asegurarse de que se pueda instalar sin problemas en la medición de flotabilidad posterior.
Una vez que se haya confirmado, retire el termostato de doble pared. A continuación, gire la perilla del controlador de acoplamiento a cada posición para verificar el equilibrio. Inserte el sensor de temperatura e instale la cubierta de calefacción eléctrica y la cubierta aislante.
Conecte la fuente de alimentación de calefacción eléctrica y encienda la alimentación. A continuación, seleccione el programa de pretratamiento en el software del instrumento y abra el menú de configuración. Asigne un nombre a la medición, elija la fuente de vacío y seleccione la calefacción eléctrica.
Establezca la temperatura de la muestra en 105 grados Celsius, la temperatura de acoplamiento en 20 grados Celsius y la duración en 600 minutos. A continuación, ejecute el programa de pretratamiento. Luego, apague la calefacción eléctrica y desconecte la fuente de alimentación.
Retire la funda de calefacción eléctrica, inserte el sensor de temperatura e instale el termostato de doble pared. Envuelva el termostato con una cubierta aislante adhesiva. A continuación, en el software, seleccione el programa de medición de flotabilidad y abra la ventana de configuración.
Ajuste la temperatura del baño de aceite a 50 grados centígrados. Establezca la presión máxima en 70 bar, la rampa de presión en dos bares por minuto y el número de pasos de presión en siete. A continuación, ejecute el proceso, que suele tardar de cinco a ocho horas.
Después de eso, seleccione el programa de medición de sorción. Si se evaluará la desorción, mantenga el baño de aceite a 50 grados centígrados y establezca 19 puntos de presión, aumentando de cero bares a 250 bares y de nuevo a cero bares. A continuación, elija el gas uno en lugar del gas dos para el gas experimental y ejecute el programa.
Utilice una bomba presurizada si es necesario para aumentar manualmente la presión del gas experimental hasta el valor objetivo. Deje que el proceso termine antes de quitar cualquier componente del instrumento. Se trituraron dos especímenes de esquisto y se dividieron por tamaño de partícula.
Para todas las muestras, la capacidad absoluta de adsorción de metano aumentó linealmente con una presión entre cero y 60 bares. Después de eso, la capacidad absoluta de adsorción se estabilizó gradualmente. El exceso de capacidad de adsorción siguió una tendencia similar a presiones más bajas, alcanzó un máximo de aproximadamente 80 a 100 bares y luego disminuyó con el aumento de la presión.
Lasmuestras de esquisto con tamaños de partícula de aproximadamente 250 micrómetros generalmente tenían la capacidad de adsorción absoluta máxima y excesiva más alta. Esto se atribuyó a que la roca se trituró en partículas más pequeñas y a que los microporos y mesoporos se conectaron para formar mesoporos y macroporos, disminuyendo el área superficial específica total del esquisto. La primera vez que tuvimos esta idea para este método fue cuando consideramos cómo se debían usar las partículas grandes para los experimentos de adsorción isotérmica de esquisto en diferentes regiones.
Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en 24 horas si se realiza correctamente.
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Descripción general
Este estudio utiliza un analizador gravimétrico de sorción para investigar la capacidad de adsorción de la lutita en diferentes tamaños de partícula. El objetivo es esclarecer la relación entre el tamaño de partícula y la capacidad de adsorción, lo cual es crucial para comprender la extracción de gas de lutita.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biología
- Ciencia de materiales
Antecedentes
- La extracción de gas de esquisto es un área importante de investigación.
- Comprender la capacidad de adsorción es fundamental para optimizar los métodos de extracción.
- El tamaño de las partículas puede influir en la eficiencia de la adsorción de gas.
- Los métodos gravimétricos proporcionan mediciones precisas con menos parámetros.
Objetivo del estudio
- Determinar cómo el tamaño de las partículas afecta la capacidad de adsorción de la lutita.
- Mejorar la comprensión del comportamiento del gas de lutita bajo diversas condiciones.
- Incrementar la precisión de las mediciones en la investigación del gas de lutita.
Métodos Utilizados
- Utilización de un analizador gravimétrico de sorción.
- Prueba de diferentes tamaños de partícula de esquisto.
- Medición de la capacidad de adsorción bajo condiciones controladas.
- Análisis de los resultados para establecer relaciones entre variables.
Resultados principales
- Identificó tendencias en la capacidad de adsorción en relación con el tamaño de partícula.
- Comprobó la eficacia del método gravimétrico.
- Proporcionó información sobre las condiciones óptimas para la extracción de gas de esquisto.
- Contribuyó al entendimiento de las propiedades de los materiales de esquisto.
Conclusiones
- El estudio confirma que el tamaño de las partículas afecta significativamente la capacidad de adsorción.
