水合物低场核磁共振弛豫响应

水合物核磁共振表征对于海上水合物储层勘探以及地层描述具有重大意义。设计实验探究了溴化四丁基铵(TBAB)水溶液在分级降温与升温过程中的低场核磁共振弛豫响应特征。实验数据结果表明,变温过程中横向弛豫时间(T₂)分布存在3个区间,即小峰区间(小于4 ms)、中峰区间(4～100 ms)和大峰区间(100～3 000 ms),核磁共振弛豫信号分别来源于水合物、TBAB分子和水中的氢原子核。测试样品的温度以及T₂分布演化规律能够识别样品中所包含物质,即固态水合物、TBAB水溶液、水、冰。小峰信号由水合物提供,依此建立了水合物核磁共振信号(幅值和T₂)与温度的关系,可以作为量化分析水合物含量的温度校准依据。     

超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能

针对全尾砂含泥质量分数较高、粒度低的特点,根据充填体作用机理,实验制备出以水淬渣为主要胶凝组分的全尾砂胶结充填材料.利用X线(XRD)和扫描电镜(SEM)对该充填材料的水化产物和微观结构进行研究.研究结果表明:该新型充填料克服水泥全尾砂充填体强度低、充填砂浆黏度大以及成本高等技术难题,抗压强度R28=5.30 MPa是水泥胶结材料的4.7倍,满足矿山充填要求.所配制的充填料有良好的流动性,可以实现浆体自流输送.新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶.大量钙矾石在水化初期形成,是原材料具有较高早期强度的主要因素;钙矶石微观形貌特征为网状或针棒状结构,随着养护时间的增加,水化产物不断发育长大,孔隙逐渐被填充,浆体结构更加致密,具有良好的力学特性.     

烧结法赤泥全尾砂胶结充填料

为了解决全尾砂、赤泥大量堆积产生的环境问题,实验采用烧结法赤泥、全尾砂等固体废弃物制备矿山充填料.结果表明:胶结剂的优化配比为赤泥49.2%+矿渣32.8%+熟料10%+石膏8%;充填料强度随着全尾砂掺量的增加而急剧下降;试块在水化初期即出现钙矾石、C-S-H凝胶,这些水化产物对早期强度的提高有很大帮助;差式扫描-热重分析表明试块在水化初期即可固结大量水.烧结法赤泥全尾砂胶结充填料具有早期强度高、固结水量大以及大量利用废料等特点,可满足目前矿山充填的需要.     

粉煤灰对矿用充填胶固粉性能的影响

为研究粉煤灰对矿用充填胶固粉水化进程的影响,实验研究了不同量粉煤灰掺入矿用充填胶固粉的抗压强度、凝结时间、化学结合水量、浆体的微观结构和水化产物等参数。结果表明:在凝结时间方面,随着粉煤灰掺量增加凝结时间变长;同一龄期条件下30%粉煤灰掺量组的抗压强度与其他掺量组相比最大;化学结合水方面,化学结合水的量最多,能够生成更多的水化产物;SEM测试表明,添加30%的粉煤灰矿用充填胶固粉的微观形貌更加密实,对胶凝材料性能促进效果最好。     

高温养护对钢渣复合胶凝材料早期水化性能的影响

为了探讨高温养护时钢渣复合胶凝材料的早期水化性能,采用了化学结合水的测定、浆体显微观察、X射线衍射分析和孔隙分析等手段进行了研究。结果表明:高温养护能明显缩短复合胶凝材料的水化诱导期,加快其早期反应速率;能够同时促进水泥和钢渣的水化,提高钢渣复合胶凝材料的水化程度。高温养护能改善复合胶凝材料浆体在水化早期形成的孔结构,降低孔隙率,减小粗孔比例;但对水化产物种类的影响很小。     

