孔隙处理

孔隙处理（共7篇）

孔隙处理 篇1

离子色谱(IC)作为高效液相色谱(HPLC)的一种,是快速分析阴、阳离子的一种液相色谱法[1],随着近年来离子色谱的快速发展,由于其快速、方便、高效等特点,它几乎成为分析水样的首选方法。但离子色谱对水样的组成及含量要求较高,因此水样需经过过滤、稀释、浓缩、分离等前处理手段才能上机测试,否则会出现损坏仪器、测量不准等问题[2]。而当今多数环境水样成分复杂,浓度差异很大,导致测试困难,因此伴生而来的前处理手段也日益丰富,而前处理小柱作为一个重要分支也得到高速发展,种类也越来越多。

On Guard II Ag作为众多小柱中的一种,主要功能团是Ag+磺酸盐,其作用是利用生成银盐沉淀的原理除去样品溶液中的Cl-、Br-、I-等离子。王娟等[3]用Ag柱处理饮用水,去除大部分Cl-后,使Br O3-得到很好的检测,其回收率在98.61%,相对标准偏差在1.3%。刘勇健等[4]用On Guard Ag柱处理饮用水并微波浓缩20倍后,测定了Br O3-、Cl O4-等八种离子,回收率都在百分之90%以上。

本文通过利用On Guard II Ag对孔隙水进行了前处理,研究了On Guard II Ag柱对孔隙水作用及影响。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

Dionex 2000型离子色谱仪,配有EG40淋洗液自动发生装置;DS6型电导检测器;VWD-3100型紫外检测器;Ion Pac AG19型分析柱(4×50 mm);Ionpac AS19型保护柱(4×250 mm);ASRS300 4 mm阴离子抑制器;ST-DR40型超纯水仪,上海讯辉环保科技有限公司;Dionex2100型离子色谱仪,配有配EG40淋洗液自动发生装置;Ion Pac CG12A型分析柱(4×50 mm);Ionpac CS12A型保护柱(4×250 mm);CSRS3004 mm阳离子抑制器;阴、阳离子标准物质都购于国家标准物质研究所;所用溶液都用电阻率为18.25 MΩ的超纯水配制。

1.2 On Guard II Ag柱预处理

分别将10 m L去离子水以小于2 m L/min的速度通过On Guard II Ag柱,放置0.5 h后待用。

1.3 样品处理

孔隙水经0.22μm滤膜过滤后稀释100倍,再过预处理好的On Guard II Ag柱流速控制在2 m L/min以内,弃去前3 m L取后面水样进行分析。

1.4 色谱工作条件

1.4.1 Dionex 2000

淋洗液浓度:45 m M;

淋洗液流速:1.00 m L/min;

抑制器电流:115 m A;

柱温:30℃;

进样量:25μL。

梯度淋洗程序见表1。

1.4.2 Dionex 2100

淋洗液浓度:20 m M;

淋洗液流速:1.00 m L/min;

抑制器电流:60 m A;

柱温:30℃;

进样量:25μL。

2 结果与讨论

2.1 孔隙水主要成分

经稀释100倍后的孔隙水主要阴、阳离子成分见表2和表3。

2.2 阴离子精密度测试

由于孔隙水中部分离子含量太低,不利于考察On Guard II Ag柱对其前处理的影响,所以将原孔隙水加入标准后,过On Guard II Ag柱,在选定的色谱条件下对同一样品平行测定六次,测定结果相结果见表4。

(mg/L)

从表4可以看出:所有阴离子测定结果的相对标准偏差都在5%以内,满足测定要求。

2.3 阴离子回收率

用表4中所测数据进行了各阴离子回收率计算,计算结果见表5。

从表5中可以看出:On Guard II Ag柱对ppm级别的F-、NO2-、NO3-、PO43-几乎没保留作用,回收率都在98%以上。对SO42-没有保留作用,回收率达到99.9%。而对Br-、I-有一定的保留作用,但去除不完全,回收率分别是3.7%和5.1%。对Cl-有着强烈的去除去力,能够达到完全去除的效果,回收率为零。因此经On Guard II Ag柱处理后的孔隙水能用于分析SO42-,ppm级别的F-、NO2-、NO3-,PO43-,不能用于分析Cl-、Br-、I-。

2.4 阳离子回收率

为了考察On Guard II Ag柱对孔隙水中的阳离子的有何作用,做阳离子的加标回收实验,结果见表6。

从表6可以看出:On Guard II Ag柱对孔隙水中的所有阳离子有很强的保留作用,回收率除Li+外都为零。而Li+回收率也只有1%。

3 结论

本文考察了On Guard II Ag柱对孔隙水前处理的影响,通过实验,得出了On Guard II Ag对孔隙水中Cl-,Li+、Na+、NH4+等主要阳离子有强烈的保留作用,能达到完全去除的效果。对SO42-及ppm级别的F-、NO2-、NO3-几乎没保留作用,因此,能对SO42-及低含量的F-、NO2-、NO3-进行准确分析。对Br-、I-有一定的保留作用,不能进行准确分析。能测定15 ppm左右的PO43-。

4 实际应用

随着陆地矿产资源的日益枯竭,找矿工作的重心不得不由陆地转入海洋。研究得知,海洋中蕴藏着极为丰富的天然气水合物资源,而海洋沉积物孔隙水中的Cl-、SO42-等离子浓度与天然气水合物的分布有着紧密关系,因此快速、准确的分析这些离子浓度为天然气水合物的勘测提供有效的地球化学证据。目前,离子色谱法已经成功的被应用于海洋沉积物孔隙水中阴阳离子浓度的测定[5,6,7],国外不少先进科考船已经配备离子色谱,进行现场分析,避免了样品在搬运、存储过程中的污染和损失。因此,为高效的勘测天然气水合物,离子色谱法的实际应用还需进一步研究。

