Summary
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.
Abstract
La cantidad de gas de esquisto adsorbido es un parámetro clave utilizado en evaluación de recursos de shale gas y selección del área de destino, y también es un importante estándar para evaluar el valor de la extracción del gas de esquisto. En la actualidad, los estudios sobre la correlación entre la adsorción de partículas tamaño y metano son polémicos. En este estudio, se utiliza un aparato de adsorción isotérmica, el analizador de adsorción gravimétrico, para probar la capacidad de adsorción de distintas granulometrías en la pizarra para determinar la relación entre el tamaño de partícula y la capacidad de adsorción de pizarra. Thegravimetric método requiere menos parámetros y produce mejores resultados en términos de exactitud y consistencia de los métodos como el método volumétrico. Mediciones gravimétricas se llevan a cabo en cuatro pasos: una medición en blanco, preprocesamiento, una medición de la flotabilidad y las mediciones de adsorción y desorción. Medición gravimétrica es actualmente considerado como un método más científico y exacto de medir la cantidad de adsorción; sin embargo, lleva tiempo y requiere una técnica de medición estricta. Un Balance de suspensión magnética (MSB) es la clave para verificar la exactitud y consistencia de este método. Nuestros resultados muestran que se correlacionan la capacidad de adsorción y tamaño de partícula, pero no una correlación lineal y las adsorciones en partículas tamizadas en mallas de 40-60 y 60-80 tienden a ser más grande. Proponemos que la máxima adsorción corresponde al tamaño de partícula es aproximadamente 250 μm (60 mesh) en la fractura de gas de esquisto.
Introduction
Pizarra es una roca de arcilla con una hoja fina de la estructura, que sirve como una roca de la fuente de shale gas y un depósito de ropa de cama. Pizarra tiene una fuerte anisotropía compuesto por poros de nano - y -escala del micrón, y lutitas fósiles son comúnmente reconocidos1,2,3.
Gas de esquisto se explota comercialmente en la placa de Yangtze, sur de China. Como un sistema de gas no convencional que sirve como una roca de la fuente y un depósito de metano, gas de esquisto se deriva de la materia orgánica dentro de la pizarra a través de procesos biogénicos o termogénico4,5. Tiendas de gas natural en reservorios están en una de tres formas: gas libre en poros y fracturas, adsorbe el gas en la superficie de materia orgánica o minerales inorgánicos y disuelto gas en betún y agua6,7. Estudios previos sugieren que el gas adsorbido representa 20-85% del gas total en las formaciones de esquisto6. Por lo tanto, la investigación sobre la capacidad de adsorción de pizarra y sus factores de controladores son importantes para la exploración y desarrollo de recursos de shale gas.
La capacidad de adsorción de metano de pizarra ha sido ampliamente reconocida como variando significativamente con la temperatura, presión, humedad, madurez, composición mineral, materia orgánica y superficie específica1,4,5 ,6,7; y estudios previos han confirmado una correlación más grande y más clara entre los factores externos como temperatura, presión, adsorción de humedad y metano.
Sin embargo, estudios sobre la correlación entre los factores intrínsecos como tamaño de partícula y adsorción de metano son polémicos. Kang y Ji sugieren que la capacidad de adsorción de metano de la misma pizarra muestras aumenta con una disminución en el tamaño de partícula8,14, mientras que Rupple y Zhang creen la pertinencia entre el tamaño de partícula y la adsorción es limitada basados en las isotermas adsorción curvas9,10,11. Además, sin normas de un protocolo de evaluación de adsorción de gas de esquisto, laboratorios en China normalmente aplicarán los protocolos de evaluación de adsorción de carbón para evaluar la adsorción del gas de esquisto. Para aclarar la relación entre tamaño de partícula y la adsorción, así como investigar una zona de exploración prospectiva, se obtuvieron muestras de pizarra de los depósitos de esquisto marinos gruesos de la Wuling Sag en la placa superior del Yangtze. Un analizador de adsorción gravimétrico fue aplicado para llevar a cabo la isotérmica adsorción experimentand obtener la relación entre el tamaño de partícula y adsorción.
