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孔隙特征包括孔隙度與孔徑分布,氦氣膨脹法是測定巖石孔隙體積(孔隙度)的主要方法之一,低溫CO2吸附、低溫N2吸附和全自動孔喉分析(壓汞)綜合表征頁巖或致密砂巖全孔徑分布特征。
(1)氦氣孔隙度
為了避免常規(guī)水鉆制樣引進巖石膨脹或機械振動產(chǎn)生次生孔隙,采用線切割制備直徑25mm的柱塞樣(長度≥20mm)測定其有效孔隙度。根據(jù)波義耳定律,采用He膨脹法測定致密巖石的有效孔隙度,測定過程依據(jù)國標(biāo)GB/T 34533-2017《頁巖氦氣法孔隙度和脈沖衰減法滲透率的測定》。
(2)比表面積與孔徑分布
以氣體分子為探針探測待測樣品的微、介和宏孔的比表面與孔徑分布特征。測試過程依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21650.3-2011《壓汞法和氣體吸附法測定固體材料孔徑分布和孔隙度 第3部分:氣體吸附法分析微孔》。
測試樣品在0℃冰水浴環(huán)境下的CO2吸附等溫線,利用描述微孔充填原理的DA、DR和NLDFT等模型分析微孔(直徑<2nm)比表面積與孔徑分布。
測量樣品在-196℃液氮環(huán)境下的N2吸附等溫線,利用BET、BJH和NLDFT等模型分析介孔(直徑介于2-50nm之間)至宏孔(直徑介于50-300nm之間)的孔體積、孔徑分布和比表面積。
相同樣品的低溫CO2吸附和N2吸附聯(lián)合測試,采用最優(yōu)吻合算法連續(xù)表征微孔和介孔的孔徑分布和比表面積特征。
(3)高壓壓汞
高壓壓汞方法用于測量大孔和中孔孔體積和孔隙喉道分布特征,PoreMaster33型全自動孔徑分析儀可分析柱塞樣品和顆粒樣品,建議致密巖石采用顆粒樣品測試,最大進汞壓力200MPa,可測喉道范圍0.006-1080微米(直徑)。壓汞實驗獲得毛細壓力與汞飽和度(進汞和退汞)曲線,根據(jù)壓力和喉道半徑的關(guān)系(Washburn公式),計算喉道分布特征。