孔隙处理 篇2

招商局漳州开发区一区2#坑软基处理工程位于福建省漳州市招商局漳州开发区招商大道北侧沿海滩涂, 占地面积63700m2, 工程总投资3930906元, 系填海造地区, 属于填海时因围堰限制产生的多处淤泥富集区的其中一个。本工程为市政道路及厂区场地软基处理, 目的是提供后续施工工作面, 以后的建构筑物基础拟由后续单位另行二次处理。计划开工时间为2010年1月25日, 工期暂定90天, 竣工时间计划2010年4月25日, 相关对比试验计划于2010年6月30日完成。施工设计总承包单位福建省永固基强夯工程有限公司按照"因地制宜、技术安全、环保可靠、造价节约"的原则, 在参照国家建设事业"十一五"推广应用技术的基础上, 经过技术及工艺上的创新, 创造性地在本工程中的A区采用超孔隙水压力速效排水固结法的施工工艺, 并同时联合厦门陆原建筑设计院、厦门地质工程勘察院、招商局漳州开发区有限公司等单位进行超孔隙水压力排水固结法课题研究。

地址条件:填海造地区淤泥厚一般10～20米, 含水量60～80%, 呈流塑状态, 属低强度、高压缩性、高灵敏度土, 物理力学强度极低。2#坑分为A、B、C三区, A区为淤泥出露区, 淤泥厚度15.2～18.4m;B区为场地覆盖区, 覆盖层厚度大于3m, 淤泥厚度12.0～14.2m;C区为道路覆盖区, 覆盖层厚度大于6m, 淤泥厚度3.9～12m。

建设单位要求的处理目标:A区表层地基承载力特征值不小于100kPa, 交工标高下覆盖层厚度不小于2.5m, 包含的块石粒径小于50cm, 塑料排水板施打深度大于8m;B区表层地基承载力特征值不小于150kPa, 交工标高下覆盖层厚度不小于2.5m, 包含的块石粒径小于50cm; C区路基承载力特征值达到180kPa, 处理深度不小于7m, 交工标高下覆盖层厚度不小于2.5m, 包含的块石粒径小于50cm。

工程施工工艺:区分不同地质条件等因素, 分区采取不同施工工艺。A区采用超孔隙水压力速效排水固结法, B、C区采用常规的处理工艺。

二、超孔隙水压力速效排水固结法的原理与方法

超孔压速效排水的原理就是在淤泥表层进行填砂、设置水平排水通道, 布设集水井;在淤泥层内插打塑料排水板, 设置竖向排水通道;通过施加动荷载, 使淤泥内产生超孔隙水压力, 淤泥内的水在超孔隙水压力作用下顺竖向排水通道和横向排水通道快速排出, 最终达到淤泥快速固结, 提高了淤泥的承载力与强度, 满足使用功能要求。

超孔压速效排水法的关键点:淤泥在加固处理过程中不得受到扰动破坏, 否则透水性就会大幅降低, 研究表明, 淤泥扰动土的渗透系数只有原状土30～50%, 固结系数不足原状土的10%, 因此, 通过设置塑料排水板缩短排水路径, 先施加较小的动荷载, 在不破坏土体结构的条件下小幅提高孔隙水压力, 使浅层软土中的水能迅速排出, 并迅速提高软土强度;然后再增加动荷载, 再次提高孔隙水压力, 再次排水固结;如此经过四次由小到大逐步施加动荷载, 动载分级为600、800、1200、2000kJ, 使淤泥排水固结不断向深部发展, 最终达到预期的加固效果。与之相配套的技术点有两个:首先是排水系统, 从设计要求深度底部直到顶部的纵向排水通道, 从纵横向排水交叉点到集水井的横向排水通道, 集水井的深度与大小, 抽水设备的选型均需根据工程自身的特点计算确定, 排水智能控制系统需能根据水位控制工作状态;其次是监测系统, 特别是孔隙水压力、分层沉降、含水率、侧向位移等指标的监测, 是判断淤泥不受破坏的关键, 在淤泥不受破坏的前提下, 应根据监测指标随时调整施工参数, 尽可能地使孔隙水压力达到最佳值, 有利于加快固结、提高承载力等力学指标和缩短工期。

我们选择了一个900平方米的试验区进行试验, 插打塑料排水板后分别施加600、800、1200、2000kJ 的动荷载, 施加动荷载的强度及间歇时间均采用信息化控制, 由布置在场地内的孔隙水压力计、分层沉降仪、沉降标、深层水平位移等监测数据进行控制。如施加600kN.m动荷载时, 4米内孔隙水压力增加10～20kPa, 3～5天后完全消散, 就可以施加下一级的动荷载。

试验区超孔压速效排水固结法加固前后的8米内淤泥的主要物理力学指标对比如下:

试验表明:超孔压速效排水法能达到预期的加固深度及效果。

大面积施工拟按试验区经验执行, 但必须采取切实的信息化管理技术, 根据监测到的孔隙水压力、分层沉降值、含水率等土工试验等数据, 及时并慎重地调整覆盖层的堆填进度、静置时间、动载能量大小、能量施加位置、施加时机等参数, 避免淤泥受到扰动, 避免孔隙水压力过大消散缓慢, 避免孔隙水压力过小效果不明显。

