توزيع حجم المسام وغيرها من المعالم. توزيع الحجم (المسام والجزيئات)

يمكن تقدير هذه الخصائص بعدة طرق من خلال تساوي حرارة الامتزاز. يقدم Brockhoff وLineen مراجعة مفصلة إلى حد ما لهذه المشكلة. بالإضافة إلى التقنية كثيفة العمالة لقياس متساوي الحرارة الامتزاز بدقة، تتضمن معظم الطرق إجراء حسابات منفصلة لعدد كبير من الفواصل الزمنية للأيسوثرم المعني. ومع ذلك، مع طريقة محسنة بشكل كبير لقياس وإصدار النتائج التي تم الحصول عليها، والقدرة على معالجة البيانات المستلمة وتجميع البرامج لحساب أحجام المسام على جهاز كمبيوتر، يتم تبسيط هذا العمل إلى حد كبير،

يوجد حاليًا نوعان من الأدوات التجارية المتاحة لإجراء هذا النوع من القياس. يستخدم المرء نظام فراغ، تماما مثل الطريقة الأصلية

BET (أداة Micromeretics) وفي الآخر نظام تدفق الغاز (أداة Quantachrome). ويمكن قياس درجة حرارة متساوية مع 10-15 نقطة توازن في غضون ساعات قليلة، ويمكن الحصول على قيم محددة لمساحة السطح وتوزيعات حجم المسام بسرعة كبيرة.

على مدى القرن الماضي، تم تطوير تقديرات رياضية مختلفة لحساب توزيع حجم المسام.

تتضمن معظم الطرق إنشاء منحنى t*، لأنه من الضروري أن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن الامتزاز يحدث على سطح أملس نسبيًا في غياب المسام ويتضح أن طبقة الامتزاز تتكون من عدة طبقات جزيئية سميكة قبل أن يصل ضغط البخار إلى القيمة p/po = 1D الموافق لتكوين السائل. من الواضح، في مثل هذا الفيلم السميك، الذي يتكون من عدة طبقات، لن تكون خصائص النيتروجين هي نفسها بالنسبة للسائل العادي. كما سبق أن أشرنا فإن تحديد أحجام المسام لا يتطلب فقط استخدام معادلة كلفن لحساب أحجام المسام المملوءة بالنيتروجين السائل الذي له خصائص السائل العادي، بل يتطلب أيضًا معرفة سمك طبقة الامتزاز الموجودة على السطح الداخلي للمسام التي لم تمتلئ بعد بالنيتروجين.

للحصول على بيانات تجريبية تأخذ في الاعتبار سمك الفيلم، يجب ألا تحتوي السيليكا قيد الدراسة على مسام دقيقة. قام هاريس وسينغ بدراسة عدد من عينات السيليكا (ذات مساحة سطحية محددة أقل من 12 م2/جم) وأظهروا إمكانية رسم متوسط ​​الحرارة على العينات التي فحصوها على شكل اعتماد vjvm على الأنابيب . ومع ذلك، منذ ذلك الحين، تم إجراء العديد من الدراسات على السيليكا غير المسامية المقابلة لتحديد قيم T بدقة. قام بيبريس وكيسيليف ونيكيتين "بتحضير سيليكا ذات مسام واسعة متجانسة للغاية، لا تحتوي على مسامات دقيقة، عن طريق المعالجة الحرارية للسيليكا المدخنة (الهباء الجوي) في بخار الماء عند درجة حرارة 750 درجة مئوية، والحصول على السيليكا المحددة بمساحة سطحية محددة تبلغ حوالي 70-80 م2/جم ومسام يبلغ قطرها حوالي 400 أمبير القيم المقبولة عمومًا لسمك الغشاء t لقيم مختلفة من p!rho عند استخدام النيتروجين تعتمد على بيانات من Lippens وLinsen وde Boer وde Boer ولينسن وأوسيندا.

في الجدول 5.4 يعرض قيم ^-النموذجية اعتمادًا على p/p0. تسمح المعادلة التالية بحساب سمك الفيلم باستخدام معظم البيانات المنشورة بناءً على متوسط ​​قيم t عند ضغوط p/po أعلى من 0.3:

T_ 4.58 ~ ملغم/V/>س)I/3

الجدول 5.4 الضغط الجزئي للنيتروجين وسمك طبقة النيتروجين الممتز على سطح غير مسامي عند درجة حرارة - 195 درجة مئوية (حسب البيانات)

كما وصفها بروكهوف ولينسن، ساهم العديد من الباحثين في تطوير طرق لحساب توزيعات حجم المسام من متساوي الحرارة الامتزاز. تم إكمال النهج الأصلي والمعادلة العامة التي طورها باريت وجوينر وهاليندا بواسطة بيرس ثم لاحقًا بواسطة كرانستون وإنكلي. وقد تم وصف التطورات اللاحقة لهذه المشكلة بالتفصيل من قبل جريج وسينغ.

طريقة كرانستون وإنكلي. قام كرانستون وإنكلي (39)، باستخدام سمك الفيلم المعروف t من النيتروجين الممتز على الجدران الداخلية للمسام مع ملء المسام بالنيتروجين وفقًا للآلية الموصوفة في معادلة كلفن، بتطوير طريقة لحساب حجم وحجم المسام من فروع الامتزاز أو الامتزاز في الأيسوثرم. يتم إجراء الحساب في قسم الأيسوثرم أعلى من p/po>0.3، حيث توجد بالفعل طبقة ممتصة أحادية الجزيئية على الأقل من النيتروجين.

الطريقة عبارة عن إجراء حسابي تدريجي، والذي، على الرغم من بساطته، ينص على مثل هذه الحسابات في كل مرحلة متتالية. يتكون متساوي حرارة الامتزاز من سلسلة من النقاط التجريبية، تحتوي كل منها على بيانات عن الحجم المقاس للغاز الممتز عند ضغط معين. بدءًا من النقطة p/po = 1.0 مع امتلاء المسام بالكامل، يتم تقليل الضغط تدريجيًا وفي كل مرحلة يتم قياس الحجم الممتص (وهذا ينطبق على متساوي درجة حرارة الامتزاز، ولكن إجراء الحساب سيكون هو نفسه عند النظر في درجة حرارة الامتزاز) . مع انخفاض الضغط من القيمة pi/p0 إلى Pr/Poi، تكون الأحكام التالية صحيحة:

1. يتبخر حجم من النيتروجين السائل AVuq من المسام، وبالتالي يتكون غاز بحجم AVg، والذي يتم التعبير عنه عادةً بالسنتيمتر المكعب في الظروف العادية لكل 1 جم من المادة المازة.

2. إن حجم AVnq من النيتروجين السائل، الذي تمت إزالته من المسام في نطاق أحجام نصف قطرها بين r i وr2، يترك طبقة نيتروجين بسمك t2 على جدران هذه المسام.

