廣州地化所在優(yōu)化頁巖納米孔隙結(jié)構(gòu)表征方法上取得新進(jìn)展
頁巖納米孔隙結(jié)構(gòu)的精確表征對頁巖氣賦存機理的研究和資源量的評價具有重要的意義。由于頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,導(dǎo)致基于分子材料研究發(fā)展起來的低壓氣體吸附法在表征其納米孔隙結(jié)構(gòu)方面仍然存在一些問題,比如樣品的前處理、吸附質(zhì)的選取以及理想模型的選擇等。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室熊永強團(tuán)隊前期已經(jīng)在低壓氣體吸附實驗中有關(guān)頁巖樣品的粒度范圍,DFT/NLDFT理論的優(yōu)勢和CO2-N2聯(lián)合吸附法的應(yīng)用等方面取得了一定進(jìn)展。在前期成果的基礎(chǔ)上,針對Ar(87.3K)吸附法較目前常用的N2(77.4K)吸附法具有更多的優(yōu)越性,熊永強團(tuán)隊采用CO2-Ar和CO2-N2組合,分別對三種不同成熟度的泥頁巖樣品進(jìn)行了抽提前和抽提后納米孔隙結(jié)構(gòu)的對比研究,在優(yōu)化頁巖納米孔隙結(jié)構(gòu)表征方法上取得了新的進(jìn)展。
一方面,通過N2吸附和Ar吸附結(jié)合不同的DFT/NLDFT孔隙結(jié)構(gòu)模型的對比研究,表明在頁巖納米孔隙結(jié)構(gòu)表征方面狹縫孔模型擬合效果優(yōu)于圓柱孔模型,且N2/Ar-DFT模型相比其他DFT/NLDFT模型更適合頁巖納米孔隙結(jié)構(gòu)分析。另一方面,Ar吸附曲線和N2吸附曲線很相似,但回滯環(huán)更開闊一些;兩種吸附質(zhì)條件下計算得到的孔隙體積差異明顯,表現(xiàn)為Ar吸附對微孔-小介孔更加敏感,所以CO2-Ar吸附組合(復(fù)合的CO2-Ar吸附法)更適合頁巖納米孔隙的全孔徑表征。最后,實際樣品的CO2-Ar吸附法分析結(jié)果表明:索氏抽提可以增加頁巖的納米孔隙體積,但是這種效應(yīng)對低熟的泥巖和油頁巖更加明顯,對于高成熟的頁巖增加的效果并不顯著;三種不同的泥頁巖樣品在微孔尺度下的優(yōu)勢孔隙范圍為0.4–0.7, 0.7–0.9和0.9–2.0 nm。
該研究獲得國家自然科學(xué)基金及中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的聯(lián)合資助。相關(guān)成果發(fā)表Fuel雜志上。
論文信息:Li Zhang, Yongqiang Xiong , Yun Li, Mingming Wei, Wenmin Jiang, Rui Lei, Zongyang Wu. DFT modeling ofCO2and Ar low-pressure adsorptionfor accurate nanopore structure characterization in organic-rich shales. Fuel, 2017, 204: 1-11. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.05.046
論文鏈接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S00162361173061

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