Waiting
Login processing...

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

Environment

입자 크기와 셰 일에서 메탄 수 착 용량 사이의 관계의 실험적 연구

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

등온 흡착 기구, 중량 측정 수 착 분석기 사용 하 여 입자 크기와 셰 일의 흡착 용량 사이의 관계를 알아내기 위하여 셰 일의 다른 입자 크기의 흡착 용량 테스트.

Abstract

흡착된 셰 일 가스는 셰 일 가스 자원 평가 및 대상 지역 선택에 사용 되는 키 매개 변수 그리고 또한 셰 일 가스의 마이닝 값을 평가 하기 위한 중요 한 표준입니다. 현재, 입자 크기와 메탄 흡착 간의 상관 관계에 대 한 연구는 논란이 있습니다. 이 연구에서 등온 흡착 기구, 중량 측정 수 착 분석기는 셰 일 입자 크기와 셰 일의 흡착 용량 사이의 관계를 결정 하에 다른 입자 크기의 흡착 용량을 테스트 하는 데 사용 됩니다. Thegravimetric 메서드 적은 매개 변수가 필요 하며 체적 메서드 같은 방법 보다 정확도 일관성의 측면에서 더 나은 결과 생성 합니다. 중량 측정 측정 4 단계 수행 됩니다: 빈 측정, 전처리, 부 력 측정 및 흡착 및 탈 착 측정. 중량 측정 측정 현재 흡착;의 양을 측정 하는 보다 과학적이 고 정확한 방법으로 간주 됩니다. 그러나, 그것은 시간이 많이 걸리는 이며 엄격한 측정 기술. 마그네틱 서 스 펜 션 균형 (MSB) 정확성과이 방법의 일관성을 확인 하려면 열쇠입니다. 우리의 결과 흡착 용량 및 입자 크기 상관 하지만 선형 상관 관계, 그리고 40-60, 60-80 메시로 sieved 입자에 adsorptions 큰 경향이 보여 줍니다. 입자 크기에 해당 하는 최대 흡착 셰 일 가스 골절에서 약 250 µ m (60 메쉬)는 제안 한다.

Introduction

셰 일 구조, 셰 일 가스 소스 바위와 저수지 역할을 침구의 얇은 시트와 점토 록 이다. 셰 일은 나노 및 마이크론 숨 구멍, 구성 된 강한 이방성 그리고 graptolite 화석은 일반적으로 인식 된1,2,3.

셰 일 가스는 장 플레이트, 남부 중국에서에서 상업적으로 악용 됩니다. 패딩턴 가스 시스템 소스 바위와 메탄에 대 한 저수지 역할을로 셰 일 가스는 생물 기원 및/또는 thermogenic 프로세스4,5셰 일 내의 유기 물질에서 파생 됩니다. 저수지에서 천연 가스 매장 세 가지 형태 중 하나는: 모 공 및 골절, 무료 가스 유기 물질 또는 무기 무기물의 표면에 가스를 흡착 하 고 구두 약과 물6,7가스를 해산. 이전 연구 흡착된 가스 셰 일 형성6총 가스의 20-85%를 차지 하는 것이 좋습니다. 따라서, 셰 일의 흡착 용량에 연구 하 고 그것의 제어 요소는 탐사와 셰 일 가스 자원의 개발에 중요 한.

셰 일의 메탄 흡착 능력을 널리 크게 온도, 압력, 습도, 성숙, 미네랄 성분, 유기 물, 및 특정 표면 영역1,4,5 다양 한으로 인정을 받고 ,,67; 그리고 이전 연구 온도, 압력 및 습도 메탄 흡착 같은 외부 요인 사이 크고 명확 하 게 상관 관계를 확인 했습니다.

그러나,와 고유 요인 간의 상관 관계에 대 한 연구 같은 입자 크기 메탄 흡착 논란이 있다. 강와 지는 것이 좋습니다 입자 크기8,14, 감소와 같은 셰 일 샘플 증가의 메탄 흡착 용량 Rupple 및 장 입자 크기와 흡착 사이의 관련성을 믿는 반면 제한 등온 흡착 곡선9,,1011을 기반으로 합니다. 또한, 셰 일 가스 흡착 평가 프로토콜에 대 한 기준 없이 중국에 있는 실험실 석탄 흡착 평가 프로토콜 셰 일 가스 흡착을 평가 하기 위한 일반적으로 적용 됩니다. 입자 크기와 흡착, 사이의 관계를 명확 하 게 뿐만 아니라 미래의 탐사 영역을 조사, 우리 장 상판에 Wuling Sag의 두꺼운 바다 혈 암 예금에서 셰 일 샘플을 얻었다. 중량 측정 수 착 분석기 적용 실시는 등온 흡착 experimentand 입자 크기 및 흡착의 관계를 얻을.

