Experimentele studie van de relatie tussen deeltjesgrootte en methaan Sorption capaciteit in leisteen
August 2nd, 2018
We gebruiken een isothermische adsorptie-apparaat, de gravimetrische sorptie analyzer, voor het testen van de capaciteit van de adsorptie van verschillende deeltjesgrootte van leisteen, om te achterhalen van de relatie tussen deeltjesgrootte en de capaciteit van de adsorptie van leisteen.
Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in het schaliegasveld te beantwoorden over de relatie tussen deeltjesgrootte en de adsorptiecapaciteit van schalie. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de gravimetrische methode minder parameters vereist en betere resultaten oplevert in termen van nauwkeurigheid en simulatie van de werkelijke ondergrondse structuur. Schakel eerst de computer van de magnetische suspensiebalans in en start de controller voor magnetische suspensiekoppeling.
Open de gas-twee heliumcilinder en stel deze grof af op de juiste uitgangsdruk met de regelklep. Controleer vervolgens of de knop van de controller voor magnetische suspensiekoppeling op de positie Uit staat. Schakel vervolgens de temperatuurregelaar van het instrument, de oliebadverwarmer en de vacuümpomp in.
Schakel de koppelingscontroller naar de nulpuntpositie, wacht een tot twee minuten en controleer of de aflezingen normaal en stabiel zijn. Controleer de meetpuntposities op dezelfde manier. Stel vervolgens de controller in op de nulpuntpositie.
Start de systeembeheersoftware. Selecteer het programma voor lege meting en open het configuratievenster. Noem de meting, selecteer gas twee om heliumgas te gebruiken, selecteer andere vloeistof en selecteer vloeistofbad.
Stel de maximale druk in op 70 bar met zeven drukstappen, de drukstijging op twee bar per minuut en de oliebadtemperatuur op 50 graden Celsius. Voer het programma uit en bereken de massa en het volume van de lege steekproefcontainer. Nadat de lege test is voltooid, stel de gas-twee heliumdruksetpoint in op één bar.
Start met gasdosering om de steekproefpool met helium te vullen tot het dicht bij de atmosferische druk komt. Stop vervolgens met gasdosering. Trek vervolgens de temperatuursensor naar beneden.
Demonteer de isolerende katoenen jas en de dubbelwandige thermostaat. Ondersteun de dubbelwandige thermostaat wanneer de laatste schroef is verwijderd. Laad de dubbelwandige thermostaat uit, wees voorzichtig om de sensordoorgangsbuis niet met de sleutel te stoten.
Demonteer vervolgens de steekproefpool door de zes schroeven symmetrisch te verwijderen. Open de steekproefpool voorzichtig. Controleer vervolgens of het instrumentenbalansframe waterpas is.
Om het balansframe aan te passen, draai de knop van de magnetische koppelingscontroller naar Uit en heft de voetjes en steunschroeven voorzichtig op of neer. Zodra het systeem in balans is, haalt u de steekproefcontainer eruit en laadt u een schone, gemalen schaliesteenmonster in de steekproefcontainer. Installeer de steekproefcontainer en stel vervolgens de koppeling op de juiste positie in.
Installeer vervolgens de steekproefpool opnieuw, wees voorzichtig om de randen binnen de flens te houden. Installeer de schroeven symmetrisch en draai de schroeven met zachte, uniforme kracht. Na het installeren van de steekproefpool, probeer de dubbelwandige thermostaat te installeren om er zeker van te zijn dat deze later soepel kan worden geïnstalleerd bij de drijfvermogenmeting.
Zodra dit is bevestigd, verwijdert u de dubbelwandige thermostaat. Draai vervolgens de koppelingsregelaarknop naar elke positie om de balans te controleren. Plaats de temperatuursensor en installeer de elektrische verwarmingsmantel en isolatiedekvlek. Verbind vervolgens de elektrische verwarmingsvoeding en schakel het stroomnetwerk in. Selecteer vervolgens het voorbehandelingsprogramma in de instrumentsoftware en open het configuratiemenu. Noem de meting, kies de vacuümbron en selecteer elektrische verwarming.
