蓋層微孔隙結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法

1、蓋層微孔隙結(jié)構(gòu)及比表面積檢測(cè)方法原理及參數(shù)意義（WX2000型微孔隙結(jié)構(gòu)儀的使用方法）1概述本文分以下四個(gè)部分：1.吸附的理論2.儀器的操作（只做簡(jiǎn)單介紹，因儀器的自動(dòng)化程度及操作手冊(cè)已經(jīng)很全面）3.一個(gè)實(shí)例4.檢測(cè)結(jié)果及參數(shù)、計(jì)算過(guò)過(guò)程地質(zhì)意義2一、有關(guān)吸附的理論概述1.吸附 當(dāng)流體與多孔固體接觸時(shí), 流體中某一組分或多個(gè)組分在固體表面處產(chǎn)生積蓄, 此現(xiàn)象稱為吸附。 廣義的講： 指固體表面對(duì)氣體或液體的吸著現(xiàn)象。 微孔徑分析基于吸附原理，利用吸附法來(lái)測(cè)定天然氣蓋層的比表面積和微孔隙結(jié)構(gòu)。32.比表面積的相關(guān)名詞：比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量（或單位體積）的表面積。平衡吸附壓力：與吸附質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)氣體的

2、壓力飽和蒸氣壓：在吸附溫度下完全液化了吸附質(zhì)的蒸氣壓力相對(duì)壓力：平衡吸附壓力與飽和蒸氣壓的比值。43.BET吸附等溫式1938年，Brunauer，Emmett和Teller三人在Langmuir單分子層吸附理論的基礎(chǔ)上，假設(shè)吸附層可以是多分子層的，提出了多分子層吸附理論，簡(jiǎn)稱BET吸附理論理論要點(diǎn) 設(shè)吸附層數(shù)可以無(wú)限多，推出BET二常數(shù)等溫式p/V（ p0-p）=1/(VmC)+(C-1)/(VmC )(p/p0)式中，Vm為吸滿一層時(shí)的飽和吸附量； p0為吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓； C為常數(shù)，與溫度、吸附質(zhì)的液化熱和吸附熱有關(guān)5以pV/V（p0-p）對(duì)p/p0作圖，得一直線，若知吸附質(zhì)分子的截面

3、積A ，可計(jì)算出吸附劑比表面AW（比L式更多地實(shí)際應(yīng)用）Vm(截距十斜率)-1吸附劑的比表面積為： AW=VmL A /V0式中，V0是標(biāo)準(zhǔn)狀況下吸附質(zhì)的摩爾體積；L為Arogadro常量。國(guó)際上規(guī)定，N2的A為0.162nm2說(shuō)明 公式僅適用于p/p0=0.050.15范圍內(nèi)，超出此范圍，誤差較大，原因：與公式假定的條件有關(guān)當(dāng)在多孔物質(zhì)上吸附時(shí)，吸附層數(shù)會(huì)受到限制。設(shè)吸附層只有n層，可推出的BET三常數(shù)公式為(略)64.吸附法檢測(cè)孔徑原理概述 方法概要?dú)怏w吸附法測(cè)定固體物質(zhì)的孔徑分布 ,是基于多孔物質(zhì)孔壁對(duì)氣體的多層吸附和毛細(xì)管凝聚原理。在液氨溫度條件下，通過(guò)改變氮?dú)獾南鄬?duì)壓力（P0/PC)

4、,使置于氮?dú)猸h(huán)境中的巖石樣品依次在不同半徑的孔隙中發(fā)生多層吸附和毛細(xì)管凝聚，而且當(dāng)氣液平衡時(shí)，巖樣的孔隙半徑為凱爾文半徑與吸附壁厚的和。這一過(guò)程表現(xiàn)為半徑越小的孔越先被凝聚液充滿（吸附過(guò)程）和半徑大的孔的凝聚液先被蒸發(fā)（脫附過(guò)程）。由此測(cè)得巖石樣的吸附等溫線并根據(jù)該線計(jì)算出巖樣的孔隙分布。75.有關(guān)孔徑檢測(cè)的計(jì)算(1)吸附量的計(jì)算X相對(duì)壓力RN2吸附平衡氣中氮?dú)獾牧魉賀t吸附平衡氣的流速Pa大氣壓Ps液氮條件下氮?dú)獾娘柡驼魵鈮涸撚?jì)算在WX2000型中已經(jīng)通過(guò)編程自動(dòng)完成，下面有關(guān)吸附體積的計(jì)算也是如此，在此只時(shí)介紹一下，以便知道其工作原理和了解。8(2)吸附體積的計(jì)算有關(guān)公式中的各參數(shù)含義，可

5、以通過(guò)“巖石微孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)定方法”DZS2001.32-94知道和了解。9(3)孔徑分布的計(jì)算(A)計(jì)算出每克樣品中各組半徑（ri,i=1,2,3.)的孔隙所吸附的液態(tài)體積。ri=rki+tirki=-0.414/lg(xi),nmti=-0.557/(lgxi)1/3,nmVi=0.001555*Vd/Wri:孔隙半徑rki:凱爾文半徑，ti:吸附層厚度Xi：從吸附等溫線讀到的相對(duì)壓力Vi：每克樣品中半徑ri所有孔隙吸附的相當(dāng) 的液體體積。Vd：從吸附等溫線上讀到的各點(diǎn)（ri)的吸附量W：樣品重量， g10（B）孔隙分布的計(jì)算11（C）孔隙半徑分布的計(jì)算:125.說(shuō)明在本臺(tái)儀器中，這些計(jì)算都已

