四川盆地南缘骑龙村剖面五峰-龙马溪组黑色页岩孔隙大小特征的重新厘定

以四川盆地南缘习水骑龙村剖面的上奥陶统—下志留统五峰-龙马溪组页岩气储层为例,探讨黑色页岩的孔隙大小特征与气体赋存的相关性。运用氮气吸附法对储层的微观孔隙进行定量测定,通过扫描电镜对页岩孔隙的微观特征进行定性分析,再结合页岩有机碳含量、Si/Al比值,对页岩的孔隙结构特征进行表征:(1)在排除SiO2质量分数>70%的页岩样品(孔隙主要以>1μm的宏孔为主)基础上,SiO2质量分数≤70%的页岩样品的孔隙中3～10nm的微孔,占孔隙总体积的50%～83%(平均值为71%),占比表面积的范围为86%～97%(平均值为94%);(2)甲烷吸附量、Si/Al和有机碳含量分别与3～10nm微孔的孔隙体积、比表面积成明显的正相关。综合表明四川盆地南缘五峰-龙马溪组页岩中孔隙<10nm的微孔才是主要气体存储空间。

储层砂岩中的质子核磁共振与孔隙大小变化

水饱和砂岩中的质子核磁共振(NMR)纵向松弛时间T_1与孔隙大小分布紧密相关。文中所述的大部分砂岩都显示有相对窄的T_1分布曲线,这与薄片在显微镜下观察到的较窄的大孔隙分布是对应的。通过比较每个样品的平均T_1与数字化薄片分析所获得的平均孔隙直径和体积/表面积比数据,可以估计表面松驰性ρ,ρ又可将核磁共振T_1换算成孔隙大小。这些样品由核磁共振参数估算的渗透率十分接近实测的渗透率。这些渗透率的估计值比表面松弛性预测的变化更接近。这种明显的矛盾性是由孔隙中的粘土对渗透率和质子松弛的平行作用造成的。

泾阳浅层黄土细微观孔隙结构试验

降雨与灌溉是黄土地区最常见的地灾驱动力。通常情况下,入渗深度较浅且主要受细微观通道的控制,孔隙结构对渗流特性的影响十分显著。为了研究浅层黄土孔隙结构分布规律,以泾阳南塬黄土为研究对象,采用CT断层扫描法和压汞法分析黄土结构,观察并讨论细微观孔隙结构特性随黄土埋深的变化规律。研究表明:①泾阳浅层黄土根据其孔隙结构特征可划分为三层,1~2 m为第一层,3~4 m为第二层,5 m为第三层;②孔径小于1.0 mm的孔隙占总孔隙数量的95%以上,以类球状和柱状的封闭孔隙为主;③孔径大于0.8 mm的孔隙占总孔隙体积的65%以上,多为枝杈状和柱状的连通孔隙;④随着埋深的增加,连通性逐渐降低,大孔隙的变形破坏对黄土结构的稳定起着关键作用;⑤根据压汞试验可知,集粒内孔隙以0.2μm为界,随着埋深的增加左侧孔隙占比无明显变化,右侧随之增大。研究成果可为进一步探索浅表层黄土细微观孔隙渗流机制提供参考。

植生型生态混凝土孔隙状态对植物生长的影响

为了完善植生型生态混凝土适生性的判据,拌制了4组不同孔隙状态的生态混凝土,在其上种植百喜草,考察了百喜草的表观生长情况,测定了百喜草植物体内的脯氨酸含量、根系吸收面积及根系活力.结果表明,生态混凝土的植物适生性不仅取决于孔隙率,同时也受孔隙平均孔径的影响.孔隙率越高,平均孔径越大,越有利于植物的生长.对于百喜草而言,相比于孔隙率为36%、平均孔径小于4mm的生态混凝土,它在孔隙率为39.45%、平均孔径为6.4mm的混凝土中长势较好.