3. في المسام التي تم تفريغها في المراحل السابقة، يقل سمك طبقة النتروجين على الجدران من t\ إلى t2.

قد يستفيد القارئ غير المطلع على هذه المشكلة من التمثيل التخطيطي للعملية الموضحة في الشكل. 5.11. يوضح الشكل مقطعًا عرضيًا لعينة بها مسام أسطوانية مثالية تختلف في القطر. يمكن ملاحظة أنه عندما ينخفض ​​الضغط في النظام من pi (الموضع A) إلى p2 (الموضع B)، ينخفض ​​سمك طبقة النيتروجين على جدران الشعيرات الدموية المفرغة من tx إلى t2، وتنخفض كمية النيتروجين السائل نتيجة الامتزاز وفي نفس الوقت يزداد عدد المسام الفارغة.

في الموضع A (الشكل 5.11) يوجد مسام واحد مملوء جزئيًا بقطر 2r حيث يكون النيتروجين السائل حاليًا في حالة توازن مع البخار عند الضغط px. وبالمثل، في الموضع B لدينا مسام واحد يبلغ قطره 2r2، والذي يحتوي على النيتروجين السائل، والذي يكون في حالة توازن عند الضغط p2. في هذه المسام، يتم تحديد نصف القطر كـ fp = t + rk، حيث rz هو نصف القطر المحسوب من معادلة كلفن عند ضغط معين. تعتمد الحسابات على المعادلات التالية. دع L يكون الطول مساويا للطول الإجمالي لجميع المسام المفرغة مع نصف قطر في النطاق من r إلى r2، ودع r هو متوسط ​​قيمة نصف القطر. ومن ثم فإن الحجم الإجمالي للنيتروجين السائل المتبخر في هذه المرحلة يساوي

فوق = 3.14 (rp - t2f L + (t2- tx) Z L

حيث A هو سطح فيلم الامتزاز المتبقي في المسام الفارغة المشار إليها.

متوسط ​​حجم المسام التي نصف قطرها g هو

AV Р = nfpL بحذف القيمة L نحصل على

بما أن rv - t = ru، حيث تم العثور على Γk من معادلة كلفن

حجم الغاز المنطلق، المقاس عند الضغط p ودرجة الحرارة TC، يتوافق مع حجم السائل

فيد = 2377"_

أرز. 5.11. رسم تخطيطي لمادة ماصة وهمية مع مجموعة من المسام الأسطوانية الموضحة في القسم عندما يتم امتصاص النيتروجين عند ضغطين وضغط pr - A pi. تمتلئ جميع المسام التي يبلغ نصف قطرها أقل من n بمادة سائلة ممتصة. يحتوي فيلم الامتزاز على سمك tu ونصف قطر كلفن في المسام، معبأ تحت تأثير التوتر السطحي، يساوي g, . ب - الضغط العلاقات العامة (P2 أولئك الذين ولدوا مع انخفاض الضغط من pt إلى pe (انظر النص).

المساحة A من السطح الداخلي للمسام قيد النظر، على افتراض أنها أسطوانية، تبين أنها تساوي

أ -2 (Vp/rr) ■ 104

حيث يتم التعبير عن Vp بالسنتيمتر المكعب، ويتم التعبير عن نصف القطر gr بالأنجستروم.

باستخدام بيانات الامتزاز، تبدأ الحسابات عند p/p0 بالقرب من 1.0، عندما تمتلئ المسام أساسًا بالنيتروجين السائل. وصف كرانستون وإنكلي الحسابات خطوة بخطوة لحجم المسام ومساحة سطح المسام المفرغة. ومع ذلك، فإن تفاصيل هذا الاعتبار ستكون مفيدة.

يتم إجراء الحسابات في كل مرحلة عند ضغط ثابت، بدءًا من المسام المملوءة وضغط نسبي p/po قريب من 1.0. لكل مرحلة يتم حساب القيم التالية:

1. متوسط؟ ب. اثنين كلفن نصف قطر Tk، و Tr عند الضغوط المقابلة p و p2، معبرًا عنها بالأنجستروم. يتم حساب كل قيمة من معادلة كلفن

4.146 جيجا بايت ~ lgPo //>

2. سماكة الفيلم 11 وt2 عند الضغوط ph وp2، معبرًا عنها بالأنجستروم. يتم أخذ كل سمك t من الجداول أو تحديده من المعادلة

تي - 4.583/(إل جي بو/آر)"/3

3. متوسط ​​نصف قطر المسام غرام في هذه الفترة:

غرام = 0.5 [ز + ز ك، + t2)

4. قيمة t=t\ - t2، معبراً عنها بالأنجستروم.

5. حجم النيتروجين السائل الممتز AVnq لكل وحدة كتلة من المادة المازة، AVuq = 1.55-10-3 AVg، cm3/g، حيث AVg هو حجم غاز النيتروجين المنطلق، المختزل إلى الظروف العادية، cm3.

6. حجم النتروجين السائل المفقود في هذه المرحلة بسبب ترقق الأغشية الموجودة على جدران المسام ويساوي (A0"(Z^)> حيث 2 A هو سطح جدران جميع المسام التي تم إفراغها أثناء عملية الامتزاز عند جميع المراحل السابقة (أو AL للمرحلة الأولى) الحجم المشار إليه يساوي (At) ( £ A) 10~4 وله البعد cm3، حيث يتم التعبير عن At بالأنجستروم، و

بالمتر المربع .

7. AA - 2(AVnq) ص 104.

8. يتم إيجاد قيمة £ A من خلال جمع كافة قيم DA من المراحل السابقة.

تعتبر عملية الحساب المحددة ضرورية في كل مرحلة من هذه الطريقة التدريجية. يتم إجراء سلسلة من الحسابات لكل مرحلة على حدة مع انخفاض الضغوط، ويتم جدولة النتائج.

إجمالي حجم المسام Vc، بدءًا من p/po = 0.3 وحتى أكبر قيمة لـ p/po، هو ببساطة مجموع قيم AViiq التي تم الحصول عليها في كل مرحلة. كقاعدة عامة، يتم رسم الاعتماد الرسومي لـ Vc على log gr.

إجمالي السطح Ls هو مجموع قيم AL التي تم الحصول عليها في كل مرحلة. إذا لم تكن هناك مسام صغيرة، فعادةً ما يصل التيار المتردد إلى قيم تصل إلى 85-100٪ من مساحة السطح التي تحددها طريقة BET. وبما أنه يتم الحصول على الأخير عن طريق قياسات في المنطقة ذات القيم المنخفضة p/po من 0 إلى 0.3، فإن هذا الاتفاق يشير إلى عدم وجود المسام الدقيقة في العينة.

توصل كرانستون وإنكلي إلى استنتاج مفاده أنه بالنسبة للعديد من المواد الهلامية السيليكا، فمن المستحسن استخدام الطريقة المدروسة في الاتجاه المعاكس، بدءًا من القيمة p/p0 = 0.3 وإجراء القياسات والحسابات في المراحل اللاحقة عند الحصول على درجة حرارة الامتزاز.

