比表面积及孔径对花岗岩力学性质影响

为研究花岗岩内部结构对其物理力学性质的影响,利用氮吸附原理的比表面积及孔径分析仪测得两种花岗岩的比表面积和孔径分布情况,对比分析了两种花岗岩的密度、孔隙率等物理性质及单轴压缩强度,发现由比表面积和孔径表征的岩石孔隙结构更能合理的解释其宏观力学行为。试验结果表明:比表面积较大的岩样强度较低。比表面积较大的岩样加剧了岩样在加载过程中微裂隙的发育,使试样的力学性能降低;孔体积较大的岩样的强度较低。岩样内部孔隙的存在加剧了内部微裂隙的发育。随着轴向压力的不断加载,这些孔隙被压缩,有的成为了微裂隙发育的通道、有的成为新裂隙产生的起源。这些微裂隙不断延伸、扩张、贯通最终使得试样在压力的作用下破坏;利用排水法测得的孔隙率不能完整的反映岩样内部孔隙的发育状态,而通过氮吸附静态容量法测得的孔体积能够较为完整的反映岩样中孔隙的发育状态。比表面积及孔径分析测试更为准确地得到岩石内部的孔隙结构,测试结果对花岗岩的宏观力学行为做出了合理解释。     

聚丙烯纤维混凝土高温后的孔隙结构特征研究

以吸附-凝聚理论为基础,采用氮吸附法研究聚丙烯纤维混凝土在不同温度下的孔隙结构特征.通过分析试样的吸附-脱附等温曲线特征、孔径分布、比表面积,探讨了高温作用以及聚丙烯纤维对混凝土孔隙结构的影响.试验结果表明:经历不同温度的混凝土,其硬化水泥砂浆试样中均存在两端开口的孔隙,且温度越高开口孔隙的孔径越大,连通性更强.经历高温后,混凝土孔隙结构发生了改变,孔径大于200nm的孔隙数量显著增多,孔径小于50nm的孔隙相应减少,最可几孔径显著增大.经历高温前,聚丙烯纤维混凝土试样的比表面积均小于普通混凝土,最可几孔径则差别不大.与普通混凝土相比,聚丙烯纤维混凝土中小孔分布较少,而孔径较大的孔分布更多.经历高温后,纤维混凝土试样的孔径分布规律和比表面积与普通混凝土接近.     

高温蒸汽作用油页岩孔隙-裂隙结构演化规律实验研究

油页岩孔隙裂隙演化规律是影响对流加热方式原位流态化开采油页岩的关键影响因素。选取新疆巴里坤油页岩试样，首先利用自主研制的高温蒸汽作用实验系统对试样进行加热，然后采用显微CT和扫描电镜对不同温度作用后的油页岩的孔隙裂隙特征进行测试，并利用Avizo软件，对油页岩孔裂隙结构、内部渗流场特征以及表面微观特征随温度的演化规律进行了详细地研究，结果表明：1)原始状态下油页岩内部裂隙以微裂隙(100～500μm)为主，随着水蒸汽作用温度不断提高，微裂隙数量呈指数形式增长，同时孔径较小的小孔逐步转变为孔径较大的中大孔。2)随着水蒸汽作用温度增加，油页岩孔隙度显著增加，由常温状态下的2.7%增加到555℃时的16.2%,是常温下的6倍。3)随着热解温度的升高，油页岩内部连通的孔隙也不断增多，为高温水蒸汽以及热解产物的运移提供了良好通道，总体上平行层理方向的渗透率总是大于垂直层理方向的渗透率。4)油页岩渗透性存在明显的各向异性特征，当热解温度为314℃时，油页岩在平行层理方向与垂直层理方向的渗透率差异性最大，渗透率各向异性系数量级可达103.研究结论对调控水蒸汽对流加热原位开采油页岩油气的工艺参数具有重...     

川西坳陷上三叠统须家河组页岩纳米孔隙结构特征

页岩储层的纳米孔隙结构对页岩含气性评价和勘探开发具有重要意义,但目前关于国内沉积盆地页岩纳米孔隙结构的研究相对不足。利用低温氮气吸附和扫描电镜,对川西坳陷上三叠统须家河组页岩纳米级孔隙进行了分析。结果表明:1川西坳陷须家河组页岩比表面积主要由过渡孔和微孔提供,比表面积范围6.588~9.476 m2/g,平均为7.949 m2/g,远大于致密砂岩储层比表面积;2页岩孔径平均为4.319~7.821 nm,孔径范围具有从微孔到中孔等一系列连续性孔径。孔隙形状有多种类型,微孔以单边封闭型孔和墨水瓶型孔为主,过渡孔和中孔具有一定数量的两端开口型孔;3页岩广泛发育的有机质纳米孔、黏土矿物粒间孔主要提供了天然气吸附场所;矿物粒内孔隙和微裂隙为游离气主要赋存场所并提供了天然气渗流通道。     