等离子喷涂ZrO_2涂层孔隙定量分析

利用等离子喷涂技术制备了两种不同结构的梯度热障涂层.利用定量金相技术对两种涂层富陶瓷区域不同位置的孔隙率、孔隙大小和形态进行了定量分析.结果表明:两涂层富陶瓷区域孔隙率相近,其中界面处孔隙率较高,但在6%以下;孔隙大小服从相似的概率分布,其中直径在1～10um范围内的孔隙含量最多,在72%～80%之间,其次是1um以下的孔隙,在20%～25%之间,而10um以上的孔隙含量在0.2%～4%之间;孔隙形状同样服从相近的概率分布,而且等轴孔隙比重最大,在82%～87%之间,其次为不等轴孔隙,在13%～17%之间,缝隙状孔隙最少,在0.1%～0.4%之间.说明涂层结构对富陶瓷区域的孔隙没有影响.

不同颗粒粒径下型煤孔隙及发育程度分形特征

煤是一种非均匀多孔隙介质,其孔隙特征及其发育程度与煤层中瓦斯的吸附解吸特性及流动特征密切相关。为探讨型煤的孔隙结构,实验以颗粒粒径分别为4.00～1.70mm、1.70～0.38mm及0.38～0.18mm的煤颗粒制作而成的型煤为研究对象,利用CF-2000P偏光分析软件和Fractalfox2.0分形分析软件对由不同粒径煤颗粒压制成的型煤孔隙特征及发育程度开展了系统研究。结果表明,随着型煤颗粒粒径逐渐减小,型煤中的孔隙半径逐渐减小,孔隙总数逐渐增多,分形维数值逐渐增大,孔隙发育程度逐渐增大,孔隙分布均匀程度逐渐增大。

等离子喷涂ZrO_2热障涂层孔隙结构的研究

采用等离子喷涂在铝合金基体表面制备ZrO2-Ni／A1梯度热障涂层。利用定量金相分析技术对ZrO2陶瓷层、陶瓷-中间层过渡区和ZrO2＋Ni／Al中间层的孔隙率、孔隙大小和孔隙形态进行了分析。结果表明，各区域的孔隙率、孔隙大小、孔隙形状服从相似的概率分布；陶瓷-中间层过渡区的孔隙率最高（5．97％），ZrO2陶瓷层和ZrO2＋Ni／Al中间层的孔隙率略低；涂层中孔隙尺寸为1～10μm的占72％～80％；孔隙大多呈现等轴状（形状系数Fk〉0．94），其数量约为84％～87％。

不同埋深马兰黄土孔隙结构试验

本文采用"注胶法"制得用以观察分析和定量研究的黄土微观结构试样,借助扫描电子显微镜和数字化图像分析系统,观察并讨论黄土孔隙结构特征及其随黄土埋深增加的变化规律。结果表明,不同埋深马兰黄土依据孔隙率或孔隙面积率分类均属于疏松多孔性土。黄土孔隙连通性随埋深增加逐渐减弱;埋深由小到大,马兰黄土孔隙的主要结构特征由相对不稳定的大、中架空孔隙,过渡为相对稳定的微、小镶嵌孔隙,定量表现为大、中孔隙面积率之和随黄土埋深的增加减小约63.04%,而小孔隙面积率增加约40.57%,微孔隙面积率增加约22.47%。通过对孔隙形状分布的分析,上述不同类型孔隙面积率的增加或减少主要源于细长形和不规则形孔隙面积的改变。此外,不同埋深马兰黄土中细长孔隙的面积在微、小、中、大孔隙的面积中均占主导地位。就孔隙数量而言,马兰黄土中微、小、中、大孔隙的数量随深度增加依次急剧减少,此现象主要由4种孔隙中圆孔数量的显著差异引起,表明圆孔的孔径多偏小。

