生物质炭孔隙分形特征研究

基于生物质炭孔隙结构压汞法测量结果,采用Menger海绵模型和基于热力学关系模型两种分形模型,对稻壳、法国梧桐树叶、玉米秆、棉花秆种生物质炭的分形维数进行了计算.结果表明基于热力学关系模型比较恰当地反映了生物质炭样的孔隙结构.生物质炭具有较大的分形维数即不规则性,并与生物质种类有关.在种生物质中,树叶炭的分形维最大,玉米秆炭的分形维最小.制炭时的热解温度、热解速率和热解时间等对生物质炭的分形维数均有影响,其中热解温度的影响最大,但它们的影响与生物质的塑性有关.     

生物质颗粒孔隙结构在热解过程中的变化

利用氮气等温吸附/脱附法（-196℃）和扫描电镜（SEM）等研究了热解过程中生物质颗粒孔隙结构的演化规律,并用分形维数来描述焦颗粒内部孔隙表面形态的复杂程度。结果表明,热解温度对生物质焦的孔结构和表面形态有显著影响。热解过程中孔网络结构在发生演变,孔的形状发生了一定变化,且孔径有先变小后变大的趋势。高温导致焦颗粒发生塑性变形,使得孔隙扩大和孔表面更加光滑。随着温度的升高,生物质焦的BET比表面积先增大后减小,500℃以前,孔容积的变化规律与比表面积相近。通过分形FHH方程回归得到的分形维数能较好地表征颗粒内部孔隙表面的分形特征。其分形特征与热解温度密切相关,分形维数的变化与BET比表面积有一定关联。     

生物质焦分形维数计算

采用压汞法的实验数据,计算两种分形模型下生物质焦样的分形维数。其中根据Menger海绵模型计算得到的分形维数Dm的值在2．7～3．1之间,基于热力学关系的分形模型计算得到的分形维数Dr的值在2．7～2．9之间。分析认为第二种模型更好的描述了焦样的孔隙结构,Dr的值比Dm的值更为合理。实验结果表明,分形维数与生物质种类有关,树叶焦样的分形维数整体上大于稻壳焦样的分形维数。生物质焦样的平均孔径与分形维数有关。总的来看,同一生物质焦样的分形维数随着平均孔径的增大而减小。     

热解条件对淮南煤焦孔隙结构的影响

用N2等温吸附(77 K)法考察了热解条件对淮南煤焦孔隙结构的影响.测量了淮南原煤、淮南快焦和淮南慢焦的BET比表面积,并由BJH模型计算得到了孔容积、平均孔径及孔径分布.结果表明,快速热解和慢速热解都可以使煤孔隙结构发达,加速孔的生成和发展,且热解温度越高,趋势越明显,但慢速热解对煤焦孔隙结构的影响更加显著.应用分形维数的概念,结合吸附/脱附曲线得到了煤焦的分形维数,结果表明快速热解和慢速热解都可以增加煤焦的分形维数.     

分形特征在孔渗计算中应用的意义研究

储层孔隙与喉道空间分布具有统计自相似性特点,孔隙结构特征也可以用分形几何学进行描述。与其他方法相比,岩石微观孔隙结构被我们用分形的方法看作复杂无规律的整体进行研究,这样,得到的计算结果更符合真实情况。本文基于压汞实验资料,计算出样品的孔隙结构分形维数。经过深入研究发现,孔隙结构分形维数与储层参数之间具有一定相关性,基于孔隙结构分形维数的储层物性参数建模能够取得较好效果。研究表明基于压汞资料所求取的,孔隙结构分形维数可为储层孔隙结构微观非均质性研究提供有效方法,并为进一步储层评价奠定基础。     

海上低渗致密砂岩气藏渗流模型研究

结合压汞曲线来研究砂岩储层的分形维数,利用实验说明了致密气藏存在分形特性,通过推导计算了致密气藏分形维数,对于复杂的微小孔隙发育的砂岩孔隙结构,分形维数接近3.基于实验证实分形的基础上,考虑基质孔隙和裂缝存在分形特性,并考虑到致密气藏的应力敏感性,基于致密气在纳米级孔隙中的非达西流动特点,建立了新的分形致密气藏渗流模型,通过对模型进行求解的基础上研究了具有分形特性的致密气藏渗流规律.绘制并分析了不同参数影响下的压力动态典型曲线.通过分析表明,基质和裂缝分形参数都对压力动态产生影响,但影响的流动时期和阶段不同.传统的气藏模型是本文所建模型的特例.     

