Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Экспериментальное исследование взаимосвязи между размера частиц и сорбционная емкость метана в сланца

Published: August 2, 2018 doi: 10.3791/57705
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Institute of Geomechanics/Key Lab of Shale Oil and Gas Geological Survey, Chinese Academy of Geological Sciences

Summary

Мы используем изотермические адсорбции аппарат, анализатор гравиметрических сорбции для тестирования адсорбционной емкостью размеров различных частиц сланцев, чтобы выяснить отношения между размер частиц и адсорбционной емкостью сланцев.

Abstract

Количество адсорбированных сланцевого газа является ключевым параметром, используется в сланцевого газа оценки ресурсов и выбор целевой области, и это также важный стандарт для оценки стоимости добычи сланцевого газа. В настоящее время исследования о взаимосвязи между частиц размером и метана адсорбции спорным. В этом исследовании изотермические адсорбции аппарат, анализатор гравиметрических сорбции, используется для проверки адсорбционной емкостью частиц различных размеров в shale, чтобы определить связь между размер частиц и адсорбционной способностью сланцев. Thegravimetric метод требует меньше параметров и производит лучшие результаты с точки зрения точности и последовательности, чем методы, как метод объемной. Гравиметрические измерения проводятся в четыре этапа: пустой измерения, предварительной обработки, измерение плавучести и адсорбции и десорбции измерения. Гравиметрические измерения в настоящее время считается более научных и точный метод измерения количества адсорбция; Однако это занимает много времени и требует строгого измерительной техники. Баланс магнитная подвеска (MSB) является ключом для проверки точности и согласованности этого метода. Наши результаты показывают, что адсорбция емкости и размер частиц соотносятся, но не линейной корреляции и adsorptions в частицы, котор фильтруют в 40-60 и 60-80 сетки, как правило, больше. Мы предлагаем максимальный адсорбции, соответствующий размер частиц приблизительно 250 мкм (60 меш) в ГРП сланцевого газа.

Introduction

Сланец — глина рок с тонкий лист постельных принадлежностей структуры, которая служит как источник рок сланцевого газа и водохранилище. Shale имеет сильный анизотропии, состоящий из поры и микрон нано -, и graptolite окаменелости являются общепризнанным1,2,3.

Сланцевый газ коммерчески эксплуатируется в пластину Янцзы, Южный Китай. Как система нетрадиционного газа, которая служит источником рок и резервуар для метана Сланцевый газ является производным от органического вещества в пределах сланцев через биогенных и/или термогенный процессов4,5. Природный газ Магазины в водохранилищах находятся в одной из трех форм: свободный газ в поры и трещины, адсорбированные газа на поверхности органического вещества или неорганических минералов и растворенных газов в битум и воды6,7. Предыдущие исследования показывают, что адсорбированных газ приходится 20-85% всего газа в сланца образований6. Таким образом, исследование адсорбции потенциала сланцевый и его контроля факторы важны для разведки и разработки сланцевого газа ресурса.

Метан адсорбционной способностью сланцев широко признается как существенно колеблется с температуры, давления, влажности, зрелости, минеральный состав, органического вещества и удельная поверхность1,4,5 6, ,7; и предыдущие исследования подтвердили больше и яснее корреляции между внешних факторов, таких как температуры, давления и влажности и метана адсорбции.

Однако исследования о взаимосвязи между внутренние факторы, как размер частиц и адсорбции метана являются спорными. Цзи Кан и предполагают, что метан адсорбционной емкостью же сланцев образцов увеличивается с уменьшением размера частиц8,14, тогда как Rupple и Чжан считают отношение между размером частиц и адсорбции ограниченной на основании изотермический адсорбции кривых9,10,11. Кроме того без стандартов для протокола оценки адсорбции сланцевого газа, лаборатории в Китае обычно применяют угольной адсорбции оценки протоколы для оценки сланцевого газа адсорбции. Чтобы прояснить взаимосвязь между размером частиц и адсорбции, а также исследовать зону перспективные исследования, мы получили образцы сланца из толстых морской сланцевых месторождений Wuling Sag в верхней пластине Янцзы. Гравиметрическая сорбции анализатор был применен для проведения изотермический адсорбции experimentand получить взаимосвязь между размером частиц и адсорбции.

Объемные и гравиметрические методы являются основные методы, используемые для проверки изотермических адсорбции сланцев. Объем является ключевым параметром объемным методом, который легко пострадавших от температуры и давления12,,1314. Из-за неопределенности в анализ ошибок совокупный распространения в прямых измерений с использованием количественного метода для расчета суммы адсорбции приводит к большой ошибки в результатах измерений, который заставляет аномальные адсорбции изотерма14 ,15. По сравнению с объемным методом, гравиметрического метода требует меньше параметров и результатов в небольшие ошибки: потому что массы сохраняется, вес и масса гравиметрического метода не влияет на температуру и давление12. Он считается более научных и точный метод измерения theadsorption количество адсорбции в настоящее время.