قدم هوغن مزيدًا من المناقشة حول طريقة كرانستون وإنكلي وقدم بعض المخططات البيانية المفيدة. ومع ذلك، لم يكن من السهل ترجمة نظام المعادلات إلى طريقة للحسابات العملية، ولهذا السبب تم عرض حساب المراحل التي تمت مناقشتها أعلاه بمثل هذه التفاصيل.

يمكن تقدير توزيع حجم المسام من خلال الرسم البياني ^ وفقًا لبيانات Brockhoff و de Boer.

المسام الصغيرة. تنشأ مشاكل خاصة عند قياس وتوصيف أحجام المسام الصغيرة للغاية. ومن المستحيل في هذا الكتاب إعطاء لمحة عامة عن جميع المؤلفات الواسعة التي ظهرت خلال العقد الماضي، ولكن سيتم محاولة وصف بعض جوانب هذه المشكلة، مصحوبة بالأمثلة.

وفقًا لبروناور، من المقبول عمومًا أن "آلية امتصاص الجزيئات في المسام الصغيرة ليست مفهومة جيدًا". صرح سينغ في عام 1976 أنه "لم يتم تطوير طريقة موثوقة لتحديد توزيع حجم المسام الدقيقة." ومع ذلك، فمن الواضح أن الامتزاز في المسام الدقيقة يختلف اختلافًا جوهريًا عن الامتزاز على سطح جدران المسام الواسعة وعلى الأسطح المفتوحة، وأن الجزيئات الموجودة في مثل هذه المسام الدقيقة تخضع لجذب المواد الصلبة المحيطة وتكون في حالة حالة ضغط قوي. ناقش دوبينين نظرية الامتزاز في مثل هذه الظروف، والتي تتضمن مفهوم “حجم المسام الصغيرة”، الذي يصف العملية بشكل أكثر دقة من مفهوم سطح هذه المسام.

وفقًا لأوكرز، لا يمكن تحديد مساحة السطح المحددة في المواد ذات المسام الدقيقة إذا كان نصف قطر المسام الصغير أقل من 12 أ. استخدم هذا المؤلف مصطلح "مسام تحت المجهر" ويعني بهذا المفهوم
كما فعل الباحثون الآخرون، بما في ذلك إيلر، الذين استخدموا مصطلح "المسام الدقيقة". لخص أوكرز إمكانية تطبيق عدد من المعادلات التي تم اقتراحها لأصغر أحجام المسام.

كما أوضح Brockhoff وLinsen بوضوح، يمكن الكشف عن المسام الصغيرة من خلال دراسة متساوي حرارة الامتزاز الموضح على شكل منحنيات /. إذا كان الخط الذي يوضح اعتماد Va على / ينحرف على الرسم البياني نحو الأسفل نحو المحور /، فهذا مؤشر على وجود المسام الصغيرة في العينة. وترد في الشكل 1 رسوم بيانية مماثلة حصل عليها ميخائيل. 5.12 لاثنين من هلام السيليكا. وبما أن قيم المساحات السطحية المحددة للعينات متقاربة، فإن الخطوط الموجودة في المخططات / لها نفس المنحدر تقريبًا. بالنسبة لجيل السيليكا A، وهو ذو مسامية دقيقة وكثيفة، يبدأ المنحنى / بالانحراف نحو الأسفل نحو المحور / عند ضغط نسبي p/po = 0.1. بالنسبة لجيل السيليكا متوسط ​​المسام B، الذي يتميز بكثافة منخفضة، ينحرف المنحنى /- لأعلى عند p/po = 0.5 تقريبًا، أي عندما تبدأ المسام الواسعة بالامتلاء. في مثل هذه المواد الهلامية، التي تحتوي على مسام ذات حجم موحد، من السهل إثبات وجود المسام الدقيقة. ومع ذلك، بالنسبة للكثيرين
في العديد من المواد الهلامية السيليكا، تنتمي نسبة كبيرة من السطح إلى المسام المتوسطة وجزء صغير فقط ينتمي إلى المسام الصغيرة. في هذه الحالة، من الصعب تحديد الانحراف عن الخطية على المنحنى /. درس ميفيل المواد الصلبة ذات البنية المختلطة التي تحتوي على المسام المتوسطة والمسام الصغيرة. قام بتطبيق طريقة /-diagram وأظهر أنه في مثل هذه العينة ذات البنية المختلطة، 10٪ عبارة عن مسام صغيرة.

باستخدام الرسم البياني، أظهر سينغ وجود المسام المتوسطة عن طريق الانحراف عن الخطية فيما يتعلق بالمحور عند القيم الأعلى لـ as. تم إثبات وجود المسام الصغيرة من خلال انحراف المنحنى نحو المحور عند قيم سم مكعب أقل. ق. يتيح لنا استقراء القسم الخطي للمحور السيني تحديد حجم المسام الصغيرة (الشكل 5.13). أجرى مؤلفو العمل مزيدًا من البحث في هذا الاتجاه باستخدام مجموعة كبيرة من السيليكا وقدموا شرحًا للانحرافات بناءً على مفاهيم المسام الصغيرة والمسام المتوسطة.

حصل رامزي وأفيري على بيانات حول امتصاص النيتروجين في السيليكا الدقيقة المضغوطة الكثيفة. لقد رسموا بياناتهم باستخدام المعادلة

تم ضغط مسحوق السيليكا البيروجيني بحجم جسيمات 3-4 نانومتر للحصول على أحجام مسام تبلغ 0.22-0.11 سم3/جم (كثافة تعبئة السيليكا 67-80%)، وهو ما يتوافق مع تكوين المسام بقطر 22-12 أ. في الرسوم البيانية المقدمة في إحداثيات المعادلة المحددة، يظهر انخفاض في منحدرات الخطوط لسلسلة من العينات، مما يشير إلى التغييرات التي تحدث فيها في المنطقة من الملء الكامل لحجم المسام إلى الطبقة الأحادية طلاء (عندما تملأ طبقة أحادية من الممتزات أنحف المسام). في هذا العمل، كان للثابت C على الرسم البياني المرسوم بإحداثيات BET قيمة 73 للمسحوق الأصلي غير المضغوط، وزاد من 184 إلى أكثر من 1000 مع مرور الوقت. كيف انخفض قطر المسام من 22 إلى 12 أ.

طريقة "نموذج المسام" (MP). طور بروناور وميخائيل وبودور طريقة لتحديد التوزيع المميز لحجم المسام، بما في ذلك حتى جزء من المنطقة التي تشغلها المسام الدقيقة.

