德國 POROMETER / 2024年一月份電子報- 毛細流動法孔徑分析儀用於分析多孔性岩心之孔徑

說明

*以毛細流動孔徑分析法–評估確認多孔性岩心流動相關參數的為另一種可行性方法的評估。此方法於2013年9月16日至19日在美國加州舉行的國際岩心分析師協會研討會上提出。by Matthias Halisch et al. (Leibniz Institute for Applied Geophysics (LIAG), Germany)

傳統上，壓汞儀已被用於確定多孔性岩心的相關數據指標，如滲透率 (Permeability)和孔喉 (Pore throat )孔徑分佈。 但是，除相當耗時外、破壞性檢測且對環境不友善（需要用汞充滿整個樣品）。為了減少浪費、分析時間和成本，該協會研究了此替代技術。 事實證明，毛細管流孔法（CFP）是石油物理應用中，對於壓汞法外另一種亦可行的替代方法。 它允許在一次分析中快速準確地獲得多個參數和資訊，並具有良好的可重複性，從而將分析時間從數小時縮短至數分鐘。

原理

典型的CFP (Capillary Flow Porometry)分析要求用惰性和無毒的潤濕液浸潤多孔樣品，並使用惰性氣體（例如氮氣）將液體從多孔結構中吹出所謂的濕曲線。“濕曲線”代表相對於所施加壓力的測得氣體流量（與孔徑成反比）。另需分析了乾樣品上施加壓力的流速（“乾式分析”）。從濕曲線,乾曲線和“半乾曲線”（將乾曲線的流量值除以2）獲得的數據可以獲得有關多孔性樣品的樣品資訊（圖1）。

圖1：CFP中的測量曲線和所得參數（d =乾曲線，w =濕曲線，d / 2 =半乾曲線，FBP =最大孔，MFP =平均流量孔：孔徑佔總孔的50％ ；
最小孔徑：在濕曲線和半乾曲線相交處之壓力所得到之孔徑。

此外，可以獲得相對於累積流速分布和校正後的差異流速流速分佈，其可顯示示每單位面積上變化的流量分佈（通常定義為孔徑分佈）。

應用

“ Bentheimer砂岩”（長石10-14％，粘土含量最高6％的石英砂岩）已經由岩心和特殊岩心分析（CAL / SCAL）進行了廣泛研究。 掃描電子顯微鏡和μ-CT斷層掃描成像顯示，孔徑小於5μm與由溶解的礦物相形成的孔結構相關，而小於500 nm的孔徑可歸因於粘土礦物之間的局部孔結構（孔徑<0.04μm ）。

使用POROLUX^TM 1000孔徑分析儀對樣品的切片進行CFP測量。 進行了額外的CAL / SCAL分析（Permeability滲透率，BET表面，孔隙率，NMR，μ-CT），以分析相應的孔結構並比較壓汞法及CFP的分析結果。

結果

對每個樣品進行六次重複實驗以測試CFP法的重複性儀器性能。 每個循環僅花費約一小時，因此該實驗總共用時不到七個小時，相當於在同一測量範圍內進行一次壓汞法所需的分析時間。 圖2顯示了CFP曲線的平均值（左側）。將結果直接與一般孔半徑分佈進行比較（就孔喉而言），需要應用多項式擬合（Best fit: sixth order polynom；residual sum of squares：7.45； R2：0.962） 重新計算擬合曲線下方的面積，使其壓汞儀方法與相同（右側）。

圖2：平均和重新計算的孔徑分佈（左）和多項式擬合，可以更好地與壓汞實驗的結果（右）進行比較。

CFP已證明是一種可用於測量多孔性和可滲透砂岩（例如Bentheimer型）之有效孔徑分佈且可行的替代方法。 CFP具有良好的再現性，與壓汞法分析數據相接近；另外，是由於使用無毒的潤濕液，並且所需壓力明顯較小，因此可以重複使用有價值的標本進行進一步研究。

將兩種方法比較，將CFP所得的孔徑繪製在壓汞法獲得的孔徑分佈圖內。 圖3顯示了這兩種技術的結果，顯示出彼此很好的一致性。 CFP分析值在主分布旁“散佈”了一些孔徑數據，這可能為CFP法計算後所致。

圖3.兩種孔徑分布比較疊圖 (CFP法-綠)

結論

CFP已證明是一種可用於測量多孔性和可滲透砂岩（如Bentheimer）之有效孔徑分佈且可行的替代方法。 CFP具有良好的再現性，與壓汞法分析數據相接近；另外，是由於使用無毒的潤濕液，並且所需壓力明顯較小，因此可以重複岩心樣品以進行其他項目的研究分析。

資料來源：POROMETER

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