체적 및 중량 측정 방법 셰 일의 등온 흡착을 테스트 하는 데 사용 하는 주요 방법이 있습니다. 볼륨은 온도 압력12,,1314에 의해 쉽게 영향을 체적 메서드의 key 매개 변수입니다. 오류 분석에 대 한 불확실성 때문에 흡착 금액 계산 체적 메서드를 사용 하 여 직접 측정에 누적 전파 하면 비정상적인 흡착 등온선14 측정 결과에 큰 오류를 이끌어 ,15. 체적 방법에 비해, 중량 측정 방법 적은 매개 변수가 필요 및 작은 오류 결과: 질량 보존 때문에 무게와 질량 중량 측정 방법의 온도 의해 영향을 받지 않습니다 및12압력. 현재 theadsorption 양의 흡착을 측정 하기 위한 보다 과학적이 고 정확한 방법을 여겨진다.

중량 측정 수 착 분석기는 최대 70 MPa의 압력 테스트이 실험에 사용 (700 bar) 및 150 ° C의 온도 온도 더 오래 된 장치에 의해 생성 된 압력은 너무 낮은 온도 깊은 지 하 대형의 압력을 시뮬레이션 하는 toaccurately. 수 착 분석 장치를 사용 하 여 키 10 µ g의 정밀도로 샘플 자료를 정확 하 게 무게에 대 한 자석 현 탁 액 균형에 도달입니다. 기구 순환 오일 목욕 난방 모드를 채택 하 고 0.2 ° C. 이내에 오랜 시간에 대 한 온도 범위를 제어할 수 있습니다. 오래 된 장치의 정확도 낮은, 그리고 따라서 오류 최신 악기와 함께 얻은 것 보다 더 큰 것. 실험 작업은 장치에 의해 제공 하는 소프트웨어와 함께 수행 됩니다. 분석은 실제 지 하 조건12가까이 되도록 운영 체제를 정기적으로 업데이트 됩니다.

자석 현 탁 액 균형 (MSB) 중량 측정 방법에 정상적인 온도 및 압력에서 샘플 및 장비, 사이 직접적인 접촉 없이 셰 일의 메탄 등온 흡착을 테스트 하는 데 사용 됩니다. 샘플은 샘플의 무게 커플링 메커니즘12,13비 접촉 정지를 통해 균형을 전송할 수 있는 측정 풀에 배치 됩니다. 균형, 아래 일시 자석, 영구 자석 아래 무료 정지 수 있도록 특별히 설계 된 컨트롤러에 의해 제어입니다. 영구 자석 커플링 프레임 위치 센서와 샘플 컨테이너를 연결합니다. 커플링 프레임의 함수 커플 또는 영구 자석 현 탁 액 막대14,15,16샘플 컨테이너를 분리 하는.

우리의 측정된 샘플 검은 풍부한 유기 shales 긴 맥시 형성, Daozhen, 구이저우에서에서 더 낮은 Silurian의 해양 facies에 있다. 연구 지역은 Wuling Sag, 장 상판, 북 서 및 남서17에 Xuefeng 산 지 각 영역에 쓰촨 분 지에 의해 접경에 있다. Wuling Sag 구조 전송 및 쓰촨 분 지와 얕은 깊은 바다 선반 예금 받은, Xuefeng 산 지 각 영역 사이 전이 영역 이며 해양 검은 셰 일 초기 실루리아기; 동안 널리 개발 되었다 sag 인도-중국 운동, 옌 산 움직임과 다단 주름, 오류, 및 unconformities18형성 히말라야 운동 같은 지 각 사건에 의해 강하게 겹쳐 다음 이었다. Wuling Sag에 해양 검은 셰 일은 셰 일 가스 매장 량 형성 복잡 한 지질 조건에 의해 크게 좌우 되었다. 구조 전송 영역에서 sag 약한 변형, 더 나은 셰 일 가스 생성 보존, 및 더 나은 자연 골절 일치 하는 함정19의 특징은 셰 일 가스 탐사를 위한 달콤한 자리 이다.