新近系地热钻孔砂岩孔隙微观分析及渗透特性对比

以南华北盆地和渤海湾盆地新近系明化镇组和馆陶组热储层的砂岩样品为例,进行孔隙特征测试,主要包括X射线衍射、比表面积、微CT扫描及土工实验等,并在此基础上对砂岩的实际渗透性能进行测试。结果表明,随着砂岩泥质含量增加,比表面积和表观孔隙率整体上分别呈增加和降低趋势。砂岩沉积过程中的复杂旋回会造成内部孔隙分布的不均匀性,形成局部狭窄的喉道,削弱渗透能力。高泥质含量的干燥砂岩在渗透实验中容易发生黏土矿物浸水膨胀崩解,从而改变内部孔隙结构,使得测试结果出现较大变化。对于上述孔隙型砂岩,经典渗透率模型难以给出较高的预测精度。在实际地热井开采与回灌过程中,应慎重选取预测模型,并评估其计算结果。

基于CT扫描技术矿渣微粉改良黄土孔隙特性的试验研究

【目的】随着黄土地区基础设施的大力开发及减碳理念的不断深化,迫切需要使用环保材料解决黄土承载能力低、孔隙率大等问题。【方法】使用不同掺量矿渣微粉对黄土进行改良,并利用工业CT仪对矿渣微粉黄土进行微观试验,从孔隙分布、形态、大小等角度进行分析,研究矿渣微粉对黄土孔结构的影响,从而为黄土力学性能变化提供参考。【结果】结果显示:掺量为15%时,黄土孔隙分形维数最小值为0.65,孔隙丰度主要集中在0~2之间,孔隙结构较为简单;掺量为5%、10%、15%、20%的矿渣微粉黄土孔隙率较素黄土分别下降14.69%、34.18%、73.42%、45.51%。【结论】结果表明:矿渣微粉掺入可有效改变黄土孔隙大小、分布、形态,使黄土孔隙结构趋于简单,利于黄土力学性能提升。适量矿渣微粉可有效降低孔隙直径,同时孔隙角度分布趋于均匀。

两种毛管压力模型对比的储层孔隙结构分形研究

基于多孔介质分形理论进行Li-Horne毛管压力模型和Brooks-Corey毛管压力模型的推导,证明Brooks-Corey毛管压力模型为Li-Horne毛管压力模型的一种特殊形式。并利用两种毛管压力模型对北部湾盆地不同渗透率岩样的压汞曲线进行拟合,获得孔隙大小分布指数来评价储层的非均质程度,由于Brooks-Corey模型适用于均质储层,而Li-Horne模型对于均质、非均质储层均适用,所以Li-Horne模型拟合结果好于Brooks-Corey模型。同时,根据Li-Horne模型推导出多孔介质孔隙分布的分形概率模型,其指数与分形维数有关,利用该模型计算的孔喉尺寸分布与压汞曲线获得的结果一致。

蔬菜无土栽培基质初步筛选研究

以草炭、蛭石、炉渣、废菇料和粉碎后的玉米秸秆为原料,按不同材料种类及比例混合制成8种蔬菜无土栽培复合基质,测定并比较了8种复合基质的理化性质,初步筛选出适宜蔬菜栽培的优良基质。结果表明:8种基质的容重、pH值和总孔隙度均在蔬菜栽培的适宜范围内;大小孔隙比、基质电导率及成本上各有优劣。通过综合考量,初步优选出的无土栽培基质为基质Ⅳ(V棉籽皮∶V炉渣=1∶1)、基质Ⅵ(V棉籽皮∶V蛭石=1∶1)和基质Ⅶ(V玉米秸秆∶V棉籽皮∶V蛭石=1∶1∶2)。