باستخدام طريقة كرانستون-إنكلي، والتي تتضمن أيضًا المنحنى / ومعادلة كلفن، يمكن حساب المنحنيات التي تميز البنية المسامية للعينة للمسام التي يتراوح نصف قطرها من 10 إلى 150 أمبير. ومع ذلك، فإن النتائج التي تم الحصول عليها تعتمد على الافتراض الذي تم التوصل إليه حول الشكل الأسطواني للمسام لأنه في الواقع بما أن المسام ليست أسطوانية، فإن حساب توزيع حجم المسام لا يعكس الوضع الحقيقي، خاصة في وجود المسام الصغيرة.

في طريقة "نموذج المسام"، تم تقديم مفهوم نصف القطر الهيدروليكي "rh"، والذي تم تعريفه على أنه rh = V/S، حيث V هو حجم النظام المسامي و5 ■ هو سطح جدران المسام. تنطبق النسبة على المسام من أي شكل. يتم حساب قيم V و S من تساوي حرارة الامتزاز أو الامتزاز. عندما يحدث الامتزاز ويتم إفراغ مجموعة من المسام، تبقى طبقة أحادية من جزيئات النيتروجين على جدرانها عند الضغط p. تسمى المساحة الفارغة للمسام بـ "اللب". تمثل هذه القيمة الحجم الممتص ■ حيث انخفض الضغط من p0 إلى p.

تختلف هذه الطريقة عن طريقة كرانستون وإنكلي في أنها تستخدم معادلة كيسيليف بدلاً من معادلة كلفن

U ds = Ar da "

حيث y هو التوتر السطحي؛ ds هو السطح الذي يختفي مع امتلاء المسام؛ - التغير في الإمكانات الكيميائية، دا - عدد جزيئات السائل الموجودة في المسام. (معادلة كلفن هي حالة خاصة لمعادلة كيسيليف المذكورة أعلاه، إذا تم أخذ المسام الأسطوانية في الاعتبار.) يتم حساب التغير في الإمكانات الكيميائية بواسطة المعادلة -Ал = = -RT In (ɪ/σ0). التكامل يعطي

S = -\ - RT في دا

حيث ah هو عدد الجزيئات الممتزة في بداية حلقة التباطؤ وكذلك عدد الجزيئات الممتزة عند التشبع.

تم دمج المعادلة الأخيرة بيانيا على مراحل:

1. أثناء امتصاص مولات المادة، ينخفض ​​الضغط النسبي p/po من 1.0 إلى 0.95.

2. سيكون الحجم الناتج لجميع النوى مساوياً لمنتج a\ والحجم المولي للمادة الممتزة؛ وفي حالة النيتروجين فهو 34.6 أ/سم3.

3. يتم تحديد مساحة سطح Si للنوى المشكلة بالمعادلة

يتم التكامل بيانيا.

4. rh هو نصف القطر الهيدروليكي الذي يساوي الحجم الناتج للنوى (المرحلة 2) مقسومًا على مساحة سطح هذه النوى (المرحلة 3).

ثم في المرحلة التاسعة، عندما يتم امتصاص المول، يتم ملاحظة ما يلي:

1. انخفاض الضغط النسبي p/po من rp/po إلى pn-l/po-

2. الحجم الناتج للنوى هو 34.6 ap cm3. ومع ذلك، عندما يتم امتصاص المادة، يتم إضافة بعض الحجم

يكثف v″ من جدران المسام المتكونة في السابق

مراحل. يتم حساب هذا الحجم vn بناءً على بناء المنحنى /، مما يجعل من الممكن تحديد قيمة At، أي الانخفاض في سمك الفيلم السائل على كامل السطح الإجمالي للنوى المتكونة حتى هذه النقطة . وبالتالي فإن الحجم يساوي منتج At والسطح الإجمالي للنوى. يعد إدخال مثل هذا التعديل نقطة رئيسية في الحساب.

3. الفرق a" - vn يعطي قيمة حجم النوى المتكونة حديثًا في المرحلة n.

4. يتم تحديد المساحة السطحية للنوى الجديدة Sn عن طريق التكامل الرسومي كما في المراحل السابقة.

الشرح أعلاه كافٍ لإظهار الفرق بين "طريقة المسام النموذجية المصححة" وطريقة كرانستون-إنكلي. للحصول على وصف أكثر تفصيلا للطريقة وأمثلة على العمليات الحسابية، يجب عليك الرجوع إلى المصدر الأصلي.

في معظم الحالات، تعطي طريقة "نموذج المسام" قيمة أصغر لنصف قطر المسام عند الحد الأقصى لمنحنى التوزيع من تلك التي تم الحصول عليها بواسطة طريقة كرانستون وإنكلي، على سبيل المثال، للعينات ذات نصف قطر المسام في حدود 5-10 A عند استخدام متساوي درجة حرارة الامتزاز وفقًا لهذه الطريقة، تم الحصول على قيمة نصف القطر عند الحد الأقصى لمنحنى التوزيع لتكون حوالي 6 A، وباستخدام طريقة Cranston-Inkley 10 A. Hannah et al.

بالنسبة لمجموعة واسعة من المواد الهلامية السيليكا المختلفة، تم الحصول على اتفاق جيد في أحجام المسام باستخدام النيتروجين أو الأكسجين كمادة ممتصة عند درجتي حرارة تجريبيتين مختلفتين. في بعض الحالات المذكورة في هذا العمل، تحتوي عينات السيليكا على كل من المسام الصغيرة والمتوسطة.

معيار لتحديد أحجام المسام. هوارد وويلسون

وصفنا استخدام طريقة "المسام النموذجية" على عينة من السيليكا متوسطة المسام Gasil(I)، والتي تتكون من مجالات يبلغ متوسط ​​نصف قطرها 4.38 نانومتر، ومعبأة برقم تنسيق 4. وتعد هذه السيليكا أحد المعايير

SCI/IUPAC/NPL لتحديد مساحة سطحية محددة ويمكن أيضًا استخدامه كمعيار لتحديد أحجام المسام ومعايرة المعدات التي تعمل وفقًا لمبدأ طريقة BET على نطاق الضغط بأكمله.

تم توضيح طريقة MP بواسطة ميخائيل وبروناور وبودوت. وقد أظهروا إمكانية تطبيق هذه الطريقة على دراسة المسام الصغيرة، و"طريقة المسام النموذجية المصححة" على دراسة المسام الكبيرة. عندما يتم تطبيق هذه الطريقة على هلام السيليكا، الذي يحتوي على كل من المسام الصغيرة والمتوسطة، فإن طريقة MP تعطي قيمة إجمالية لمساحة سطح المسام التي تتوافق مع القيمة التي وجدتها طرق BET. تشير هذه الحقيقة إلى أنه على الرغم من الاعتراضات التي أثيرت ضد استخدام طريقة BET لدراسة العينات الصغيرة المسامية، فمن المؤمل أن توفر هذه الطريقة بيانات موثوقة عن مساحات سطحية محددة حتى في هذه الحالات.