고압 수 착 측정은 되어 종합적으로 정교에 여러 출판물10,11 등온 흡착 장치 프로토콜의 지도 함께 표준화 된 절차에 따라 실시 하는 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. 등온 흡착 실험 키 실험실의 셰 일 오일 및 가스 조사 및 Geosciences의 중국 아카데미의 평가에 완료 했다. 중량 측정 측정 자석 현 탁 액 균형 (MSB) 실시 4 단계에서 수행 됩니다: 빈 측정, 전처리, 부 력 측정 및 흡착 및 탈 착 측정 (그림 1, 그림 2).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. 샘플 준비

  1. 예제 특성
    1. 총 유기 탄소 (TOC) 20 ° C의 온도와 상대 습도 65% (표준 GB/T 19145-2003)의 목차 기구 ( 재료의 표참조)를 사용 하 여 측정 합니다.
    2. 광도 계 현미경을 사용 하 여 셰 일의 광택된 섹션에 vitrinite 반사율 측정을 수행 ( 재료의 표참조).
  2. 샘플 청소 및 분쇄
    참고: 가능한 셰 일의 이질성 뿐만 아니라 다양 한 내부 및 외부 요인의 영향을 피하기 위해,이 실험에 대 한 원래 수평 침구에서 큰 셰 일 록 샘플을 선택 합니다.
    1. 원래 가로 침구에서 큰 셰 일 록 샘플 (약 20 cm 길이 15 cm, 폭 2 ㎝ 높은)을 선택 합니다.
    2. 샘플 및 흡수 성 목화, 핀셋, 아 세트 알 데히드와 분쇄 용기 청소.
    3. 버리고 큰 원래 수평 셰 일 beddingsample 작은 조각으로, 망치로 잔류 가스 꽉 분쇄기에 배치 될 수 있도록. 적당 한 분쇄 시간 (약 3 분) 예비 실험을 통해 찾을 수 있습니다.
    4. 그런 다음, 체질 샘플 20-40, 40-60, 60-80, 80-100, 100-120 하위로 100-120 메시를 통해 처음 체질 하 입자에 의해 다음 80-100 메쉬, 60-80 메쉬, 40-60 메쉬, 그리고 마지막으로 20-40 메시.
    5. 어떤 부적합 셰 일 입자를 삭제 합니다. 몇 가지 폐기 샘플 (약 5 g) 있을 것 이다 때 분쇄 시간 3 분 이다.
    6. 20-40-1, 각 샘플 라벨 40-60-1, 60-80-1, 80-100-1, 100-120-1 (이 대표 결과에 g 1은).
    7. 다른 샘플 위의 작업을 반복 (약 20 cm 오랫동안, 15 cm, 및 2 cm 높은; 다른 셰 일을 사용 하 여 다른 구성 또는 목차) 대비에 대 한 반복 실험의 집합을 만듭니다. 라벨 각 샘플 20-40-2, 40-60-2, 60-80-2, 80-100-2, 100-120-2 (G2 대표 결과에).