Los métodos volumétricos y gravimétricos son los principales métodos utilizados para probar la adsorción isotérmica de pizarra. Volumen es el parámetro clave del método volumétrico, que se ve afectado por la temperatura y la presión12,13,14. Debido a la incertidumbre en el análisis de error, la propagación acumulada de mediciones directas mediante el método volumétrico para calcular cantidades de adsorción conduce a un gran error en los resultados de medición, que causa una isoterma de adsorción anormal14 ,15. En comparación con el método volumétrico, el método gravimétrico requiere menos parámetros y resultados en errores más pequeños: porque la masa se conserva, el peso y la masa del método gravimétrico no son afectados por la temperatura y presión12. Se considera un método más científico y exacto para medir la cantidad de theadsorption de adsorción en la actualidad.
Un analizador de adsorción gravimétrico se utiliza en este experimento, que tiene un máximo de prueba de presión de 70 MPa (700 bar) y temperatura de 150 ° C. La temperatura y la presión generada por aparatos más viejos son demasiado bajos toaccurately simular la temperatura y la presión de la formación profundamente subterráneamente. La clave para utilizar un aparato de análisis de adsorción es alcanzar el equilibrio de la suspensión magnética para pesar con exactitud la muestra del material, con una precisión de 10 μg. El aparato adopta un modo de calefacción circulación de aceite baño y el rango de temperatura puede ser controlado durante un largo tiempo dentro de 0.2 ° C. La precisión de un aparato viejo es baja, y por lo tanto el error sería mayor que la obtenida con los instrumentos más nuevos. Las operaciones experimentales se realizan con el software proporcionado por el aparato. El sistema operativo se actualizará periódicamente para asegurar que el análisis sea cerca de las condiciones subterráneas reales12.
Un balance de la suspensión magnética (MSB) se utiliza en el método gravimétrico para la adsorción isotérmica de metano de pizarra sin contacto directo entre la muestra y el equipo de prueba de presión y temperatura normal. La muestra se coloca en la piscina mide, en la que el peso de la muestra se puede transmitir al equilibrio a través de una suspensión sin contacto acoplamiento mecanismo12,13. Debajo de la balanza, hay un imán suspendido, controlado por un controlador especialmente diseñado que permite la libre suspensión del imán permanente a continuación. El imán permanente se conecta el sensor de posición y el tubito con la estructura de acoplamiento. La función de la estructura de acoplamiento es acoplar o desacoplar el tubito a imán permanente suspensión rod14,15,16.
Nuestras muestras medidos son negras pizarras orgánicos ricos depositadas en facies marinas de la formación de Maxi largo, más bajo siluriano de Daozhen, provincia de Guizhou. El área de investigación es en la Wuling Sag, placa Yangtze superior, que limita con la cuenca de Sichuan en el noroeste y la zona tectónica Xuefeng montaña al suroeste17. El hundimiento de Wuling es una transferencia estructural y zona de transición entre la cuenca de Sichuan y zona tectónica Xuefeng de la montaña, que recibió depósitos de plataforma de mar poco profundo, y Marina esquisto negro fue desarrollado extensamente durante el Silúrico temprano; el sag luego se superpuso fuertemente por eventos tectónicos como el movimiento de Indochina, el movimiento de Yanshan y movimiento del Himalaya, que forma graduales pliegues, fallas y discordancias18. El esquisto negro marino en el Wuling Sag ha sido influenciado significativamente por las condiciones geológicas complejas, que forman las reservas de gas de esquisto. Como una zona de transferencia estructural, el sag es el punto dulce para exploración de gas de esquisto, que se caracteriza por una deformación más débil, generación de gas shale mejor condiciones de preservación y una fractura natural mejor que empareja del trampas19.