镇泾油田延9储层岩石孔隙结构的分形研究

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征,孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的复杂程度和非均质性。本文应用分形几何原理,对镇泾油田延9低渗透储层岩石的孔隙结构进行了研究。得出储层砂岩孔隙分形维数同孔隙半径呈良好的对数关系。认为孔隙结构分形维数越大,孔隙结构的复杂程度越强,非均质性越强,储集性能越差,反之亦然。     

用分形理论研究低渗储层孔隙结构

储集层岩石的孔隙结构非均质性对于油气的渗流规律以及水驱油效率都具有重要的影响。利用分形理论对孔隙结构的非均质性进行研究。结果表明,分形维数不同孔隙结构不同,所研究的储集层具有单一分形（分形维数2.690 7～2.814 0）和分段分形特征（分形维数2.414 8～2.995 2）;以分形维数为基础,可以根据孔喉渗透率贡献判断孔隙结构的非均质性和复杂程度。     

基于分形理论的油页岩有效扩散系数研究

以直径为1.6—2 mm柳树河油页岩为原料,采用扫描电镜法与氮吸附法得出油页岩吸附-脱附等温线,孔径分布曲线等;分析了油页岩内部孔隙结构,计算出孔道弯曲分形维数与孔隙面积分形维数,并研究油页岩内部的有效扩散系数。结果表明:油页岩吸附-脱附曲线属于Ⅲ型等温线,是一种典型的二端都开放的管状毛细孔型结构的多孔物质;其含有较发达孔隙,孔径分布为0.4—40 nm;油页岩孔道弯曲分形维数越小,孔道越平坦,孔隙面积分形维数为2.464;油页岩有效扩散系数与其内部结构和操作温度有关,温度越高,粒径越小,有效扩散系数越大。     

准噶尔盆地永进油田特低渗储层分类评价研究

针对准噶尔盆地永进油田超深层、特低渗储层渗滤能力差,传统的储层分类评价难以细分界限的特点,引入毛管曲线分形维法和BP神经网络方法。储层岩石的孔隙结构是一种分形结构,可以用分形维数来定量描述其复杂程度。通过建立毛管压力曲线和孔隙大小分布的分形几何模型,计算了孔隙结构的分形维数,定量描述孔隙结构的复杂程度;用BP神经网络方法,经过反复实验和分析,输入5个节点数,即分形维和四条测井曲线系列(包括自然伽马、声波时差、深侧向和浅侧向电阻率),输出1个节点数,即一条深度连续的分形维曲线。网络预测值与实验值精度基本一致,根据上述方法原则求取了各井的分形维曲线,用以储层的精细分类及有效性评价。     

基于核磁共振技术分析生活垃圾焚烧灰渣代砂混凝土的微观结构与抗压强度

孔结构是混凝土微观结构中重要的组成部分,影响着混凝土的宏观性能,为了研究生活垃圾焚烧灰渣代替天然砂对混凝土孔结构和抗压强度的影响,通过核磁共振技术对生活垃圾焚烧灰渣代砂混凝土微观孔结构进行测试,分析了孔隙率和孔隙分布变化规律,并根据分形理论研究了孔隙分形特征,获得各孔径区间的分形维数与整体分形维数,并探讨了各孔径占比、孔隙率和分形维数与抗压强度之间的灰熵关联度。结果表明:随生活垃圾焚烧灰渣代砂率的增加,混凝土孔隙率增加,无害孔占比减小,抗压强度降低;分形维数随着生活垃圾焚烧灰渣代砂率的增加而减小,由于生活垃圾焚烧灰渣具有潜在的水硬性,随龄期的增长,分形维数呈增加趋势,同时孔隙结构得到了优化。灰熵关联度分析发现生活垃圾焚烧灰渣代砂混凝土整体分形维数和无害孔占比对抗压强度影响最大。     

不同渗透率岩心一次进汞-退汞回路的分形特征

利用压汞法测得的毛细管压力曲线,比较分析了不同渗透率岩心的一次进汞-退汞回路的形态特征、变化规律及其孔隙分布特征。结合分形理论,分别用单分形段和多线性段拟合方法对中高渗透岩心和低渗透岩心的分形维数进行了拟合,阐述了分形维数作为量化指标与不同孔隙分布特征的关系。结果表明,中高渗透岩心水银以连续相退出岩心孔隙,进汞-退汞回路的分形特征曲线近于平行,计算的分形维数接近;而低渗透岩心退汞过程水银的连续性被破坏,大部分水银由于被孤立而形成残余饱和度,定量表现为分形特征曲线拟合的分形维数与岩心中较小孔隙的分形维数值接近。     

石墨基浸金属多孔材料微观孔隙结构及其分形特征

为定量描述石墨基浸渍金属材料的孔隙结构特征并研究其对浸渍过程的影响规律,在石墨基多孔材料孔隙形成机理研究的基础上,分析形成浸不透孔洞的原因,并运用分形理论对孔隙结构特征进行了描述. 研究表明,石墨基浸渍金属多孔材料的孔隙结构具有典型的分形特征,其基体、孔隙、浸渍金属分形维数分别为1.80~1.85, 1.55~1.65, 1.50~1.55,未浸渍区域的分形维数为1.42~1.60,孔隙率为17.25%~24.85%. 分形维数反映了孔隙结构的非均质性,与采用压汞实验获得的孔隙率变化规律有较好的一致性,证明可用分形维数表征石墨基浸金属材料的孔隙率.     