2. 실험 방법

  1. 실험실 설치
    1. 전자기 간섭이 없이 깨끗 한 실험실의 조용 하 고 진동 없는 지역에 악기를 놓습니다. 실험실의 온도 10-40 ° c.를 이어야 한다
      참고: 실험 실시 됩니다 실 온에서 장시간 (여러 날)에 대 한.
    2. 교류 전류 230 V (± 10%)와 50 Hz. 확인 모든 루트 전원 공급 라인 전류 10 A 보다 큰 있고 안전 하 게 처리를 사용 하 여 접지 리드와 함께. 파워 그리드 가난한 경우에, 추가적인 전원 공급 장치를 사용 해야 합니다.
    3. 가스 실린더를 사용 하 여 고 순도 가스 (99.999% 미만). 단단히 모든 실린더를 수정 합니다.
    4. 실험에서 위험한 가스를 사용 하는 경우는 실험실에 환기 및 배기 시설, 위험한 가스 경보 장치 확인 합니다. 정기적으로 비누 거품을 사용 하 여 파이프 연결12에서 어떤 누출 든 지 검출 하기 위하여.
    5. 직접적인 햇빛을 피하십시오.
  2. 악기를 시작
    1. 컴퓨터 전원을 켜고 프로그램을 시작.
    2. 실린더를 열고 적절 한 출력 압력을 조정 (5-6 바 outgassing 압력 및 대략 70 바 가스 실린더 압력 조정).
    3. 악기를 켭니다. 커플링 컨트롤러에 전원이, 노브 OFF 위치에 유지 해야 합니다. 기름 목욕 및 진공 펌프 파워를 엽니다.
  3. 빈 측정
    1. 샘플 수영장을 분해, 빈 깨끗 한 샘플 통 놓고 금속 가이드 슬리브를 설치 합니다. ZP/MP 커플링을 확인 하 고 적절 한 상태로 조정.
    2. 연결 컨트롤러에 균형을 제어 하 고 ZP/MP1/MP2에서 모든 위치에 그것을 전환. 균형 독서의 변화를 관찰 하 고 독서는 정상적이 고 안정적인 확인. 플랫 헤드의 모든 4 개 피트에 레벨 조정 해야 하는 독서 잘못 되거나 불안정 한 경우, 상황, 또는 지원 나사의 높고 낮은 위치에 따라.
    3. 샘플, 온도 제어 기름 목욕 자 켓, 수영장과 열 절연 커버를 로드 합니다.
    4. ZP 위치로 커플링 컨트롤러 노브를 이동 합니다.
    5. 소프트웨어에서 빈 측정 프로그램에 그것을 설정 합니다.
      1. 측정 구성, 이름 제목, 선택 가스 2 및 다른 액체와 액체 목욕을 선택 하려면 클릭 하십시오.
      2. 샘플 온도 50 ° C, 70 바 최대 압력, 압력 단계 7, 2 바/분, 압력 램프 및 유체 therm 50 ° c를 설정합니다
        참고: 빈 테스트에 대 한 N2 (권장) 또는 사용 He 적절 한 압력 (0-70 바). 빈 물통을 무게. 때 온도 흡착, 부팅 프로그램을 실행을 일반적으로 7-8 h의 실험 온도와 일치. 마지막으로, 빈 물통의 볼륨과 품질 얻어질 수 있다 수동으로 끝나면 (2.8.1 단계 참조).
        주의: 6 세트 샘플 풀 플랜지에 볼트의 내부 6 각 렌치와 악기의 고정된 렌치를 사용 하 여 해체 됩니다. 그 볼트의 마지막 그룹을 제거 하면 샘플 풀 필요가 떨어지는 피하기 위해 개최 알.
  4. (필요한 경우)를 분산 하는 악기
    참고: 악기의 동작 모션 부드러운, 균일 한 힘 이어야 합니다.
    1. 균형 지원 강력 하 게 동요 하지 않습니다 (그렇지 않으면, 그것은 균형을 화나게 수 있습니다) 프레임의 위치를 이동 또는. 렌치를 사용 하 여 때 수 위치에서 플랜지 근처 센서 트래버스 튜브를 노크 하지 않도록 주의 하십시오.
    2. 균형을 확인 하는 경우는 ZP OFF 위치에 이동 합니다.
    3. O 링 샘플 수영장의 플랜지에 설치 되었는지 확인 하십시오. 심각한 손상 또는 변형 하는 경우 O 링을 교체 합니다.
    4. 설정 샘플 풀을 세로로, 상단 및 하단 플랜지 연결 되어, 전체 수직 상태를 유지 하는.
    5. 마지막으로, 볼트의 6 그룹을 설치 합니다.
      1. 렌치를 사용 하 여 플랜지 면의 연결 빡 빡 하 고 하지 왜곡 되도록 대칭 잠금 메서드를 사용 하 여 볼트를 고정 시킵니다. 볼트의 6 그룹의 죔 정도 가능한13으로 일관 되어야 합니다.
      2. Payattention 볼트의 6 그룹에서 나선형 모자에 후면 기름 목욕 자 켓을 설치할 때 어려움을 피하기 위해 플랜지에서 각 가장자리를 유지 하.
    6. 전기 난방을 사용 하 여 절연 테라코타를 설치 하 고 외부 절연 면 패키지 없이 후프 링으로 해결.
    7. 기름 목욕 난방을 사용 하는 경우까지 상단과 상단 플랜지 평면 샘플 수영장까지 바닥에서 기름 목욕 자 켓을 설치 합니다. 3 개의 나사 장소에 기름 목욕 자 켓을 해결 하기 위해 아래에 설치 합니다.