高温养护对钢渣复合胶凝材料早期水化性能的影响

为了探讨高温养护时钢渣复合胶凝材料的早期水化性能,采用了化学结合水的测定、浆体显微观察、X射线衍射分析和孔隙分析等手段进行了研究。结果表明:高温养护能明显缩短复合胶凝材料的水化诱导期,加快其早期反应速率;能够同时促进水泥和钢渣的水化,提高钢渣复合胶凝材料的水化程度。高温养护能改善复合胶凝材料浆体在水化早期形成的孔结构,降低孔隙率,减小粗孔比例;但对水化产物种类的影响很小。     

低阶煤宏观煤岩组分孔隙结构特征研究

宏观煤岩组分孔隙发育规律研究对准确评价煤储层孔隙结构特征具有重要的现实意义。为得到低阶煤不同组分的孔裂隙发育特征,基于核磁共振技术研究了具有代表性宏观组分(镜煤和暗煤)的孔裂隙类型、孔隙连通性、孔隙度和孔径结构分布。研究发现,低阶煤饱和流体煤样核磁共振横向弛豫时间T₂谱3个谱峰分布于0.1～1 ms、10 ms和>100 ms处,分别对应于吸附孔、渗流孔和裂隙,孔裂隙类型以吸附孔为主;各煤样的T₂截止值和有效孔隙度均表现为暗煤大于镜煤,且煤岩有效孔隙度与渗透率呈线性相关关系;通过表面弛豫率和吸附峰T₂值得出各煤样孔径分布特征,孔径分布结果与液氮吸附测试结果吻合。结果表明,低阶暗煤孔裂隙发育程度优于镜煤,暗煤具有较大的孔径和更好的连通性,更有利于煤层气等流体的渗流和迁移。     

基于流体动力学的膏体料浆动水压力研究

基于流体动力学,借鉴泥石流冲击力的研究成果,建立膏体料浆动水压力力学模型,以某膏体充填矿房为工程实例,开展膏体料浆对充填挡墙作用力的现场监测试验,分析膏体料浆动水压力的变化规律。研究结果表明:假定膏体料浆可稳定流动,当膏体料浆的密度和浓度一定时,塑性黏度不变,膏体料浆的平均流速与阻力坡降和膏体料浆高度的幂呈正相关,膏体料浆动水压力与阻力坡降的幂和膏体料浆高度的4次幂呈正相关;固结作用对膏体料浆动水压力有较大的影响,现场试验三期充填过程中,二期充填时膏体料浆动水压力对充填挡墙作用十分显著,距充填挡墙底部2/3处最大动水压力超过最大静水压力。     

废石尾砂混合料浆流变特性及充填采场流动性试验

为了在金川充填采矿中实现废弃物资源化利用,开展了废石和尾砂两种骨料的混合充填料浆流变特性以及在采场中的流动性研究.首先基于现场取样进行废石和尾砂两种骨料的粒径级配分析,获得了满足充填骨料级配的废石与尾砂的质量比分别是6∶4和5∶5.然后针对这两种混合充填料,进行高浓度充填料浆坍落度试验.结果表明,两种混合充填料浆的坍落度大于20cm,满足金川矿山充填料浆泵送输件的要求;其质量分数在78%以上时属于高流态料浆,但废石与尾砂质量比为6∶4的混合充填料浆的流动性略优于质量比为5∶5的.通过混合充填料浆环管试验,确定了废石与尾砂质量比为6∶4、管径为130mm和质量分数为78%的混合充填料浆为合理管输参数.最后根据充填采场现场调查和强度分析,发现废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆在采场中流动的坡面角分别为0.55°~1.19°和0.38°~1.26°,但料浆在下料点存在不明显的"锥堆"现象.采场中胶结充填体强度呈现"下高上低"现象,说明废石尾砂混合充填料浆仍存在轻度的沉淀离析.     

