盖层微孔隙结构检测方法

盖层微孔隙结构检测方法第1页，共25页，2023年，2月20日，星期一概述本文分以下四个部分：1.吸附的理论2.仪器的操作（只做简单介绍，因仪器的自动化程度及操作手册已经很全面）3.一个实例4.检测结果及参数、计算过过程地质意义第2页，共25页，2023年，2月20日，星期一一、有关吸附的理论概述1.吸附当流体与多孔固体接触时,流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄,此现象称为吸附。广义的讲：指固体表面对气体或液体的吸着现象。微孔径分析基于吸附原理，利用吸附法来测定天然气盖层的比表面积和微孔隙结构。第3页，共25页，2023年，2月20日，星期一2.比表面积的相关名词：比表面积：单位质量（或单位体积）的表面积。平衡吸附压力：与吸附质达到平衡时气体的压力饱和蒸气压：在吸附温度下完全液化了吸附质的蒸气压力相对压力：平衡吸附压力与饱和蒸气压的比值。第4页，共25页，2023年，2月20日，星期一3.BET吸附等温式1938年，Brunauer，Emmett和Teller三人在Langmuir单分子层吸附理论的基础上，假设吸附层可以是多分子层的，提出了多分子层吸附理论，简称BET吸附理论●理论要点设吸附层数可以无限多，推出BET二常数等温式p/[V（p0-p）]=1/(VmC)+[(C-1)/(VmC)](p/p0)式中，Vm为吸满一层时的饱和吸附量；

p0为吸附质的饱和蒸气压；

C为常数，与温度、吸附质的液化热和吸附热有关第5页，共25页，2023年，2月20日，星期一以p[V]/[V（p0-p）对p/p0作图，得一直线，若知吸附质分子的截面积A

，可计算出吸附剂比表面AW（比L式更多地实际应用）Vm＝(截距十斜率)-1吸附剂的比表面积为：AW=VmL

A/V0式中，V0是标准状况下吸附质的摩尔体积；L为Arogadro常量。国际上规定，N2的A为0.162nm2●说明——公式仅适用于p/p0=0.05~0.15范围内，超出此范围，误差较大，原因：与公式假定的条件有关——当在多孔物质上吸附时，吸附层数会受到限制。设吸附层只有n层，可推出的BET三常数公式为(略)第6页，共25页，2023年，2月20日，星期一4.吸附法检测孔径原理概述

方法概要气体吸附法测定固体物质的孔径分布,是基于多孔物质孔壁对气体的多层吸附和毛细管凝聚原理。在液氨温度条件下，通过改变氮气的相对压力（P0/PC),使置于氮气环境中的岩石样品依次在不同半径的孔隙中发生多层吸附和毛细管凝聚，而且当气液平衡时，岩样的孔隙半径为凯尔文半径与吸附壁厚的和。这一过程表现为半径越小的孔越先被凝聚液充满（吸附过程）和半径大的孔的凝聚液先被蒸发（脱附过程）。由此测得岩石样的吸附等温线并根据该线计算出岩样的孔隙分布。第7页，共25页，2023年，2月20日，星期一5.有关孔径检测的计算(1)吸附量的计算X相对压力RN2吸附平衡气中氮气的流速Rt吸附平衡气的流速Pa大气压Ps液氮条件下氮气的饱和蒸气压该计算在WX2000型中已经通过编程自动完成，下面有关吸附体积的计算也是如此，在此只时介绍一下，以便知道其工作原理和了解。第8页，共25页，2023年，2月20日，星期一(2)吸附体积的计算有关公式中的各参数含义，可以通过“岩石微孔隙结构测定方法”DZS2001.32-94知道和了解。第9页，共25页，2023年，2月20日，星期一(3)孔径分布的计算(A)计算出每克样品中各组半径（ri,i=1,2,3….)的孔隙所吸附的液态体积。ri=rki+tirki=-0.414/lg(xi),nmti=-0.557/(lgxi)1/3,nmVi=0.001555*Vd/Wri:孔隙半径rki:凯尔文半径，ti:吸附层厚度Xi：从吸附等温线读到的相对压力Vi：每克样品中半径≤ri所有孔隙吸附的相当的液体体积。Vd：从吸附等温线上读到的各点（ri)的吸附量W：样品重量，g第10页，共25页，2023年，2月20日，星期一（B）孔隙分布的计算第11页，共25页，2023年，2月20日，星期一（C）孔隙半径分布的计算:第12页，共25页，2023年，2月20日，星期一5.说明在本台仪器中，这些计算都已经由电脑自动进行，包括等温曲线。但是孔径分布没有进行，这需要在数据处理过程按上述方程进行。可得到二个图（及相关参数）（1）岩石毛管压力曲线图（2）岩石孔隙半径分布图第13页，共25页，2023年，2月20日，星期一二、WX-2000型微孔隙仪第14页，共25页，2023年，2月20日，星期一主要技术指标：