    8. 확인 여부 ZP/MP1/MP2 위치와 균형 독서는 정상, 그러면 커플링 컨트롤러 노브 ZP 위치로 이동.
  5. 측정 전처리
    1. 샘플 풀을 분해 하 고 샘플 통에 샘플을 배치. ZP/MP 커플링을 확인 하 고 적절 한 상태로 조정.
    2. 샘플 수영장과 전기 열 절연 커버를 로드 합니다.
    3. ZP 위치로 커플링 컨트롤러 노브를 이동 합니다.
    4. 부팅 프로그램 자동으로 실행 됩니다. 소프트웨어에서 전처리 프로그램을 설정 합니다. 측정, 이름, 제목 구성 하는 클릭 선택 진공, 선택 전기 히터, 150 ° C와 커플링 온도 20 ° C에서 샘플 온도 설정 하 고 600 분 기간을 설정 합니다. 이 단계는 일반적으로 10 h 걸립니다.
  6. 부 력 측정
    1. 전기 열 칼 집 해체 하 고 온도 제어 기름 목욕 자 켓과 단 열 커버, 어떤 isadhesive 설치 합니다.
    2. 소프트웨어에서 부 력 측정 프로그램 시작 온도 50 ° C에서 난방 기름 목욕을 설정 하 고 약 4 헤 7 압력 포인트에 대 한 열 70 바의 최대 압력에서 분할 될 것 이다. 부팅 프로그램 자동으로 실행 됩니다.
      참고: 부 력 측정은 빈 측정 동일 합니다.
      주의: 온도 센서 공동 샘플 수영장의 바닥에서 제거 하기 전에 전기 열 전원 공급 공동 당겨. 샘플을 로드 한 후 온도 센서 삽입 됩니다 확인을 기억 하십시오.
  7. 흡착 측정
    1. 소프트웨어에서 수 착 측정 프로그램을 설정 합니다. 프로그램을 시작 하 고 자동으로 실행 됩니다.
    2. 탈 착 과정은 필요 하다 면, 수 착 측정 프로그램에서 이것을 설정, 50 ° C에서 유체 therm 온도 유지 하 고 19 압력 포인트 설정 (예를 들어, 0, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 200, 150, 100, 80, 60, 40, 20, 10 고 0 바). 다음 시작 프로그램을 자동으로 실행 됩니다.
    3. 설정 압력 수동으로, 가스 압력 설정된 값을 자동으로 연결할 수 없을 때 가압된 펌프를 사용 하 여.
      주의: 실험의 끝, 후 계기 자동으로 배출 되며 시간 동안 진공 상태를 유지. 프로그램은 자동으로 종료 됩니다 그리고 모든 밸브를 폐쇄 됩니다.
  8. 계산
    1. 다음 원칙을 사용 하 여 실험 결과 자동으로 수정 하는 시스템을 선택할 수 있습니다. 무게 읽기, 트레이 읽기, 샘플 부 력, 수 착 력 사이의 관계는 다음과 같습니다10,11,,1213.
      mA = Δm - mSC - mS (VSC + VS + VA) p X
      mA      : 흡착 가스;의 질량 Δm: 읽고; 잔액의 질량 mSC: 대량 샘플 트레이 (빈 측정 하 여 얻은); mS: (부 력 측정 하 여 얻은); 샘플의 질량 V사우스 캐롤라이나: 양의 샘플 트레이 (빈 측정 하 여 얻은); VS: (부 력 측정 하 여 얻은); 샘플의 볼륨 VA: 양의 샘플 흡착 가스 (흡착 측정 하 여 얻은); Ρ(p,T,y): 밀도 상태 방정식에서에서 계산 또는 측정을 통해 결정.
  9. 완료
    1. 프로그램을 종료 하 고 컴퓨터를 닫습니다. 실험적인 가스 실린더를 닫습니다.
    2. 공회전의 짧은 기간 발생, 3 일 이상 하는 경우에 각 시스템의 전원 상태를 유지 하기 위해 필요 하지 않은 악기를 중지 합니다. 커플링 컨트롤러 노브를 OFF 위치로 이동 하는 것이 좋습니다.
    3. 악기를 오랜 시간 동안 중지 하는 경우 각 시스템의 전원을 끌 수 있습니다. 커플링 컨트롤러 전원 전에 노브는 먼저 OFF 위치로 이동 될 필요가 있다. OFF 램프 조명에는 및 다른 빛, 고 컨트롤러 전원 닫습니다 확인 합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figure 1
그림 1 : 높은 온도 압력에서 중량 측정 가스 흡착을 위한 실험 설정. 이 그림에 등온 흡착 실험에 대 한 설정: (한) 기름 목욕 난방 장치 액체 목욕; (b) 전기 난방 장치 전기 난방; (c) 자석 현 탁 액 균형-중량 측정 수 착 분석기 (그림 2); (d) 운영 체제 (메인프레임 및 모니터); 그리고 (e) 가스 펌프 및 가압 시스템. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