胶结充填体内部微观结构演化及其长期强度模型试验

通过开展不同灰砂质量比、料浆质量浓度和养护龄期条件下的胶结充填体内部微观结构演化及其强度模型试验,研究充填体内部水化反应产物的类型及形态对其强度发展规律的影响。试验结果表明:水化作用后的水化产物在充填体内部的赋存形态不尽相同,早期多以针状物质存在,通过团絮状、丝状产物相联结;随着龄期的增长,团絮状胶凝物质大量生成,水化产物黏结得较紧密,机械强度得到了进一步的增强,表面仍可以看到少量针状物,但大部分已被絮状物覆盖;90 d时,早期水化反应产生的针状物几乎不存在,更多是以成团状、块状或成片状物质形式存在,且团状物质与团状物质或块状物质间黏结相当密实。对比水化产物元素分析结果可以看出,其主要成分由O,Si,Ca,Al和Mg等元素构成,灰砂质量比越大、料浆质量分数越高,水化产物元素量越多。对不同条件下的充填体强度曲线进行拟合,得到了充填体强度增长规律:充填体的强度增长规律基本一致,增长曲线呈"S"型;强度增长过程可分为强度增长初始时期、强度快速增长时期以及强度增长平缓期;灰砂质量比、料浆质量浓度越高,充填体强度增长越快,增长曲线变陡。     

利用核磁共振测定木材润胀细胞壁的水分含量与孔径分布

【目的】利用核磁共振冻融分析技术测定杉木与杨木两种速生材细胞壁润胀状态吸着水含量与孔隙分布情况,为改性剂粒径选择与改性效果评价提供方法。【方法】常温下获得试样内水分T₂弛豫信号总量,通过核磁冻融分析系统对试样进行降温处理,检测不同冷冻温度条件试样内未冻结水分信号量; 依据Gibbs-Thomson效应确定凝固点降低与孔径的关系,并以此分析孔径分布。【结果】核磁冻融法测定杉木和杨木吸着水饱和含量约为38%,高于通过吸湿外推法估算数值,与溶剂排出法、多孔板法、离心法结果相近; 核磁冻融分析法避免了常温条件按照T₂弛豫分布确定吸着水含量偏小的现象; 两种速生材试样细胞壁润胀状态孔径小于1.59 nm的孔隙占比约为75%,大于4.56 nm的孔隙占比不超过6%,与溶剂排出法、光谱标记法结果相符。【结论】核磁共振冻融分析技术可较为便捷准确地获得木材吸着水含量与细胞壁孔隙分布,其结果可用于指导改性剂粒径的选择与改性效果评价。     

银杏白果干燥过程中水分分布及迁移的变化

【目的】探讨银杏白果在干燥过程中水分分布、迁移规律及低场核磁共振信号量与含水量之间的关系,为银杏白果水分传递模型的建立以及储存过程中含水量的快速测定提供依据。【方法】利用低场核磁共振技术,对不同热风干燥温度(50、60、70、80、90 ℃)处理的银杏白果中氢核的横向弛豫衰减信号进行测试,并利用SIRT模型对数据进行反演,得出横向弛豫时间T₂的反演数据。利用自旋回波脉冲序列对银杏白果的质子密度加权成像。【结果】银杏白果中的水分主要有3种存在状态,分别为结合水(0.79~7.32 ms)、束缚水(13.67~89.07 ms)和自由水(109.70~1 072.27 ms)。经过热风干燥处理改变了银杏白果中水分的结合状态,水分发生明显迁移,自由水和束缚水的信号幅值随干燥温度的升高而逐渐减弱。不同含水率银杏白果的反演峰总面积不同,随着干基含水率的增加,核磁共振信号增强、峰面积增大,两者具有显著的相关性,拟合方程为y=7 436.46x + 153.32(R²=0.993)。核磁共振成像技术通过图片明暗的不同,直观地呈现出不同阶段的水分含量。【结论】干基含水率与核磁共振横向弛豫时间、弛豫峰面积之间有较好的相关性,可以利用低场核磁技术快速检测出银杏白果中的水分含量。通过核磁共振图谱也可以直观地观察银杏白果内部水分含量的变化。     