Stel de steekproeftemperatuur in op 105 graden Celsius, de koppeltemperatuur op 20 graden Celsius en de duur op 600 minuten. Voer vervolgens het voorbehandelingsprogramma uit. Schakel daarna de elektrische verwarming uit en ontkoppel de voeding.
Verwijder de elektrische verwarmingsmantel, plaats de temperatuursensor en installeer de dubbelwandige thermostaat. Wikkel de thermostaat met een kleefbare isolatiedekvlek. Selecteer vervolgens in de software het drijfvermogenmeetprogramma en open het configuratievenster.
Stel de oliebadtemperatuur in op 50 graden Celsius. Stel de maximale druk in op 70 bar, de drukstijging op twee bar per minuut en het aantal drukstappen op zeven. Voer vervolgens het proces uit, dat meestal vijf tot acht uur duurt.
Selecteer daarna het sorptiemeetprogramma. Als de desorbentie moet worden geëvalueerd, houd de oliebad op 50 graden Celsius en stel 19 drukpunten in, stappend van nul bar tot 250 bar en terug naar nul bar. Kies vervolgens gas één in plaats van gas twee voor het experimentele gas en voer het programma uit.
Gebruik een onder druk staande pomp indien nodig om de druk van het experimentele gas handmatig naar de doelwaarde te verhogen. Laat het proces voltooien voordat u componenten uit het instrument verwijdert. Twee schaliemonsters werden gemalen en verdeeld op deeltjesgrootte.
Voor alle monsters nam de absolute methaanadsorptiecapaciteit lineair toe met de druk tussen nul en 60 bar. Daarna vlakde de absolute adsorptiecapaciteit geleidelijk af. De overtollige adsorptiecapaciteit volgde een vergelijkbare trend bij lagere drukken, bereikte een maximum bij ongeveer 80 tot 100 bar en daalde vervolgens met toenemende druk.
Schaliemonsters met een deeltjesgrootte van ongeveer 250 micrometer hadden over het algemeen de hoogste maximale absolute en overtollige adsorptiecapaciteit. Dit werd toegeschreven aan het feit dat de rots in kleinere deeltjes werd vermalen en dat microporiën en mesoporiën zich verenigden om mesoporiën en macroporiën te vormen, waardoor het totale specifieke oppervlak van de schalie afnam. We hadden dit idee voor deze methode voor het eerst toen we overwogen hoe groot deeltjes zouden moeten zijn voor isotherme adsorptie-experimenten van schalie in verschillende regio's.
Eenmaal beheerst, kan deze techniek in 24 uur worden uitgevoerd als deze correct wordt uitgevoerd.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Deze studie maakt gebruik van een gravimetrisch sorptie-analysator om de adsorptiecapaciteit van schalie te onderzoeken voor verschillende deeltjesgrootten. Het doel is om de relatie tussen deeltjesgrootte en adsorptiecapaciteit te verduidelijken, wat cruciaal is voor het begrijpen van schaliegaswinning.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Biologie
- Materiaalkunde
Achtergrond
- Schaliegaswinning is een belangrijk onderzoeksgebied.
- Het begrijpen van adsorptiecapaciteit is essentieel voor het optimaliseren van extractiemethoden.
- Deeltjesgrootte kan de efficiëntie van gasadsorptie beïnvloeden.
- Gravimetrische methoden bieden nauwkeurige metingen met minder parameters.
Doel van het onderzoek
- Om te bepalen hoe deeltjesgrootte de adsorptiecapaciteit van schalie beïnvloedt.
- Om het begrip van schaliegasgedrag onder verschillende omstandigheden te verbeteren.
- Om de nauwkeurigheid van metingen in schaliegasonderzoek te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een gravimetrisch sorptie-analysator.
- Testen van verschillende deeltjesgrootten van schalie.
- Meting van adsorptiecapaciteit onder gecontroleerde omstandigheden.
- Analyse van resultaten om relaties tussen variabelen vast te stellen.