巢湖地区坟头组泥岩遇水软化特性与机理试验研究

从物理力学性质、矿物与化学成分、微观结构等方面,对巢湖地区坟头组海相粉砂质泥岩遇水软化的特性与机理进行试验研究.利用DB-16超声测速仪、单轴压力机,测试岩样浸于蒸馏水后不同时间波速、抗压强度的变化;采用电感耦合等离子体法,分析岩样浸泡液化学成分随时间的变化;利用X射线衍射、荧光光谱分析,测试岩样矿物化学成分变化情况;采用电子扫描显微镜观察岩样微观结构,并利用GIS软件对不同浸水时间岩石孔隙率、孔隙表面积进行半定量计算.试验表明,泥岩浸水后,单轴抗压强度和波速明显下降,岩石孔隙率下降,孔隙表面积增加;浸水前后,泥岩化学成分变化不大;水沿微裂隙进入岩石内部,溶解可溶盐胶结,使裂隙向纵深发展,进而使裂隙连通导致岩石软化,其中,岩石微裂隙的产生与岩石内部的不均一性密切有关.     

川西盆地上三叠统须家河组页岩纳米孔隙结构特征

页岩储层的纳米孔隙结构对页岩含气性评价和勘探开发具有重要意义,但目前关于国内沉积盆地页岩纳米孔隙结构的研究相对不足。本文利用低温氮气吸附和扫描电镜等方法,对川西盆地上三叠统须家河组页岩纳米级孔隙进行了分析。结果表明：①川西盆地须家河组页岩比表面积主要由过渡孔和微孔提供,比表面积范围6.588m2/g-9.476m2/g,平均为7.949m2/g,远大于致密砂岩储层比表面积;②页岩孔径平均为4.319nm-7.821nm,孔径范围具有从微孔到中孔等一系列连续性孔径。孔隙形状有多种类型,微孔以单边封闭型孔和墨水瓶型孔为主,过渡孔和中孔具有一定数量的两端开口型孔;③页岩广泛发育的有机质纳米孔、粘土矿物粒间孔主要提供了天然气吸附场所;矿物粒内孔隙和微裂隙为游离气主要赋存场所并提供了天然气渗流通道。     

温度对碱渣微结构影响的试验研究

对碱渣在不同温度条件下的表面形貌变化特征进行分析研究.研究结果表明,温度对于碱渣的微观结构影响较大.结合SEM图像分析,升温过程中,由于熔融固结,碱渣由结构松散的多孔聚合体颗粒,逐渐形成联结紧密、结构致密的团聚体.碱渣的BET比表面积随着温度的升高呈现明显的下降趋势;400℃是碱渣比表面积变化的阈值,当温度达到400℃后,碱渣的比表面积出现大幅度减小.同时,碱渣的孔隙容积大幅减小,当温度达到600℃,其孔隙容积达到低点.需要注意的是温度的变化对于微孔和大孔的影响相对较大.由于升温过程中,大孔的比例持续增加,碱渣的平均孔隙直径随着温度升高呈现明显的增大,其中圆形孔的孔径的变化较线形孔的孔径更为显著.     

热处理对纳米TiO_2/SiO_2复合粒子微结构的影响

为了掌握热处理对纳米复合材料微结构的影响情况,采用溶胶-凝胶法制备了高比表面积及大孔容的纳米TiO2/SiO2复合粒子.利用热分析、XRD、FTIR和比表面积测试仪等仪器对不同热处理条件的纳米复合粒子进行了表征.结果发现,纳米复合粒子中TiO2的锐钛矿型和金红石型晶型转变温度分别由一般的350℃和600℃升高到660℃和770℃,晶粒度随热处理温度的升高和时间的延长而增大;同时,随着热处理温度的升高,复合粒子的比表面积逐渐减小,且微孔减少比例由小孔径微孔占多数逐渐转变为较大孔径微孔占多数.     

烟煤空气气化半焦的孔隙特性

利用氮气吸附的方法,测量了枣庄烟煤及其在常压流化床空气气氛下的气化半焦的比表面积、总孔体积、孔径等参数,研究结果表明:在空气气化过程中孔隙结构变得发达,比表面积、总孔体积明显增大,孔径明显减小,且随着温度的升高,半焦的比表面积,孔隙率也明显增大,平均孔径明显减小.并与氮气热解半焦进行对比,气化半焦的比表面积和总孔体积都明显的增大.     