Гравиметрическая сорбции анализатор используется в этом эксперименте, который имеет максимум испытания давлением до 70 МПа (700 бар) и температуре 150 ° C. Слишком низкая температура и давление, создаваемое старых аппарат toaccurately моделировать температура и давление формирования глубоко под землей. Ключом к использованию аппарат анализа сорбции достигает баланса магнитная подвеска для точного взвешивания образец материала, с точностью 10 мкг. Аппарат принимает циркулирующего режиме нагрева нефти ванна и диапазон температур может управляться на долгое время в пределах 0,2 ° C. Точность старого аппарата является низким, и таким образом ошибка будет больше, чем полученные с новыми инструментами. Экспериментальной операции выполняются с помощью программного обеспечения, представленной аппарата. Операционная система будет регулярно обновляться, чтобы убедиться, что анализ близка к фактической подземных условиях12.

Магнитная подвеска баланс (MSB) используется в гравиметрический метод для проверки изотермических адсорбции метана сланцев без прямого контакта между образцом и оборудования, в нормальной температуре и давлении. Образец помещается в бассейне измерения, в котором масса образца могут быть переданы на баланс через бесконтактный подвеска, сцепление механизм12,13. Под баланс есть приостановлено магнит, контролируется специально разработанный контроллер, который позволяет свободного подвеса ниже постоянного магнита. Постоянный магнит соединяет датчик положения и контейнера образца с соединительной рамы. Функция сцепления кадра является пара или отделить контейнера образца в постоянный магнит подвеска стержня14,15,16.

Наши измеренных образцов являются черный органических богатые сланцы, депонируется в морской фации формирования длинные макси, Нижняя Силурийский в даочжэнь, провинция Гуйчжоу. Область исследований находится в Wuling Sag, верхняя плита Янцзы, которая граничит Сычуань бассейна на северо-западе и тектонической зоны Сюэфэн горы к юго-17. Wuling Sag является структурной передачи и переходной зоны между Сычуань бассейна и тектонической зоны Сюэфэн горы, который получен мелководье-глубоководная шельфовых месторождений, и морской черный сланец широко был разработан в начале силурийских; sag была затем сильно накладывается тектонические события как движение Индо-Китая, Яншань движение и движение гималайский, которая сформирована многоступенчатая складки, разломов и несогласий18. Морских черного сланца в Wuling Sag значительно влиянием сложных геологических условиях, которые сформированы запасы сланцевого газа. Как структурных передачи зоны sag это сладкое пятно для сланцевого газа, который характеризуется слабее деформации, лучше сланцевого газа поколения и сохранения условий и лучшего соответствия природных переломов ловушки19.

Высокого давления сорбции измерения проводятся основе стандартизированной процедуры с руководством изотермический адсорбции аппарат протокола, который всесторонне разработана на несколько публикаций10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. Изотермическая адсорбции эксперименты были завершены в ключ Лаборатория сланцевой нефти и газа расследования и оценки Китайской академии наук о земле. Гравиметрические измерения осуществляется с магнитной подушке баланса (MSB) производится в четыре этапа: пустой измерения, предварительной обработки, плавучесть измерения и адсорбции и десорбции (рис. 1, рис. 2).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Пробоподготовка

  1. Образец характеристики
    1. Измерьте Общий органический углерод (ООУ) с помощью TOC аппарата (см. Таблицу материалов) при температуре 20 ° c и относительной влажности 65% (стандарт GB/T 19145-2003).
    2. Выполнить измерение коэффициента отражения витринита аншлифов сланца с помощью микроскопа фотометр (см. Таблицу материалы).
  2. Пример очистки и дробление
    Примечание: Чтобы избежать влияния различных внутренних и внешних факторов, а также неоднородность сланцев насколько это возможно, выберите образец рок большое сланцев из оригинального горизонтальных постельных принадлежностей для этого эксперимента.
    1. Выберите образец рок большое сланцев (около 20 см длиной, 15 см в ширину и 2 см в высоту) из оригинального горизонтальных постельных принадлежностей.
    2. Чистый образец и дробления сосуд с абсорбирующей хлопок, пинцеты и ацетальдегид.
    3. Разбить большой оригинал горизонтальных сланцевого beddingsample на мелкие кусочки с молотком, так что он может быть помещен в остаточных газов жесткой шлифовальной машины. Подходящее время дробления (примерно 3 мин) можно найти через предварительные эксперименты.
    4. Затем сито образца в 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 и 100-120 проб первый просеивания частиц через 100-120 сетку, затем сетку 80-100, 60-80 сетка, сетка 40-60 и наконец сетку 20-40.
    5. Отменить любые несоответствующие сланца частицы. Там будет несколько образцов отбрасываются (около 5 г) когда дробление времени — 3 мин.
    6. Этикетке каждого образца 20-40-1, 40-60-1, 60-80-1, 80-100-1 и 100-120-1 (это G1 в Представитель результаты).
    7. Повторите выше операцию с другой пример (около 20 см длиной, 15 cm широкий и 2 см в высоту; используйте разные сланца с различным составом или TOC) и создайте набор повторить эксперименты для контраста. Этикетке каждого образца 20-40-2, 40-60-2, 60-80-2, 80-100-2 и 100-120-2 (G2 в Представитель результаты).