Las mediciones de absorción alta presión se llevan a cabo en base a un procedimiento estandarizado con la dirección del Protocolo de aparato de adsorción isotérmica, que ha sido ampliamente elaborado en varias publicaciones10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. los experimentos de adsorción isotérmica se completaron en el laboratorio clave de esquisto y Gas investigación y evaluación de la Academia China de Geociencias. Una medición gravimétrica llevado a cabo con un balance de la suspensión magnética (MSB) se realiza en cuatro pasos: una medición en blanco, preprocesamiento, una medición de la flotabilidad y una medida de la adsorción y desorción (figura 1, figura 2).
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Protocol
1. preparación de la muestra
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Caracterización de la muestra
- Medir el carbono orgánico total (TOC) mediante un aparato TOC (véase Tabla de materiales) a una temperatura de 20 ° C y una humedad relativa de 65% (estándar GB/T 19145-2003).
- Realizar una medición de reflectancia de vitrinita en secciones pulidas de la pizarra utilizando un microscopio de fotómetro (véase Tabla de materiales).
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Muestra limpieza y trituración
Nota: Para evitar la influencia de diversos factores internos y externos, así como la inhomogeneidad de pizarra tanto como sea posible, seleccione una muestra de roca de pizarra grande de la ropa de cama horizontal original para este experimento.- Seleccione una muestra de roca de pizarra grande (unos 20 cm de largo, 15 cm de ancho y 2 cm de alto) de la ropa de cama horizontal original.
- Limpiar la muestra y recipiente machaca con algodón absorbente, pinzas y acetaldehído.
- Romper el beddingsample grande de pizarra horizontal original en pequeños trozos con un martillo, por lo que se puede colocar en el molino de tight gas residual. El tiempo de trituración adecuado (aproximadamente 3 min) se puede encontrar a través de experimentos preliminares.
- Entonces, del tamiz de la muestra en 20-40, 40-60, 60-80, 80-100 y 100-120 submuestras por primera partículas tamizadas a través de una malla de 100-120, entonces una malla de 80-100, malla 60-80, 40-60 mesh y finalmente la malla 20-40.
- Deseche cualquier partículas de pizarra no conformes. Habrá algunas muestras descartadas (aproximadamente 5 g) cuando el tiempo de trituración es 3 minutos.
- Etiquetar cada muestra como 20-40-1, 40-60-1, 60-80-1, 80-100-1 y 100-120-1 (se trata de G1 en los Resultados de representante).
- Repetir la operación citada con otra muestra (unos 20 cm de largo, 15 cm de ancho y 2 cm de altura, utilice una pizarra diferente con una composición diferente o TOC) y crear un conjunto de experimentos de repetición para el contraste. Etiquetar cada muestra como 20-40-2, 40-60-2, 60-80-2, 80-100-2 y 100-120-2 (G2 en los Resultados de representante).
2. experimentales métodos
- Configuración de laboratorio
- Coloque los instrumentos en una zona tranquila, vibraciones de un laboratorio limpio sin interferencia electromagnética. La temperatura del laboratorio debe ser 10-40 ° C.
Nota: El experimento se realizará a temperatura ambiente durante períodos prolongados de tiempo (varios días). - Utilizar corriente alterna a 230 V (±10%) y 50 Hz. Asegúrese de que cada línea de alimentación raíz tiene una corriente mayor que 10 A y se maneja con seguridad con una toma de tierra. Si la red es pobre, debe utilizarse una fuente de alimentación adicional.
- Utilice cilindros de gas con gas de alta pureza (no menos de 99.999%). Fijar firmemente todos los cilindros.
- Si gas peligroso se utiliza en el experimento, asegúrese que el laboratorio cuenta con instalaciones de ventilación y de escape, junto con un dispositivo de alarma de gas peligroso. Usa pompas de jabón con regularidad para detectar cualquier fuga de la tubería conexiones12.
- Evitar la luz directa sol.
- Coloque los instrumentos en una zona tranquila, vibraciones de un laboratorio limpio sin interferencia electromagnética. La temperatura del laboratorio debe ser 10-40 ° C.
- Iniciar el instrumento
- Encienda la computadora e inicia el programa principal.
- Abrir el cilindro y ajustar a la presión de salida apropiado (ajustar la presión de desgasificación para 5-6 bar y la presión del cilindro de gas aproximadamente 70 bar).