页岩带压渗吸核磁共振响应特征实验研究

为进一步认识页岩气储层岩石中压裂液等外来流体的影响，选择四川某页岩气藏岩样完成了不带压和带压下渗吸核磁共振响应特征实验。结果表明，不带压自发渗吸过程中，岩样的T₂谱曲线峰值增加、两翼扩展，从单峰特征变成了双峰特征，表明页岩岩样中的渗吸量随时间的增加不断地增加，并形成了新的孔缝系统，这与扫描电镜实验观察的渗吸前后孔隙结构变化结果一致。带压渗吸过程中，岩样的T₂谱曲线表现为单峰特征，且基本上不发生变化；当卸载应力后完成不带压自发渗吸实验时，岩样的T₂曲线表现出了与之前不带压自发渗吸实验观察一致的结果，这说明岩样上作用的应力影响页岩的渗吸特征。因此，在页岩渗吸实验评价及应用中应考虑应力敏感性的影响。     

特/超低渗透油藏不同气驱方式物理模拟

 选取大庆外围特/超低渗透储层岩心进行物理模拟实验,结合核磁共振,通过注水转注气、CO₂混相驱、CO₂非混相驱和周期注气4 种驱替方式,研究不同渗透率级别岩心的驱油效率和剩余油分布,以此对大庆现场注CO₂先导实验区开发提供参考意见。结果表明,在相同条件下,常规注水开发的效果最差,但转注气后能有较大的提升;对于特低渗岩心,周期注气的驱油效率最高;对于超低渗岩心,注水转注气的效果高于其他3 种方式。剩余油分布研究表明,注水转注气、CO₂混相驱和CO₂非混相驱3 种方式动用的主要是大-中孔隙中的油,对于黏土微孔隙中的原油很难进行动用,但是通过周期注气过程中的停注时间,在毛管力和弹性能的作用下,微孔隙中的原油向中-大孔隙中流动,从而增加小孔隙中难动用的原油的动用程度。     

基于核磁与压汞资料的储层孔隙结构特征研究

X1井区位于酒泉盆地营尔凹陷长沙岭构造带，下白垩统下沟组一段（K₁g¹）储层岩石类型主要为岩屑砂岩和长石岩屑砂岩，发育砂泥岩薄互层，储层非均质性强，给储层评价带来较大困难。而流体识别、储层评价及后期开发措施在很大程度上依赖于对储层的孔隙结构的认识。以X1井区为例，对研究区的矿物成分进行统计分析、对电镜薄片观测的孔隙类型进行分类研究，重点根据该井区的压汞及核磁共振T₂谱等测试数据，建立了T₂谱与岩芯孔喉半径的定量计算方法，并结合核磁共振测井资料，形成了连续定量刻画储层孔喉半径变化特征的方法；对孔喉半径的定量刻画，可以为了解储层孔渗的变化提供思路，为研究区储层孔隙结构和储层非均质性研究提供更丰富的信息。     

利用低场核磁共振技术检测刺槐种子吸水过程水分的变化

【目的】探究种子吸水萌发过程中水分相态的变化,为种子吸水、萌发研究提供一种新的研究手段。【方法】以初始温度85 ℃热水处理后的刺槐种子为材料,采用质量法确定种子的吸水曲线,低场核磁共振技术(L-NMR)采集刺槐种子吸水、萌发过程中横向弛豫时间(T₂)的信号,并反演得到T₂弛豫谱,分析此过程中种子体内水分相态及含量的变化。【结果】热水处理后刺槐种子的吸水率远远高于对照组,0~12 h为快速吸水阶段,之后吸水速度变缓,至36 h时吸水渐趋于平衡。核磁共振波谱图表明,刺槐种子水分质量(x)与核磁共振弛豫图谱峰面积(y)呈一元线性回归关系,其线性回归方程为:y = 21 132x + 698.05,R²=0.999 6。刺槐种子在吸水萌发过程中存在3种相态的水:束缚水(T₂₁,>0.1~1.0 ms)、不易流动水(T₂₂,>1~100 ms)、自由水(T₂₃,>100~1 000 ms)。吸水萌发过程中束缚水的峰顶点变化不显著,弛豫范围、峰面积总体呈先上升后下降的趋势,但峰比例总体呈下降趋势,吸水24 h后,比例维持在4%以下,胚根伸出时,束缚水消失。在吸水3~9 h过程中,不易流动水的峰显著向右偏移,随后峰顶点时间趋于稳定(9~96 h);胚根伸出时,峰再次显著向右偏移;弛豫时间范围基本呈不断增大的趋势,胚根伸出时又显著减小;其峰面积总体呈先迅速上升(3~12 h)后保持基本稳定的趋势,但比例略有下降。自由水峰顶点随时间呈先上升后下降的趋势,且在吸水72 h时达到最大值;峰面积及比例的最大值出现在胚根伸出时(3 h时峰面积最大值是最小值的4.16倍)。【结论】刺槐种子在吸水萌发过程中存在3种相态的水,其中不易流动水占比最大,各相态水的含量处于一个动态变化过程;随吸水时间的延长,种子内部营养物质开始分解转化,水分结合能力变弱,特别是胚根穿过种皮时,种子代谢活动旺盛,自由水含量大幅增加。     

