Experimentelle Studie über den Zusammenhang zwischen Korngröße und Methan Sorption Kapazität in Schiefer
2. August 2018
Wir verwenden einen Isothermen Adsorption Apparat, der gravimetrischen Sorption Analyzer, um die Aufnahmekapazität der unterschiedlichen Partikelgrößen von Schiefer, um herauszufinden, die Beziehung zwischen Partikelgröße und die Aufnahmekapazität des Schiefers zu testen.
Diese Methode kann dazu beitragen, wichtige Fragen im Schiefergasfeld über die Beziehung zwischen Partikelgröße und Adsorptionskapazität von Schiefer zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die gravimetrische Methode weniger Parameter erfordert und bessere Ergebnisse in Bezug auf die Genauigkeit und die Simulation der tatsächlichen Untergrundstruktur liefert. Schalten Sie zuerst den Computer für die magnetische Schwebewaage ein und starten Sie den Controller für die magnetische Schwebekupplung.
Öffnen Sie die Gas-Zwei-Helium-Flasche und stellen Sie sie mit dem Regelventil grob auf den entsprechenden Ausgangsdruck ein. Vergewissern Sie sich anschließend, dass sich der Regler der Magnetaufhängungskupplung in der Position Aus befindet. Schalten Sie dann den Temperaturregler des Instruments, die Ölbadheizung und die Vakuumpumpe ein.
Schalten Sie den Kupplungsregler in die Nullpunktstellung, warten Sie ein bis zwei Minuten und vergewissern Sie sich, dass die Messwerte normal und stabil sind. Überprüfen Sie auf die gleiche Weise die Positionen der Messpunkte. Stellen Sie dann den Controller auf die Nullpunktposition ein.
Starten Sie die Systemsteuerungssoftware. Wählen Sie das Programm Leere Messung aus und öffnen Sie das Konfigurationsfenster. Benennen Sie die Messung, wählen Sie Gas zwei aus, um Heliumgas zu verwenden, wählen Sie anderes Fluid und wählen Sie Flüssigkeitsbad.
Stellen Sie den maximalen Druck mit sieben Druckstufen auf 70 bar, die Druckrampe auf zwei bar pro Minute und die Temperatur im Ölbad auf 50 Grad Celsius ein. Führen Sie das Programm aus, und berechnen Sie die Masse und das Volumen des leeren Probenbehälters. Stellen Sie nach Beendigung des Blindtests den Sollwert für den Gasdruck von zwei Helium auf 1 bar ein.
Beginnen Sie mit der Gasdosierung, um das Probenbecken mit Helium zu füllen, bis es nahe dem Atmosphärendruck liegt. Stoppen Sie dann die Gasdosierung. Ziehen Sie anschließend den Temperatursensor nach unten.
Demontieren Sie den isolierenden Baumwollmantel und das doppelwandige Thermostat. Stützen Sie das doppelwandige Thermostat ab, wenn die letzte Schraube entfernt ist. Entladen Sie das doppelwandige Thermostat und achten Sie darauf, dass Sie das Sensor-Traversenrohr nicht mit dem Schlüssel anstoßen.
Zerlegen Sie dann den Probenpool, indem Sie die sechs Schrauben symmetrisch entfernen. Öffnen Sie vorsichtig den Probenpool. Überprüfen Sie als Nächstes, ob der Balance-Frame des Instruments waagerecht ist.
Um den Ausgleichsrahmen einzustellen, drehen Sie den Drehknopf des Magnetkupplungsreglers auf Aus und heben oder senken Sie vorsichtig die Füße und Stützschrauben. Sobald das System ausbalanciert ist, nehmen Sie den Probenbehälter heraus und laden Sie eine saubere, zerkleinerte Schiefergesteinsprobe in den Probenbehälter. Installieren Sie den Probenbehälter und bringen Sie die Kupplung in die entsprechende Position.