1.工作气体：

高纯氮气、高纯氦气(载气)2.流量控制：

P/Po范围

0.05-0.35-0.98

流量精度0.01ml/min3.测定范围：

比表面≥0.01m²/g，无规定上限孔径

1～200nm

4.样品数量：

1～4个5.测试效率：

直接对比法测比表面每样平均5～8分钟5点BET比表面测定每样平均25分钟孔径测定（11点）平均每样～1.5小时6.测量精度：

≤±2%第15页，共25页，2023年，2月20日，星期一结构设计的独特优势：1.样品管快速拔插构造，密封可靠，使用方便；2.液氮杯自动升降系统，平稳且无噪音；3.液氮杯防护装置，防止液氮飞溅并减少液氮挥发；4.模块化设计，便于安装与维修；第16页，共25页，2023年，2月20日，星期一如何实现动态仪器的全自动化：

1.氮分压的自动调节；2.液氮杯按程序要求自动升降；

3.定量管中的氮气自动切入；

4.吸/脱附平衡条件自动判断；

5.热导检测器零点自动校正；软件功能的智能化与人性化：

1.在Windows平台上，提供测试过程的程序控制，高效的数据采集、数据处理、编辑、计算、作图、储存；2.强大的测试数据的归档、保存、查询系统，有利于用户的数据管理，用户可以查询原始数据；3.在计算机屏幕上，直观的实时的动态显示被测样品的吸附或脱附过程，实验结束后，可以调阅单曲线、多点曲线、多点比表面直线及每个样品的测试结果；

第17页，共25页，2023年，2月20日，星期一三、分析结果的计算、应用WX-2000型微孔隙仪是自动化程度较高分析仪器。只要按照说明书就可自动操作。有关于仪器操作的问题在这里就不做过多介绍了。这里要注意的是：样品准备（要求，标准）将样品粉碎筛选成2.5mm-4mm粒径大小，样品装仪器后，务必足够烘干。第18页，共25页，2023年，2月20日，星期一孔径分析的实例：下面的吸附等温线是个“棕色粉砂质泥岩，井下2824.53m的岩芯样。共设了27个吸附点（P/P0)。比表面积：14.658m2/g突破压力6.69MPa突破半径21.34nm中值压力：23.2MPa中值半径：6.15nm气柱高度：668.69遮盖系数：1337.38Erg(J/g):1.055Bv(m2/cm3):18.222Erv(J/cm3):1.312第19页，共25页，2023年，2月20日，星期一等温曲线（P/P0）根据等温曲线的各点数据，可以按前面介绍的计算方法，得到不同孔径的吸附量，再转换成毛管压力曲线和孔隙分析曲线，再计算出相应参数。第20页，共25页，2023年，2月20日，星期一盖层毛管压力曲线图第21页，共25页，2023年，2月20日，星期一孔径分布柱状图单位：nm全部孔隙中的百分数(%)第22页，共25页，2023年，2月20日，星期一四、盖层评价参数及其意义1.岩样的比表面积比表面积的大小在微孔隙中的吸附、运移、溶解以及非润湿性流体在盖层微孔隙中的能量分布是非常重要的。岩样中的孔隙愈小、愈多，比表面积就愈大，盖层的封盖性能就越好。2.盖层毛细管压力曲线及孔隙半径分布第23页，共25页，2023年，2月20日，星期一2.盖层毛细管压力曲线及孔隙半径分布（如上图）盖层的微孔隙结构异常复杂，不同的岩性有着不同的毛细管压力曲线形态。从其形态的差异，可以直观地识别各种盖层的性能的好坏。孔径分布曲线可以看出优势孔隙的分布，孔径的集中范围。从毛细压力管压力曲线可以求出突破压力、突破时间、中值