يمكن اعتبار الفحص التفصيلي لبنية المسام لخمسة مواد هلامية من السيليكا بواسطة Hagemassy وBrunauer نموذجيًا للعمل من هذا النوع الذي تم فيه تقييم بنية المسام باستخدام طريقة MP. قارنت هذه المقالة الماء وبخار النيتروجين كمكثفات، وكانت البيانات التي تم الحصول عليها متفقة بشكل جيد إلى حد ما، مما أعطى أقطار المسام عند الحد الأقصى لمنحنيات التوزيع البالغة 4.1 و4.6 أمبير، على التوالي. ومع ذلك، بالنسبة للممتزات التي تحتوي على أي مساحات سطحية كارهة للماء، يجب استخدام النيتروجين.

سوبرمايكرو -

الأساس لهذا التصنيف المقترح هو أن المسامات فائقة الصغر والمسام المتوسطة، ولكن ليس المسام الصغيرة، يمكن إخضاعها لدراسة مفصلة.

وتعرضت الطريقة النائبة للانتقادات، وتلاها تفنيد الانتقادات.

المسام الدقيقة للغاية أو المسام الصغيرة. يبلغ نصف قطر هذه المسام أقل من 3 أ. وظلت الآلية التي يتم بها ملء هذه المسام هي الموضوع الرئيسي للمناقشة. من الواضح أنه إذا كان أصغر جزيء غاز معروف (الهيليوم) غير قادر على اختراق المسام، فإن المسام ببساطة غير موجود، حيث تم تأكيد ذلك

تجربة. وبالتالي، فإن الحد الأدنى لأحجام المسام التي يمكن اكتشاف هذه المسام فيها يعتمد على حجم الجزيء الممتز المستخدم.

القضية الرئيسية هي النظر في الحالة التي يدخل فيها الجزيء إلى مسام يبلغ قطره أقل من ضعف حجم الجزيء. في هذه الحالة، يكون تفاعل فان دير فال قويًا جدًا، وتكون حرارة الامتزاز أعلى بشكل ملحوظ منها على سطح مستو. لذلك فإن مثل هذا الوضع يختلف عن الوضع عند تكوين جزيء واحد متعدد الجزيئات؟ لويا أو ملء الشعيرات الدموية للمسام.

وفقًا لـ دوليمور وهيلي، فإن المسام التي من المحتمل أن يكون قطرها من 7 إلى 10 أمبير عند تحديدها من متساوي الحرارة لامتصاص النيتروجين يبلغ قطرها في الواقع 4 إلى 5 أمبير فقط في هلام السيليكا المحضر من جزيئات السول ~ 10 أمبير فقط، وقد تبين أنها صغيرة جدًا حتى جزيئات الكريبتون لا تستطيع الدخول إليها. من المعروف أن حمض المونسيليك يتبلمر بسرعة عند قيم pH منخفضة ليشكل جزيئات بنفس الحجم تقريبًا. قام دوليمور وهيل بإعداد مثل هذا الجل باستخدام طريقة التجفيف بالتجميد لمحلول 1% من حمض المونسيليك عند درجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية. نظرًا لأنه تمت إزالة كمية كبيرة من الماء أثناء التبخر والتجميد، كانت قيمة الرقم الهيدروجيني للنظام أثناء عملية الجيلاتين هي 1-2، أي القيمة بالضبط عند ملاحظة أبطأ نمو للجزيئات، ويمكن تسمية هذه السيليكا بأنها "مسامية". ، نظرًا لأن جزيئات الهيليوم اخترقت مثل هذه "المسام" (وهذه الجزيئات فقط). لاحظ أن جزيئات الهيليوم تخترق أيضًا الكوارتز المنصهر، لذلك، وفقًا للنهج المقبول عمومًا، تعتبر هذه السيليكا غير مسامية.

حرارة الامتزاز متساوية. تبين أن حرارة الامتزاز في المسام الصغيرة مرتفعة بشكل غير طبيعي. وجد سينغ وراماكريشنا أنه من خلال الاختيار الدقيق للمواد الممتزة واستخدام طريقة التحقيق a5، كان من الممكن التمييز بين الامتزاز الشعري والامتزاز في المواقع السطحية عالية الطاقة. وقد تبين أنه في نطاق p/po من 0.01-0.2، تظل الحرارة المتساوية لامتصاص النيتروجين على هلام السيليكا التي لا تحتوي على المسام المتوسطة ثابتة بشكل أساسي عند مستوى 2.0 كيلو كالوري/مول. على هلام السيليكا الذي يحتوي على مسامات متوسطة، لوحظ انخفاض في الحرارة من 2.3 إلى 2.0 كيلو كالوري / مول، وعلى هلام السيليكا صغير المسام تنخفض الحرارة متساوي الحرارة من 2.7 إلى 2.0. الحرارة المتساوية qst تحت - تتم قراءتها من متساوي الحرارة الامتزاز باستخدام معادلة كلاوسيوس-كليبرون.

يمكن ببساطة وصف المسامية الدقيقة من خلال رسم اعتماد الحرارة المتساوية على p/p0، التي تم الحصول عليها من متساوي الحرارة لامتصاص النيتروجين.

تم إجراء دراسات قياس السعرات الحرارية للمسامية الدقيقة، حيث تم قياس الحرارة المنبعثة أثناء امتزاز البنزين على هلام السيليكا. وأكدوا أن طاقة الامتزاز كانت أعلى في المسام الصغيرة وقاموا بقياس مساحة السطح التي كانت لا تزال متاحة لامتصاص جزيئات النيتروجين في مراحل مختلفة من امتزاز البنزين.

وصف Dubischin المسامية الدقيقة باستخدام المعادلة

حيث a هي كمية المادة الممتزة؛ T - درجة الحرارة المطلقة. Wo هو الحد الأقصى لحجم المسام الصغيرة؛ v* هو الحجم المولي للمادة الممتزة؛ B هي المعلمة التي تميز حجم المسام الصغيرة.

في حالة احتواء العينة على مسام بحجمين، يتم التعبير عن a كمجموع مصطلحين متشابهين يختلفان في قيم Wо وB.

عند درجة حرارة ثابتة تأخذ المعادلة الشكل

حيث يمكن حساب C في O من متساوي حرارة الامتزاز وتحويلها إلى قيم Wо وB. استخدم Dubinin هذه الطريقة للحصول على خصائص عينة هلام السيليكا التي تحتوي على مسام صغيرة بأقطار تتراوح بين 20-40 A. ولا تزال هذه الطريقة قيد التحسين. .

الممتزات التي تختلف في الحجم الجزيئي. يمكن استخدام هذه الممتزات في البحث من خلال بناء منحنيات / من أجل الحصول على توزيع حجم المسام الصغيرة. استخدم ميخائيل وشبل مواد مثل الماء والميثانول والبروبانول والبنزين والهكسان ورابع كلوريد الكربون. وارتبطت الاختلافات في البيانات التي تم الحصول عليها بحجم مسام عينة السيليكا، وكذلك درجة الهيدروكسيل لسطحها. إن جزيئات معظم الممتزات المدرجة ليست مناسبة لقياس أسطح السيليكا التي تحتوي على مسام دقيقة.