- Encienda el instrumento. Cuando el controlador de acoplamiento se ha encendido, el botón debe permanecer en la posición OFF. Abrir el poder de la bomba de vacío y baño de aceite.
- Medición en blanco
- Desmontar la piscina muestra, coloque el cubo de muestra limpia vacía dentro e instalar el manguito de guía de metal. Comprobar el acoplamiento de ZP/MP y ajustar el estado apropiado.
- Controlar el equilibrio en el control de acoplamiento y cambiar a todas las posiciones en ZP/MP1/MP2. Observar los cambios en la lectura del balance y confirme que la lectura es estable y normal. Si la lectura es incorrecta o está inestable, es necesario ajustar los niveles en las 4 patas de la cabeza plana, basándose en la situación o la posición del tornillo de soporte de alta y baja.
- La piscina de la muestra, chaqueta de baño de aceite de control de temperatura y cubierta de aislamiento de calor de la carga.
- Mueva la perilla de control de acoplamiento a la posición de ZP.
- Seleccione el programa espacio en blanco en el software.
- Haga clic para configurar la medida, nombre un título, seleccione gas 2 y otro fluido y seleccione baño líquido.
- Ajustar la temperatura de la muestra a 50 ° C, la máxima presión de 70 bar, el paso de presión a 7, la rampa de presión a 2 bar/min. y el fluido therm a 50 ° C.
Nota: Para el ensayo en blanco, utilice N2 (recomendado) o He a la presión adecuada (0 - 70 bar). Pesar el cubo vacío. Cuando la temperatura es constante con la temperatura experimental de adsorción, las carreras de programa de arranque, que generalmente toma 7-8 h. Por último, la calidad y el volumen del cubo vacío pueden obtenerse manualmente cuando se acaba (ver paso 2.8.1).
PRECAUCIÓN: 6 sistemas de pernos de la brida de la piscina de muestra están desmanteladas mediante la interna ángulo de seis y llave fija del instrumento. Observe que cuando se quita el último grupo de pernos, la piscina muestra necesita ser sostenido para no caer.
- Instrumento de equilibrio (si es necesario)
Nota: El movimiento operativo del instrumento debe ser una fuerza suave y uniforme.- No agite fuertemente el apoyo de equilibrio (de lo contrario, puede alterar el equilibrio) o mover la posición del marco. Cuando con una llave, tenga cuidado de no golpear el tubo sensor de travesía cerca del reborde fuera de posición.
- Cuando el equilibrio se confirma, mueva el ZP en la posición OFF.
- Compruebe si está instalada la junta tórica de la brida de la piscina de la muestra. Reemplace el anillo O si hay daños o deformación.
- Configurar el pool de muestra verticalmente, para que las pestañas superiores e inferiores están conectadas, que mantendrá el estado en general vertical.
- Por último, instale a 6 grupos de pernos.
- Utilice una llave para sujetar los pernos, utilizando un método de fijación simétricos para que la conexión de la cara de la brida esté apretado y no sesgada. El grado de fijación de los 6 grupos de los pernos debe ser lo más consistente posible13.
- PayAttention en la tapa de la espiral en los 6 grupos de pernos para mantener cada borde de la brida, para evitar dificultad al instalar la camisa de baño de aceite trasero.
- Si se utiliza calentamiento eléctrico, instalar terracota aislamiento y fijarla con un anillo de aro sin un paquete de algodón de aislamiento exterior.
- Si usa calefacción baño de aceite, instale la camisa de baño de aceite desde el fondo hasta la piscina de la muestra, hasta la parte superior y la brida superior están planas. Instale tres tornillos en la parte inferior para fijar la chaqueta de baño de aceite.
- Compruebe si la posición de ZP/MP1/MP2 y la lectura de equilibrio son normales, entonces mueven la perilla de control de acoplamiento a la posición de ZP.
- Medición de preprocesamiento
- Desmontar la piscina muestra y coloque la muestra en el cilindro de la muestra. Comprobar el acoplamiento de ZP/MP y ajustar el estado apropiado.