技术支撑条件:同步开展超孔隙水压力速效排水固结研究, 同时设置两个对比区, 一个为排水板配合大夯能强夯动力排水固结区, 另一个为排水板配合堆载预压经理排水固结区。

三、示范工程的效益和推广前景

由于新方案大量减少了土石方特别是淤泥挖运、塑料排水板的使用量等, 资源消耗量小, 对附近道路、场地及海域的污染大幅降低, 排除了二次污染隐患, 在工业日益发展、环境污染日益严重的状况下, 降低环境污染难能可贵, 所以本方案环境效益十分显著。

就A区而言, 传统的堆载预压处理方法成本约502万元, 工期360天;新的超孔压速效排水法成本约224万元, 工期90天。在时间就是金钱、效率就是生命的发展浪潮中, 低成本和高效率是在激烈的竞争中处于不败之地的两把利器。下表是2#坑新旧方案主要指标的对比, 可见新方案的主要指标如淤泥挖运、回填料、塑料排水板均有大幅度的节约。经济效益明显。

招商局漳州开发区为国家级综合开发区, 区内台资企业众多, 漳州又是台胞的主要祖籍地, 处在对台关系的最前沿, 海西经济的急剧发展需要有更大的空间。示范工程的新工艺是我司对十几年来类似工程的总结并加以创新, 对动静载荷作用下淤泥超孔压速效排水的过程提供试验数据支持。超孔压速效排水法处理软基比传统的堆载预压具有明显的优势, 由于无需大量运进、运出堆填材料, 所以更省;由于采用动载结合静载, 超孔隙水压力能在更短的时间内消散, 从而提高承载力, 所以更快。一旦2#坑超孔压固结法成功实施, 开发区数十万平方米的8#坑、1.9平方公里的人工岛、数平方公里的深水码头陆域等项目将参照示范工程的工艺实施, 同时将辐射到周边的厦门第二机场、漳浦古雷石化产业群直至福建全省、全国沿海, 由于新工艺尚未应用在其他工程, 因此本示范工程的超孔压速效排水法具有广阔的推广前景。

四、课题牵头组织单位概况

孔隙处理 篇3

本课题组围绕TBCs超声检测与表征开展了大量研究[8,9,10,11,12],并率先尝试提出了建立涂层随机孔隙模型的概念,其基本思路是将TBCs看作由大尺度的均匀性及随机分布在均匀介质中的小尺度扰动构成,构建的随机孔隙模型的有效性已得到初步验证[11]。在此基础上,本工作针对EB-PVD工艺制备的YSZ涂层,构造了无孔隙以及孔隙率分别为5%,10%且孔隙形貌不同的多组YSZ随机孔隙模型,利用数值计算方法结合实测结果,讨论了孔隙率以及孔隙随机形貌对涂层纵波声速的影响规律。

1 随机孔隙模型

TBCs随机孔隙模型能够用于描述涂层中的孔隙形貌特征。建模原理及方法详见文献[12]。基于该研究思路,对于热障涂层而言,孔隙可以视为在涂层内部随机出现的扰动点,孔隙尺寸对应扰动范围,扰动位置则代表孔隙的分布情况。使用高斯型和指数型二维混合型自相关函数进行建模[13],其表达式为:

式中:a和b分别是随机介质在x方向和z方向上的自相关长度;r为粗糙度因子。通过调整a和b值,可以控制孔隙的尺寸;调整r值,可以控制孔隙的分布。将TBCs试样解剖,利用金相显微镜观察并统计得到其横截面孔隙率和每个孔隙的长度L,宽度W ,长宽比R等一系列值,重复上述步骤以得到TBCs试样的体积孔隙率及孔隙特征的样本空间。自相关长度a,b与粗糙度因子r的数值通过与试样的样本空间对比修正得到。

2 实验

超声检测系统连接示意图如图1所示。利用EB-PVD方法制备获得不同致密度的YSZ涂层试样1和2,借助超声水浸回波方法,采用频率为25MHz的探头对其进行测量。结果发现:对于试样1,不同位置的纵波声速在5636~5980m/s之间,声速波动为5.9%。对于试样2,随着测试位置的不同,纵波声速波动范围为5189~5594m/s,声速波动为7.5%。对两个试样声速有差异的多个位置进行解剖,通过SEM测量孔隙率并观察孔隙形貌。解剖及统计结果表明,YSZ试样1的孔隙率P为4.8%~5.3%,平均孔径长度L=3.6μm,宽度W =10.3μm,代表性SEM观测结果如图2(a)所示。YSZ试样2统计的孔隙率P为9.4%~10.1%,平均孔径长度L =5.2μm,宽度W =14.5μm,代表性SEM观测结果如图2(b)所示。据此,通过调整第1节中的a,b和r值,可以获得不同孔隙形貌及分布的模型。

(a)试样1;(b)试样2(a)specimen 1;(b)specimen 2

3 超声检测数值计算

3.1 YSZ涂层随机孔隙模型

本研究中依据图2的涂层横截面SEM观测结果,分别构建了无孔隙以及孔隙率为5%,10%的YSZ涂层随机孔隙模型。为了模拟涂层局部孔隙尺寸、形状及分布等形貌特性存在的差异,每个孔隙率下构建了3组随机孔隙模型,结果见图3与图4。观察发现,随机孔隙模型与SEM结果在几何形貌上具有较强的相似性,前者能够灵活反映真实孔隙形貌的多样性和随机性。

