气溶胶吸附法主要采用毛细聚结现象和体积等效替代原理,在假定孔体为圆柱形管状的前提下,建立毛细聚结模型,从而估算岩石孔径分布特征和孔径体积。
测定了在不同压力条件下(压强P与饱和压P0)样品的凝结气量,绘制了等温吸附和脱附曲线,用不同的理论方法可以得到孔径和孔径分布曲线。
根据孔径测量范围的不同,气体吸附法可分为氮气吸附法和二氧化碳吸附法,前者主要用于2~50nm的中孔检测,而后者则主要用于100nm以下的微孔检测,因为在实验条件下,二氧化碳的扩散速度较慢,更容易达到饱和吸附,因此,主要用于2nm以下的微孔结构检测。
根据不同的研究目的,设计了两组泥页岩孔隙结构试验,一组用氮气吸附法对队长7和长9共3294个全岩样进行了全孔结构试验,并与泥页岩矿物成分分析、热解和吸附能力试验等相结合。
主要测试了中孔-大孔(1.74~300nm)的微孔比表面和孔结构参数。另外一组样品还与压汞试验相配合,从页岩中分离出粉砂岩纹层,将粉砂质纹层和页岩压碎成粒度小于250微米的岩石粉末,并在80℃温度下烘干和脱气,然后分别用氮气吸附法和二氧化碳吸附法对粉砂岩纹层和纯页岩层进行孔隙结构试验。
吸氮方法主要测定中孔-大孔(3.0~109.8nm)的比表面积和孔径分布特点;吸二氧化碳方法主要测定微孔(0.3~1.5nm)的比表面积和孔径分布特点。本试验由北京市物理化学分析测试进行,使用美国康塔公司研制的比表面积与孔隙度分析仪。
根据国家标准GB/T21650.1-2008对氮气和二氧化碳进行等温吸附与脱附曲线测试与分析。用氦气置换法真密度仪对孔径分布进行了特征性的定量研究,并对孔隙度进行了测试。同时进行了岩石框架密度的测定。
页岩气吸附气的原始吸附和脱附数据分析中,比表面积和孔径分布解释需要选择合适的理沦模型。当前较为成熟的中孔比表面积分析模型是多点BET吸附比表面积解释模型,通过建立吸附容量V与单层饱和吸附量Vm之间的关系,分析单层P/P0在0.05~0.35范围内的比表面积。
但由于单层吸附在微孔中的发生频率较高,采用单层吸附法推出的朗默尔比表面积值更适合。中孔表面积采用了BET吸附模型,而微孔表面积采用了Langmuier比表面积解释模型。
对吸氮试验的孔径分布结果,用中孔分析中常用的BJH孔径分布计算模型进行了解释,即利用Kelvin方程建立相对压力与孔径的关系。理论和实践证明,用吸附曲线解释吸附试验孔径分布是可行的,并通过对各试样的分析表明,该方法能有效地解决吸附曲线解释中的孔径分布问题,且在4nm时解释结果出现了异常峰,该峰不是其真实内部结构的反映,而是受大孔、中孔、微孔并存的复合孔隙网络系统的影响,利用吸附曲线建立的孔径分布模型可以消除这种假象,提高解释精度。