- Carga la muestra piscina y cubierta de aislamiento de calor eléctrico.
- Mueva la perilla de control de acoplamiento a la posición de ZP.
- El programa de arranque se ejecutará automáticamente. Establecer el programa de pretratamiento en el software. Haga clic para configurar la medición, nombre de un título, seleccionar el vacío, el calentador eléctrico, establecer la temperatura de la muestra a 150 ° C y la temperatura del acoplamiento 20 ° C y la duración en 600 min. Este paso toma generalmente 10 h.
- Medición de la flotabilidad
- Desmonte la funda de calefacción eléctrica e instale la chaqueta de baño de aceite de control de temperatura y cubierta de aislamiento térmico, que isadhesive.
- Iniciar el programa de medición de la flotabilidad en el software, configurar el baño del aceite de calefacción temperatura a 50 ° C y calor para aproximadamente 4 h. 7 puntos de presión se dividirán bajo la máxima presión de 70 bar. El programa de arranque se ejecutará automáticamente.
Nota: La medición de la flotabilidad es la misma medida en blanco.
PRECAUCIÓN: Extraiga la articulación de fuente de poder de calor eléctrico antes de quitar la articulación de sensor de temperatura en la parte inferior de la piscina de la muestra. Después de cargar la muestra, Recuerde verificar si el sensor de temperatura se inserta.
- Medida de la adsorción
- Establecer el programa de medición de la absorción en el software. Inicie el programa y se ejecutará automáticamente.
- Si es necesario el proceso de desorción, configurarlo en el programa de medición de la absorción, mantener la temperatura del fluido therm a 50 ° C y 19 puntos de presión (p. ej., 0, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 200, 150, 100, 80, 60, 40, 20, 10 y 0). Luego inicie el programa, que se ejecutará automáticamente.
- Ajustar la presión manualmente, utilizando una bomba a presión, cuando la presión del gas no alcance el valor determinado automáticamente.
PRECAUCIÓN: Al finalizar el experimento, el instrumento automáticamente de escape y mantener el estado de vacío por un período de tiempo. El programa terminará automáticamente y se cerrarán todas las válvulas.
- Cálculo
- El sistema puede seleccionarse para corregir automáticamente los resultados experimentales mediante el uso de los siguientes principios. La relación entre la lectura de peso, lectura de la bandeja, flotabilidad de muestra y flotabilidad de sorción es10,11,12,13:
mA = Δm - mSC - mS (VSC + VS + VA) X p
mA: masa de gas de adsorción; Δm: masa de equilibrio de la lectura; mSC: masa de la bandeja de la muestra (obtenida por medición en blanco); mS: masa de muestra (obtenida por medición de la flotabilidad); VSC: volumen de la bandeja de la muestra (obtenida por medición en blanco); VS: volumen de muestra (obtenida por medición de la flotabilidad); VA: volumen de muestra de gas adsorción (obtenida por la medida de adsorción); Ρ(p,T,y): densidad calculada a partir de la ecuación de estado o determinado a través de la medición.
- El sistema puede seleccionarse para corregir automáticamente los resultados experimentales mediante el uso de los siguientes principios. La relación entre la lectura de peso, lectura de la bandeja, flotabilidad de muestra y flotabilidad de sorción es10,11,12,13:
- Terminación
- Salir del programa y cierre la computadora. Cerrar la botella de gas experimental.
- Si sólo un corto período de ralentí se produce, no más de 3 días, dejar el poder en el instrumento, que no es necesario para mantener el estado de cada sistema de energía. Sugerimos que la perilla de control de acoplamiento se mueve a la posición OFF.
- Si el instrumento tiene que estar parado durante mucho tiempo, la energía de cada sistema puede desactivarse. Antes el acoplamiento regulador se apaga, el botón primero debe mover a la posición OFF. Confirme que las luces de la lámpara OFF están en y las otras luces están hacia fuera y luego cierran el poder controlador.