(a)形貌1;(b)形貌2;(c)形貌3(a)morphology 1;(b)morphology 2;(c)morphology 3

(a)形貌1;(b)形貌2;(c)形貌3(a)morphology 1;(b)morphology 2;(c)morphology 3

3.2 数值计算

采用时域有限差分法进行超声检测数值计算。探头频率25MHz,声源波形如图5(a)所示,涂层的反射回波波形如图5(b)所示。模型宽度0.2mm,水层厚度1mm,YSZ涂层和基体(GH33)厚度分别为0.2,1.5mm。计算中所需的其他材料参数见表1[11]。

(a)声源波形;(b)反射回波波形(a)sound source waveform;(b)echo waveform

4 结果分析与讨论

将数值计算得到的时域信号进行频谱分析处理,获得涂层的声压反射系数幅度谱,如图6所示。观察发现,相对于无孔隙涂层,孔隙率P=5%和P=10%的涂层声压反射系数幅度谱中谐振频率均向低频偏移,而且随着孔隙率的增加偏离越严重。采用声压反射系数幅度谱的方法对纵波声速进行测量,声压反射系数幅度谱(Ultrasonic Reflection Coefficient Ampli-tude Spectrum,URCAS)的谐振频率表达式为[9]:

式中:n为谐振频率阶数,值取正整数;v为涂层纵波声速;d为涂层厚度。由式(2)可知,获得谐振频率值与涂层厚度即可通过计算得到涂层的纵波声速。分析认为,对同一涂层试样,数值计算过程中涂层厚度d为定值,因此,涂层的谐振频率fn与声速v存在正比例关系,谐振频率向低频偏移应该是由涂层声速v减小引起的。

为了说明纵波声速随孔隙率以及孔隙形貌的变化情况,图7 给出了3 组涂层对应的纵波声速结果。可以看出,无孔隙涂层对应声速为6749m/s;随着孔隙率增加,声速降低,对于孔隙率5%和10%的涂层,声速分别减小14.4%和23.9%。该结果与Lescribaa等[3]针对ZrO2涂层孔隙率与声速关系的研究结果类似。

(a)P=0%;(b)P=5%;(c)P=10%

对于同一孔隙率P=5%,3组不同孔隙形貌的模拟结果对应声速分别为5632,5768m/s和5923m/s,最大声速波动为5.0%;对于P=10%,3组模拟结果对应的声速分别为5016,5036m/s和5364m/s,最大声速波动为6.8%。上述两个涂层试样纵波声速模拟计算结果与对应的实验测量结果是相当的。

TBCs的密度、弹性模量等受其孔隙特征影响导致取值不唯一的问题一直广受关注,Choi等[14]采用拉伸实验、压缩实验、梁弯曲实验等方法对EB-PVD法制备的YSZ涂层弹性模量进行了研究,测量结果在20~120GPa之间变化;Sevostianov等[7]采用规则等效孔隙形貌模拟非均匀材料真实性能的有效性时,也发现不同等效孔隙形貌对弹性模量的影响不同。但是这些研究中均未说明导致材料性能预测结果波动或者出现较大误差的本质原因。本研究结果显示超声声速值不仅随孔隙率增大而减小,而且在同一孔隙率下也会随着孔隙形貌的差异而变化,孔隙率越大孔隙形貌的影响越明显。该结果确认了同一孔隙率下,涂层孔隙形貌的差异会导致纵波声速的变化,也间接证明了孔隙随机形貌差异会引起涂层局部区域密度与弹性模量的扰动。

5 结论

(1)借助统计学原理与随机介质理论,构建出YSZ涂层的随机孔隙模型,能够灵活反映孔隙形貌的多样性和随机性。

(2)随着涂层孔隙率的增加,涂层纵波声速减小,孔隙率为5%和10%的涂层,其纵波声速比无孔隙涂层分别减小14.4%和23.9%。

页岩气纳米孔隙研究 篇4

页岩气是一种非常规气藏,在世界上大量分布,随着国家提倡新能源开发,在天然产量中的比例不断扩大。页岩中页岩气以多种形式赋存在。页岩既是烃源岩又是储集层,属于典型的自生自储型气藏,页岩气在各种泥页岩当中状态主要是两种,游离或吸附,各种阶段形成,基本都是有机成因。天然气并不是绝对的就只在泥页岩中存在,也可以在不是泥页岩中生存,如砂岩等。天然气与常规油气不同,生成之后,在源岩层内就近聚集,表现为页岩气开采的典型原地成藏模式,与油页岩等差别较大。与常规储层气藏明显不同,因此,页岩气最好的发育条件一般是有机质含量高的黑色页岩和高碳泥岩。我国的页岩气可采资源量26×1012m3,与美国的可采资源量大致相当,资源储量十分巨大。2004年国土资源部战略研究中心开始了页岩气研究工作,各大石油公司和高校近几年也纷纷开始页岩气开发研究工作,目前我国的页岩气勘探开发已经有很大的进步,中国地质界对大力推进页岩气开发已成共识。

2页岩气孔隙分类

页岩气的孔隙分类比较复杂,不同学者有不同的分类方法。国际中常用的是国际纯粹与应用化学联合会分类两种方法。IUPAC[1]按照孔径大小分为极微孔(<1.5 nm)、超微孔(0.5~2.0 nm)、介(2.0~50 nm)和大孔(>50 nm)。根据孔隙连通性分为闭孔、盲孔和连通孔。中国著名页岩气专家邹才能等提出页岩中孔喉分类方案,纳米孔隙直径<2μm,微米孔隙直径为2μm~2 mm,宏观孔喉直径>2mm。有机质丰度较高的页岩中(Toc1%~20%)。