Setzen Sie dann das Probenbecken wieder ein, wobei Sie darauf achten müssen, dass die Kanten innerhalb des Flansches bleiben. Setzen Sie die Schrauben symmetrisch ein und drehen Sie die Schrauben mit sanfter, gleichmäßiger Kraft. Versuchen Sie nach der Installation des Probenbeckens, das doppelwandige Thermostat zu installieren, um sicherzustellen, dass es bei der späteren Auftriebsmessung reibungslos eingebaut werden kann.
Sobald dies bestätigt wurde, entfernen Sie das doppelwandige Thermostat. Drehen Sie anschließend den Knopf des Kupplungsreglers in jede Position, um die Balance zu überprüfen. Setzen Sie den Temperatursensor ein und installieren Sie den elektrischen Heizmantel und die Isolierabdeckung.
Schließen Sie das elektrische Heiznetzteil an und schalten Sie es ein. Wählen Sie dann das Vorbehandlungsprogramm in der Gerätesoftware aus und öffnen Sie das Konfigurationsmenü. Benennen Sie die Messung, wählen Sie die Vakuumquelle und wählen Sie elektrische Heizung.
Legen Sie die Probentemperatur auf 105 Grad Celsius, die Kopplungstemperatur auf 20 Grad Celsius und die Dauer auf 600 Minuten fest. Führen Sie dann das Vorbehandlungsprogramm aus. Schalten Sie anschließend die elektrische Heizung aus und trennen Sie die Stromversorgung.
Entfernen Sie den elektrischen Heizmantel, setzen Sie den Temperaturfühler ein und installieren Sie das doppelwandige Thermostat. Umwickeln Sie das Thermostat mit einer selbstklebenden Isolierabdeckung. Wählen Sie anschließend in der Software das Programm zur Auftriebsmessung aus und öffnen Sie das Konfigurationsfenster.
Stellen Sie die Temperatur im Ölbad auf 50 Grad Celsius ein. Stellen Sie den maximalen Druck auf 70 bar, die Druckrampe auf zwei bar pro Minute und die Anzahl der Druckstufen auf sieben ein. Führen Sie dann den Vorgang aus, der in der Regel fünf bis acht Stunden dauert.
Wählen Sie danach das Programm Sorptionsmessung aus. Wenn eine Desorption evaluiert wird, halten Sie das Ölbad bei 50 Grad Celsius und stellen Sie 19 Druckpunkte ein, die von null bar auf 250 bar und wieder auf null bar erhöht werden. Wählen Sie dann Gas eins anstelle von Gas zwei für das Versuchsgas aus, und führen Sie das Programm aus.
Verwenden Sie bei Bedarf eine Druckpumpe, um den experimentellen Gasdruck manuell auf den Zielwert zu erhöhen. Lassen Sie den Vorgang abschließen, bevor Sie alle Komponenten aus dem Instrument entfernen. Zwei Schieferproben wurden zerkleinert und nach Partikelgröße unterteilt.
Bei allen Proben stieg die absolute Methanadsorptionskapazität linear mit einem Druck zwischen null und 60 bar an. Danach pendelte sich die absolute Adsorptionskapazität allmählich ein. Die überschüssige Adsorptionskapazität folgte bei niedrigeren Drücken einem ähnlichen Trend, erreichte ein Maximum bei etwa 80 bis 100 bar und nahm dann mit steigendem Druck ab.
Schieferproben mit einer Partikelgröße von etwa 250 Mikrometern wiesen im Allgemeinen die höchste maximale absolute und überschüssige Adsorptionskapazität auf. Dies wurde darauf zurückgeführt, dass das Gestein in kleinere Partikel zerkleinert wurde und dass sich Mikroporen und Mesoporen zu Mesoporen und Makroporen verbanden, wodurch sich die gesamte spezifische Oberfläche des Schiefers verringerte. Die Idee für diese Methode hatten wir erstmals, als wir überlegten, wie große Partikel für isotherme Adsorptionsexperimente von Schiefer in verschiedenen Regionen verwendet werden sollten.
Einmal gemeistert, kann diese Technik in 24 Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.