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Representative Results
Figura 1 : Montaje experimental de adsorción gravimétrico gas a altas temperaturas y presiones. Esta figura muestra la configuración para el experimento de adsorción isotérmica: (a) el aceite de baño calefacción dispositivo para el baño líquido; dispositivo (b) la calefacción eléctrica para la calefacción eléctrica; (c) el equilibrio de la suspensión magnética - analizadores de adsorción gravimétrico (figura 2); (d) el sistema operativo (la unidad central y monitor); y (e) el gas de bombeo y presurización. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los constituyentes minerales de estas muestras se caracterizan por cuarzo alta, moderada arcilla, feldespato baja y una amplia distribución de lutitas. Las muestras muestran un contenido de humedad de menos del 1%, en base a la muestra experimento de secado. Además, el contenido de COT de la muestra es 4.2% (% peso). La reflectancia de vitrinita Ro es aproximadamente 2,5%, que permanece en el estado de madurez sobre madurez. Las características físicas de minerales y el depósito se muestran en la tabla 1.
Tabla 1. La relación entre los parámetros de la pizarra y adsorción isotérmica de metano.
Bajo el estado de punto cero (ZP), la caja de conexiones es disociada en el sensor de posición; por lo tanto, la calidad de la muestra y el tubito no se transmite a la balanza. Bajo el estado de punto de medición (MP), la caja de conexiones es junto con el sensor de posición y la masa de la muestra y el tubito se transmite a la balanza para medir la calidad12,13,14.
La conmutación automática regular de ZP y MP puede efectivamente eliminar el efecto negativo causado por el inherente deriva cero de la balanza electrónica y ofrecen una medición de alta precisión. La estructura del principio puede verse en la figura 2.
Figura 2 : El corazón de los instrumentos de análisis de absorción - el balanceador de suspensión magnética. La muestra rojo es la célula de muestra con la muestra y la muestra azul es la célula de muestra sin muestra. La flecha encima de la muestra es un gancho, y la flecha de doble cara que encoge en la derecha superior indica que la fuerza magnética de la levitación magnética equilibrio aumenta, levantar pesos y muestras, dando por resultado el acortamiento de la distancia. Esta figura ha sido modificada de un informe (informe de operación del instrumento experimental; correspondencia privada) por Gang Chen. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La cantidad de adsorción aumenta linealmente con el aumento en la presión durante el 0 ~ 60 bar, el período de baja presión. Posteriormente, la tasa de crecimiento de adsorción disminuida gradualmente a aproximadamente 0 Además, la absorción absoluta de pizarra alcanzó un estado de saturación durante el período de alta presión con una corrección o disminución en la capacidad de adsorción máxima absorción sin corrección (figura 3, tabla 2).
Figura 3 : Experimento de adsorción isotérmica de metano del tamaño de partícula diferentes. Estos paneles muestran (a) los datos de adsorción de G1 con el ajuste, (b) los datos de adsorción de G1 sin ajuste, (c) los datos de adsorción de G2 con ajuste y (d) los datos de adsorción de G2 sin ajuste. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla 2. Isoterma adsorción máxima de metano experimento datos de diverso tamaño de partícula.
Las adsorciones absolutas máxima (Mabs) de la muestra G1 fueron 2,99 mg/g, 3,03 mg/g, 3,16 mg/g, 2,95 mg/g y 3,01 mg/g; en el orden de las partículas muestra mallas de 20-40 a 100-120; cuando alcanza el estado de saturación (figura 3a). Además, las adsorciones exceso máximo (Mexc) de la muestra G1 fueron 2,37 mg/g, 2,49 mg/g, 2,46 mg/g, 1,98 mg/g y 2,32 mg/g; en orden (figura 3b). Además, las adsorciones absolutas máxima (Mabs) de la muestra G2 fueron 2,51 mg/g, 3,11 mg/g, 3,10 mg/g, 2,93 mg/g y 3,18 mg/g; en orden; cuando alcanza el estado de saturación (figura 3c). Por último, las adsorciones exceso máximo (Mexc) de la muestra G1 fueron 2,34 mg/g, 2,53 mg/g, 2,40 mg/g, 2,07 mg/g y 2,21 mg/g; en orden (figura 3d).