3页岩气孔隙定性描述

页岩是裂缝性储存系统,裂缝发育是裂缝性储层的特征。对页岩纳米孔隙定性观察主要是利用SEM、AFM等[2]微区技术,观察孔隙大小、连通性、几何形态,实验精确度与样品本身、处理方式及仪器的分辨率有关。在对样品进行预处理时,利用氩离子抛光技术替代机械抛光,更有利于显微镜进行观察,扫描电子显微镜(SEM)最开始是研究细胞生物学工具,主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态,极狭窄的电子束去扫描样品。电子显微镜从样品表面获得信息,但是页岩薄片表面形态不规则,介孔和微孔观察不了。AFM是Atomic Force Microscope缩写,是一种原子级高分辨的新仪器,可以在各种环境下对各种材料进行纳米区域的物理研究;现在科学和生活中广泛应用。AFM原理是样品表面和敏感元件之间原子间相互作用力来研究样品的表面结构和性质,主要是用来观察页岩纳米孔隙的介孔。AFM与我们平时看到显微镜不同,在常压环境下可以正常工作,不像一般的显微镜对样品需要进行特殊处理,并且可以提供孔隙的三维图像,但任何仪器都有自己优点和缺点,缺点在于成像范围小、速度慢。

4页岩气孔隙定量描述

目前国内常用的测试页岩气孔隙度的方法是氮气吸附法和压汞法[3,4]。是分析时常用的储层孔喉大小两种基本测定方法,以下介绍这两种方法。

4.1压汞法原理

将液态汞(Hg)注入样品,注入压力与孔半径满足Washburn方程:

式中,D为页岩孔隙直径,cm;r为页岩孔隙半径,cm;σ为汞的表面张力,10-3N/m;α为汞与页岩表面的浸润角;p为注入压力Pa。压汞法是测定部分中孔和大孔孔径分布的方法,但并不能测定小孔。可测孔范围:0.0064~950 um(孔直径)。

4.2气体吸附法

任何一种方法不可能完全解决科学问题,需要两种方法加以结合,才会将极其神秘的科学问题更加透明化。有些孔隙区域对于压汞法不能测定的,涉及到纳米级孔隙的测量,我们可以采用气体吸附法试验。

具体原理为:吸附质气体为氮气(N2)或二氧化碳(CO2),我们在恒温下逐步提高气体分压,我们就可以测定页岩样品及其相应的吸附量,通过吸附量我们可以对分压作图,就可得到页岩样品的吸附等温线;换言之,我们反过来慢慢降低分压,测定相应的脱附量,由脱附量对分压作图,则可得到对应的脱附等温线。

5综合分析页岩孔隙研究展望

进一步探讨了含气页岩纳米孔隙发育演化的控制因素以及纳米孔隙与页岩气赋存关系,随着科学技术的迅猛发展,页岩纳米孔隙结构将会更加清楚,我们应不断提高仪器精度和实验效率,将定性与定量两者相结合,改进三维成像技术。页岩储层本身特有微观结构,让页岩储层评价很困难。尽管国内外学者针对页岩纳米孔隙结构[7,8,9,10]提出了多种分类研究方法,但是科学的发展是缓慢的,不是一蹴而就的,由于研究方法的局限性和科学仪器本身的分辨率影响,现在还没有一套十分精准的用来综合评价纳米孔隙研究的标准。未来页岩纳米孔隙研究的发展趋势是:(1)提高仪器精度和实验效率。在新方法和新仪器上创新,使纳米孔隙实验研究结果精度更高,同时更好地为纳米材料提供新发展。(2)将定性与定量两者方法相结合。任何一种实验和仪器都会存在一定的局限性,只有将两者相结合,才能够建立有效评价页岩气纳米孔隙的一套组合方法。(3)现在科学仪器都在从二维向三维方向发展,二维成像技术不立体,不能更好反映页岩气实际孔隙大小,所以通过改进纳米孔隙的三维成像技术,可以观察更多空间,能更有效研究不同类型的孔隙结构。

摘要：页岩气是当今石油地质领域的又一场革命。页岩储层不同于常规储层,其以纳米孔隙为主,无法用常规储层孔隙研究方法进行表征和评价。对目前国内外含气页岩孔隙分类及孔隙表征方法进行了综述,从定性及定量的角度对表征方法进行归类和总结。定性表征方法主要是扫描电子显微镜等直观描述页岩孔隙的几何形态、连通性和充填情况等;定量表征方法是利用气体吸附法、压汞实验、定量分析页岩孔径大小及分布、比表面积等。综合分析了页岩纳米孔隙结构。在页岩纳米孔隙结构研究方面,我们需要不断提高实验精度和效率,定性与定量表征相结合,改进三维成像技术。

关键词：页岩气,纳米孔隙,定性,定量,展望未来

参考文献

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[4]崔景伟,邹才能,朱如凯,等.页岩孔隙研究新进展[J].地球科学进展,2012,27(12):29-35.

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[9]王坤阳,杜谷,杨玉杰,等[J].岩矿测试,2014,33(5):34-39.

