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頁(yè)巖氣是一種賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣,，成分以甲烷為主，含量一般在85%以上,，最高可達(dá)99.8%,，是一種清潔,、高效的能源資源和化工原料,。頁(yè)巖氣以兩種主要方式賦存在頁(yè)巖烴源巖中：1) 孔隙和天然裂縫中的游離氣體,；2) 有機(jī)物和無(wú)機(jī)礦物表面上的吸附態(tài)氣體[1]，因此頁(yè)巖吸附能力對(duì)頁(yè)巖開(kāi)采性評(píng)價(jià)具有重要意義,，對(duì)于頁(yè)巖氣吸附能力的研究,，頁(yè)巖復(fù)雜的納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)是決定吸附量的重要因素。

當(dāng)前測(cè)定頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)的方法有氣體吸附法和壓汞法,，通常采用低溫氮?dú)馕椒ū碚魑⒔榭?，壓汞法表征大孔，壓汞由于毒性和無(wú)法重復(fù)使用的缺點(diǎn)常用于最后檢測(cè),，低溫氮?dú)馕骄哂袩o(wú)損檢測(cè)和樣品可回收的優(yōu)點(diǎn)而備受青睞,，但頁(yè)巖巖心取樣尺寸與常規(guī)低溫氮?dú)馕剿脴悠饭芟嗖钶^大,，當(dāng)前解決方案是將頁(yè)巖樣品研磨后進(jìn)行測(cè)試,，研磨后的樣品會(huì)破壞孔隙結(jié)構(gòu),，測(cè)試結(jié)果不能準(zhǔn)確表征取樣巖心真實(shí)吸附量,，針對(duì)上述情況，我公司研發(fā)出巖心專用樣品管并進(jìn)行了測(cè)試,。

實(shí)驗(yàn)部分

使用精微高博BK400儀器和巖心專用樣品管對(duì)巖心樣品進(jìn)行低溫氮吸附測(cè)試并分析,。

專用樣品管

巖心專用樣品管轉(zhuǎn)換接頭、巖心專用樣品管,、芯棒和填充塊如下圖所示,，可進(jìn)行尺寸在直徑25 mm，長(zhǎng)度110 mm以內(nèi)的巖心樣品的測(cè)試,；

巖心專用樣品管及芯棒

樣品管對(duì)應(yīng)填充塊

樣 品

此次實(shí)驗(yàn)的樣品為碳酸巖和砂巖，碳酸巖是對(duì)碳酸鹽類礦物組成的巖石的泛稱,，由碳酸鹽礦物(>50％)組成，礦物成分復(fù)雜含有一定量的原生巖漿礦物及稀有稀土元素礦物,可形成稀有稀土元素礦床。主要結(jié)構(gòu)成分有顆粒,、泥,、膠結(jié)物,、生物骨架和晶粒,，次要結(jié)構(gòu)組分有其他化學(xué)沉淀物質(zhì),、有機(jī)質(zhì)等,，孔隙是其派生結(jié)構(gòu)組分,，這些有機(jī)質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)組分是頁(yè)巖氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集的重要通道,。

砂巖是一種沉積巖,，主要由各種砂粒膠結(jié)而成,，砂質(zhì)沉積物在沉積時(shí)形成孔隙,，碎屑顆粒,、雜基,、膠結(jié)物等在一定的成巖環(huán)境中發(fā)生不同程度的溶解作用也形成了砂巖中的孔隙,，這些孔隙結(jié)構(gòu)是頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移的通道。   

為研究上述碳酸巖和砂巖吸附性能和孔隙結(jié)構(gòu)特征,，采用巖心專用樣品管在BK400物理吸附儀上進(jìn)行低溫氮吸附測(cè)試,。

測(cè)試結(jié)果

碳酸巖測(cè)試結(jié)果

碳酸巖樣品進(jìn)行低溫氮吸附測(cè)試后的等溫線見(jiàn)下圖1,，等溫線類型為類Ⅲ型等溫線，由于吸附質(zhì)與吸附劑表面相互作用力較弱,，所以在低壓區(qū)吸附量較小且向下凸向X軸，吸附量隨相對(duì)壓力的增加而增大,，有較小的滯后環(huán)，接近飽和蒸汽壓時(shí)發(fā)生類似大孔的吸附等溫線迅速上升,。3次重復(fù)性測(cè)試表明測(cè)試結(jié)果重復(fù)很好；

圖1 碳酸巖等溫線

碳酸巖BET比表面積,、孔容積和平均孔直徑結(jié)果見(jiàn)下表1所示，通過(guò)極差可知,，碳酸巖樣品BET極差結(jié)果在0.002以下,。

表1 碳酸巖樣品重復(fù)性測(cè)試結(jié)果

砂巖測(cè)試結(jié)果

對(duì)砂巖樣品進(jìn)行低溫氮吸附測(cè)試,，等溫線見(jiàn)下圖2，等溫線類型為Ⅳ型等溫線,，在低P/P0區(qū)曲線凸向上,，相對(duì)壓力在約為0.5時(shí)吸附質(zhì)發(fā)生毛細(xì)凝聚，等溫線迅速上升,，脫附等溫線與吸附等溫線不重合且位于吸附等溫線的上方產(chǎn)生吸附滯后環(huán),，接近飽和蒸汽壓時(shí)發(fā)生類似大孔的吸附等溫線迅速上升,。經(jīng)過(guò)3次等溫線測(cè)試表明砂巖測(cè)試結(jié)果重復(fù)很好；

圖2 砂巖等溫線

滯后環(huán)是由于吸附亞穩(wěn)態(tài)和網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的影響,，吸附未達(dá)到熱力學(xué)平衡造成凝聚延遲,，脫附路徑則取決于復(fù)雜的孔道結(jié)構(gòu)、孔道阻塞以網(wǎng)絡(luò)效應(yīng),。砂巖為H3型吸附滯后環(huán),，存在介孔,，見(jiàn)下圖3所示其BJH孔徑分布圖，最可幾孔徑為10.43 nm,。

圖3 砂巖BJH吸脫附孔徑分布報(bào)告圖

砂巖存在的納米介孔增強(qiáng)了砂巖的吸附能力,，相比碳酸巖其吸附量增大，通過(guò)計(jì)算砂巖BET比表面積值為1.6m2/g,，大于碳酸巖的比表面積值，孔容積與碳酸巖相比大一個(gè)數(shù)量級(jí),。砂巖樣品3次測(cè)試見(jiàn)下表2所示，計(jì)算BET極差結(jié)果小于0.01,。

表2 砂巖樣品重復(fù)性測(cè)試結(jié)果

結(jié) 論

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果可知：采用巖心專用樣品管可滿足尺寸在直徑25 mm,，長(zhǎng)度100 mm以內(nèi)的巖心測(cè)試，且BET測(cè)試的重復(fù)性極差小于0.01,。

參考文獻(xiàn)

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