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Discussion
Los materiales utilizados en este experimento se muestran en la Tabla de materiales. Antes de quita el la piscina de la muestra, debe confirmarse que la temperatura y la presión en la piscina de la muestra son a presión normal y temperatura normal; de lo contrario, existe el peligro de lesiones. Si la temperatura es demasiado alta, espere a que la temperatura de la gota y luego extraer muestra piscina. Si la presión es demasiado alta o demasiado baja, manualmente ajustar la presión de aire en el software y utilizar un gas inerte13,14,15. No desmonte la piscina muestra durante el experimento. Una vez terminado el experimento, el instrumento está en un estado de espera. El controlador de acoplamiento debe mostrar como ZP o la posición de apagado. El baño de aceite circulante es en el estado OFF. Quite los 3 tornillos que se fijan en la parte inferior de la camisa de baño de aceite, mantenga el metal manga de sujeción hacia abajo verticalmente y coloque la chaqueta a la izquierda del soporte fijo. En este proceso, presta atención a la protección de los cables eléctricos y tubería conectada a la chaqueta. No doble ni tuerza demasiado, para no romper la línea.
MSB garantiza la aplicación de un aparato gravimétrico adsorción isotérmica a cualquier tipo de gases de textos (por ejemplo, corrosivas, explosivas y tóxicas) en cualquier tipo de condiciones extremas (por ejemplo, del vacío y alta presión)20, 21. incluso bajo condiciones extremas, tales como un ambiente de alta presión o tóxico, la capacidad de adsorción de las muestras en una cámara cerrada se puede analizar con la máxima precisión por el equipo22,23,24 ,25,26. La masa de la muestra y la densidad del medio de reacción se pueden medir al mismo tiempo en un solo experimento, que podría ahorrar una buena cantidad de tiempo24,25,26. El equipo y el método pueden garantizar experimentos de medición de alta precisión de largo sin pérdida de precisión o deriva de base. La separación y el aislamiento de la zona de experimentación (muestra) y el área de pesaje (balanza) evita el daño o contaminación de la balanza por el medio de reacción o las condiciones experimentales y llega a pesar la masa en la reacción de sellado de alta intensidad la cámara de26.
En primer lugar, el principal límite de la técnica es que requiere mucho tiempo: 1 muestra a completarse totalmente generalmente tarda 2-4 días. En segundo lugar, el equilibrio y la estabilidad de la balanza de la levitación magnética necesitan corregirse regularmente con el uso continuo; de lo contrario, es difícil lograr un equilibrio, que consumirá más tiempo. Además, el proceso experimental viene con ciertos riesgos (por ejemplo, alta temperatura, alta presión y gas inflamable y explosivo)12,13,14.
Afortunadamente, los instrumentos tienen una buena estabilidad, buena seguridad, alta exactitud y alta precisión. Además, no hay ningún requisito particular para la especie de la muestra, siempre y cuando sea un polvo poroso20,21,22. En el futuro, este método sea más ahorro de tiempo, eficiente y seguro y preciso y adaptarse a más tipos de muestras.
El protocolo de proceso de muestra utilizado en estudios previos se utiliza generalmente para gas grisú. El carbón es una roca masiva, estructuralmente isótropa compuesto de carbono, mientras que la pizarra es una capa estructural, roca anisotrópica vertical que consta de varios minerales de la arcilla23,24,25,26. Trituración y cribado de las muestras de carbón, partículas en diversos acoplamientos todavía indican características físicas similares. Cuando se trata con pizarra, partículas de diferentes tamaños pueden mostrar propiedades físicas diferentes, tales como adsorción. La razón es que cuando se trata de roca de pizarra, la complicada composición mineral y la estructura de capas pueden ampliar la anisotropía entre diversos acoplamientos27,28,29,30.