地层孔隙压力预测方法研究 篇5

关键词：地层孔隙压力预测,声波速度,储层压实法,非储层埋深法

近年来随着世界油气勘探的不断发展, 发现的异常压力带越来越多, 特别是异常高压带出现的频率更高[1,2]。估算或预测地层压力, 特别是超压地层的压力预测, 对于油气勘探开发各个环节都具有非常重要的影响:在勘探阶段地层压力场的预测有助于评价盖层的有效性, 描述油气运移路径, 有利于分析圈闭的几何形状并为盆地模拟提供校正;准确的地层压力预测有助于安全、经济钻探[3,4];开发阶段, 地层压力场预测结果有助于确定储层的驱动和连通情况。

地层压力就是地层孔隙或裂缝中流体 (油、气、水) 所具有的压力。地层在沉积压实的过程中, 如果储层纵横向连通性较好, 孔隙中的流体随上覆层压力的增加能够得到正常的排出, 那么流体压力直接受静水柱压力的控制, 这种情况下的孔隙流体压力被认为是正常压力。如果储层为有限分布方式, 如河道沙、透镜体等, 储层被非储层所包裹, 在压实的过程中, 储层中的孔隙流体不能通过非储层进行顺利排出, 储层中的流体压力就将随上覆层压力增加而逐渐升高, 形成通常所说的“超压”, 即大于同深度的静水柱压力[5]。

实际地层中的黏土矿物随沉积物不断被埋深、压实, 其伴生水一部分被挤出黏土沉积层, 若孔隙空间的水不能被及时排出, 水将被封闭在地层内, 当埋深增加时, 该黏土层也不会发生进一步的压实, 而把增大的压应力传递给孔隙水, 使隔绝的储集层中的孔隙压力随着埋深而增加, 即产生超压地层[6,7]。

涉及到孔隙压力中包含有几个基本概念: (1) 静液压力:由液柱重力产生的压力; (2) 压力梯度:单位深度增加的压力值; (3) 地层孔隙压力:是指地层孔隙中流体 (油、气、水) 所具有的压力, 简称孔隙压力; (4) 地层压力系数:表示的是该储层流体压力 (即地层压力) 与该处静水柱压力的比值; (5) 上覆层压力:有地层自重所产生的压力, 根据密度计算。

建立正常的趋势线方程是进行地层压力预测的基础之一[8,9], 它是压力预测基准线, 趋势线也可以认为是正常压力基准线, 在不同的井段也会有不同趋势线方程。

排除岩性等环境因素的影响, 理论上地层孔隙度的变化 (电阻率为同样机理) 与流体压力的变化有一定的内在联系。正常条件下, 孔隙度与埋深呈指数关系, 如果偏离了这种关系就可以认为存在流体压力发生异常变化的因素, 可以看出随深度变化, 部分曲线偏离了趋势线。

忽略非压实等影响因素, 就可以认为偏离的部分是孔隙流体压力异常造成, 由图1可以看到中上部地层的DT具有明显趋势分布特征, 而底部出现明显偏离, 这种偏离就指示可能存在超压现象。

通常趋势线方程式:

一般用f=data/data nor来衡量压实程度。式中:A0、a为趋势线常数;Tvd是垂直深度, m;data nor为正常趋势线数值;data则是实际测井曲线数值。

当井的预测趋势线建立起来后, 就可以进行预测方法的选择, 进而得到初步的预测结果。

1 孔隙压力评价方法模型

压力预测的方法模型有很多种, 根据不同的成因也有一定的演化, 但实用的方法包括储层压实法、非储层埋深法以及Eaton’s法, 这几种方法在预测技术的发展过程中, 通过国内外大量实践证明是比较成型和稳定的。其基本原理分述如下:

1.1 储层压实法

由储层压实情况来预测流体压力的变化特征, 采用如下关系式:

式中:Pvd为上覆层压力, g/cm2;Pnor为正常流体压力, g/cm2;Pf为预测孔隙压力, g/cm2。

储层压实法是以储层为预测目标。因此, 在预测中要尽可能排除非储层的影响因素, 达到以储层为目标的预测目的。理想应用条件是在纵向上储层分布较多, 且物性特征比较接近, 这种方法在海湾地区使用较多。

1.2 非储层埋深法

此种方法是国内最常见的使用方法之一。随埋藏深度的增加, 非储层中孔隙流体被逐渐排除, 压实程度越来越接近理想状态, 如在某一层段存在流体不能顺利排除现象即可产生如上所说的压力异常 (超压) 状态, 在预测上与前一种略有不同 (思路相同) , 如果非储层段临近储层段就认为储层段也存在同样的压力异常。

在图2中, A到B的层段内, 声波分布趋势偏离正常压实趋势, 说明有超压地层存在。

由 (1) 式按趋势线计算预测点B的等效深度:

等效颗粒支撑力σB:

一般认为由于孔隙压力在B点的增加使σB比正常压实状态要低, 其等效压力为:

σB=σA (σA为正常压实线上的等效点)

则预测点B的孔隙流体压力梯度为:

1.3 Eaton’s法

建立正常压力趋势线方程:

(通过选4组数据:深度-DT, 获得A0, a) , 然后得到趋势线方程) 。

式中:DT为声波时差测量数据;data nor为正常压实趋势计算数据;Pnor为正常孔隙流体压力梯度, MPa;expn为经验指数 (1.5) ;Tvd为垂直深度, m;δz为上覆层压力, MPa;PPR为孔隙压力, MPa。

Eaton’s法与储层压实法比较近似, 两者可以获得基本接近的结果, 国外压力预测对Eaton’s法的评价较高[10]。

2 孔隙压力评价方法优化

就储层和非储层在声波上的区分而言, 有时两者的界限并不严格。

预测过程不仅采用了声波法的2种预测技术, 也进行RT法的尝试。2种方案给出的结果接近正常趋势线的数据点占绝大部分, 但预测曲线的摆动幅度存在差别。对应的电阻率法, 整体上接近趋势线的数据点较少, 且出现更多的低于零的资料点, 这也说明电阻率法受岩性的影响非常大。