2. экспериментальные методы

  1. Лабораторная установка
    1. Поместите документы в тихом районе вибраций чистой лаборатории без электромагнитных помех. Температура в лаборатории должна быть 10-40 ° C.
      Примечание: Эксперимент будет проводиться при комнатной температуре для длительных периодов времени (несколько дней).
    2. Использование переменного тока на 230 В (±10%) и 50 Hz. обеспечить каждый корень электросети имеет больше чем 10 A тока и безопасно обрабатывается с землей свинца. Если энергосистемы бедных, должен использоваться дополнительный источник питания.
    3. Использование газовых баллонов с газом высокой чистоты (не менее 99,999%). Исправьте все цилиндры прочно.
    4. Если опасный газ используется в эксперименте, убедитесь, что лаборатории имеется вентиляция и выхлопных газов, наряду с сигнализатором опасных газов. Регулярно используйте мыльные пузыри для обнаружения любых утечек из трубы соединения12.
    5. Избегайте прямых солнечных лучей.
  2. Запустите инструмент
    1. Включите компьютер и начните основную программу.
    2. Откройте цилиндр и настроить его на соответствующую выходное давление (отрегулировать outgassing давление до 5-6 бар и давление баллона газа примерно 70 бар).
    3. Включите прибор. При включении сцепления контроллер регулятор должен оставаться в положении OFF. Откройте нефти ванна и вакуумный насос мощность.
  3. Пустой измерение
    1. Разобрать пример бассейн, Поставьте ведро пустой чистый образец внутри и установить металлические направляющую втулку. Проверьте муфту ZP/MP и настроить его в соответствующее состояние.
    2. Контролировать баланс на соединение контроллере и переключить его на все должности в ZP/MP1/MP2. Наблюдать изменения в баланс чтения и подтвердить, что чтение является нормальной и стабильной. Если чтение неправильно или нестабильной, необходимо настроить уровни на всех 4 ногах плоской головкой, основанный на ситуацию или высокой и низкой позиции поддержки винт.
    3. Загрузите образец бассейн, контроля температуры нефти Ванна куртку и тепло изоляция покрытия.
    4. Переместите ручку сцепления контроллера в положение ZP.
    5. Установите его в пустой измерения программу в программном обеспечении.
      1. Нажмите, чтобы настроить измерение, имя, заголовок, выберите газа 2 и другие жидкости и выберите жидкости ванна.
      2. Установите температуру образца до 50 ° C, максимальное давление до 70 бар, давление шаг 7, рампе давление до 2 бар/мин и жидкости therm до 50 ° C.
        Примечание: Для пустого теста, используйте N2 (рекомендуется) или He на соответствующего давления (0 - 70 бар). Весят пустым ведром. Когда температура в соответствии с экспериментальной температуры адсорбции, выполнения программы загрузки, который обычно занимает 7-8 ч. Наконец на качество и объем пустым ведром можно получить вручную после завершения (см. шаг 2.8.1).
        Предупреждение: 6 наборов болтов на фланце бассейн образца демонтируются с использованием внутренних шести угол гаечный ключ и фиксированной ключ документа. Обратите внимание, что при удалении последней группы болтов, образец пул должен проводиться во избежание падения.
  4. Инструмент, балансировки (при необходимости)
    Примечание: Инструмент работы движения должна быть мягкой, единой силой.
    1. Не трясите сильно поддержки баланс (в противном случае, это может нарушить баланс) или переместить положение кадра. При использовании гаечного ключа, будьте осторожны, чтобы не стучать Траверс трубки датчика вблизи фланца из позиции.
    2. Когда баланс подтверждается, переместите ZP в положение OFF.
    3. Проверьте, установлена ли кольцо круглого сечения на фланце образца пула. Замените кольцо круглого сечения, если есть серьезные повреждения или деформации.
    4. Настройка образца бассейн вертикально, таким образом, чтобы верхний и нижний фланцы соединяются, который будет поддерживать состояние общей вертикальной.
    5. Наконец установите 6 групп болтов.
      1. Используйте гаечный ключ для крепления винтов, с помощью метода симметричный крепления для обеспечения что соединение фланца лицом жесткой и не искажены. Степень 6 групп Болты крепления должны соответствовать возможным13.
      2. PayAttention крышку спираль под 6 групп болтов держать каждого края из фланца, чтобы избежать трудностей при установке задних нефти Ванна куртку.
    6. Если используется электрическое отопление, установите изоляции терракота и исправить ее с обручем кольцо без пакета хлопок внешней изоляции.
    7. При использовании масла ванна Отопление, установите нефти Ванна куртка от дна до образца бассейн, до тех пор, пока в верхней и верхний фланец плоский. Установите три винта внизу, чтобы исправить нефти Ванна куртка на месте.
    8. Проверьте ли позиция ZP/MP1/MP2 и чтение баланса являются нормальными, а затем переместите ручку сцепления контроллера в положение ZP.