TiO2/竹炭复合体光催化材料的孔隙结构及分布

采用比表面积及孔径分析技术,测定了浸渍法制备的TiO2/竹炭复合体光催化材料的氮吸附等温线,进而运用BET理论计算了其比表面积、总孔容积和平均孔径分别为359.81 m2/g、0317 2 cm3/g和3.526 nm。同时,依据BJH模型分析了其中孔的孔隙结构参数和孔径分布。结果表明：经过纳米TiO2改性的竹炭不仅保留了竹炭固有的孔隙结构,而且其比表面积、孔容积、孔径都有所增加。经纳米TiO2改性制备的光催化材料的中孔孔容积比竹炭提高了65.86 %。     

液氮冷却作用下三类高温岩石力学性能试验研究

为了研究液氮冷却对高温岩石物理力学性能的影响，对不同温度下(25~350℃)的花岗岩、片麻岩和砂岩试样进行液氮冷却处理，开展了一系列的物理力学试验研究，结合微观观察结果分析了各类岩石的损伤机理.结果表明，提高加热温度能够加剧液氮对岩石内部结构的损伤，随温度的升高，岩石的孔隙率、峰值应变逐渐增大，而纵波波速、抗压强度和弹性模量则相反.高温和液氮冷却所产生的热应力导致岩石内部裂纹的萌生和扩展，且微裂纹主要沿石英矿物边界发育.随着加热温度的升高，微裂纹的数量呈逐渐增加的趋势，这是岩石宏观特性退化的主要原因.三类岩石对加热和液氮冷却处理的敏感度不同，这与岩石在成岩作用、矿物成分、胶结类型以及孔隙结构方面的差异有关.     

不同含水率断层宏微观破裂与强度折减损伤

为探究深部地区断层花岗岩不同含水率下宏观与微观跨尺度性质研究,对不同含水率花岗岩开展轴压力学试验和扫描电镜SEM试验,探讨含水花岗岩多尺度破裂机制与强度折减损伤关系。研究结果表明：无水状态下花岗岩宏观以剪切破坏为主且破裂面较为平滑,随含水率提高宏观以张拉破坏为主,裂纹路径与主应力方向平行且受载后岩样较为松散;低含水率工况微观整体破裂以沿晶破裂为主,高含水率工况微观破裂结构为沿晶破裂和穿晶破裂的复合型破坏为主;吸水中期峰值强度和弹性模量两指标衰减率约为前期6倍,两指标达到衰减期阈值最大限并呈非线性指数下降,吸水后期两指标衰减率回弹至前期状态;劣化系数随含水率增长而降低,吸水前期水分子起润滑岩石内部矿物作用,中后期阶段水分子发生侵蚀导致强度大幅度折减,生成有较多孔洞分布的微观结构形貌和晶体颜色偏白的伊利石,后期的水分子为进一步软化侵蚀作用。     

蜀南地区五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构及分形特征

南方上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组海相页岩是中国页岩气主力开发层位,页岩微观孔隙结构特征的研究对于页岩含气性和开发储量的评价有重要意义。采用场发射扫描电镜和低温氮气吸附实验方法对蜀南地区长宁区块五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构进行了定性评价和定量表征。实验结果表明,蜀南地区五峰-龙马溪组页岩以有机质孔隙为主,局部可见粒间孔和粒内孔发育。氮气吸附回滞环属于H4型,对应纳米级孔隙类型为狭缝型;五峰-龙马溪组页岩平均比表面积17.35 m~2/g,平均孔体积16.70 mm~3/g,平均孔径9.82 nm;页岩纳米级孔隙表面具有分形特征,分形维数平均值为2.681;有机碳含量的增加使得纳米级孔隙数量增多,页岩分形维数增大,孔隙表面粗糙程度增大,页岩比表面积增大,页岩吸附能力增强。     

高温遇水冷却岩石循环加卸载力学性能试验研究

为研究高温遇水冷却后不同岩性岩石在循环加卸载条件下的物理特性和力学响应特征的变化规律,对高温遇水冷却后的花岗岩、大理岩及绿砂岩试件分别开展了单轴压缩和循环加卸载试验. 结果表明,当加热温度超过400 °C后,三类岩石的体积增长率显著增加,400 °C可以作为三类岩石物理参数发生突变的阈值温度.总体上,三类热处理水冷却岩石的单轴抗压强度随温度的升高而降低,但花岗岩在200 °C温度处理后峰值强度比常温时有所增加. 在循环荷载作用下,花岗岩滞回曲线接近于线性,上限应力较高且不可逆变形小;而绿砂岩和大理岩的上限应力低于花岗岩且变形较大.相同温度热冲击下滞回环宽度大小顺序为绿砂岩>大理岩>花岗岩.随循环次数的增加,三类高温遇水冷却岩样的塑性变形减小,弹性模量增大,试件强度较单轴压缩均有提高;随温度升高,破坏面裂纹更为发育,破裂岩屑更为细碎.      