声波 (DT) 和电阻率 (RT) 两种技术比较, 声波法相对比较合理。因此压力预测选择以声波法为主, 在声波法中侧重使用储层压实法、非储层埋深法的组合预测, 在无声波资料的层段由电阻率法提供补偿。

3 孔隙压力评价实例

对压力变化的影响, 除埋深、压实等与沉积相关的因素以外, 还有不可忽视的构造因素。一般情况, 构造变化对压力的影响不容易在资料上反映出来。

当孔隙压力保持不变而构造明显抬升时, 实际中的压实趋势特征可能无变化, 超压特征却会更明显, 但资料上的显示很可能无任何迹象。

图3中孔隙压力系数一列为滤波后得到的压力预测曲线结果, 通过与钻井实测的地层压力梯度值对比认为预测结果是较为吻合的, 曲线上5个黑色方形为实测压力深度梯度。测试资料的应用可以较好地解决上述问题。在构造明显变化区, 可以寻找到一定的刻度关系, 进而刻度调整预测压力线使得结果更为合理。如图4是3口井在刻度前后的对比, 可以看到在对比前后发生了一定的变化。通过这样的刻度结果可以得到结论, 在计算地层孔隙压力时选择的模型及结果是可靠的。

对测试资料的使用也要进行仔细鉴别。鉴别发现在本次处理中发现有些测试数据明显偏高 (表1、表2) 。

由MDT/RFT提供的测试结果 (表2) , 按层平均后进行对比, 单层多个测量点的压力梯度结果基本一致, 误差小于5%, 该预测结果能够用于钻井液密度的设计。

4 结论

在获得准确的地层声波速度信息后, 综合利用储层压实法和非储层埋深法对地层孔隙压力进行预测, 能够得到十分准确的预测结果, 可以直接用于指导钻井液密度的设计, 确保复杂区块的钻井顺利进行, 为后期勘探开发提供井筒条件保障。

参考文献

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[7]史浩, 周东红.基于有效应力的地层压力预测在渤海BZ1区的应用[J].石油地质与工程, 2014, 28 (2) :113-116.

[8]王胜启, 董杰.英科1井超高压地层压力预测技术研究[J].石油钻采工艺, 1998, 20 (2) :9-15.

[9]张卫华, 何生, 郭全仕.地震资料预测压力方法和展望[J].地球物理学进展, 2005, 20 (3) :814-817.

固定义齿的孔隙度问题分析 篇6

随着人们对美观和健康的双重要求关注度增加,固定义齿中金属烤瓷修复体占主要部分,全瓷义齿的需求量也逐年增加[3],故对此类产品的质量研究具有极大的现实意义。金属烤瓷与全瓷义齿均含有与天然牙相媲美的瓷层,而这种无机材料的弹性模量和强度均会受材料内部气孔的影响[4],特别是当材料受拉应力作用时,在气孔处会产生应力集中效应,加速材料的破坏。因而孔隙度项目的检测是烤瓷、全瓷固定义齿这类含瓷质产品极为关键的一项性能指标。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

从我所受理的注册和委托检验任务中,随机选取一段时间内,不同企业生产的不同型号的烤瓷、全瓷桥样品,每份样品取一件进行试验,对其瓷质部分的孔隙度结果进行统计。

1.2 试验方法

按YY 0300-2009中7.6的试验方法,将含瓷质的固定义齿经包埋、切割、研磨抛光等步骤后得义齿的待测面,随后在金相显微镜下观察试样表面,选择缺陷最严重的部位,分别记录在直径1 mm圆形范围内,直径大于30 mm或面积大于706.5 mm2(当量径为30 mm)、直径为40~150 mm或面积为1 256 mm2(当量径为40 mm)~17 662.5 mm2(当量径为150 mm)、直径大于150 mm或面积大于17 662.5 mm2的孔隙数。其中圆孔按直径进行测量,其他形状孔隙按面积进行测量。

1.3 评判标准

在直径1 mm圆形范围内,直径大于30 mm的孔隙不超过16个、直径为40~150 mm的孔隙不超过6个、不应有直径大于150 mm的孔隙。

2 结果分析

2.1 孔隙度

各试样的孔隙度测试结果见表1,从表中可以看出,含瓷质固定义齿的孔隙度项目,出现不合格情况的频次较高。总不合格率为43.9%,其中烤瓷不合格率为42.7%,全瓷不合格率为46.2%,均超过40%。所有产品中,以二氧化锆全瓷(50%)、钴铬烤瓷(48.6%)、镍铬烤瓷(32.3%)三种型号的样品为主要检测产品,这意味着市面上对这三类产品的消费需求也为最大,而其不合格率均超过30%。

2.2 孔隙特征

烤瓷、全瓷固定义齿受试表面出现的孔隙度不合格的情形分类见表2、表3,其中项目不合格的主要原因是存在大于150 mm的孔隙。这些孔隙主要分布于瓷粉层中,呈圆形、椭圆形或不规则形貌,如图1。少数大孔位于与金属交界处(烤瓷义齿),或与瓷块交界处(全瓷义齿),如图2。

图1瓷层中不同形状孔隙(>150 mm)的金相显微镜照片,图中标尺为200 mm Fig.1 Metallographic microscope photos of porcelain layer within different shape pores(>150 mm),the scale is 200 mm