一个考虑沉积物孔径分布特征的水合物相平衡模型

天然气水合物的相平衡条件一直是水合物相关研究的重点和难点.本文探讨了沉积物孔隙大小及其分布特征对水合物相平衡条件的影响机理,提出了有效孔隙半径的概念,并利用沉积物孔隙大小分布特征,假设孔径分布呈正态分布,建立了水合物饱和度和有效孔隙半径之间的定量关系;与传统的vander Waals-Plat-teeuw相平衡模型相结合,提出了一个考虑沉积物孔隙大小及其分布特征的相平衡模型.相对于传统模型,本模型所表达的相平衡条件不再是二维平面的p-T曲线,而是温度、压力以及水合物饱和度之间的三维定量关系.这一特征使得所建模型既能较为真实地反映水合物形成与分解机理,又能有效地考虑孔隙大小分布对水合物相平衡条件的影响.通过与实验数据对比,证明了所建模型的预测结果优于其他模型.本模型在温度和压力条件确定的情况下还可以预测沉积物中水合物的饱和度,因此,可用于地层中水合物储量计算.

多孔介质干燥分区域模型的孔道网络理论分析

针对多孔介质干燥分区域模型内在机理不清等问题,运用孔道网络干燥理论,基于砂床恒温缓慢干燥过程,建立其孔道网络干燥模型。模拟与试验结果表明:多孔介质孔隙大小分布是影响分区域模型中湿分相分布状态的主要因素,孔隙服从高斯分布的多孔介质适合采用双区域模型;而孔隙服从对数正态分布的多孔介质则适合采用三区域模型。

土石混合介质导气率变化特征试验

土壤中碎石的存在改变了土壤结构和孔隙分布,进而影响土壤通气性能。该文通过对碎石单粒径土石混合介质导气率变化特征研究,旨在探讨单粒径土石混合介质导气内在机理,为进一步研究复杂的野外土石混合介质的导气特性提供基础。为了研究土石混合介质中碎石对导气率的影响,该文通过试验研究,分析土壤颗粒小于2mm的样本(砂土、砂壤土、黏壤土)、碎石质量分数(10%、20%、30%、40%、50%)和碎石粒径(2～3、>3～5mm)对土石混合介质导气率的影响。结果表明:在土壤颗粒小于2mm的样本条件下,土壤导气率呈砂土>砂壤土>黏壤土;在相同碎石质量分数的土石混合介质中导气率呈砂壤土>砂土>黏壤土;碎石的存在改善黏壤土的导气性能,使黏壤土碎石混合介质的导气率大于黏壤土的导气率;降低了砂壤土和砂土的导气性能,且砂土的降低幅度远大于砂壤土;在砂壤土中碎石粒径2～3mm的导气率大于>3～5mm的导气率;在砂土中碎石质量分数30%之内,碎石粒径>3～5mm的导气率稍大于2～3mm的导气率,在40%则相反,但两种粒径下混合介质导气率差异不是很明显。

陆面过程模型中垂直非均匀土壤的水分传输及相变的模拟

土壤湿度在陆气相互作用中的重要性体现在它既能影响陆地和大气之间水循环的速率,又能改变地表的能量分配。本文针对陆面过程模型中描述土壤湿度变化的方程进行了理论分析,指出在非均匀土壤和冻土中采用土壤水势梯度描述垂直非均匀土壤水分流动的合理性。基于描述土壤内部水热传输的统一土壤模型,并利用推广的表征土壤水分特征的Clapp-Hornberger关系式,研究了非冻结和冻结的土壤湿度对于垂直非均匀土壤的敏感性。结果表明,由土壤质地决定的土壤水势和导水率对土壤湿度的模拟有重要的影响。具体地,在决定土壤性质的Clapp-Hornberger关系式中,与土壤质地有关的饱和水势、饱和导水率以及土壤孔隙大小分布指数B,对土壤湿度的模拟起到了关键作用。参数B的重要性尤为突出,它的增加会引起导水率的大大下降,从而对水分在土壤中的垂直分布产生重要影响。饱和水势的绝对值和参数B的增加会使得土壤水势绝对值增加明显,使土壤的结冰(融化)过程延迟,土壤温度因为没有结冰(融化)释放(吸收)的潜热加热(冷却)而持续下降(上升),因此在冻融时期土壤温度会比观测值振幅偏大。上述结果揭示了考虑土壤垂直非均匀性并采用有效的土壤特性参数对于陆面过程模型的重要性。

