Ocena parametrów przestrzeni porowej łupków menilitowych z odsłonięcia w Birczy

• Autorzy: Dudek Lidia , Ziemianin Konrad

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.10.02

Warianty tytułu

EN

The assessment of Menilite Shales pore space parameters from an outcrop in Bircza

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było scharakteryzowanie przestrzeni porowej łupków menilitowych występujących w odsłonięciach powierzchniowych z rejonu Birczy w jednostce skolskiej. Wszystkie próbki zostały pobrane z całego profilu stratygraficznego w jednym odsłonięciu w Birczy o długości 1 m. Struktura porowa próbek łupków wygrzanych w 105°C była mierzona metodą porozymetrii rtęciowej (ang. mercury injection capillary pressure, MICP) w temperaturze otoczenia oraz metodą adsorpcji azotu w temperaturze wrzenia ciekłego azotu. Ze względu na deformację przestrzeni porowej pod wpływem wysokich ciśnień roboczych rtęci, z krokami ciśnienia od 0 do 4136,84 bara, mikropory i mezopory można błędnie interpretować. Jako metodę uzupełniającą zastosowano więc pomiar adsorpcji azotu w celu prawidłowego obliczenia całkowitej połączonej objętości porowej. Na wykresach dV/dD (pochodnych objętości względem średnicy) połączono wyniki z obu technik pomiarowych, uzyskując pełniejszy obraz rozkładu objętości porów. W pracy przedstawiono możliwość dokładniejszego obliczenia objętości porów na podstawie nowego podejścia do analizy wykresów pochodnych. Obie metody zapewniają również kompleksową ocenę parametrów struktury porów, w tym powierzchni właściwej (ang. specific surface area, SSA), objętości mikroi mezoporów oraz rozszerzonego zakresu rozkładu wielkości porów (ang. pore size distribution, PSD). Porównując wyniki metody adsorpcyjnej z użyciem azotu z wynikami porozymetrii rtęciowej, należy pamiętać o różnicach w zakresach obu technik badawczych oraz o tym, że azot i rtęć rejestrują struktury porowe w znacząco odmienny sposób. Zatłaczanie rtęci do struktury porowej jest regulowane przez przewężenia porów, podczas gdy zjawisko adsorpcji jest kontrolowane przez powierzchnię porów. Zastosowanie porozymetrii rtęciowej i adsorpcji azotu do łupków menilitowych pokazuje, jak użycie tych dwóch metod może wpłynąć na uzyskanie wzajemnie uzupełniających się informacji, które weryfikują obliczenia objętości porowej głównej skały macierzystej dla karpackich rop naftowych.

EN

The aim of this paper is to characterize pore space of superficial Menilite Shales from Bircza area within the Skole Unit. All specimens were sampled from single outcrop in Bircza at the distance of 1 m in the whole stratigraphic profile. Pore structure of shale samples preheated at temperature of 105°C was measured by both mercury injection capillary pressure (MICP) at ambient temperature and nitrogen adsorption at liquid nitrogen boiling point. Considering deformation of pore space under high mercury working pressures with pressure steps from 0 to 4136.84 bar, misinterpretation of micropores and mesopores is possible. Therefore, the nitrogen adsorption was used as a supplementary method in order to properly compute the total pore volume. In the dV/dD graphs (diameter derivative of a volume) the results from both measuring techniques were combined, thus obtaining more complete picture of pore volume distribution. The paper presents potential for more precise pore volume computation based on the analyses of their derivative graphs. Both methods provide also complex assessment of pore structure parameters, including specific surface area (SSA), volumes of micro- and mesopores and the extended range of pore size distribution (PSD). When comparing the results of the nitrogen adsorption method with those of the mercury injection method, it is necessary to keep in mind that there are different operating ranges of both methods as the nitrogen and mercury report the pore structures in a very different ways. Forced penetration of mercury into the pore structure is controlled by pore bottlenecks, while the process of adsorption is controlled by the pore surface area. The application of both mercury injection and nitrogen adsorption for Menilite Shales shows how the use of these two methods can provide complementary information that verifies pore volume calculations of the Carpathian petroleum main source rock.

Słowa kluczowe

PL

łupki menilitowe; adsorpcja; porozymetria rtęciowa; objętość porowa

EN

menilite shales; adsorption; mercury injection capillary pressure; MICP; pore volume

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 10
• Strony: 633--640
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dudek Lidia

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Ziemianin Konrad

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Barrett E.P., Joyner L.S. Halenda P.P., 1951. The determination of pore volume and area distribution in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms. J. Am. Chem. Soc., 73: 373–380. DOI: 10.1021/ja01145a126.
• Brunauer S., Emmett P.H., Teller E., 1938. Gas In Multimolecular Layers. J. Am. Chem. Soc., 60(2): 309–319. DOI: 10.1021/ja01269a023.
• Bulk Modulus, <https://en.wikipedia.org/wiki/Bulk_modulus> (dostęp: sierpień 2021).
• Cicha-Szot R., Dudek L., Such P., 2015. Charakterystyka fraktalna przestrzeni porowej skał łupkowych. Przemysł Chemiczny, 94(12): 1000–1007.
• Dudek L., 2016. Rozkłady wielkości porów w złożach typu „shale gas” na podstawie analiz izoterm adsorpcji. Nafta-Gaz, 8: 603–609. DOI: 10.18668/NG.2016.08.03.
• Dudek L., 2020. Nowa metoda interpretacji przestrzeni porowej na podstawie łączenia badań porozymetrii rtęciowej i adsorpcji azotu na przykładzie wybranych łupków menilitowych. Nafta-Gaz, 5: 291–298. DOI: 10.18668/NG.2020.05.02.
• Dymaczewski Z., Falkowska J., Frąckowiak A., Jeż-Walkowiak J., Nawrot J., Dudek L., Topór T., 2020. The Impact of Microstructure of Filtration Materials on Its Auto-Activation for Manganese Removal from Groundwater. Minerals, 10(6): 502. DOI: 10.3390/min10060502.
• Faass G., 1981. Correlation of gas adsorption, Mercury intrusion and electron microscopy pore property data for porous glasses. Georgia Institute of Technology.
• Gucik S., 1986. Szczegółowa mapa geologiczna Polski, skala 1:50 000, arkusz 1026-Krzywcza. Wyd. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• Halsey G., 1948. Physical Adsorption on Non-Uniform Surfaces. J. Chem. Phys., 16: 931–937. DOI: 10.1063/1.1746689.
• Jankowski L., Probulski J., 2011. Rozwój tektoniczno-basenowy Karpat zewnętrznych na przykładzie budowy geologicznej złóż Grabownica, Strachocina i Łodyna oraz ich otoczenia. Geologia, 37(4): 555–583.
• Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Peirotti R.A., Rouquerol J., 1985. IUPAC commission on colloid and surface chemistry including catalysis. Pure and Applied Chemistry, 57: 603–619.
• Wasiluk R., Gaździcka E., 2005. Szczegółowa mapa geologiczna Polski, skala 1:50 000, arkusz 1026-Krzywcza – reambulacja. Wyd. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).