循环升温-水冷作用下花岗岩的力学特征与破坏模式

干热岩储层改造过程中高温岩石处于反复升温-水冷状态,其破裂力学特性直接影响储层改造效果。基于室内试验和有限元数值模拟,研究了循环升温-水冷对花岗岩力学特征和破裂模式的影响,探讨了花岗岩的力学性能劣化规律和破裂过程。研究表明：温度对花岗岩力学特性影响显著,升温导致花岗岩强度和弹性模量呈降低趋势,整体塑性增强,而经多次升温-水冷处理后岩石脆性得到一定程度的提高,花岗岩弹性模量变化受升温温度及循环升温-水冷次数共同控制;随温度升高,花岗岩由劈裂-剪切复合破坏转变为剪切破坏,且破裂程度明显提高;当循环次数较低时,温度是影响花岗岩破裂模式的主导因素,伴随循环次数增多,花岗岩内部损伤加剧,在压缩荷载作用下呈现复杂的剪切-劈裂混合破坏模式。     

新疆花岗岩物理力学性质的矿物组成和微观结构分析

为分析不同类型花岗岩物理力学性质差异,通过选取不同粒径的新疆花岗岩试样进行电镜扫描和矿物成分测试试验,研究岩石矿物组成和微观结构与其物理力学性质之间关系。结果表明：花岗岩中石英和长石矿物胶结很好而具有孔隙率低和强度高特点;随着粒径增大,花岗岩中云母含量增加,导致粗粒花岗岩的孔隙率较高和强度偏低;通过电镜扫描得出花岗岩微观结构质密,矿物胶结很好,颗粒分布均匀,从而具有孔隙率低和强度高特点,同时由于细粒花岗岩微观结构更质密且晶粒镶嵌紧密而孔隙率最低但强度最高。可见天湖细粒花岗岩体由于质密、低孔隙率和高力学强度的特点更适合作为高放废物地质处置岩体。     

微波改性活性炭吸附1,2-二氯乙烷的性能研究

采用微波高温烧结炉分别在600℃,700℃和800℃下对商业活性炭进行改性,利用比表面积及孔径分析仪、Boehm滴定、傅立叶变换红外光谱比较分析活性炭的比表面积和孔结构、表面官能团等物化性质.以1,2-二氯乙烷为吸附质进行固定床吸附实验.研究表明:改性后活性炭表面酸性基团减少,碱性基团随温度升高增多;比表面积、孔容减小,微孔比表面积增加;活性炭对1,2-二氯乙烷的吸附量排序为:AC-800AC-700AC-600AC-0;灰色关联度分析结果表明:改性活性炭的物理结构特性对吸附量的影响大于表面基团;D-R模型和动力学模型拟合结果都表明活性炭对1,2-二氯乙烷的吸附主要为物理吸附.     

Relationship between nanoscale deformation of coal structure and metamorphic-deformed environments

The relation between coal structure (including molecu-lar and pore structures) and metamorphism has been dis-cussed over a century. It has seldom involved nano-scale structure deformation of coals and its metamorphism- de-formed environment, especially the factor of stress influ-ence on nano-scale structural deformation. Instead the influence of temperature and pressure on the coal structure has been the primary focus. As a result, part studies indi-cated that temperature is the main factor th…     

纳米-滑溜水在致密砂岩中的滞留及其对微观孔隙结构的影响

纳米材料已被证明可以提高非常规油气采收率,但其在储层孔隙中的吸附与滞留机理尚未明确。本文以大庆油田上白垩统青山口组致密砂岩为研究对象,采用低温液氮吸附、润湿角测定、扫描电镜、核磁共振及离心实验方法,研究了纳米-滑溜水压裂液在孔隙中的吸附与滞留,以及其对微观孔隙结构参数的影响。结果表明,纳米滑溜水压裂液处理后,扫描电镜观察到纳米颗粒在孔隙中滞留,岩石润湿角降低30.28%~58.17%；孔隙结构由平板孔向墨水瓶孔过渡,比表面积及吸附量显著增加；微孔占比减小20%~25%,过渡孔占比增大21%~26%,总孔体积增大；分形维数变小更接近2,孔隙结构变简单。纳米颗粒在储层孔隙中的吸附与滞留,导致微观孔隙结构发生变化。实验结果与认识对纳米-滑溜水压裂液在致密砂岩储层中的应用具有重要意义。