6、經(jīng)由電腦自動(dòng)進(jìn)行，包括等溫曲線。但是孔徑分布 沒有進(jìn)行，這需要在數(shù)據(jù)處理過(guò)程按上述方程進(jìn)行?？傻玫蕉€(gè)圖（及相關(guān)參數(shù)）（1）巖石毛管壓力曲線圖（2）巖石孔隙半徑分布圖13二、WX-2000型微孔隙儀14主要技術(shù)指標(biāo)： 1. 工作氣體： 高純氮?dú)?、高純氦?載氣)2. 流量控制： P/Po范圍 0.05 - 0.35 - 0.98流量精度 0.01 ml/min3. 測(cè)定范圍： 比表面 0.01m/g，無(wú)規(guī)定上限孔徑 1200 nm4. 樣品數(shù)量： 14個(gè)5. 測(cè)試效率： 直接對(duì)比法測(cè)比表面每樣平均58分鐘 5點(diǎn)BET比表 面測(cè)定每樣平均25分鐘孔徑測(cè)定（11點(diǎn)）平均每樣1.5小時(shí)6. 測(cè)量精度

7、： 2%15結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：1. 樣品管快速拔插構(gòu)造，密封可靠，使用方便；2. 液氮杯自動(dòng)升降系統(tǒng)，平穩(wěn)且無(wú)噪音；3. 液氮杯防護(hù)裝置，防止液氮飛濺并減少液氮揮發(fā)；4. 模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝與維修；16如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)儀器的全自動(dòng)化：1. 氮分壓的自動(dòng)調(diào)節(jié) ； 2. 液氮杯按程序要求自動(dòng)升降； 3. 定量管中的氮?dú)庾詣?dòng)切入； 4. 吸/脫附平衡條件自動(dòng)判斷； 5. 熱導(dǎo)檢測(cè)器零點(diǎn)自動(dòng)校正；軟件功能的智能化與人性化：1. 在Windows平臺(tái)上，提供測(cè)試過(guò)程的程序控制，高效的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、編輯、 計(jì)算、作圖 、儲(chǔ)存；2. 強(qiáng)大的測(cè)試數(shù)據(jù)的歸檔、保存、查詢系統(tǒng)，有利于用戶的數(shù)據(jù)管理，用戶可以

8、查詢?cè)紨?shù)據(jù)；3. 在計(jì)算機(jī)屏幕上，直觀的實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)顯示被測(cè)樣品的吸附或脫附過(guò)程，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以調(diào)閱單曲線、多點(diǎn)曲線、多點(diǎn)比表面直線及每個(gè)樣品的測(cè)試結(jié)果；17三、分析結(jié)果的計(jì)算、應(yīng)用WX-2000型微孔隙儀是自動(dòng)化程度較高分析儀器。只要按照說(shuō)明書就可自動(dòng)操作。有關(guān)于儀器操作的問(wèn)題在這里就不做過(guò)多介紹了。這里要注意的是：樣品準(zhǔn)備（要求，標(biāo)準(zhǔn)） 將樣品粉碎篩選成2.5mm-4mm粒徑大小， 樣品裝儀器后，務(wù)必足夠烘干。18孔徑分析的實(shí)例：下面的吸附等溫線是個(gè)“棕色粉砂質(zhì)泥巖，井下2824.53m的巖芯樣。共設(shè)了27個(gè)吸附點(diǎn)（P/P0)。比表面積：14.658m2/g突破壓力6.69MPa突破半徑

9、21.34nm中值壓力：23.2MPa中值半徑：6.15nm氣柱高度：668.69遮蓋系數(shù)：1337.38Erg(J/g):1.055Bv(m2/cm3):18.222Erv(J/cm3):1.31219等溫曲線（P/P0）根據(jù)等溫曲線的各點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以按前面介紹的計(jì)算方法，得到不同孔徑的吸附量，再轉(zhuǎn)換成毛管壓力曲線和孔隙分析曲線，再計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)。20蓋層毛管壓力曲線圖21孔徑分布柱狀圖單位：nm全部孔隙中的百分?jǐn)?shù)(%)22四、蓋層評(píng)價(jià)參數(shù)及其意義1.巖樣的比表面積比表面積的大小在微孔隙中的吸附、運(yùn)移、溶解以及非潤(rùn)濕性流體在蓋層微孔隙中的能量分布是非常重要的。巖樣中的孔隙愈小、愈多，比表面積就愈大，蓋層的封蓋性能就越好。2.蓋層毛細(xì)管壓力曲線及孔隙半徑分布232.蓋層毛細(xì)管壓力曲線及孔隙半徑分布（如上圖）蓋層的微孔隙結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，不同的巖性有著不同的毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)。從其形態(tài)的差異，可以直觀地識(shí)別各種蓋層的性能的好壞?？讖椒植记€可以看出優(yōu)勢(shì)孔隙的分布，孔徑的