从属于指数函数的星像函数子类的四阶Toeplitz行列式

设S*_l表示单位圆盘D={z: |z|<1}内解析函数f(z)的全体, 且满足f(0)=f′(0)-1=0. 研究该函数类S*_l的四阶Toeplitz行列式T₄(2), 并给出其上界估计.     

钢渣粒度分布对钢渣水泥水化特性影响的灰度分析

利用机械激发的原理,从强度与Ca(OH)₂含量两个方面,研究不同球磨时间下钢渣粉的粒度特性以及比表面积对钢渣水泥胶砂水化性能的影响,同时采用灰色关联分析方法探讨钢渣颗粒粒径与钢渣水泥胶砂强度和水化程度的影响规律.结果表明:球磨时间增加,钢渣比表面积增大,活性随之增强;通过DTG热分析发现钢渣的比表面积的变化会影响水化产物Ca(OH)₂结晶和晶体生长速率;钢渣粉中10~20μm粒级对钢渣水泥强度促进作用最大,5~10 μm粒级对钢渣水泥28 d Ca(OH)₂含量促进作用最大,因此增加5~20 μm范围的钢渣颗粒含量,有利于提高钢渣活性.     

双包层As2Se3硫化物光子晶体光纤受激布里渊散射慢光

研究了双包层As₂Se₃硫化物光子晶体光纤内、外包层结构对受激布里渊散射慢光特性的影响.在分析双包层As₂Se₃硫化物光子晶体光纤结构对布里渊增益谱的影响时,考虑了声场的高阶模式.研究结果表明,内包层占空比的变化对慢光特性影响较大,随内包层占空比的增加,布里渊增益谱的主峰逐渐降低,第二个峰值逐渐上升,时间延迟量增加,布里渊增益的变化趋势与其相似.但这些特性受外包层占空比的变化影响较小,布里渊增益谱的第二个峰值略微上升,而时间延迟及增益变化很小.因此双包层As₂Se₃硫化物光子晶体光纤的慢光特性受内包层占空比影响较大.而与内包层相比,这些特性受外包层占空比的影响较小.     

无机盐作用下伊利石水化特性的分子模拟

伊蒙混层水化导致井壁失稳的现象相当突出，蒙脱石的水化研究较多。为研究伊利石在无机盐作用下的水化机理及膨胀特性，通过分子模拟技术建立了1M-tv和1M-cv两种在油气储层中较常见的伊利石晶体模型，并进一步通过分子动力学方法研究了伊利石层间粒子的微观分布和进入层间的无机盐阳离子的水化参数。结果表明，伊利石层间距随吸附水分子数的增大而增大，当水分子数为20时达到饱和状态； 1M-tv构型比1M-cv构型更容易发生水化膨胀； K⁺和Ca²⁺分别是一价阳离子和二价阳离子中水化数和水化半径最小的，且K⁺可以嵌入四面体片层的硅氧六元环中而难以发生离子交换，可有效阻止水分子进入伊利石晶体结构内部；实验结果很好地验证了KCl和CaCl₂对伊利石水化膨胀的抑制性。该结果对于页岩的防塌机理研究和钻井液水化抑制剂的研究具有一定的理论指导意义。