이 샘플의 미네랄 성분 높은 석 영, 온건한 찰 흙, 낮은 장석, 및 graptolite의 넓은 분포 특징입니다. 샘플 샘플 실험 건조에 따라 1% 미만의 함량을 보여 줍니다. 또한, 샘플의 목차 내용을 4.2% (wt %)입니다. Vitrinite의 반사율으로 약 2.5%, 만기 이상 성숙 단계에 남아입니다. 미네랄 및 저수지 물리적 특성은 표 1에 표시 됩니다.

Table 1
표 1입니다. 셰 일 매개 변수 및 메탄 등온 흡착 사이의 관계.

0-포인트 (ZP) 상태에서 때 커플링 상자 위치 센서; 분리는 따라서, 샘플 및 샘플 컨테이너의 품질은 균형에 전송 되지 않습니다. 측정 포인트 (MP) 상태에서 때 커플링 상자 위치 센서와 샘플의 질량을 결합 하 고 샘플 컨테이너 품질12,,1314를 측정 하는 균형을 전송 합니다.

ZP 및 MP의 일반 자동 스위칭 전자 균형의 제로 드리프트는 고유로 인 한 부정적인 영향을 제거 및 고정밀 측정을 제공 효과적으로 수 있습니다. 원리 구조는 그림 2에서 볼 수 있습니다.

Figure 2
그림 2 : 수 착 분석 장비-자석 현 탁 액 분산의 심장. 빨간 샘플 샘플 샘플 셀 이며 블루 샘플은 샘플 없이 샘플 셀. 샘플 위의 화살표는 후크, 그리고 오른쪽 상단에 축소 더블 사이드 화살표가 표시는 자기 부상 균형의 자기력 증가, 무게와 샘플, 운동 거리의 단축 결과로. 이 그림은 갱 첸에 의해 보고서 (실험적인 악기 작업 보고서, 개인 서신)에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

흡착의 양은 0 동안 압력 증가 함께 선형으로 증가 ~ 바, 저압 기간 60. 그 후, 흡착 약 0.을 점차적으로 감소 하는 또한의 성장률, 셰 일의 절대 흡착 수정으로 고압 기간 동안 포화 상태에 도달 또는 최대 통풍 흡착 용량 감소 없이 수정 (그림 3, 표 2).

Figure 3
그림 3 : 다른 입자 크기의 메탄 등온 흡착 실험. 이러한 패널 표시 (a) 조정, (b) 조정, (c) (d) 조정 없이 g 2의 흡착 데이터와 조정, g 2의 흡착 데이터 없이 g 1의 흡착 데이터 g 1의 흡착 데이터. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Table 2
표 2입니다. 메탄 등온선 최대 흡착 실험 다른 입자 크기의 데이터.

샘플 g 1의 최대 절대 adsorptions M (abs) 되었고 2.99 mg/g, 3.03 mg/g, 3.16 mg/g, 2.95 mg/g, 3.01 mg/g; 입자의 순서로 샘플 메시를 20-40에서 100-120; 때 그들은 포화 상태 (그림 3에) 도달. 또한, 샘플 g 1의 최대 초과 adsorptions (M실) 2.37 mg/g, 되었고 2.49 mg/g, 2.46 mg/g, 1.98 mg/g, 2.32 mg/g; 에 순서 (그림 3b). 또한, 샘플 g 2의 최대 절대 adsorptions M (abs) 되었고 2.51 mg/g, 3.11 mg/g, 3.10 mg/g, 2.93 mg/g, 3 월 18 일 mg/g; 순서 대로; 때 그들은 포화 상태그림 3(c)에 도달. 마지막으로, 샘플 g 1의 최대 초과 adsorptions (M실) 되었고 2.34 mg/g, 2.53 mg/g, 2.40 mg/g, 2.07 mg/g, 2.21 mg/g; 에 순서 (그림 3d).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