Al_2O_3陶瓷粉末注射脱脂生坯分形结构表征

采用分形理论建立PIM脱脂生坯的孔隙分形维数、孔隙面积分形维数和迂曲分形维数,再通过实验研究有效热导率与孔隙率的影响关系,进而揭示Al_2O_3脱脂生坯的微观分形结构特征。研究结果表明:PIM生坯孔隙分形维数越大,孔隙越复杂,其孔隙率越大;有效热导率随着孔隙率的增加而减小;而在相同孔隙率下,有效热导率随着面积分形维数的增大而增大,随着迂曲分形维数的增大而减小。     

鄂尔多斯盆地延安组储层分形特征研究——以红河油田为例

压汞是研究致密储层孔喉结构的技术之一,它可以测定总孔体积、孔径分布以认识致密储层的孔喉结构。通过对红河油田延安组红河207、红河198等井的19组岩心开展压汞实验并结合分形理论的几何模型,lgs和lgr的线性相关系数在0.977～0.998之间变化,标准偏差0.06,说明延安组储层岩石孔隙具有良好的分形结构;计算的孔隙结构的分形维数在2.49～2.68之间变化,平均值2.60,标准偏差0.06。经研究发现孔喉分形维数与孔隙度、渗透率、相对分选系数、结构系数、平均孔喉半径有一定的相关性,说明在延安组层位中分形维数也可以作为表征储层孔隙结构特征的参数,对准确认识储层有积极意义。     

淮南煤焦颗粒内部孔隙结构在燃烧过程中的变化

用氮气等温吸附/脱附（77 K）方法测量了淮南低变质煤及其在850℃条件下燃烧得到半焦的内部孔隙结构.通过分析得到有关煤焦颗粒内部孔隙结构的参数及其与燃尽率之间的关系.由吸附/脱附曲线判断煤焦孔洞的形状呈多样性.结合吸附理论,认为分形BET和分形Freundlich方程回归得到的分形维数分别表征颗粒内部大中孔表面分形维数和微孔体积分形维数.发现在燃烧过程中煤焦的表面分形维数及体积分形维数具有不同的变化趋势.     

根类中药材孔隙结构及其分形特征

认识和表征中药材的孔隙结构,对优化其中有效成分的提取过程有指导作用.今利用SEM、压汞法等考察了根类中药材甘草、黄芪、丹参的饮片及粉末在不同溶剂环境下的孔隙结构.研究结果表明,三种药材的粉末均主要由致密组织和薄壁组织组成,与未处理的情况相比,水溶胀会使薄壁组织含量增加,孔容和比表面积增大,乙醇溶胀不会带来明显的显微结构变化,孔容和比表面积有所减小.对压汞法实验数据的拟合证实三种药材均具有典型的热力学分形特征,分形维数在2.30～2.90之间.对于同一种药材,在水中的分形维数比未处理和在乙醇中的大.中药材分形维数是孔隙结构的综合反映,分形维数越大,孔径的分布范围越宽、小孔越多,越有利于传质.测定分形维数为表征中药材的整体孔隙结构提供了一种手段.     

基于孔结构分形的混杂纤维混凝土抗冻性能研究

为研究粉煤灰掺量对钢-聚丙烯纤维混凝土抗冻性能的影响,设计并制备6种粉煤灰替代率的混杂纤维混凝土,对其进行冻融循环及盐冻循环试验,测试其质量损失、相对动弹模量及弯曲韧性。基于热力学模型计算冻融前后混凝土孔结构分形维数,建立分形维数与混凝土弯曲韧性之间的关系。结果表明:当粉煤灰质量掺量为5%~15%时,随粉煤灰掺量增多,混杂纤维混凝土的抗冻性能明显提升;继续增加粉煤灰掺量至20%,混杂纤维混凝土的弯曲韧性开始降低。混杂纤维混凝土内部孔具有明显的分形特征,分形维数与无害、少害孔总孔隙占比及多害孔孔隙占比均有良好的线性相关性。同时,混杂纤维混凝土孔分形维数与峰值荷载、能量吸收值呈正相关,分形维数越大,混凝土所能承受的峰值荷载越高、能量吸收值越大。     

孔隙分布对分形泡沫金属基相变材料传热特性的影响

基于分形理论,采用Sierpinski分形结构来模拟分形泡沫金属的孔隙结构。以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料,通过数值计算比较了相同孔隙率和分形维数但不同孔隙结构分布规律的泡沫金属基相变材料在恒热流边界条件下的传热特性差异,得到了在传热过程中相变材料的相变率随时间变化及其相场分布情况云图。结果表明：当泡沫金属存在开口孔且所在位置处于热流边界时,孔隙中相变材料的传热速率明显大于不存在任何孔隙处于热流边界的情况;当泡沫金属不存在孔隙处于热流边界时,随着泡沫金属比表面积的增大,孔隙中相变材料传热速率增大;且分形体的分形级数越高,孔隙分布规律对其传热性能的影响程度越大。     

天津软土微观结构下的分形研究

对现场不同区域取回的原状土进行室内颗粒分析试验对其进行定名,对原状试样进行微观试验,从微观角度定量分析其孔隙的分形维数,得出:随含水量增大、孔隙比增大、孔隙变小,孔隙变复杂,分形维数略微增大。