وكان بارتيل وباور قد أجرىا في السابق دراسات على هذه الأبخرة عند درجات حرارة 25 و40 و45 درجة مئوية. قام فو وبارتيل، باستخدام طريقة الطاقة الحرة السطحية، بتحديد مساحة السطح باستخدام أبخرة مختلفة كمواد ممتصة. ووجدوا أن القيم السطحية في هذه الحالة كانت متوافقة بشكل عام مع القيم المحددة من امتصاص النيتروجين.

يمكن استخدام الماء لقياس سطح المواد الصلبة التي تحتوي على مسام دقيقة ذات حجم يجعل من الصعب على جزيئات النيتروجين الكبيرة نسبيًا اختراقها. تم استخدام طريقة MP، أو "طريقة المسام النموذجية المصححة"، من قبل مؤلفي العمل لدراسة سيليكات الكالسيوم المائي.

هناك طريقة أخرى لتحديد الخصائص المسامية الدقيقة وهي أخذ قياسات عند ضغوط نسبية قريبة من التشبع. تظهر الاختلافات في أحجام الامتزاز أن حجم المسام وحجمها لا يسمحان لجزيئات كبيرة مختارة من المادة الممتزة باختراقها، في حين أن أصغر الجزيئات المستخدمة، مثل جزيئات الماء، تظهر اختراقًا "كاملًا" في هذه المسام، والذي يحدده حجم الامتزاز.

عندما تكون المسام الصغيرة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن لجزيئات الميثانول أو البنزين الدخول إليها، فإنها لا تزال قادرة على امتصاص الماء. وصف فيسوتسكي وبولياكوف نوعًا من هلام السيليكا الذي تم تحضيره من حمض السيليك وتجفيفه عند درجة حرارة منخفضة.

طور جريج ولانجفورد نهجًا جديدًا، يُسمى بطريقة ما قبل الامتزاز، لتحديد المسام الصغيرة في الفحم في وجود المسام المتوسطة. أولاً، تم امتصاص النونان، الذي اخترق المسام الدقيقة عند درجة حرارة 77 كلفن، ثم تم ضخه عند درجة الحرارة العادية، لكن المسام الدقيقة ظلت مملوءة بعد ذلك، تم قياس سطح العينة باستخدام طريقة النيتروجين BET بالطريقة المعتادة كانت نتائج هذا التحديد متوافقة مع السطح المقاس هندسيًا والذي تم العثور عليه بواسطة المجهر الإلكتروني، ومن المؤكد أنه يمكن استخدام طريقة مماثلة لما قبل الامتزاز لدراسة المسام الدقيقة للسيليكا، ولكن في هذه الحالة، ربما يتعين استخدام مادة ممتزة قطبية أكثر بكثير. لمنع المسام الدقيقة، مثل ديكانول.

تشتت الأشعة السينية بزوايا صغيرة. استخدم ريتر وإريك هذه الطريقة وقاما بمقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع قياسات الامتزاز. قارن لونجمان وآخرون طريقة التشتت مع طريقة المسافة البادئة للزئبق. وحتى في وقت سابق، تم وصف إمكانيات هذه الطريقة من قبل بوراج-كوسيتز وآخرين، وبورودا وإيميليك، وتيشنر وكارتريت.

18 الأمر رقم 250

طريقة ضغط الزئبق . لا يبلل الزئبق سطح السيليكا، ويتطلب الأمر ضغطًا عاليًا لإجبار الزئبق السائل على الدخول إلى المسام الصغيرة. اشتق واشبورن المعادلة

حيث p هو ضغط التوازن؛ أ - التوتر السطحي للزئبق (480 داين/سم)؛ 0 - زاوية التلامس بين الزئبق وجدار المسام (140 درجة)؛ غرام - نصف قطر المسام.

ويترتب على هذه المعادلة أن الناتج pgr = 70,000 إذا تم التعبير عن p بالأجواء وgrp بالأنجستروم. يمكن للزئبق أن يخترق المسام التي يبلغ نصف قطرها 100 أمبير عند ضغط أعلى من 700 ضغط جوي. ولذلك، يجب تطبيق ضغوط عالية جدًا لاختراق الزئبق في المسام الدقيقة.

إحدى المشاكل هي أنه إذا لم يكن هلام السيليكا قويًا جدًا، فسيتم تدمير بنية العينة بسبب الضغط الخارجي للزئبق قبل أن يتمكن الزئبق من اختراق المسام الدقيقة. ولهذا السبب فإن طريقة قياس تساوي درجة حرارة امتصاص النيتروجين هي الأفضل لأغراض البحث. ومع ذلك، بالنسبة للمواد الصلبة القوية مثل محفزات السيليكا الصناعية، يكون قياس مسامية الزئبق أسرع بكثير، ليس فقط من حيث أداء التجربة نفسها، ولكن أيضًا في معالجة البيانات لإنشاء منحنيات توزيع حجم المسام.

مقاييس مسامية الزئبق التجارية متاحة على نطاق واسع، ويتم وصف الإصدارات المحسنة من هذه الطريقة في الأعمال. قام De Wit وScholten بمقارنة النتائج التي تم الحصول عليها عن طريق قياس مسامية الزئبق مع نتائج الطرق المعتمدة على امتصاص النيتروجين. وخلصوا إلى أنه من غير المرجح استخدام طريقة المسافة البادئة بالزئبق لدراسة المسام التي يقل قطرها عن 10 نانومتر (أي نصف قطرها أقل من 50 ألف). في حالة مسحوق الهباء الجوي المضغوط، تبين أن نصف قطر المسام، الذي تحدده المسافة البادئة للزئبق، عند الحد الأقصى لمنحنى التوزيع، يبلغ حوالي 70 أمبير، بينما أعطت طريقة امتصاص النيتروجين قيم 75 و 90 أمبير عند الحساب منحنى التوزيع بطرق مختلفة. قد يكون التناقض ناتجًا عن الغضروف المفصلي الزئبقي المنحني الذي يبلغ نصف قطره حوالي 40 أمبير، والذي يتميز بتوتر سطحي أقل (50٪ تقريبًا) مما هو عليه في حالة ملامسة الزئبق لسطح مستو. ووفقا لزويترينج، هناك توافق ممتاز بين هذه الطرق عندما يكون قطر المسام حوالي 30 نانومتر. قدم فريفيل وكريسلي وصفًا تفصيليًا لتشغيل مقياس مسامية الزئبق التجاري (أو مقياس الاختراق)، وإدخال التصحيحات اللازمة، والطريقة الفعلية لحساب أحجام المسام. كما قدم المؤلفون منحنيات مسامية نظرية لحالات العبوات المختلفة للمجالات ذات الحجم الموحد.