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Übersicht
Diese Studie nutzt einen gravimetrischen Sorptionsanalysator, um die Adsorptionskapazität von Schiefer bei verschiedenen Partikelgrößen zu untersuchen. Ziel ist es, den Zusammenhang zwischen Partikelgröße und Adsorptionskapazität aufzuklären, was für das Verständnis der Schiefergasgewinnung von entscheidender Bedeutung ist.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Biologie
- Materialwissenschaft
Hintergrund
- Die Gewinnung von Schiefergas ist ein bedeutender Forschungsbereich.
- Das Verständnis der Adsorptionskapazität ist entscheidend, um die Extraktionsmethoden zu optimieren.
- Die Partikelgröße kann die Effizienz der Gasadsorption beeinflussen.
- Gravimetrische Methoden liefern genaue Messungen mit weniger Parametern.
Zweck der Studie
- Untersuchung, wie die Partikelgröße die Adsorptionskapazität von Schiefer beeinflusst.
- Verbesserung des Verständnisses des Verhaltens von Schiefergas unter verschiedenen Bedingungen.
- Verbesserung der Genauigkeit von Messungen in der Schiefergasforschung.
Verwendete Methoden
- Nutzung eines gravimetrischen Sorptionsanalysators.
- Prüfung verschiedener Partikelgrößen von Schiefer.
- Bestimmung der Adsorptionskapazität unter kontrollierten Bedingungen.
- Analyse der Ergebnisse zur Ermittlung von Zusammenhängen zwischen Variablen.
Hauptergebnisse
- Identifizierte Trends der Adsorptionskapazität in Abhängigkeit von der Partikelgröße.
- Zeigte die Wirksamkeit der gravimetrischen Methode auf.
- Lieferte Erkenntnisse zu optimalen Bedingungen für die Gewinnung von Schiefergas.
- Trug zum Verständnis der Materialeigenschaften von Schiefer bei.
Schlussfolgerungen
- Die Studie bestätigt, dass die Partikelgröße die Adsorptionskapazität erheblich beeinflusst.
- Gravimetrische Methoden sind zuverlässig zur Untersuchung von Schiefeigenschaften.
- Die Ergebnisse können zukünftige Forschungsarbeiten und Extraktionstechniken beeinflussen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Partikelgröße und Methansorptionskapazität in Schiefer ist entscheidend für die Optimierung der Ressourcenbewertung und der Effizienz der Gewinnung bei unkonventionellen Gaslagerstätten. Diese Studie liefert quantitative Einblicke, wie die Partikelgröße das Adsorptionsverhalten beeinflusst, und unterstützt dadurch eine genauere Charakterisierung von Lagerstätten sowie fundierte Entscheidungen bei der Bewertung von Projekten in frühen Phasen. Die beschriebene gravimetrische Sorptionsmethode bietet einen zuverlässigen und parameterarmen Ansatz zur Messung der Gasadsorption unter kontrollierten Bedingungen und verbessert so die Datenkonsistenz für die Modellierung unterirdischer Systeme.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung von Materialeigenschaften, die Gas-Feststoff-Wechselwirkungen beeinflussen, und unterstützt die Hypothesenprüfung in Energiesystemen mit Materialien.
- Operativer Wert: Bietet ein standardisiertes gravimetrisches Protokoll zur reproduzierbaren Messung der Adsorptionskapazität über verschiedene Partikelgrößen hinweg.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt quantitative Adsorptionsisothermen, die als Referenzgrößen zur Vergleichung von Schieferproben unter kontrollierten Druck- und Temperaturbedingungen dienen.
- Operativer Wert: Etabliert einen skalierbaren Probenvorbereitungsworkflow, der Zerkleinerung, Siebung und Befüllung umfasst, für die sorptionsanalytische Hochdurchsatzanalyse.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Verbindet das Adsorptionsverhalten auf Partikelebene mit der makroskopischen Reservoirleistung und unterstützt so die translationale Modellierung des Gas-Transports in geklüfteten Schiefern.