  5. Обработка измерения
    1. Разобрать пример бассейн и поместите образец в образце ствол. Проверьте муфту ZP/MP и скорректировать их в соответствующее состояние.
    2. Загрузите образец бассейн и электрические тепло изоляция покрытия.
    3. Переместите ручку сцепления контроллера в положение ZP.
    4. Программа загрузки будет запускаться автоматически. Установите программу предварительной обработки в программном обеспечении. Нажмите Настройка измерений, имя заголовка, установите вакуум, выбрать Электрический нагреватель, установите температуру образца при 150 ° C и муфта температуре 20 ° C и установить продолжительность в 600 мин. Этот шаг обычно занимает 10 h.
  6. Плавучесть измерение
    1. Демонтировать оболочке электрическое отопление и установить контроля температуры нефти Ванна куртку и теплоизоляция покрытия, который isadhesive.
    2. Запустите программу измерений плавучести в программное обеспечение, установить масляной ванне, на 50 ° C температура нагрева и тепла для приблизительно 4 ч. 7 точек давления будет распределяться под максимальным давлением 70 бар. Программа загрузки будет запускаться автоматически.
      Примечание: Измерение плавучести является таким же, как пустой измерения.
      Предупреждение: Вытащите электрические тепловые мощности питания совместное перед удалением совместное датчик температуры в нижней части бассейна образца. После загрузки образца, не забудьте проверить, если датчик температуры вставляется.
  7. Адсорбция измерение
    1. Установите программы измерения сорбции в программном обеспечении. Запустите программу и она будет запускаться автоматически.
    2. Если необходим процесс десорбции, задать этот вопрос в программе измерения сорбции, поддерживайте температуру жидкости терм при 50 ° C и установите 19 точек давления (например, 0, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 200, 150, 100, 80, 60, 40, 20, 10 и 0 бар). Затем запустите программу, которая будет запускаться автоматически.
    3. Установите давление вручную, с помощью под давлением насоса, когда давление газа не может достичь значения автоматически.
      Предупреждение: После окончания эксперимента, инструмент автоматически выхлопных газов и поддерживать состояние вакуума для определенного периода времени. Программа завершится автоматически, и все клапаны будут закрыты.
  8. Расчет
    1. Система может выбираться автоматически исправить экспериментальные результаты, используя следующие принципы. Отношения между вес чтение, чтение лоток, образец плавучесть и сорбции плавучести является следующим10,11,12,13:
      mA = Δm - mSC - mS + (SC V VS + VA) X p
      mA      : масса адсорбции газа; Δm: массового баланса чтения; mSC: масса образца лоток (получен пустой измерения); mS: масса образца (получены путем измерения плавучести); VСК: объем образца лоток (получен пустой измерения); VS: объем выборки (получены путем измерения плавучести); VA: объем образца адсорбции газа (полученные путем адсорбции измерения); Ρ(p,T,y): плотность вычисляется из уравнения состояния или определяется путем измерения.
  9. Завершение
    1. Выйдите из программы и закрыть компьютер. Закройте экспериментальный газовый баллон.
    2. Если только короткий период холостого хода происходит, не более 3 дней, остановите власть инструмент, который не требуется для поддержания состояния каждой системы питания. Мы предлагаем, что ручку контроллер муфта перемещается в положение OFF.
    3. Если инструмент должен быть остановлен в течение длительного времени, мощность каждой системы можно отключить. Перед выключением питания контроллер сцепления, ручку сначала нужно переместить в положение OFF. Убедитесь, что выключения лампы горят и другие огни находятся вне, а затем закройте питания контроллера.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figure 1
Рисунок 1 : Экспериментальная установка для адсорбции гравиметрических газа при высоких температурах и давлениях. На рисунке показана установка для изотермической адсорбции эксперимент: () нефти Ванна, Отопление устройство для жидкости ванны; (b) электрического отопления устройство для электрического отопления; (c) магнитная подвеска баланс - гравиметрический сорбции анализаторы (рис. 2); (d) операционной системы (ЭВМ и монитора); и (e) газ накачки и герметичности системы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Минеральные составляющие эти образцы характеризуются высокий кварц, умеренной глины, низкой шпаты и широкое распространение graptolite. Примеры показывают содержание влаги в размере менее 1%, на основе выборки, сушки эксперимент. Кроме того содержание TOC образца — 4,2% (масс. %). Коэффициент отражения витринита Ro является приблизительно 2,5%, которая остается в стадии зрелости за зрелости. Минеральные и водохранилище физические характеристики приведены в таблице 1.