الوثيقة الأصلية?

محاضرة4

توزيع حجم المسام

تعتمد نفاذية الوسط المسامي بشكل أساسي على حجم قنوات الترشيح. ولذلك، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لدراسة هيكل مساحة المسام.

يمكن الحصول على اعتماد النفاذية على حجم قنوات الترشيح من خلال التطبيق المشترك لقوانين دارسي وبوازيل على وسط مسامي يمثله نظام من الأنابيب لها نفس المقطع العرضي على طول الطول. وفقا لقانون بوازويل، تدفق السوائل ( س) من خلال مثل هذه الوسيلة التي يسهل اختراقها سيكون

(1)

أين ن- عدد المسام لكل وحدة منطقة الترشيح؛

ر- متوسط ​​نصف قطر قنوات الترشيح؛

ف- منطقة الترشيح؛

دص- انخفاض الضغط

م - اللزوجة الديناميكية للسائل.

ل- طول الوسط المسامي .

معامل المسامية لنموذج الوسط المسامي يساوي

(2)

ثم نعوض بـ (2) في (1) نحصل على:

(3)

وفقا لقانون دارسي، فإن تدفق السوائل من خلال مثل هذه الوسيلة المسامية سيكون

(4)

هنا ك- معامل النفاذية.

حل (3) و (4) ل ك، نحصل على:

أين

إذا قمنا بقياس النفاذية بـ mkm 2 ونصف القطر بـ mkm، إذن

(5)

التعبير الناتج قليل الفائدة لحساب حجم قنوات الترشيح في الوسائط المسامية الحقيقية، لكنه يعطي فكرة عن معلمات هذه الوسائط التي لها التأثير الأقوى على النفاذية.

مكنت دراسات الخزانات في الحقول في أودمورتيا ومنطقة بيرم من الحصول على ارتباطات بين متوسط ​​​​نصف قطر قنوات الترشيح وخصائص سعوية الترشيح للصخور. بالنسبة للصخور الثلاثية والكربوناتية، يتم وصف هذا الاعتماد، على التوالي، من خلال المعادلات

وبالتالي، على مدى مجموعة كاملة من التغييرات في خصائص سعوية الترشيح للصخور، يكون متوسط ​​​​أحجام قنوات الترشيح في الكربونات أعلى بمقدار 1.2-1.6 مرة من الصخور المتجمدة.

توزيع قنوات التصفية حسب الحجم

إحدى الطرق الرئيسية لدراسة بنية قنوات الترشيح في الوسائط المسامية هي قياس الشعيرات الدموية - الحصول على منحنى الضغط الشعري ومعالجته من أجل الحصول على معلومات مثيرة للاهتمام حول طبيعة توزيع حجم قنوات الترشيح، وحساب متوسط ​​نصف القطر، و خصائص عدم تجانس الوسط المسامي. تميز منحنيات الضغط الشعري اعتماد تشبع المياه الصخرية على الضغط الشعري. يتم الحصول عليها عن طريق المسافة البادئة للزئبق أو الغشاء شبه المنفذ أو الطرد المركزي. الأول الآن لا يستخدم عمليا بسبب السمية وعدم القدرة على إعادة استخدام العينات المدروسة في دراسات أخرى. تعتمد الطريقة الثانية على إزاحة الماء من العينة تحت الضغط من خلال غشاء مسامي جيدًا (شبه منفذ) مشبع بالماء. في هذه الحالة، يزداد الضغط في العينة تدريجيًا وبعد تثبيت وزن العينة أو حجم السائل المزاح، يتم حساب التشبع المائي للوسط المسامي عند ضغط محدد، والذي عند تحقيق التوازن يعتبر متساويًا إلى الضغط الشعري. يتم تكرار العملية حتى يتم تحقيق خاصية التشبع المائي المتبقي (أو غير القابل للاختزال) للظروف الجيولوجية للمنطقة قيد الدراسة. تم تحديد الحد الأقصى لضغط المسام تجريبياً لمنطقة معينة بناءً على نتائج مقارنة التحديدات المباشرة وغير المباشرة لتشبع الماء المتبقي في الصخور المدروسة.

الطريقة الثالثة تعتمد على نفس المبادئ، ولكن يتم تنفيذها عن طريق الطرد المركزي لعينات مشبعة بالماء في سائل غير مبلل، على سبيل المثال، الكيروسين. إذا تم قياس الضغط في العينة في الطريقتين الأوليين، فيجب حسابه أثناء الطرد المركزي بناءً على بيانات حول سرعة ونصف قطر الدوران وطول العينة وكثافات السوائل المشبعة. لحساب الضغط الناتج عند تدوير العينة، يتم استخدام صيغة، يتم الحصول عليها على افتراض أن الوسط المسامي تم تصميمه بواسطة مجموعة من قنوات الترشيح ذات المقطع العرضي المتغير.

,

أين باي- متوسط ​​الضغط في جزء من طول قناة الترشيح ل أنا، وجود مقطع عرضي ثابت.

ويتم تقديمه في شكل منحنى توزيع الكثافة الاحتمالية لقنوات الترشيح حسب الحجم. يتم تعريف متوسط ​​نصف القطر المكافئ لقنوات التصفية على أنه

ص أف = س(ص ط أف * ث ط)/ سواي ،(9)

حيث R i av =(R i + R i+1)/2 هو متوسط ​​نصف القطر في نطاق التغيرات في الضغط الشعري من P ki إلى P ki+1.

W i = (K i -K i+1)/(R i -R i+1) - كثافة الاحتمال في هذا الفاصل الزمني لتغيرات نصف القطر.

يرتبط مجال آخر لتطبيق منحنيات الضغط الشعري بتقييم طبيعة التغيرات في تشبع الصخور بالماء في المنطقة الانتقالية للتكوين. ولهذا الغرض، يتم عرض نتائج قياس الشعيرات الدموية في شكل دالة ليفريت

اعتمادًا على التشبع المائي للوسط المسامي في المنطقة الانتقالية للتكوين، يتم تحديد نفاذية الطور وتقييم المعلمات الهيدروديناميكية والقدرة على إنتاج النفط بكمية معينة من المياه المرتبطة.

قابلية التبلل السطحي

ويتبلل السطح الصخري بدرجات متفاوتة بموائع التكوين مما ينعكس على طبيعة ترشيحها. هناك عدة طرق لقياس قابلية البلل.

أولاً، تعتمد الطريقة المستخدمة على نطاق واسع على قياس الأبعاد الهندسية لقطرة زيت موضوعة على جزء رقيق من الصخر ومغمورة في الماء أو في محلول مادة كيميائية. باستخدام مقاعد البدلاء البصرية، يمكن قياس زوايا الاتصال الثابتة والحركية. تميز زوايا التلامس الثابتة الخصائص الفيزيائية والكيميائية العامة للصخور الحاملة للنفط وخصائص ترطيب السوائل. من المهم معرفة الزوايا الحركية عند دراسة الترطيب الانتقائي للصخور أثناء عملية إزاحة الزيت بالماء من الأوساط المسامية ولتقييم علامة وحجم الضغط الشعري في قنوات الترشيح.