El modelo de Langmuir se utiliza generalmente para caber la adsorción isotérmica. El modelo de Langmuir incluye características de adsorción del estudio de una superficie sólida que se produjo en 1916, por el químico francés Langmuir; Este modelo se inició desde el punto de vista de la dinámica, en la que se presenta la ecuación de estado de la capa monomolecular, para un sólido no poroso31. El supuesto básico es que la superficie del adsorbente es lisa y suave, y la energía de la superficie sólida es uniforme, formando sólo sola molécula capa. No hay ninguna interacción entre las moléculas del gas adsorbido y la adsorción está en un equilibrio dinámico25,26. Desde este punto de vista, el modelo de Langmuir no es conveniente para la adsorción de gas de esquisto, y por lo tanto, la fórmula no se utiliza aquí.
Al probar el gas de esquisto enterrado superficial y carbón con baja presión, hay poca diferencia entre la capacidad de adsorción del exceso y la capacidad de adsorción absoluta. Sin embargo, con el aumento en la presión, la capacidad de adsorción del exceso y la capacidad de adsorción absoluta se convertirá en cada vez mayores. Debido al entierro profundo y de alta presión de pizarra, la capacidad de adsorción es relativamente débil. Si no ajustado, la capacidad de adsorción de pizarra será en gran medida subestimada30,31,32. Por lo tanto, se utiliza una combinación de varios métodos de corrección, que se obtienen por el sistema. Además, el ajuste omite automáticamente el último punto (figura 3a y 3 c). Sin embargo, el ajuste también disminuye la diferencia en la cantidad de adsorción entre las muestras (figura 3).
Microporos y mesoporos en la pizarra de control la adsorción dominando el área de superficie específica32,33. Liang y Zhang ambos sugirieron que una fragmentación pizarra intensa reduce el número de microporos y mesoporos y aumenta la cantidad de macroporos8,33. Un movimiento de gas pizarra bien estructurales o fractura puede machacar la roca pizarra integral en pedazos (partículas grandes) para generar microfracturas (partículas pequeñas), que aumenta la superficie específica, y por lo tanto, se aumenta la adsorción. Sin embargo, durante el experimento, como el movimiento de la fracturando o estructural continuado, roca de esquisto fue aplastada en partículas más pequeñas; los microporos y mesoporos en la pizarra desarrollado y conectado entre sí para formar mesoporos y macroporos; por lo tanto, la superficie específica total y adsorción de la pizarra disminución (figura 3b y 3d). En conclusión, la cantidad de adsorción aumenta con la disminución de tamaño de partícula monótonamente y debe haber un intervalo o valor máximo.
Se sugiere que la regla de la variación entre la capacidad de adsorción y el tamaño de partícula no es una correlación lineal, si se refiere a una adsorción absoluta con el ajuste o a una excesiva adsorción sin ajuste. Por lo tanto, es de gran importancia para averiguar el valor máximo para determinar el tamaño de partícula en el proceso de fracturamiento en la pizarra. La capacidad de adsorción alcanzar un máximo en la presión de 80-100 bares y el número de adsorciones en mallas de 40-60 y 60-80 es más grande. Teniendo en cuenta las muestras de la zona de estudio, la adsorción máxima es aproximadamente de 250 μm (malla 60-80), los valores de las muestras de diferentes regiones y estratos pueden ser diferentes (figura 3, tabla 2).
Los métodos gravimétricos y volumétricos son ampliamente utilizados en los experimentos de adsorción de gas de la pizarra; las diferencias son grandes entre sus respectivos aparatos experimentales correspondientes, pero la característica común de ambos es destruir la estructura de poro natural de la muestra. El tamaño de partícula de la muestra de la cantidad de adsorción tiene cierta influencia, y la estructura de poro sin la roca quebrada de los experimentos de adsorción puede reflejar la formación real del gas de esquisto en la adsorción capacidad30,31, 32 , 33, pero su principal desventaja es que requiere mucho tiempo para completar.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Mucha de la ayuda fue proporcionada por el ingeniero Gang Chen y Tao Zhang. Este trabajo fue apoyado por el importante desarrollo de investigación estatal programa de China (Grant No.2016YFC0600202) y el servicio geológico de China (CGS, Grant no. DD20160183). Agradecemos a los revisores anónimos por sus comentarios constructivos que mejoraron grandemente este trabajo.
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 |
References
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