이 실험에 사용 되는 재료는 재료의 테이블에에서 표시 됩니다. 샘플 풀 제거 되기 전에 확인 되어야 합니다 샘플 수영장에서 압력과 온도 정상적인 압력 및 정상 온도; 그렇지 않으면, 상해의 위험이 있다. 온도가 너무 높은 경우에, 드롭 그리고 removethe 샘플 수영장 온도가 될 때까지 기다립니다. 압력이 너무 높거나 너무 낮은 경우 수동으로 소프트웨어에 공기 압력을 설정 하 고 사용 하는 불활성 가스13,,1415. 실험 기간 동안 샘플 풀을 분해 하지 마십시오. 실험을 마친 후 악기 대기 상태입니다. 커플링 컨트롤러 ZP 또는 OFF 위치 표시 됩니다. 순환 오일 목욕 OFF 상태입니다. 기름 목욕 자 켓의 하단에 고정 하는 나사 3, 세로로 내려 슬리브를 클램핑 금속 누른 재킷 고정된 지원의 왼쪽에 배치 합니다. 이 과정에서 전기 와이어와 재킷에 연결 하는 튜브의 보호에 주의. 구부리거나 라인을 깰 수 없습니다 너무 많이 트위스트 하지 마십시오.

MSB는 텍스트 가스 (예를 들어, 부식성, 폭발성, 독성) 극단적인 환경 (예:진공, 고압)20, 의 모든 종류의 모든 종류의 중량 측정 등온 흡착 장치 응용 프로그램을 보장 21. 고압 또는 독성 분위기, 닫히는 약 실에 있는 샘플의 흡착 용량 최대 정확도와 장비22,23,24에 의해 분석 될 수 있다와 같은 극단적인 조건 하에서 ,,2526. 샘플의 질량과 반응 매체의 밀도 시간24,,2526의 좋은 거래를 저장할 수 있는 단일 실험에서 동시에 측정할 수 있습니다. 장비 및 방법 기준 드리프트 또는 정확도 손실 없이 긴 지구력 정밀 측정 실험을 보장할 수 있습니다. 분리 및 실험 영역 (샘플)와 무게 (밸런스) 절연 반응 매체 또는 실험 조건에 의해 손상 또는 균형의 오염 방지와 밀봉 강도 높은 반응 질량을 달아 관리 실로26.

기술의 주요 한계는, 첫째, 그것은 많은 시간을 요구 한다: 일반적으로 완전히 완료 1 샘플 2-4 일 소요. 둘째, 자기 부상 균형의 안정성과 균형 정정 될 필요가 정기적으로 연속 사용; 그렇지 않으면, 그것은 더 많은 시간을 소비 균형을 달성 하기 어렵다입니다. 또한, 실험 과정은 특정 위험 (예:고온, 고압, 고 인화성 및 폭발성 가스) 함께12,,1314.

다행히도, 기존 악기가지고 좋은 안정성, 좋은 안전, 고 정확도 및 높은 정밀도. 또한, 그것은 다공성 분말20,,2122샘플의 종족에 대 한 특정 필요가 있다. 미래에,이 방법은 더 시간 절약, 효율적인, 그리고 안전 하 고 정확 하 게, 되며 샘플의 더 많은 종류에 맞게.

이전 연구에서 사용 되는 샘플 프로세스 프로토콜 coalbed 가스 일반적으로 사용 되었다. 석탄 셰 일 층, 구조적으로 탄소로 구성 된 대규모, 구조적으로 등방성 바위, 구성 된 여러 점토 광물23,,2425,26세로 이방성 바위 이다. 분쇄 석탄 샘플 심사 때 다른 메시 입자 여전히 비슷한 물리적 특성을 보여줍니다. 셰 일 처리, 다른 크기의 입자 흡착 등 서로 다른 물리적 특성을 표시할 수 있습니다. 이유는 혈 암 바위 처리, 복잡 한 광물 조성과 레이어 링 구조 수 있습니다 확대 다른 메시27,28,,2930중 이방성 이다.

Langmuir 모델으로 등온 흡착에 맞게 사용 됩니다. Langmuir 모델 포함 1916 년 프랑스의 화학자 Langmuir;까지 완료에서 발생 한 고체 표면 연구에서 흡착 특성 이 모델은 있는 단층 상태 방정식은 제시,31nonporous 고체 역학의 관점에서 시작 했다. 기본 가정은 그는 흡착 제 표면도 하 고 부드러운 이며 고체 표면 에너지는 유니폼, 단지 단일 분자 층을 형성. 흡착된 가스 분자 사이 아무 상호 작용 이며 동적 평형25,26에 흡착 이다. 이 관점에서 Langmuir 모델은 셰 일 가스 흡착에 적합 하 고 따라서, 수식을 여기 사용 되지 않습니다.