Table 1
Таблица 1. Взаимосвязь между сланцев параметров и изотермические адсорбции метана.

Когда под нулевой точки (ZP) государства, поле муфта отделяется на датчик положения; Таким образом качество образца и контейнера образца не передается на баланс. Когда под состояние (МП) измерения точка соединительной коробки соединен датчик положения и масса образца и контейнера образца передается на баланс для измерения качества12,,1314.

Регулярное автоматическое переключение ZP и MP может эффективно удалить негативные последствия, вызванные присущего нулевым дрейфом электронного баланса и предлагают высокой точности измерений. Принцип структуры можно увидеть на рисунке 2.

Figure 2
Рисунок 2 : Сердце инструментов анализа сорбционно - магнитная подвеска балансира. Красный образец образец клеток с образцом, и синий образец образец клеток без образца. Стрелку выше образце это крючок, и сокращение двойн стороны стрелку в правом верхнем углу указывает, что магнитная сила магнитной левитации баланса увеличивается, подъемные весов и образцы, что приводит к сокращению расстояния. Эта цифра была изменена из доклада (экспериментальный инструмент операции отчет; частной корреспонденции) Чэнь банды. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Количество адсорбции линейно возрастает с увеличением давления во время 0 ~ 60 бар, период низкого давления. Потом темп роста адсорбции, постепенно сократилось до приблизительно 0. Кроме того, абсолютное адсорбции сланцев достиг состояния насыщения в период высокого давления с коррекцией или уменьшилось в емкость адсорбции максимального поглощения без коррекции (рис. 3, Таблица 2).

Figure 3
Рисунок 3 : Метан изотермический адсорбции эксперимент размера различных частиц. Эти панели показывают () адсорбции данных G1 с регулировкой, (b) адсорбции данных G1 без регулировки, (c) данные адсорбции G2 с перестройки и (d) адсорбции данных G2 без регулировки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Table 2
Таблица 2. Изотермические максимальная адсорбции метана эксперимент данных различных частиц.

Максимальная абсолютная adsorptions (absM) образца G1 были 2,99 мг/г, 3.03 мг/г, 3.16 мг/г, 2.95 мг/г и 3.01 мг/г; в порядке частицы образца сетки от 20-40 до 100-120; когда они достигли состояния насыщения (рис. 3). Кроме того максимальный избыток adsorptions (excM) образца G1 были 2,37 мг/г, 2,49 мг/г, 2.46 мг/г, 1,98 мг/г и 2.32 мг/г; в порядке (рис. 3b). Кроме того максимальная абсолютная adsorptions (absM) образца G2 были 2.51 мг/г, 3.11 мг/г, 3.10 мг/г, 2,93 мг/г и 3.18 мг/г; в порядке; когда они достигли состояния насыщения (рис. 3c). И наконец максимальный избыток adsorptions (excM) образца G1 были 2.34 мг/г, 2,53 мг/г, 2,40 мг/г, 2,07 мг/г и 2.21 мг/г; в порядке (рис.d).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Материалы, используемые в этом эксперименте приведены в Таблице материалов. Перед удалением образец бассейн, оно должно быть подтверждено, что температура и давление в бассейне образца находятся в нормальном давлении и нормальной температуре; в противном случае существует опасность получения травмы. Если температура слишком высока, дождитесь температуры падение, а затем removethe пример бассейн. Если давление слишком высокое или слишком низкое, вручную установить давление воздуха на программное обеспечение и использовать инертный газ13,14,15. Не разбирайте образца бассейн во время эксперимента. После завершения эксперимента, прибор находится в состоянии ожидания. Контроллер соединительной должен отображаться как ZP или Выкл. Циркуляционные масла ванна находится в состоянии OFF. Снимите 3 винта, которые фиксируются в нижней части нефти Ванна куртка, металла, зажимные втулки по вертикали и место куртка слева от фиксированной поддержки. В этом процессе Обратите внимание на защите электрические провода и трубы подключен к куртке. Не согнуть или поворот слишком много, чтобы не нарушить линии.