- Operationaler Wert: Bietet wiederholbare Protokolle zur Messung von Auftrieb und Sorption, die eine konsistente Charakterisierung von Schiefern über verschiedene Labore hinweg sicherstellen.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die gravimetrische Sorptionsmethode ist in die frühe Entdeckungsphase der Bewertung von Energierohstoffen eingebettet, in der das Verständnis der intrinsischen Adsorptionseigenschaften der Reservoirsimulation und der Gewinnungskonzeption vorausgeht. Sie unterstützt Entscheidungen über die Weiterverfolgung oder Einstellung von Projekten, indem sie zuverlässige Daten zum Speichervermögen von Schiefergas liefert, was sich direkt auf die Bewertung von Ressourcen und die Priorisierung von Entwicklungen auswirkt.
- Entdeckungsbiologie: Nicht anwendbar; diese Methode befasst sich mit den physikochemischen Eigenschaften anorganischer Schiefermatrizen und nicht mit biologischen Systemen.
- Screening: Ermöglicht die standardisierte Bewertung der Methanadsorptionskapazität über verschiedene Partikelgrößenfraktionen hinweg und unterstützt so den vergleichenden Screening geologischer Proben.
- Analytik: Liefert absolute und exzessive Adsorptionsmessungen als Funktion des Drucks und ermöglicht damit einen quantitativen Vergleich des Sorptionsverhaltens unter reservoirrelevanten Bedingungen.
- Translationale Forschung: Verbindet laborbasierte Adsorptionsdaten mit der Effizienz der Gewinnung im Feld, indem optimale Partikelgrößenbereiche identifiziert werden, um die Gasspeicherung in geklüftetem Schiefer zu maximieren.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Der gravimetrische Sorptionsanalysator stellt eine wiederverwendbare Plattformfunktion zur Charakterisierung von Adsorptionseigenschaften in unterschiedlichen unkonventionellen Reservoiren dar und verringert die Abhängigkeit von externen Analysedienstleistungen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Verbessert die Vorhersagesicherheit bei Reservoirmodellen, indem genaue, parameterarme Adsorptionsmessungen bereitgestellt werden, die das tatsächliche Sorptionsverhalten widerspiegeln.
- Operativer Wert: Steigert die Reproduzierbarkeit durch standardisierte Schritte bei Blindwertbestimmung, Vorbehandlung, Auftriebs- und Sorptionsmessungen und verringert so die vom Bediener verursachte Variabilität.
- Strategischer Wert: Unterstützt risikoadjustierte Investitionsentscheidungen, indem die Beziehung zwischen Partikelpräparation und Gasspeicherkapazität geklärt wird, wodurch die Unsicherheit bei Ressourcenschätzungen reduziert wird.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die datengestützte Priorisierung von Schieferressourcen basierend auf messbaren Adsorptionsleistungen und bringt Explorationsbemühungen mit zielträchtigen Zonen in Einklang.
Umsetzungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der gravimetrischen Analyse, im Umgang mit Vakuumsystemen und mit Hochdruckgasen, um die Integrität der Messungen sicherzustellen.
- Benötigt eine magnetische Suspensionswaage (MSB) und ein temperaturgeregeltes Ölbad zur präzisen Bestimmung von Masse und Auftrieb.
- Setzt eine standardisierte Probenvorbereitung (Zerkleinern, Sieben, Befüllen) über verschiedene Arbeitsgruppen hinweg voraus, um die Konsistenz zwischen den Partikelgrößenfraktionen zu gewährleisten.
- Erfordert Anpassungen, wenn die Methode auf andere Schieferformationen oder Adsorbatgase über Methan hinaus ausgeweitet wird.
- Wird durch den zeitaufwändigen Ablauf des gesamten Messzyklus (Leermessung, Vorbehandlung, Auftrieb, Sorption) begrenzt, der unter optimalen Bedingungen pro Probe mehr als 24 Stunden betragen kann.
