介孔材料低温氮气吸脱附的孔道网络模型

介孔结构的表征和分析对于介孔材料的开发至关重要,其中低温氮气吸脱附法是最常用的介孔表征方法之一。然而,目前氮气吸脱附法采用的分析模型仍基于平行孔假设,无法描述脱附过程堵孔现象,以及获取孔道连通性等重要孔结构信息。本文建立了低温氮气吸脱附的孔道网络模型,用于分析介孔结构对氮气等温吸脱附行为的影响。通过对比氧化铝材料的氮气吸脱附实验数据和模拟结果,证实了建立的孔道网络模型能很好地描述介孔材料中低温氮气吸脱附行为。模拟结果表明平均孔径较小时,毛细凝聚分压低,液氮堵孔效应显著,氮气吸脱附曲线回滞环的范围和面积较大;孔径分布较宽时,小孔和大孔数量均较多,毛细凝聚和堵孔效应显著,回滞环面积较大;孔道连通性不会影响吸附过程,但会通过改变堵孔效应显著影响脱附过程,连通性越差,堵孔效应越强。证实了堵孔效应对氮气脱附过程影响显著,因而氮气吸脱附法需要考虑堵孔效应,建立的孔道网络模型也可为介孔结构分析提供合理的模型工具。

基于扫描电镜-氮气吸脱附和压汞法的页岩孔隙结构研究

研究页岩孔隙结构特征,对于探讨页岩气赋存机理有重要意义。本文采用扫描电镜(SEM)、氮气吸脱附法与压汞法对鄂尔多斯盆地页岩样品的孔隙结构进行了全面表征,发现所研究区域页岩孔隙类型包括溶蚀孔隙、粒间孔隙和微裂缝;孔径从几个纳米到几百个微米,BET比表面积在7~25 m^2/g之间,孔体积在0.01~0.03 cm^3/g范围。研究结果表明鄂尔多斯盆地页岩具有良好的孔隙结构,孔隙类型丰富,孔径分布范围广泛,其中纳米级孔隙占主导,纳米级孔的存在有利于页岩气的存储,微裂隙的存在则有利于页岩气的运移。说明该区域页岩气的储藏具有良好的基础环境,页岩含气量可能较丰富。

直推钻进钻遇有机污染地层微观特征试验研究

直推钻进技术具有无冲洗介质、速度快、扰动小等优点,但是易受到有机污染场地土体工程性质差异等因素干扰,造成钻孔倾斜等现象。有机污染物会改变土体微观结构,导致土体工程性质发生变化,进而降低直推钻进取样点位精度。选取典型的有机污染物甲苯和四氯乙烯,制备不同污染浓度(甲苯浓度:75、120和672 mg/kg;四氯乙烯浓度:11、53和183 mg/kg)的土样来模拟钻遇的有机污染地层。通过XRD、扫描电镜、接触角和低温氮气吸附脱附试验探究土样在不同有机污染物浓度影响下微观结构的变化规律。SEM图像分析与氮气吸附脱附试验结果表明:甲苯、四氯乙烯对土样的包裹作用和化学破坏作用会让土颗粒团聚、比表面积减小、小孔隙数量明显增多、土体孔体积减小;其中粘粒含量最高为30.28%的2号土样在受672 mg/kg甲苯和183 mg/kg四氯乙烯污染后比表面积分别减小了30.70%和33.40%,Pearson相关系数r=0.382说明粘粒含量与比表面积减小率存在一定的正相关性。由于非极性分子甲苯、四氯乙烯对土颗粒的包裹作用,隔绝了土样的亲水性基团,导致土样亲水性变差、接触角增大。本研究表明有机污染物会导致土体微观特征的改变,最终会导致有机污染地层非均质性增强,进而会对直推钻进轨迹产生影响。

