甲烷流动过程中碳同位素分馏实验

作     者：陶成 王杰 申宝剑 俞凌杰 杨华敏 TAO Cheng;WANG Jie;SHEN Baojian;YU Lingjie;YANG Huamin

作者机构：中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所江苏无锡214126 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室江苏无锡214126 

出 版 物：《天然气地球科学》 (Natural Gas Geoscience)

年 卷 期：2021年第32卷第11期

页      面：1709-1713页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0708[理学-地球物理学] 0816[工学-测绘科学与技术] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家科技重大专项(编号:2016ZX05060) 国家自然科学基金项目(编号:41690133)联合资助 

主　　题：甲烷 碳同位素 分馏实验 扩散与吸附—解吸 页岩气开发 

摘      要：页岩气在页岩多孔介质中的流动受扩散、渗流以及吸附—解吸等作用的影响,其主要成分甲烷的同位素分子(^(13)CH_(4)、^(12)CH_(4))在吸附性能、扩散性能上均存在明显的差异,因此甲烷气体在流动过程中会发生碳同位素分馏现象。为明确甲烷流动过程中碳同位素分馏机理,开发了一维流动甲烷同位素分馏实验装置及在线同位素监测方法,通过空柱与伊利石填充柱的甲烷流动碳同位素分馏对比实验研究,表明流动过程中造成甲烷浓度梯度的扩散作用是引发甲烷碳同位素分馏的重要因素,建立的对流—扩散耦合方程可以很好地拟合和解释空柱实验同位素数据。填充柱实验中发现初期甲烷碳同位素较原始值明显负向偏移,然后CH;碳同位素组成快速变重,相对于甲烷碳同位素的原始值偏高可达5‰,而后再逐渐变轻至甲烷碳同位素组成的原始比值,同位素变化曲线呈现出明显的拐点,这是扩散与吸附—解吸共同作用的结果,揭示了流动过程中甲烷作用于固体分子筛吸附位上显示出明显的逆同位素效应。