图2两相交界处孔隙(>150 mm)的金相显微镜照片,图中标尺为200 mm Fig.2 Metallographic microscope photos of pores(>150 mm)in the junction of two phase,the scale is 200 mm

3 讨论

固定义齿在瓷粉层中及两相交界处较高的孔隙度不合格时,极易导致其在患者使用过程中出现裂瓷或崩瓷现象[2]。

结合缺陷出现的位置与义齿制作的工艺流程,相关文献报道,以及常用于提高陶瓷气孔率的发泡法或有机物烧蚀法的原理,分析孔隙的形成原因可能有以下几点:1)圆形或椭圆形孔隙[5],这类气孔主要归于气孔的占位作用。在两相交界处,这类孔隙可能是刷瓷时基体(金属或瓷块)表面空气未排尽所致。而在瓷粉层中,这类孔隙则可能是瓷粉调浆过程中既已混入,上瓷前浆液未将气孔排除,最终保留在瓷粉层中所致。2)不规则的孔隙,这类气孔很可能是低燃点异物占位,或异物与气孔的双重影响。瓷层烧结过程中,异物烧蚀,便留下孔隙。

注:存在2个样品的试验表面,既存在多于6个40~150 mm的中孔,又存在大于150 mm的大孔。

注:部分试样上包含多种不同形状或位置的大孔

针对孔隙度项目不合格情况的原因分析,为减少固定义齿的失效率,提高产品质量,节省产品检验时间等,建议义齿加工企业从如下几点着手提高产品合格率:1)上浆前对基体表面进行充分的表面处理,并清洁、润湿表面;2)对浆液进行真空排气处理;3)提高上浆环境的洁净度。

摘要：含瓷质的固定义齿(烤瓷义齿和全瓷义齿)因其良好的强度和美观特征而受到缺失牙患者的广泛青睐,而产品的缺陷能直接或间接影响义齿修复的失效,因而对固定义齿中这两类义齿的质量把关尤为重要。通过分析日常送检固定义齿孔隙度试验的结果,结合孔隙的形状及位置分布特征,可知固定义齿孔隙度项目不合格率大于40%,不合格类别主要是存在直径>150 mm的孔隙。这可能是技工在刷瓷过程中引入气泡或异物所致。

关键词：烤瓷,全瓷,义齿,孔隙度

参考文献

[1]周大明,赵芸,韩杰,等.金属内冠缺陷对烤瓷牙强度影响的有限元分析[J].口腔医学,1997,17:12-13.

[2]文志红,杜传诗,杜莉,等.金-瓷修复体瓷折裂及剥脱原因分析[J].华西口腔医学杂志,1998,16:62-64.

[3]喻娜,马超逸,岳莉,等.不同种类的固定修复体市场需求分析[J].国际口腔医学杂志,2012,39:453-455.

[4]关振铎.无机材料物理性能[M].北京:清华大学出版社,1992.

孔隙处理 篇7

1 三维裂缝模型的建立

1.1 压降方程

根据PKN模型, 椭圆形断面的最大缝宽满足[3]:

式中:为重压裂缝缝宽;V为泊松比;为t时刻x处的缝高;为裂缝内外压差;G为剪模量。

由于压裂液的流动方向与裂缝延伸方向相同, 压裂液在缝中的压力梯度为[4]:

为流变指数, 小于1;为稠度指数, m Pas。

1.2 连续性方程

考虑到裂缝面和天然裂缝滤失的影响, 得出重复压裂连续性方程为:

式中:

式中:-裂缝的初滤失量;-压裂液初滤失量;-天然裂缝滤失量;-滤失系数, -缝中某点开始滤失的时间, min;-裂缝滤失面积;-天然裂缝缝口面积。

忽略压裂液的压缩性影响, 根据物理平衡的原理有:

整理得:

1.3 裂缝的宽度方程

由England和Green[5]公式可以计算出缝宽剖面上任意坐标z处的宽度为:

整理得:

边界条件和初始条件如下:

2 模型的简化与求解

2.1 模型的简化

简化模型如下:表1裂缝转向前各截面的最大缝宽对比表

边界条件和初始条件:

2.2 求解方法

在上述的模型求解过程中, 各个变量之间相互耦合, 通过差分离散迭代进行求解。将缝长从缝端向井底分成若干段, 用四阶龙格-库塔法求解, 将假设的与实际比较进行迭代计算。

3 计算实例

本文选1口井进行计算。原始地层最小水平主应力15.2, 最大水平主应力21.2, 弹性模型28000Mpa, 压裂液稠度指0.9, 压裂液流变指数0.6, 压裂液密度1.0g/cm3, 排量2.0m3/min.计算结果, 见表1。

结束语

裂缝-孔隙型砂岩缝宽的形态研究充分考虑天然裂缝的滤失, 建立了压裂裂缝的缝宽和缝长的计算耦合计算模型运用龙格-库塔迭代算法求解。计算结果表明, 最大相对误差为2.44, 计算结果比较准确。对裂缝孔隙型油藏压裂裂缝形态研究和压裂效果预测提供了可靠的依据。

摘要：考虑裂缝-孔隙型砂岩油藏天然裂缝的滤失性, 建立了裂缝-孔隙型油藏的压裂裂缝形态计算模型, 并运用龙格-库塔迭代方法进行了模型求解, 通过对某油田的1口生产井进行计算表明:计算结果与实际监测结果误差小于2.5。计算模型合理、准确。

关键词：裂缝-孔隙型,裂缝,裂缝延伸

参考文献

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