富有机质页岩甲烷吸附性能研究

【摘要】：赋存于富有机质页岩中的天然气,即页岩气,是一种重要的非常规天然气资源。页岩气作为一种新的清洁能源,一直备受社会各界的广泛关注。在全球范围内,页岩气资源极其丰富,主要分布在北美、东亚、南美、北非、澳大利亚等地区。页岩气可采资源量世界排名依次为中国、阿根廷、阿尔及利亚、俄罗斯和美国。我国页岩气资源开发现在已经有了良好的开端,开始进入规模化开发初期阶段,这种清洁高效资源将逐渐成为我国能源的重要组成部分。2014年,页岩气新增探明地质储量1067.50亿m3,是我国2011年设定页岩气新矿种后,首次提交探明储量;2015年,页岩气增势迅猛,新增探明储量4373.79亿m3。“十二五”期间,我国页岩气累计新增探明储量5441.29亿m3,总产量达57.18亿m3。本研究样品取自于渝东南下寒武统牛蹄塘组页岩。为了研究下寒武统牛蹄塘组页岩的吸附性能,对渝科1井牛蹄塘组页岩层段进行连续取心。从取样岩心中选取十块页岩样品,通过场发射扫描电镜、等温吸附实验、有机碳含量等测试,探讨了页岩的表面结构、孔隙特征等及其孔隙特征对于吸附性能的影响。扫描电镜观察表明,页岩中广泛存在各类孔隙及微裂缝,并于有机碳中观测到大量10 nm的孔,黄铁矿颗粒间观测到粒间孔,矿物间观察到微裂缝。N2等温吸/脱附实验表明,页岩样品孔径集中在1 nm和4 nm,1-2 nm及3-4 nm的孔对于10 nm以下的孔体积贡献较大;介孔对总孔体积贡献较大,微孔对总比表面积贡献较大,介孔体积对于N2吸附量具有决定性的作用;吸/脱附曲线中滞后环较为明显,其闭合点在相对压力0.45左右,在已知的规律区间(相对压力0.42-0.5)内。同时,页岩样品具有良好的分形特征,分形维数集中在2.7-2.8,表明孔隙表面粗糙程度较大,微孔普遍存在。CO2吸附实验表明,孔径小于2nm时,孔径集中在0.3-0.7 nm的孔径范围,有利于提供更大的比表面积。甲烷吸附等温线较符合I型吸附曲线,应用朗格缪尔方程对各个曲线拟合结果较好。结合各类吸附数据及有机碳含量测试发现,当有机碳含量小于6%时,多数样品的0-5 nm孔的孔体积与有机碳含量呈现很好的相关性;当有机碳含量大于6%时,10-15 nm孔的孔体积与其甲烷吸附量呈现很好的相关性。 【关键词】：页岩 吸附 甲烷 孔体积 分形
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE31
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 有机质页岩吸附性能研究现状9-20
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 非常规天然气开发现状9-10
• 1.1.2 页岩气勘查开发现状10-12
• 1.2 研究目的与意义12
• 1.3 国内外研究现状12-17
• 1.3.1 离子抛光 + 电镜对孔隙的观察13-14
• 1.3.2 页岩组分研究及其对吸附的影响14-15
• 1.3.3 页岩孔隙发育情况的研究15-16
• 1.3.4 分形维数表征非均质性的研究16-17
• 1.4 研究内容17-20
• 第2章 实验方案及方法20-24
• 2.1 实验方案20-22
• 2.2 测试方法22-24
• 2.2.1 扫描电镜测试22
• 2.2.2 氮气等温吸/脱附测试22
• 2.2.3 二氧化碳等温吸附测试22-23
• 2.2.4 甲烷等温吸附测试23
• 2.2.5 有机碳含量测试23
• 2.2.6 真密度测试23-24
• 第3章 数据分析及讨论24-42
• 3.1 扫描电镜测试24-26
• 3.2 氮气等温吸/脱附测试26-31
• 3.3 二氧化碳等温吸附测试31-32
• 3.4 有机碳含量测试32-33
• 3.5 甲烷等温吸附测试33-39
• 3.6 真密度测试39
• 3.7 分形维数39-42
• 主要结论42-44
• 致谢44-45
• 参考文献45-47
• 附录47

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