- Los métodos gravimétricos son confiables para estudiar las propiedades de la lutita.
- Los hallazgos pueden orientar investigaciones futuras y técnicas de extracción.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Comprender la relación entre el tamaño de las partículas y la capacidad de sorción de metano en lutitas es fundamental para optimizar la evaluación de recursos y la eficiencia de extracción en yacimientos de gas no convencionales. Este estudio proporciona información cuantitativa sobre cómo el tamaño de las partículas influye en el comportamiento de adsorción, lo que permite una caracterización más precisa de los yacimientos y orienta las decisiones en la evaluación inicial de activos. El método de sorción gravimétrica descrito ofrece un enfoque confiable y eficiente en parámetros para medir la adsorción de gas bajo condiciones controladas, mejorando la consistencia de los datos para la modelización del subsuelo.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar las propiedades del material que influyen en las interacciones gas-sólido, apoyando la comprobación de hipótesis en sistemas de materiales energéticos.
- Valor operativo: Proporciona un protocolo gravimétrico estandarizado para la medición reproducible de la capacidad de adsorción en diferentes tamaños de partículas.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Valor científico: Genera isotermas de adsorción cuantitativas que sirven como resultados de referencia para comparar muestras de esquisto bajo condiciones controladas de presión y temperatura.
- Valor operativo: Establece un procedimiento escalable de preparación de muestras que incluye trituración, tamizado y carga para análisis de sorción de alto rendimiento.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Relaciona el comportamiento de adsorción a escala de partículas con el rendimiento del yacimiento a escala macroscópica, apoyando la modelización traslacional del transporte de gas en esquistos fracturados.
- Valor operativo: Proporciona protocolos repetibles de medición de flotabilidad y sorción que garantizan la consistencia entre laboratorios en estudios de caracterización de esquistos.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
La técnica gravimétrica de sorción se enmarca en la fase inicial de descubrimiento de la evaluación de materiales energéticos, donde el entendimiento de las propiedades intrínsecas de adsorción precede a la simulación del yacimiento y al diseño de la extracción. Apoya las decisiones de continuar o descartar un proyecto al proporcionar datos confiables sobre el potencial de almacenamiento de gas de esquisto, lo que impacta directamente en la valoración de activos y en la priorización del desarrollo.
- Biología del Descubrimiento: No aplicable; este método aborda propiedades fisicoquímicas de matrices de esquisto inorgánicas en lugar de sistemas biológicos.
- Selección: Permite la evaluación estandarizada de la capacidad de adsorción de metano en diferentes fracciones de tamaño de partícula, facilitando la selección comparativa de muestras geológicas.
- Análisis: Genera mediciones de adsorción absoluta y exceso en función de la presión, posibilitando la comparación cuantitativa del comportamiento de sorción bajo condiciones relevantes para el yacimiento.
- Investigación Traducible: Relaciona datos de adsorción a escala de laboratorio con la eficiencia de extracción a escala de campo, al identificar rangos óptimos de tamaño de partícula para maximizar el almacenamiento de gas en esquistos fracturados.
- Reutilización Empresarial: El analizador gravimétrico de sorción representa una plataforma reutilizable para caracterizar propiedades de adsorción en diversos yacimientos no convencionales, reduciendo la dependencia de pruebas subcontratadas.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Mejora la confianza predictiva en los modelos de yacimiento al proporcionar mediciones precisas de adsorción con pocos parámetros que reflejan el comportamiento real de sorción.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad mediante pasos estandarizados de medición de blanco, pretratamiento, flotabilidad y sorción, minimizando la variabilidad inducida por el operador.
- Valor estratégico: Apoya decisiones de inversión ajustadas al riesgo al aclarar la relación entre la preparación de partículas y la capacidad de almacenamiento de gas, reduciendo la incertidumbre en las estimaciones de recursos.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización basada en datos de activos de esquisto según su rendimiento medible en adsorción, alineando los esfuerzos de exploración con zonas de alto potencial.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en análisis gravimétrico, sistemas de vacío y manipulación de gases a alta presión para garantizar la integridad de las mediciones.
- Depende de una balanza de suspensión magnética (MSB) y un baño de aceite con control de temperatura para la detección precisa de masa y flotabilidad.
- Necesita la estandarización entre equipos en la preparación de muestras (trituración, tamizado, carga) para mantener la consistencia entre las fracciones de tamaño de partícula.
- Implica consideraciones de adaptación al extender el método a otras formaciones de lutitas o gases adsorbentes distintos del metano.
- Está limitado por la naturaleza intensiva en tiempo del ciclo completo de medición (blanco, pretratamiento, flotabilidad, adsorción), que puede superar las 24 horas por muestra en condiciones óptimas.