天然气脱硫工艺羰基硫水解催化剂失活研究

为研究羰基硫水解催化剂的失活机理,对PG新剂及旧剂进行了表征。低温氮气吸脱附实验表明:PG新剂比表面积大于330m^(2)/g,使用后催化剂比表面积降低20%以上,平均孔径增大,孔体积略有减小。SEM(扫描电子显微镜)照片表明:新鲜剂表面颗粒形貌均匀,失活催化剂比表面积减小,孔体积减小,孔道变大。XRD(X射线衍射)结果表明:PG新剂主要由AlO(OH)和Al_(2)O_(3)两种晶相构成,使用后催化剂除AlO(OH)相外,均新增Al(OH)_(3)相,且随床层高度下移,Al(OH)_(3)衍射峰强度逐渐削弱。XRF(X射线荧光法)结果表明:PG新剂主要组成为氧化铝和少量氧化钠,反应后催化剂上积聚了一定量的含碳、氮和硫的物质,且氧化钠的含量有所降低。CO_(2)-TPD(CO_(2)程序升温脱附)结果表明:PG新剂上存在丰富的弱碱性中心,而反应后催化剂上硫等杂质的沉积导致弱碱性中心数量显著减少。

一类新型复合材料的合成及物性分析

以有机硅烷为原料合成一类新型有机硅化合物Bath-n（n=1~4）,利用物理掺杂的方式合成复合材料MCM-41/Bath-n（n=1~4）。在分析有机硅化合物Bath-n（n=1~4）的光物理性质的基础上,对复合材料MCM-41/Bath-n（n=1~4）的小角X射线衍射和氮气吸脱附性能进行了分析。实验研究表明复合材料MCM-41/Bath-n（n=1~4）中,随着有机硅化合物的加入,介孔分子筛MCM-41主衍射峰（100）宽度变宽,且孔道的整齐度降低,晶粒尺寸变小。复合材料MCM-41/Bath-n（n=1~4）的吸附等温线为IV型等温线,随着复合材料中有机硅基团连接苯基数量的增加,样品的孔体积逐步减小。

黔西北龙马溪组页岩微观孔隙结构及储气特征

为了深入研究黔西北地区海相页岩储层微观孔隙特征,选取下志留统龙马溪组页岩进行了氩离子抛光场发射扫描电子显微镜、氮气吸/脱附实验、微孔特征分析以及相关地球化学分析等实验,探讨了微观孔隙对页岩储气特征的影响.实验结果表明：黔西北龙马溪组页岩存在粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔、化石孔、有机孔、微裂缝7种孔隙类型,其中粒间孔和有机孔最为发育;孔隙结构类型可根据氮气吸/脱附曲线分为3种,即以两端开口的圆筒孔、狭窄的平行板孔和四面开口的锥形平板孔等开放型孔隙为主;微观孔隙孔径分布范围为2～64 nm,峰值集中于2～6 nm.微孔（小于2nm）孔径分布范围为0.4～1.8nm,0.4～1.0nm的微孔对微孔孔容贡献最大.孔容中以中孔（2～50 nm）为主,所占比例为83.1％,微孔和中孔贡献了主要的孔比表面积,微、中孔所占比例分别为20.1％和79.3％.有机碳含量是纳米孔隙发育的主控因素.不同孔隙类型具有不同的气体赋存特点和运移特征,说明纳米孔隙为页岩中气体的赋存和微观运移提供了有利条件.

四川盆地周缘牛蹄塘组页岩微观孔隙结构特征

以四川盆地周缘地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩为研究对象,通过X衍射全岩分析、低温液氮吸/脱附等实验方法技术对研究区页岩储层微观孔隙结构进行了系统研究;并探讨了控制纳米尺度微观孔隙结构的主要原因。结果表明：四川盆地周缘牛蹄塘组富有机质页岩矿物组分中石英、长石等脆性矿物含量较高,其次是黏土矿物;页岩微孔结构复杂,多为开放型空隙,以管状孔和平行壁的狭缝状孔为主;微观孔隙孔径主要分布在2-10 nm,以微孔为主。通过分析控制该区页岩储层微观孔隙结构的主要因素,认为有机碳含量是控制纳米级孔隙发育的主要因素,同时也是页岩气赋存的重要物质基础。