以平菇菌渣为主复合基质栽培铁皮石斛的试验研究

[目的]研究平菇菌渣复合基质对铁皮石斛生长特性和多糖含量的影响。[方法]高效液相色谱法检测以棉籽壳为主原料平菇菌渣中棉酚,测定菌渣复合基质孔隙度和蒸发速率,比较不同基质对铁皮石斛株高、鲜重、干重、干鲜比和多糖含量的影响。[结果]菌渣复合基质未检测出棉酚有毒成分,基质大小孔隙比从大到小依次为JZ(菌渣)<E1(V_(菌渣)∶V_(松鳞)∶V_(碎石)=8∶1∶1)<E2(V_(菌渣)∶V_(松鳞)∶V_(碎石)=6∶2∶2)<E3(V_(菌渣)∶V_(松鳞)∶V_(碎石)=4∶3∶3)<SL(松鳞)。E2、E3大小孔隙比分别为1∶1.1、1∶0.8,铁皮石斛长势好,多糖含量高;大小孔隙比过小(JZ、E1)或过大(SL)影响铁皮石斛干重、干鲜比和多糖含量。有效保湿时间JZ>E1>E2>E3>SL,E2、E3有效保湿时间为3 d左右。[结论]菌渣复合基质是铁皮石斛栽培的高效保湿透气基质,同时揭示大小孔隙比与保湿时间、铁皮石斛产量和质量的相关性。

孔喉尺度弹性调驱微球与储层匹配关系理论研究

储层的非均质性和高含水后期的孔隙结构变化是导致注水低效、无效循环的根本原因。通过分析油藏渗流规律,利用注采井组之间的调配见效时间定量描述了高含水开发后期强吸水层段的孔隙结构变化特征。根据储层喉道直径的分布特点,运用成布尔分布函数建立了与油藏初始状态匹配的微球直径计算模型,分别从开发后期水驱冲刷作用引起的孔喉结构变化和储层非均质性两个方面对微球直径计算模型进行了修正,得到了储层条件下弹性微球的直径范围;考虑微球吸水膨胀特性,最终得到了与高含水后期储层条件匹配的合成弹性微球的直径范围。建立的调驱弹性微球直径与储层物性参数、油水井日常生产参数及微球膨胀倍数间的匹配关系,为调驱设计时确定弹性微球直径提供了理论依据。

杨凌包气带深层黄土颗粒分形特性的实验研究

通过对包气带深层黄土土壤样品颗粒组成的分析，研究了土壤颗粒体积分形维数与土壤各粒级含量的关系。同时利用实测的土壤水分特征曲线，拟合得到其分形模型中的孔隙大小分形维数，最后对颗粒体积分形维数与拟合的孔隙大小分形维数的关系进行了对比研究。结果表明：体积分形维数介于2．577-2．748之间，且随包气带层深度的增加分形维数呈减小趋势；体积分形维数与0．5～0．25mm、0．02～0．002mm颗粒含量呈显著负相关，与0．25～O．05mm、〈0．002mm颗粒含量呈显著正相关，所建立的多元回归方程拟合的体积分形维数相对误差限为0～0．42％，具有较高的精度；同一质地的颗粒体积分形维数与土壤水分特征曲线分形模型中的孔隙大小分形维数呈良好的线性关系。

土体微观结构定量分析方法探讨

以膨胀土为例,采用扫描电子显微镜(SEM)、压汞(MIP)、核磁共振(NMR)和Micro-CT试验对土样进行研究,揭示土体微观结构,对比分析4种方法研究土体微观结构特性的异同及适用性。结果表明:SEM得到的土体微观孔隙图片可以定性、直观地显示土中孔隙大小及其分布;MIP、NMR可以定量分析土体孔隙大小的分布,两者试验结果基本相同;Micro-CT能够将高精度数字图像作为数据分析的辅助手段,定量分析土体孔隙结构特征。