MSB гарантирует применение гравиметрических изотермический адсорбции аппарата к любого рода тексты газов (например, агрессивных, взрывоопасных и токсичных) в любых экстремальных условиях (например, вакуумные и высокого давления)20, 21. даже в экстремальных условиях, таких как атмосферу высокого давления или токсичными, адсорбция емкости образцов в закрытой камере могут быть проанализированы с максимальной точностью оборудования22,23,24 25, ,26. Масса образца и плотность среды реакция может измеряться в то же время в одном эксперименте, который может сохранить много времени24,25,26. Оборудование и метод может гарантировать Лонг выносливость высокой точности измерения эксперименты без потери дрейф или точности исходных. Разделение и изоляции области экспериментов (образец) и области взвешивания (баланс) позволяет избежать повреждения или загрязнения баланса реакции среднего или экспериментальных условий и управляет весить массы в высокой интенсивности герметичный реакции Палата26.

Основной предел техники является, во-первых, что он требует много времени: 1 образец будет полностью завершена обычно занимает 2-4 дня. Во-вторых равновесие и стабильность магнитная левитация баланса необходимо регулярно корректироваться с непрерывного использования; в противном случае это трудно достичь баланса, который будет занимать больше времени. Кроме того, процесс экспериментальной приходит с определенными рисками (например, высокая температура, высокое давление и легковоспламеняющихся и взрывоопасных газов)12,,1314.

К счастью существующих инструментов имеют хорошую стабильность, хорошая безопасность, высокая точность и высокая точность. Кроме того существует без конкретных требований для видов образца, до тех пор, как это на пористых порошковых20,21,22. В будущем этот метод будет более экономии времени, эффективной, безопасной и точной и костюм более видов проб.

Обычно протокол процесса образец, используемый в предыдущих исследованиях использовался для угольного газа. Уголь – это массивные, структурно изотропные рок, состоящее из углерода, в то время как shale является многоуровневой, структурно, вертикальные анизотропная порода, состоящая из нескольких глинистых минералов23,24,25,26. Когда дробильно -сортировочного образцы угля, частицы в различных сеток по-прежнему показывают аналогичные физические свойства. Когда имеешь дело с shale, частицы разных размеров может показать различные физические свойства, например адсорбции. Потому что, когда имеешь дело с сланца рок, сложные минерального состава и структуры слоев может увеличить анизотропии среди различных сеток27,28,29,30.

Ленгмюр модель обычно используется для изотермической адсорбции. Ленгмюр модель включает в себя адсорбции характеристики от изучения твердой поверхности, которая произошла в 1916 году, дополнена французский химик Ленгмюра; Эта модель начал с точки зрения динамики, в котором представлены уравнения состояния монослоя, для непористых твердых31. Основное предположение, что на поверхности адсорбента ровной и гладкой, и энергия твердой поверхности равномерным, образуя только одной молекулы слой. Существует никакого взаимодействия между молекулами адсорбированных газа, и адсорбции в динамического равновесия25,26. С этой точки зрения модель Ленгмюра не подходит для адсорбции сланцевого газа, и таким образом, здесь не используется формула.

При испытании неглубоких похоронены сланцевого газа и угля с низким давлением, существует небольшое различие между избыток адсорбционной емкостью и абсолютной адсорбционной емкостью. Однако с увеличением давления, избыток адсорбционной емкостью и абсолютной адсорбционной емкостью станут все больше. Из-за глубокого захоронения и высокое давление сланца адсорбционной емкостью является относительно слабой. Если не скорректировать, емкость адсорбции сланцев будет во многом недооценивается30,,3132. Таким образом используется сочетание различных методов коррекции, которые получаются в системе. Кроме того корректировка будет автоматически опустить последней точки (рис. 3 и 3 c). Однако корректировка также уменьшает разницу в размере адсорбции между образцами (рис. 3).

Микропоры и мезопор в сланца контроль адсорбция доминирующей удельной площади поверхности32,33. Лян и Чжан оба предлагает интенсивный сланцев фрагментации уменьшает количество микропор и мезопор и увеличивает количество macropores8,33. Сланцевый газ хорошо ГРП или структурной движение может раздавить неотъемлемой сланцев рок на куски (крупные частицы) для создания microfractures (мелких частиц), которая увеличивает площадь поверхности, конкретные, и таким образом, адсорбции увеличивается. Однако во время эксперимента, как ГРП или структурной движение продолжалось, сланцев рок был разгромлен в более мелкие частицы; и микропоры и мезопор в shale развитых и связаны друг с другом, чтобы сформировать мезопор и macropores; Таким образом общей удельной площади поверхности и адсорбции сланца уменьшилось (рис. 3b и 3d). В заключение количество адсорбции не монотонно увеличивается с уменьшением размера частиц и должно быть максимальное значение или интервал.

Предполагается, что правило вариации между адсорбционной емкостью и размер частиц не является линейной корреляции, ли ссылаясь к абсолютной адсорбции с регулировкой или чрезмерного адсорбции без регулировки. Таким образом он имеет большое значение, чтобы выяснить максимальное значение для определения размера частиц в процессе ГРП в сланцев. Адсорбционной способности достигать при давлении 80-100 бар и количество adsorptions в сетки 40-60 и 60-80 больше. Принимая во внимание примеры из области исследования максимальная адсорбции приблизительно 250 мкм (60-80 сетка), значения образцов из разных регионов и слоев могут быть различными (рис. 3, Таблица 2).