Belangrijkste resultaten
- Identificeerde trends in adsorptiecapaciteit ten opzichte van deeltjesgrootte.
- Demonstreerde de effectiviteit van de gravimetrische methode.
- Gaf inzichten in optimale omstandigheden voor schaliegaswinning.
- Draagde bij aan het begrip van schalie materiaaleigenschappen.
Conclusies
- De studie bevestigt dat deeltjesgrootte een significante invloed heeft op de adsorptiecapaciteit.
- Gravimetrische methoden zijn betrouwbaar voor het bestuderen van schalie-eigenschappen.
- De bevindingen kunnen toekomstig onderzoek en extractietechnieken informeren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Understanding the relationship between particle size and methane sorption capacity in shale is critical for optimizing resource evaluation and extraction efficiency in unconventional gas reservoirs. This study provides quantitative insights into how particle size influences adsorption behavior, supporting more accurate reservoir characterization and informing decisions in early-stage asset evaluation. The gravimetric sorption method described offers a reliable, parameter-efficient approach for measuring gas adsorption under controlled conditions, enhancing data consistency for subsurface modeling.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of material properties that influence gas-solid interactions, supporting hypothesis testing in energy material systems.
- Operational Value: Provides a standardized gravimetric protocol for reproducible measurement of adsorption capacity across variable particle sizes.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative adsorption isotherms that serve as benchmark outputs for comparing shale samples under controlled pressure and temperature conditions.
- Operational Value: Establishes a scalable sample preparation workflow involving crushing, sieving, and loading for high-throughput sorption analysis.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links particle-scale adsorption behavior to macroscale reservoir performance, supporting translational modeling of gas transport in fractured shale.
- Operational Value: Delivers repeatable buoyancy and sorption measurement protocols that ensure cross-lab consistency in shale characterization studies.
Pipeline & Workflow Integration
The gravimetric sorption technique fits within the early discovery phase of energy material evaluation, where understanding intrinsic adsorption properties precedes reservoir simulation and extraction design. It supports go/no-go decisions by providing reliable data on shale gas storage potential, which directly impacts asset valuation and development prioritization.
- Discovery Biology: Not applicable; this method addresses physicochemical properties of inorganic shale matrices rather than biological systems.
- Screening: Enables standardized assessment of methane adsorption capacity across particle size fractions, supporting comparative screening of geological samples.
- Analytics: Produces absolute and excess adsorption measurements as a function of pressure, enabling quantitative comparison of sorption behavior under reservoir-relevant conditions.
- Translational Research: Connects lab-scale adsorption data to field-scale extraction efficiency by identifying optimal particle size ranges for maximizing gas storage in fractured shale.
- Enterprise Reuse: The gravimetric sorption analyzer represents a reusable platform capability for characterizing adsorption properties in diverse unconventional reservoirs, reducing dependency on outsourced testing.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence in reservoir models by delivering accurate, low-parameter adsorption measurements that reflect actual sorption behavior.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized blank, pretreatment, buoyancy, and sorption measurement steps, minimizing operator-induced variability.
- Strategic Value: Supports risk-adjusted investment decisions by clarifying the relationship between particle preparation and gas storage capacity, reducing uncertainty in resource estimates.
- Portfolio Impact: Enables data-driven prioritization of shale assets based on measurable adsorption performance, aligning exploration efforts with high-potential zones.
Implementation Considerations
- Requires expertise in gravimetric analysis, vacuum systems, and high-pressure gas handling to ensure measurement integrity.
- Dependence on a magnetic suspension balance (MSB) and temperature-controlled oil bath for precise mass and buoyancy detection.
- Necessitates cross-team standardization of sample preparation (crushing, sieving, loading) to maintain consistency across particle size fractions.
- Involves adaptation considerations when extending the method to other shale formations or adsorbate gases beyond methane.
- Limited by the time-intensive nature of the full measurement cycle (blank, pretreatment, buoyancy, sorption), which can exceed 24 hours per sample under optimal conditions.