얕은 묻혀 셰 일 가스와 낮은 압력으로 석탄을 테스트할 때 초과 흡착 용량 및 절대 흡착 용량 간의 약간의 차이가 있다. 그러나, 압력에 있는 증가, 초과 흡착 용량 및 절대 흡착 용량이 될 것입니다 점점 더 큰. 깊은 매장 셰 일의 높은 압력 때문에, 흡착 용량은 상대적으로 약하다. 하지 조정, 셰 일 흡착 용량 크게 과소 평가30,,3132이 됩니다. 따라서, 다양 한 교정 방법의 조합을 사용 됩니다, 어떤 시스템에 의해 얻을 수 있습니다. 또한, 조정 자동으로 마지막 지점 (그림 3a 3 c)을 생략할 것 이다. 그러나, 조정 또한 샘플 (그림 3) 흡착 금액 차이 줄인다.

Micropores 및 mesopores는 셰 일에서 지배 하는 특정 표면 영역32,33여는 흡착을 제어 합니다. Liang와 장 둘 다 강렬한 셰 조각화 micropores와 mesopores의 수를 감소 하 고 macropores8,33의 양을 제안 했다. 셰 일 가스 잘 골절 또는 구조 운동 특정 표면 영역을 증가, microfractures (작은 입자), 생성 하 조각 (큰 입자)으로 필수적인 혈 암 바위를 분쇄 수 고는 흡착 증가. 그러나, 실험 하는 동안 계속, 골절 또는 구조 운동으로 혈 암 바위 짓 눌린 했다 작은 입자로; micropores와 mesopores는 셰 일을 개발 하 고 서로 연결에 mesopores와 macropores; 따라서, 총 특정 표면적 및 흡착 된 셰 일의 감소 (그림 3b 및 3d). 결론적으로, 흡착의 양을 일정 하 게 입자 크기의 감소와 증가 하지 않는다 그리고 최대 값 또는 간격 되어야 합니다.

그것은 제안 흡착 용량 및 입자 크기 사이 변화 규칙은 선형 상관 관계가 조정 절대 흡착 또는 조정 없이 과도 한 흡착을 참조 하는 여부. 따라서, 셰 일에 골절 하는 과정에서 입자 크기를 결정 하기 위한 최대 값을 큰 의미입니다. 흡착 용량 80-100 막대기의 압력에서 최대에 도달지 않습니다 및에 adsorptions 수 메시 40-60 60-80는 더 큰. 연구 영역에서 샘플을 고려 최대 흡착은 약 250 µ m (60-80 메쉬), 다른 지역 및 지층에서 샘플의 값이 다른 (그림 3, 표 2) 수 있습니다.

중량 측정 및 부피 측정 방법은 널리 셰 일 가스 흡착 실험;에 사용 차이점은 그들의 각각 해당 실험 기구, 사이 큰 그러나 둘 다의 일반적인 기능 샘플의 자연 기 공 구조를 파괴 하는 것입니다. 샘플 입자 크기 흡착 수량에는 어떤 영향을, 그리고 흡착 실험의 깨진된 바위 없이 기 공 구조 흡착 용량30,31, 에서 셰 일 가스의 실제 형성을 반영할 수 있다 32 , 33, 그러나 그것의 주요 불리는 그것은 완료 하는 데 시간을 많이 필요 합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

지원의 많은 엔지니어 갱 첸과 타오 장에 의해 제공 되었다. 이 작품은 주요 국가 연구 개발 프로그램의 중국 (그랜트 No.2016YFC0600202)와 중국 지질 조사 (CGS, 부여 번호 재정적으로 지원 DD20160183)입니다. 우리는이 종이 크게 개선 하는 그들의 건설적인 의견에 대 한 익명 검토자를 감사 합니다.

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

환경 과학 문제 138 셰 일 가스 위 장 격판덮개 프로토콜 메탄 등온 흡착 중량 측정 방법 특정 영역 조각화 셰 일 입자 크기 처리
입자 크기와 셰 일에서 메탄 수 착 용량 사이의 관계의 실험적 연구
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