Гравиметрические и объемные методы широко используются в сланцевого газа адсорбции экспериментов; велики различия между их соответствующими соответствующие экспериментальные аппараты, однако общей чертой обеих является уничтожить естественный пористую структуру образца. Размер частиц образца на количество адсорбция имеет некоторое влияние, и пористую структуру без сломанной рок адсорбции экспериментов может отражать реальные формирования сланцевого газа в адсорбционной емкости30,31, 32 , 33, но его главным недостатком является, что он требует много времени для завершения.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Большой объем помощи была предоставлена инженер банды Чэнь и Tao Zhang. Эта работа была финансовую поддержку крупных государственных исследований развития программа Китая (Grant No.2016YFC0600202) и Китая Геологическая служба (CGS, Грант № DD20160183). Мы благодарим анонимного отзывы за их конструктивные замечания, которые значительно улучшить этот документ.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
XRF D8 DISCOVER X-Ray diffractometer Brook,Germany 204458 For mineralogy X-ray diffraction
EBSD three element integration system with spectrum  EDAX,USA Trident XM4 For nanoscale imaging (SEM)
Mercury injection capillary pressure (MICP) USA micromeritics Instrument company AutoPore IV 9520 For the immersion method to measure macropores(Porosity)
Nitrogen gas adsorption at low temperature USA micromeritics Instrument company ASAP2460/2020 For the low pressure nitrogen gas adsorption to measure mesopores and micropores(BET)
Finnigan MAT-252 mass spectrometer ThermoFinnigan,USA TRQ/Y2008-004 For C isotope
LECO CS-230 analyzer  Research Institute of Petroleum Exploration and Development 617-100-800 TOC apparatus
3Y-Leica MPV-SP photometer microphotometric system  Leica,Germany M090063016 Ro apparatus
Magnetic Suspension Balance Isothermal adsorption analyzer Rubotherm,Germany 2015-1974CHN For methane adsorption tests
Sieve(20/40/60/80/100/120mesh) Sinopharm Chemical Reagent Beijing Co.Ltd 200*50GB6003.102012 Used to screen samples
Absorbent cotton, hammer, tweezers and acetaldehyde Sinopharm Chemical Reagent Beijing Co.Ltd standard Used to clean materials
Residual gas tight grinder Nantong Huaxing Petroleum Instrument Co., Ltd TY2013000237 Sample smasher