أين ح- ارتفاع السقوط؛

د– قطر منطقة الهبوط .

تشير زاوية التلامس إلى سائل أكثر قطبية (الماء)، لذلك عند حساب زاوية تلامس قطرة زيت في الماء، يتم طرح الزاوية المقاسة من 180° .

جميع الطرق المستخدمة بشكل شائع لقياس زوايا التدفق الداخلي والخارجي على الألواح المائلة لا تجعل من الممكن إعادة إنتاج العمليات التي تحدث في الوسائط المسامية الحقيقية.

ويمكن الحصول على فكرة عن خواص ترطيب الماء وطبيعة سطح قنوات الترشيح عن طريق قياس معدل تشبع وسط مسامي بسائل أو الإزاحة الشعرية لهذا السائل بآخر.

واحدة من أبسط الطرق وأكثرها إفادة الآن هي طريقة أموت-هيرفي لتقييم قابلية بلل سطح قنوات الترشيح. ويعتمد على دراسة منحنيات الضغط الشعري التي يتم الحصول عليها عند امتصاص الماء وتصريفه من العينات الصخرية. يتم تعريف مؤشر الترطيب على أنه لوغاريتم نسبة المناطق الواقعة تحت منحنيات الضغط الشعري أثناء التصريف والامتصاص. تتراوح قيمة مؤشر قابلية التبلل من -1 للأسطح الكارهة للماء تمامًا إلى +1 للأسطح المحبة للماء تمامًا. تتميز الصخور التي يتراوح مؤشر قابلية البلل فيها من -0.3 إلى +0.3 بأنها ذات قابلية للبلل متوسطة. ومن المحتمل أن قيمة مؤشر قابلية البلل هذا تعادل كوس س. على الأقل يتغير في نفس النطاق وبنفس العلامات. في خزانات حقول أودمورتيا، تتراوح مؤشرات الترطيب من -0.02 إلى +0.84. وهذا يعني أنه تم العثور على صخور وصخور محبة للماء في الغالب ذات قابلية بلل متوسطة. علاوة على ذلك، فإن الأخير هو السائد.

تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من تنوع خصائص السطح، فإن مؤشرات قابلية التبلل تمثل نوعًا من الخصائص المتكاملة، لأن في الوسائط المسامية الحقيقية، هناك دائمًا قنوات لم تحتوي على زيت أبدًا، وبالتالي ظلت دائمًا محبة للماء. لذلك، يمكن الافتراض أن قنوات الترشيح الكبيرة الرئيسية التي تتحرك فيها الهيدروكربونات هي أكثر كارهة للماء مما يمكننا تقديره باستخدام الخصائص المتكاملة.

سطح محدد

يتم قياس السطح المحدد بـ م 2 / م 3 أو م 2 / جم. يعتمد حجم السطح المحدد على التركيب المعدني والحبيبي وشكل الحبوب ومحتوى ونوع الأسمنت. المواد الماصة الطبيعية هي الأكبر سطح محدد: الطين، الطرابيولي، أنواع معينة من البوكسيت، رماد الطوف.

لتقييم مساحة السطح المحددة، تم تطوير طرق البحث المعملية مثل الامتزاز والترشيح والبصرية والمجهرية الإلكترونية والحبيبية وغيرها من طرق البحث المعملية.

يمكن أن تكون طرق الامتزاز ثابتة وديناميكية وتعتمد على: 1) امتزاز بخار النيتروجين، والأرجون، والكريبتون، والماء، والكحوليات، والهيدروكربونات؛ 2) امتزاز المواد من المحاليل. 3) التبادل السطحي؛ 4) حرارة امتصاص البخار وترطيبه.

تعتمد طرق الترشيح على ترشيح الغازات أو السوائل المضغوطة والغازات المخلخلة في وضعي التوازن وغير التوازن.

يعتمد قياس المسامية بالزئبق وطريقة إزاحة السائل الذي يبلل مساحة مسام الصخور بسائل غير مبلل أو العكس على دراسة الظواهر الشعرية.

تتضمن إحدى طرق تقدير المساحة السطحية المحددة لقنوات الترشيح (كوزيني-كرمان) دراسة المسامية والنفاذية والتوصيل الكهربائي في عينة صخرية. بعد ذلك، بمعرفة هذه المعلمات، يمكنك حساب المساحة السطحية المحددة لقنوات الترشيح

هنا تز - التعرج الهيدروليكي.

و- ثابت كوزيني؛

لالعلاقات العامة - النفاذية، م2؛

من - المسامية، الوحدات

من المقبول عمومًا أن حيث (هنا  vpc و  v هي المقاومة الكهربائية للصخور المشبعة بالماء والماء). عيب هذه الطريقة هو الحساب المشروط للغاية لمعامل التعرج ومعامل كوزيني غير المعروف.

وتعتمد طريقة أخرى على ترشيح الهيليوم والأرجون من خلال عينة من وسط مسامي، وفي هذه الحالة يتم حساب قيمة سطح الترشيح المحدد باستخدام الصيغة

أين س sp - سطح ترشيح محدد، سم -1؛

ف هو, ف آر- الضغط في خط الهيليوم والأرجون، Pa؛

م- المسامية.

د, ل- قطر وطول العينة، سم؛

ح ef - اللزوجة الفعالة لخليط الغاز Pa× مع؛

ر- ثابت الغاز 8.31× 10 7 ;

ت-درجة الحرارة، س ك؛

ج  , جد - التدفق الكلي وانتشار He خلال العينة، مول× س -1 .

أين دبليو- السرعة الحجمية لخليط الغاز سم 3 /ث؛

مع- التركيز الحجمي لـ He في خليط الغاز %.

تركيز الحجم هويتم تحديد التدفق الإجمالي لخليط الغاز من الرسم البياني لمعايرة مقياس القسطرة، المرسوم في الإحداثيات ش(ضد)-ج(٪). يتم تحديد حجم تدفق الانتشار من خلال الاعتماد ي= و(ف هو 2 -ف آر 2) كقطعة مقطوعة على المحور الإحداثي، وهي عبارة عن خط مستقيم يمر بعدد من النقاط التجريبية.

بالنسبة لخزانات حقول أودمورتيا، تم الحصول على اعتماد سطح الترشيح المحدد على خصائص سعوية الترشيح للصخور. بالنسبة للخزانات الثلاثية، يتم وصف هذا الاعتماد بمعادلة انحدار بمعامل ارتباط قدره -0.928

مع معامل ارتباط -0.892.

تم الحصول على معادلات مماثلة لعدد من كائنات التطوير المحددة.