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Strapoc, D., Mastalerz, M., Schimmelmann, A., Drobniak, A. Geochemical constraints on the origin and volume of gas in the New Albany Shale (Devonian-Mississippian), eastern Illinois Basin. AAPG Bulletin. 94, 1713-1740 (2010).
  2. Loucks, R. G., Ruppel, S. C. Mississippian Barnett Shale: Lithofacies and depositional setting of a deep-water shale-gas succession in the Fort Worth Basin, Texas. AAPG Bulletin. 91, 579-601 (2007).
  3. Curtis, J. B. Fractured shale-gas systems. AAPG Bulletin. 86, 1921-1938 (2002).
  4. Montgomery, S. L., Jarvie, D. M., Bowker, K. A., Pallastro, R. M. Mississippian Barnett Shale, Fort Worth basin, north-central Texas: Gas-shale play with multitrillion cubic foot potential. AAPG Bulletin. 89, 155-175 (2005).
  5. Jia, C. Z., Zheng, M., Zhang, Y. F. Unconventional hydrocarbon resources in China and the prospect of explora exploration and development. Petroleum Exploration and Development. 39 (2), 129-136 (2012).
  6. Hou, Y. G., et al. Effect of pore structure on methane sorption potential of shales. Petroleum Exploration and Development. 41 (2), 272-281 (2014).
  7. Chalmers, G. R., Bustin, R. M. The organic matter distribution and methane capacity of the lower cretaceous strata of northeastern British Columbia, Canada. International Journal of Coal Geology. 70 (1-3), 223-239 (2007).
  8. Kang, Y. L., et al. Effect of particle size on methane sorption capacity of shales. Natural Gas Geoscience. 28 (2), 272-279 (2017).
  9. Wang, R., et al. Adsorption influence factors and characteristics of adsorption isotherm for shale to methane. Natural Gas Geoscience. 26 (3), 580-591 (2015).
  10. Ruppel, T. C. Adsorption of methane on dry coal at elevated pressure. Fuel. 53, 152-162 (1974).
  11. Zhang, G. D., Han, Y. K., He, Z. P., Gao, X. Y., Chen, H. Z. The sample particle size on the adsorption capacity of the experimental study on the effect of shale gas. Exploration and Development. 6, 110-116 (2016).
  12. Ross, D. J., Bustin, R. M. Impact of mass balance calculations on adsorption capacities in microporous shale gas reservoirs. Fuel. 86 (17), 696-706 (2007).
  13. Gasparik, M., et al. High-pressure methane sorption isotherms of black shales from The Netherlands. Energy & Fuels. 26 (8), 4995-5004 (2012).
  14. Ji, L. M., Luo, P. Effect of sample size on volumetric determination of methane adsorption in clay minerals. Natural Gas Geoscience. 23 (3), 535-549 (2012).
  15. Wang, S., et al. The methane sorption capacity of Paleozoic shales from the Sichuan Basin, China. Marine and Petroleum Geology. 44 (3), 112-119 (2013).
  16. Zhang, X. D., Sang, S. X., Qin, Y. Isotherm adsorption of coal samples with different grain size. Journal of China University of Mining and Technology. 34, 427-432 (2005).
  17. Wang, Z. X., et al. A discussion on the structural deformation and oil/gas traps on the western side of the Xuefeng Mountain. Geological Bulletin of China. 31 (11), 1812-1825 (2012).
  18. Xu, Z. Y., Liang, X., Wang, X. W. Controlling factors for shale gas sweet spots distribution in the Upper Yangtze region: a case study of the Upper Ordovician Wufeng Fm-Lower Silurian Longmaxi Fm, Sichuan Basin. Natural Gas Industry. 36 (9), 35-43 (2016).
  19. Chalmers, G. L., Bustin, R. M. Lower cretaceous gas shales in northeastern British Columbia, Part I: geological controls on methane sorption capacity. Bulletin of Canadian Petroleum Geology. 56 (1), 1-21 (2008).
  20. Tan, J. Q., et al. Shale gas potential of the major marine shale formations in the Upper Yangtze Platform, South China, Part II: methane sorption capacity. Fuel. 129 (4), 204-218 (2014).
  21. Zhao, Y. J., et al. Study of impact factors on shale gas adsorption and desorption. Natural Gas Geoscience. 25 (6), 940-946 (2014).
  22. Xue, H. Q., et al. Adsorption capability and aperture distribution characteristics of shales: taking the Longmaxi Formation shale of Sichuan Basin as an example. Acta Petrolei Sinca. 34 (5), 826-832 (2013).
  23. U.S. Shale Gas: An Unconventional Resource. Unconventional Challenges. Halliburton Energy Services. , Halliburton. Houston, TX. (2008).
  24. Zhang, L. H., et al. Adsorption capacity and controlling factors of the Lower Silurian Longmaxi Shale Play in southern Sichuan Basin. Natural Gas Industry. 34 (12), 63-69 (2014).
  25. Gasparik, M., et al. Geological controls on the methane storage capacity in organic-rich shales. International Journal of Coal Geology. 123 (2), 34-51 (2014).
  26. Technically Recoverable Shale Oil and Shale Gas Resources: An Assessment of 137 Shale Formations in 41 Countries Outside the United States. U.S. Energy Information Administration. , EIA. Washington, DC. (2013).
  27. Gao, H. Q., et al. Isotherm adsorption characteristic of marine and continental shale and its controlling factors. Natural Gas Geoscience. 24 (6), 1290-1297 (2013).
  28. Josh, M., et al. Laboratory characterization of shale properties. Journal of Petroleum Science and Engineering. 88-89 (2), 107-124 (2012).
  29. Li, W. G., et al. A new model for shale adsorption gas amount under a certain geological condition of temperature and pressure. Natural Gas Geoscience. 23 (4), 791-796 (2012).
  30. Robens, E., Keller, J. U., Massen, C. H., Staudt, R. Sources of error in sorption and density measurements. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 55, 383-387 (1999).
  31. Keller, J. U., Stuart, R. Gas Adsorption Equilibria: Experimental Methods and Adsorptive Isotherms. , Springer. New York, NY. (2005).
  32. Ji, W. M., et al. Geological controls and estimation algorithms of lacustrine shale gas adsorption capacity: A case study of the Triassic strata in the southeastern Ordos Basin, China. International Journal of Coal Geology. 134-135 (1), 61-73 (2014).
  33. Liang, M. L., et al. Evolution of pore structure in gas shale related to structural deformation. Fuel. 197, 310-319 (2017).

Tags

Науки об окружающей среде выпуск 138 Сланцевый газ Верхняя пластина Янцзы обработки протокола метана изотермический адсорбции гравиметрический метод удельной площади поверхности фрагментация размер частиц сланца
Экспериментальное исследование взаимосвязи между размера частиц и сорбционная емкость метана в сланца
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gao, L., Wang, Z., Liang, M., Yu,… More

Gao, L., Wang, Z., Liang, M., Yu, Y., Zhou, L. Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale. J. Vis. Exp. (138), e57705, doi:10.3791/57705 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter