『壹』 天然气水合物地球物理勘探参数的测定
———水合物层声速的变化与水合物饱和度的关系
天然气水合物沉积层声学特性的研究对于水合物地球物理勘探及资源评价均有重要意义。关于沉积物中水合物饱和度对声学性质的影响已有一些研究，但还不足以验证前人提出的理论模型，从而修正原有模型或建立新的模型。青岛海洋地质研究所于2004年建成了一套地球物理实验装置，专门用以研究沉积物中水合物的饱和度与声学特性的关系。该装置的特色是将超声探测技术和时域反射探测技术集成于一个系统中，前者用于测量水合物形成和分解过程中沉积物的声学参数(声速、幅度和频率等)，后者通过测量体系中的含水量来确定水合物的饱和度，目前已经取得了人工岩心中水合物饱和度与声波速度的初步关系。
实验装置
实验装置主要由高压反应釜及内筒、饱和水高压罐、配气系统、制冷系统和计算机测试系统组成(图75.10)。反应釜的设计压力为30MPa，利用饱和水高压罐事先制定好饱和甲烷水溶液，可以缩短实验时间。通过配气系统加入高压气体，制冷系统控制温度来实现水合物的生成和分解。反应釜内压力由一压力传感器测量，精度为±0.1MPa，分别用两个不同长短的热耦测量沉积物表面和内部的温度，热耦精度为±0.01℃。实验采用纵横波一体化超声换能器和纵波超声换能器各一对，发射频率分别为500kHz和200kHz，可以同时测量体系的声速、幅度及主频参数。TDR探测采用购于美国Tektronix公司的1502c时域反射仪，TDR探针为自行制作的同轴型探针，可以测量体系的含水量。
图75.10 天然气水合物地球物理模拟实验装置图
实验技术与方法
岩心中天然气水合物超声探测实验流程:
1)将人工岩心放入高压反应釜的内筒中，插入TDR探针并接好;
2)分3次向岩心中加入纯水或300×10-6的SDS溶液，直至将岩心刚好淹没，观察TDR波形变化情况;
3)用导线将TDR探针与同轴电缆零线短路，记录TDR波形的变化以确定波形的起始点;
4)安装好反应釜，对整个系统抽真空，打开加压阀使气体缓慢进入反应釜，直至达到实验压力;
5)放置约24h，使甲烷溶入水中，同时可以试验压力是否泄漏;
6)开循环水制冷系统，通过控制温度进行岩心中天然气水合物的生成和分解实验;
7)记录超声波形、TDR波形。
获取实验数据后，对数据进行整理和完善，根据超声波形的文件读出声速、幅度和频率，由TDR波形计算出含水量。由于是在同一个系统中进行实验，因此可以同时得到温压、含水量和声学参数随时间的变化情况，因此不存在水合物饱和度与声学特性关系之间的系统误差问题。为了使实验数据准确可靠，可对不同体系均进行多次重复实验，取其中重复性较好的实验结果使用。
温压、超声及TDR结果分析
岩心孔隙中水合物的饱和度Sh(%)可以通过下式求得:
岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术
式中:Φ为岩心的孔隙度，θV为生成水合物的体积。
在人工岩心中，纵波速度vp和横波速度vs随着岩心中水合物饱和度的增加而增加;在水合物饱和度20%至47%之间，声波速度随饱和度的增大相对快速增长。
图75.11岩心中水合物生成(分解)过程的温压、声速、含水量变化图，图中3条虚线对应的位置分别代表水合物开始生成、水合物开始分解、水合物完全分解的时刻。从图中可以看出，随着水合物的生成，由于放热使岩心内部温度(Ta)和表面温度(Tb)升高，反应消耗气体和水使压力(p)和含水量下降，纵横波速度(vp，vs)增大。vp值在水合物生成前为4242m/s，完全生成后为4685m/s，增幅为443m/s。vs值在水合物生成前为2529m/s，完全生成后为2765m/s，增幅为236m/s。水合物开始生成、开始分解和完全分解的几个时间点上温压异常、超声和含水量变化对应的比较好。
图75.11 岩心中水合物生成(分解)过程的温压、声速、含水量变化图
『贰』 物理模拟实验原理与目的
根据煤粉产出特征及影响因素等方面的研究可知:煤岩自身性质是煤粉产出的基础,工程扰动是煤粉产出的诱因,而构造煤的发育是煤粉产出的关键。煤岩自身性质包括煤岩成分、煤体结构等,工程扰动包括钻井工程、储层改造、排采过程中流体、压力等储层特征的变化。因此,通过开展煤粉产出物理模拟实验,模拟煤层气的排采过程,分析不同因素对煤粉产出和运移的影响,揭示煤粉产出规律(姚征,2013)。
煤粉产出物理模拟实验是一种研究煤层气开发中煤粉从何产出、如何运移及煤粉特征、储层伤害等的室内分析方法。通过模拟煤储层静态地质特征及煤层气动态生产过程,还原再现煤粉在煤储层中的动态产出规律与流态运移方式,以此分析煤粉产出的影响因素、煤粉特征及储层伤害强度。煤粉产出物理模拟实验通过模拟煤储层物性特征及煤层气排采过程,讨论煤粉产出影响因素与动态变化规律。分析煤粉产出的静态地质因素从实验样品,即煤岩组分和煤体结构的差异性入手;分析煤粉产出的动态生产因素从实验条件,即不同流体驱替流速和不同围压条件入手。实验中讨论的变量包括煤岩组分、煤体结构、驱替流速、围压强度,应用控制变量法,逐一分析上述变量对产出煤粉的质量、粒度、组分、形态、表面特征及岩心渗透率变化的差异影响,进而揭示煤粉产出规律(曹代勇等,2013)。因此,煤粉产出物理模拟实验的原理及目的包括以下五点:
(1)通过模拟煤层气井排采生产中不同条件下的煤储层有效应力、地层围压、排水强度等状态,分析驱替流速及围压等因素对煤粉产出的动态影响,为初步查明韩城区块煤层气井煤粉产出规律提供实验依据;
(2)通过选择具有不同煤岩组分特征的煤岩样品进行物理模拟实验,对比分析煤储层的物质成分差异性对煤粉产出的影响;
(3)通过选择具有不同煤体结构类型的煤岩样品进行物理模拟实验,对比分析煤储层的煤体结构差异性对煤粉产出的影响;
(4)通过对比分析不同实验条件下煤粉的产出质量、组分构成、粒度分布、形态特征及煤岩样品渗透率的动态变化,揭示实验条件下煤粉产出规律,讨论煤粉在煤储层及排采系统中的赋存及运移状况,为查明煤粉对煤储层的渗透性伤害及排采设备的连续性危害提供理论证明。
『叁』 常用的物性测试及设备
1. 你的材料抗拉伸吗？快用拉力试验机测一测仪 器 简 介
拉力试验机
拉力试验机又名万能材料试验机。万能试验机是用来针对各种材料进行仪器设备静载、拉伸、压缩、弯曲、剪切、撕裂、剥离等力学性能试验用的机械加力的试验机，适用于塑料板材闭宴蠢、管材、异型材，塑料薄膜及橡胶、电线电缆、钢材、玻纤维等材料的各种物理机械性能测试为材料开发，为物性试验、教学研究、质量控制等不可缺少的检测设备，拉力机夹具作为仪器的重要组成部分，不同的材料需要不同的夹具，也是试验能否顺利进行及试验结果准确度高低的一个重要因素。
中 文 名 拉力试验机应 用 金属及非金属材料的测试别 称 万能材料试验机精度等级 1级/0.5级适 用 于 塑料板材、管材、异型材等
型 号 FR-103C
测 试 对 象
伺服拉力机主要适用于金属及非金属材料的测试，如橡胶、塑料、电线电缆、光纤光缆、安全带、保险带、皮革皮带复合材料、塑料型材、防水卷材、钢管、铜材、型材、弹簧钢、轴承钢、不锈钢（以及其它高硬度钢）、铸件、钢板、钢带、有色金属金属线材的拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂、两点延伸（需另配引伸计）等多种试验。
测 量 原 理
1）拉力试验机力值的测量是经过测力传感器、扩大器和数据处置系统来完成测量。从资料力学上得知，在小变形前提下，一个弹性元件某一点的应变ε与弹性元件所受的力成正比，也与弹性的变构成正比。以S型试验机传感器为例，当传感器遭到拉力P的效果时，因为弹性元件外表粘贴有应变片，由于弹性元件的应变与外力P的巨细成正比例，故此将应变片接入测量电路中，即可经过测出其输出电压，然后测出力的巨细。
2）形变的测量经过形变测量安装来测量，它是用来测量试样在实验进程中发生的形变。该安装上有两个夹头，经由一系传记念头构与装在测量安装顶部的光电编码器连在一同，当两夹头间的间隔发作转变时，带动光电编码器的轴扭转，光电编码器就会有脉冲旌旗灯号输出。再由处置器对此旌旗灯号进行处置，就可以得出试样的变形量。
3）横梁位移的测量其道理同变形测量大致一样，都是经过测量光电编码器的输出脉冲数来取得横梁的位移量。
精 度 校 正
1）主体的初步校正
2）拉力试验机精度校正
地脚螺母浇固后，在水泥未干燥前，不准紧固地脚螺母和开动试验机。（水泥干燥时间一般不少于10－15天）待水泥完全干燥后，紧固好运脚螺母，对试验机的安装精度进行复查，是否与找正精度相符合。如不符合应重新找正。
拉力试验机在使用过程中，由于试验时的震动容易产生松动现象，所以拉力试验机使用一段时间后，应将有关零件加以紧固。
2. 你听说万能试验机吗？
万能试验机，集拉伸、弯曲、压缩、剪切等功能于一体的材料试验轿陪机，主要用于金属、非金属材料力学性能试验，是工矿企业、科研单位、大专院校、工程质量监督站等部门的理想检测设备。
仪 器 简 介
微机显示万能试验机
万能试验机也叫万能材料试验机，或拉力机，双丝杆系列，控制、测量、操作一体化结构，融当代先进技术于一体，具有精度高、调速范围宽、结构紧凑、操作方便、性能稳定等优点。电子万能试验机满足GB/T1040、1041、8804、9341、9647、ISO7500-1、GB16491、GB/T17200、ISO5893、ASTM D638、695、790和塑料管材等标准的要求。
适用于塑料、防水材料、纺织品、纸制品和橡胶等材料试样及制品的拉伸、压缩、弯曲、蠕变试验并配有大压盘可直接进行管材扁平压缩（压缩复原）、环刚度（抗外负荷）、蠕变比率、环抗拉强度等试验。
仪 器 组 成
万能材料试验机是由测量系统、驱动系统、控制系统及电脑（电脑系统型拉力试验机）等结构组成。
仪器分类
如果将现市面上的万能试验机按照用途分类，可划属为测定机械性能的试验机。按照试验机的用途可将所有试验机分为两类：
1）测定机械性能的试验机
2）工艺试验用试验机
操作规程
⒈ 使总开关接通电源。
⒉ 根据试样，选用测量范围，在摆杆上挂上或取下摆并调整缓冲祥滚阀手柄，对准标线。
⒊ 根据试样形状及尺寸把相应的夹头装入上下钳口座内。
⒋ 在描绘器的转筒上，卷压好记录纸（方格纸），此项只是需要时才进行。
⒌ 开动油泵电动机，拧开送油阀使试台上升纸10毫米，然后关闭油阀，如果试台已在升起位置时则不必先开油泵送油，仅将送油阀关好即可。
⒍ 将试样一端夹于上钳口中。
⒎ 开动油泵调整指针对准度盘零点。
⒏ 开动下钳口电动机，将下钳口升降到适当高度，将试样另一端夹在下钳口中，须注意使试样垂直。
⒐ 将推杆上的描绘笔放下进入描绘准备状态（需描绘时才进行）。
⒑ 按试验要求的加荷速度，缓慢地拧开送油阀进行加荷试验。
⒒ 试样断裂后关闭油阀，并停止油泵电动机。
⒓ 记录需要数值并将描绘。
⒔ 打开回油阀，卸荷后被动针拨回零点。
⒕ 取下断裂后的试样。
⒖ 压缩及弯曲等试验可参照上述各项进行操作。
3. 纳米压痕仪——微纳米尺度薄膜材料的测试
纳米压痕仪主要用于微纳米尺度薄膜材料的硬度与杨氏模量测试，测试结果通过力与压入深度的曲线计算得出，无需通过显微镜观察压痕面积。
仪 器 简 介
纳米压痕仪
纳米压痕仪主要用于测量纳米尺度的硬度与弹性模量，可以用于研究或测试薄膜等纳米材料的接触刚度、蠕变、弹性功、塑性功、断裂韧性、应力-应变曲线、疲劳、存储模量及损耗模量等特性。可适用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩绘釉漆，光学薄膜，微电子镀膜，保护性薄膜，装饰性薄膜等等。基体可以为软质或硬质材料，包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物和有机材料等。
中 文 名 纳米压痕仪测 量 薄膜材料的硬度与杨氏模量测试参 量 弹性功、塑性功、断裂韧性包 括 PVD、CVD、PECVD主 要 应 用
半导体技术(钝化层、镀金属、Bond Pads)；存储材料(磁盘的保护层、磁盘基底上的磁性涂层、CD的保护层)；光学组件(接触镜头、光纤、光学刮擦保护层)；金属蒸镀层；防磨损涂层(TiN, TiC, DLC, 切割工具)；药理学(药片、植入材料、生物组织)；工程学(油漆涂料、橡胶、触摸屏、MEMS)等行业。
技 术 特 点
1、完全符合ISO14577、ASTME2546
2、光学显微镜自动观察
3、独特的热漂移控制技术
4、可硬度、刚度、弹性模量、断裂刚度、失效点、应力－应变、蠕变性能等力学数据。
5、适时测量载荷大小
6、采用独立的载荷加载系统与高分辨率的电容深度传感器
7、快速的压电陶瓷驱动的载荷反馈系统
8、双标准校正：熔融石英与蓝宝石
4. 金属表面特性分析与化学吸附仪
化学吸附仪是评估催化剂表征的有力工具，是研究金属表面特性的分析设备之一。该仪器广泛应用于石油化工、化学化工、能源、生物、食品、医药卫生、表面金属及纳米材料、汽车尾气、化工废气的转化与处理等方面的研究。
全自动程序升温化学吸附仪
产品应用领域
1）可测定催化剂材料的金属分散度、活性金属表面积、活性粒子，表面酸度；
2）研究金属的氧化、还原特性，确定酸性中心及脱附性能；
3）显示吸附、脱附全过程；
4）应用于高温高压气体吸附研究，超临界气体性能研究，微孔材料吸附研究，储氢材料性能研究，煤层气研究，石油勘探等；典型应用包括催化剂、分子筛、活性炭、碳纳米管和各种储氢材料；产 品 原 理
动态分析技术（程序升温技术）作为一种原味表征技术，可以在反应或接近反应的条件下有效的研究催化过程，而化学吸附仪是一款用于动态程序升温研究的重要仪器，它能够对新鲜催化剂进行程序升温脱附（TPD)，程序升温还原（TPR）、程序升温硫化（TPS)、程序升温表面反应（TPSR)、和单点BET等研究也可对失活催化剂、干燥催化剂进行程序升温氧化(TPO)研究。对催化剂的酸度、酸分布、活性金属分散度、金属与载体的相互应用等进行研究。
化学吸附仪可以分为常压和高压两种类型，其中高压化学吸附仪可以更加精确的反映实际的反应条件，而常压化学吸附仪则具有维护简单，操作简便、耗时短等优点。使用该方法可以实现很多情况的表征，是催化剂表征的一种常用手段。
5. 物理吸附仪与材料比表面和孔体积
物理吸附仪/比表面及孔径分析仪是对多孔和粉体材料的比表面、孔体积、孔分布进行测定分析的设备，广泛适用于高校及科研院所材料研究和粉体材料生产企业产品质量监控。
物理吸附仪
应 用 领 域
1）采用氮气等为吸附质，对多孔和粉体材料的比表面、孔体积、孔分布进行测定分析；
2）可进行水蒸气吸附及乙醇、苯和其它有机液体的蒸汽吸附分析；
3）应用于吸附剂(如活性碳,硅胶,活性氧化铝等)；陶瓷原材料(如氧化铝,氧化锆,硅酸盐等)；橡塑材料补强剂(如炭黑,白碳黑,纳米碳酸钙等)；电池材料(如钴酸锂,锰酸锂,锌粉等)；金属氧化物(如氧化锌,氧化钙等)；磁性粉末材料(如四氧化三铁,铁氧体,氧化亚铁等)；纳米金属材料(如纳米银粉,铁粉,铜粉等)；稀土超细纤维,多孔织物,复合材料等粉体和颗粒材料的比表面积及孔径的检测分析；
工 作 原 理
氮吸附法假定粉体的表面吸附了一层氮分子，已经知道每个氮分子所占的横截面积为0.162nm2，则粉体的比表面积（Sg）可由下式求出：Sg = 4.36Vm / W ,式中Vm为重量为W的粉体材料表面氮的单层吸附量。
6. 泡沫特性与泡沫分析仪
泡沫分析仪
泡沫分析仪是首台能用于实验室测试和质量控制的仪器，实现了客观的、可再现的测试和泡沫动能学的对比。它可自动测量表面活性的水性溶液如个人护理产品、肥皂和去污剂的泡沫特性。通过温度变化、样品量和其它参数设定，真实地模拟产品实际使用情况。
产 品 介 绍
泡沫分析仪是用于实验室测试和质量控制的仪器，实现了客观的、可再现的测试和泡沫动能学的对比。它可自动测量表面活性的水性溶液如个人护理产品、肥皂和去污剂的泡沫特性。通过温度变化、样品量和其它参数设定，真实地模拟产品实际使用情况。
应 用 领 域
1）测量泡沫最重要的参数：泡沫稳定性和泡沫寿命；
2）监测泡沫分散性的变化；
3）生成不同分散性的泡沫和监测分散性对泡沫排水和寿命/稳定性的影响；
4）单独研究泡沫排水性和泡沫稳定性；
5）应用于产泡领域：护肤品、灭火剂、食品行业、泡沫清洗、高分子泡沫、絮凝剂开发等；消泡领域：去泡剂、洗涤剂、油漆油墨、生物行业等；7. 颗粒大小与激光粒度分析仪
激光粒度仪是专指通过颗粒的衍射或散射光的空间分布（散射谱）来分析颗粒大小的仪器。
根据能谱稳定与否分为静态光散射粒度仪和动态光散射激光粒度仪。
激光粒度分析仪
仪 器 分 类
?静态激光
能谱是稳定的空间分布。主要适用于微米级颗粒的测试，经过改进也可将测量下限扩展到几十纳米。
?动态激光
根据颗粒布朗运动的快慢，通过检测某一个或二个散射角的动态光散射信号分析纳米颗粒大小，能谱是随时间高速变化。动态光散射原理的粒度仪仅适用于纳米级颗粒的测试。
?光透沉降
通常所说激光粒度分析仪是指衍射和散射原理的粒度仪，光透沉降仪，依据的原理是斯托克斯沉降定律而不是激光衍射/散射原理，因此这类仪器不能称作激光粒度仪。技 术 参 数
?光学系统
UIS光学系统（无限远校正系统）
?照明装置
内置透射光柯勒照明，6V30W卤素灯100-120V/220-240Vg0.85/0.45A 50/60Hz
?调焦系统
载物台垂直运动由滚柱（齿条—小齿轮）机构导向，采用粗微同轴旋钮，粗调行程每一圈为36.8mm，总行程为25mm，微调行程为每圈0.2mm，具备粗调限位器和张力调整环
?物镜转盘
向内侧倾斜的固定4孔物镜转盘
?观察筒
⒈双目观察筒⒉三目观察筒⒊人机工程学可倾斜双目观察筒
?载物台
尺寸为188mm×134mm，活动范围为X轴向76mm×Y轴向50mm，双片标本夹，标配橡胶帽
?聚光镜
阿贝聚光镜，内置日光滤色片，数值孔径1.25（浸油时），内装式孔径光阑
?目镜
平常宽视野目镜10X(F.N.20) 15X(F.N.12)
?可选附件
⒈双人共缆⒉相差附件(标准相差附件及简易相差附件，CX41用)⒊落射荧光附件⒋绘图仪⒌痛风偏光装置/简易偏光附件(CX41用)⒍暗视野聚光镜⒎简易暗视野片⒏测微尺⒐指针器⒑数码成像装置
?应用领域
教学、临床、一般病理检查8. 纳米颗粒粒度测试与纳米粒度仪
纳米粒度仪是用物理的方法测试固体颗粒的大小和分布的一种仪器，采用数字相关器的纳米激光粒度仪，其采用高速数字相关器和高性能光电倍增管作为核心器件，具有操作简便、测试快捷、高分辨、高重复及测试准确等特点，是纳米颗粒粒度测试的首选产品。仪 器 简 介
动态光散射纳米激光粒度仪中 文 名 纳米粒度仪作 用 测试固体颗粒的大小和分布核心器件 高速数字相关器高性能光电倍增管采用技术 数字相关器性 能 特 点
? 先进的测试原理：本仪器采用动态光散射原理和光子相关光谱技术，根据颗粒在液体中布朗运动的速度测定颗粒大小。具有原理先进、精度极高的特点，从而保证了测试结果的真实性和有效性。
? 高灵敏度与信噪比：本仪器的探测器采用专业级高性能光电倍增管（PMT），对光子信号具有极高的灵敏度和信噪比，从而保证了测试结果的准确度。
? 极高的分辨能力：使用PCS技术测定纳米级颗粒大小，必须能够分辨纳秒级信号起伏。本仪器的核心部件采用微纳公司研制的CR140数字相关器，具有识别8ns的极高分辨能力和极高的信号处理速度，因此可以得到准确的测定结果。
? 超强的运算功能：本仪器采用自行研制的高速数字相关器CR140进行数据采集与实时相关运算，其数据处理速度高达125M，从而实时有效地反映颗粒的动态光散射信息。
? 稳定的光路系统：采用短波长LD泵浦激光光源和光纤技术搭建而成的光路系统，使光子相关谱探测系统不仅体积小，而且具有很强的抗干扰能力，从而保证了测试的稳定性
适 用 范 围
各种纳米级、亚微米级固体颗粒与乳液。
9. 流动性物质和筛分仪
筛分仪是为必须保证在两维水平面筛分流动性物质，及相关行业标准而设计的，是生产质量控制和实验室研发的理想选择。对于许多生产和研发领域，面对需要分级和筛分物料是纤维状、扁平状或长形粒状，如，小麦、谷子、纤维、烟草、植物、扁平晶体物质等，准确的对这类物质进行分级及粒径分析，应采用水平运动的筛分仪器。
筛分仪技 术 参 数
? 应用领域：纤维状、扁平状、长形粒状物质的料径分析、物料分离和分级
? 筛分原理：分析筛在水平面做规则的，或非规则的圆周运动，以实现对纤维状、扁平状、长形粒状物质的快速准确的分级、粒径分布分析和分离
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? 非规则圆周运动可调节范围：0-30mm
? 测量范围：20um-125mm
? 筛分级数：8级
? 运动频率：270次/分
? 时间设置：1-99分钟可设定
? 安装方式：快速舒适筛网夹具
? 筛网尺寸：200mm，210mm，300mm，或8”，214mm
? 筛子标准：符合ISO3310-1、DINEN10204.21、ASTME11标准
? 仪器尺寸：长x宽x高=474mmx603mmx604mm
液晶数字显示和控制筛分时间、可靠的筛分结果
耐磨金属材料、防腐蚀烤漆表面，坚固耐用，易于清洁
? 可选择分析筛材料：不锈钢（抛光）、黄铜、聚合物材料等
工 作 原 理
电机驱动一个可以安装最大直径为300mm的分析筛的平面，做规则或非规则的水平圆周运动。根据不同行业的标准和应用需要，可将筛子固定在该平面上做规则的圆周运动，或让筛子放置于可调节0-30mm空隙的运动平面上，使其筛子在水平运动的过程中，受到来自四个水平方向的柔和碰撞，从而轻微改变圆周运动的方向，使得分析筛中被筛分的物料能在水平面上不断改变运动方向，将物料分散开来，加速筛分的过程。
10. 颗粒杂质与粒子计数器
He2Ne激光粒子计数器，可分析气体中011μm粒径的颗粒杂质；Ar2Kr激光粒子计数器可分析0105μm粒径颗粒杂质，目前已有可检测超高纯气中01005μm的粒子计数器。凝聚核粒子计数器可以测量纳微米的粒子。粒子计数器测量器具销售时具需按JJF1190-2008《尘埃粒子计数器校准规范》的要求出具法定校准证书。
仪 器 简 介
粒子计数器中文名 粒子计数器外文名 Particle Counter类 别 激光颗粒计数器凝聚核粒子计数器分 析 气体中011μm粒径用 途 测试空气尘埃粒子颗粒仪 器 用 途
粒子计数器是测试空气尘埃粒子颗粒的粒径及其分布的专用仪器，由显微镜发展而来，经历了显微镜、沉降管、沉降仪、离心沉降仪、颗粒计数器、激光空气粒子计数器、凝结核粒子计数器、多通道多功能粒子计数器等过程，目前广泛应用于为各省市药检所、血液中心、防疫站、疾控中心、质量监督所等权威机构、电子行业、制药车间、半导体、光学或精密机械加工、塑胶、喷漆、医院、环保、检验所等生产企业和科研部门。
仪 器 原 理
粒子计数器是一种利用光的散射原理进行尘粒计数的仪器。光散射和微粒大小、光波波长、微粒折射率及微粒对光的吸收特性等因素有关。但是就散射光强度和微粒大小而言，有一个基本规律，就是微粒散射光的强度随微粒的表面积增加而增大。这样一定流量的含尘气体通过一束强光，使粒子发射出散射光，经过聚光透镜投射到光电倍增管上，将光脉冲变为电脉冲，由脉冲数求得颗粒数。根据粒子散射光的强度与粒径的函数关系得出粒子直径。这样只要测定散射光的强度就可推知微粒的大小，就是光散射式粒子计数器的基本原理。
仪 器 分 类
1）按测试原理：光散射法测试（白光、激光）、显微镜法测试、称重法测试、DMA法测试（粒径分析仪）、惯性法测试、扩散法测试、凝聚核法测试(CNC)等。
2）按流量：小流量 0.1cfm(2.83L/min)大流量 1cfm(28.3L/min)
3）按形状、体积大小：手持式、台式
4）按测试通道：单通道（只测某一种粒子径）；双通道（测试某两种粒子径）； 多通道（测试多种粒子径）11. 粉末的动力学性质与粉末流动测试仪
粉末流动测试仪，利用专利的粉末均匀化预处理，
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通过测量粉末的动力学性质，剪切性质和包含压缩性、透气性和密度在内的粉末整体特性，给出粉末高重复性的流动性质的定量数据。除此以外，一些与加工过程有关的变量，如贮存时间、静电、结团、颗粒偏析、颗粒破碎或湿法制粒时的含水量等也都可以由仪器获得评估，真正实现了粉末在实际应用环境中的定量表征。
仪 器 简 介
粉末流动测试仪中文名 粉末流动测试仪外文名 Powder flow tester
粉末流动测试仪，用于测量粉末的流动性质，剪切性质和包含压缩性、透气性和密度在内的粉末整体特性。因为粉末在不同加工处理过程和实际应用中所处的不同环境，所以，该仪器能够实现在实际测量粉末时模拟这些不同的环境，并表征粉末针对不同特定环境的反应。粉末流动测试仪已经横跨英国、欧陆、美国、日本等世界各地，广泛的被采用在制药、化学、食品、化妆品、墨粉、塑料、陶瓷、金属、粉末涂料等工业领域。应用范围从优化新配方、提升生产效率到对原料、半成品以及最终产品实现质量控管。2011年六月起由大昌华嘉（DKSH）正式引进到包含台湾、泰国、新加坡、马来西亚、澳洲等亚洲地区国家。测试方法及应用? 动力学流动
1）基本流动性用来测试如下因素的影响：流动助剂、湿粒制粒终点、含湿度、颗粒破碎/颗粒偏析、物理性质(颗粒尺寸，形状，表面结构)、静电
2）充气性质用来测试：内聚强度、低应力，重力引导流动、定量配料/质量均匀度、雾化给药/干粉吸入剂、流态化行为、混料、颗粒偏析可能性
3）粉末固结用于理解以下因素的影响：运输、储存、加工、结块
? 剪切性质
1）剪切盒：无约束屈服强度、流动函数、内聚强度、1ml剪切盒、料斗设计
2）壁面摩擦；
测量粉末与材料表面间的摩擦-料斗，中型散装容器，冲头
壁面摩擦角，用于料斗设计
? 粉末整体性质
1) 压缩性用于研究以下因素引起的密度变化：运输、、存储（料斗，小桶）、加工（直接压片，碾压，螺旋输送）
2）透气性适用于如下环境下的粉末行为：雾化给药/干粉吸入I、料斗流动、压片、气动传输
12. 分散系界面电性与微电泳仪
微电泳仪可用于测定分散体系颗粒物的固－液界面电性（ζ电位），也可用于测量乳状液液滴的界面电性，也可用于测定等电点、研究界面反应过程的机理。通过测定粉体的Zeta电位，从pH－Zeta电位关系图上求出等电点，是认识粉体表面电性的重要方法，在粉体表面处理中也是重要的手段。与国内外其它同类型仪器相比，它具有显著的优越性。可广泛应用于化妆品、选矿、造纸、医疗卫生、建筑材料、超细材料、环境保护、海洋化学等行业，也是化学、化工、医学、建材等专业的重要教学仪器之一。
仪 器 简 介
中 文 名 微电泳仪功 耗 < 150W电源电压 220V 50Hz适用环境 防震平台主 要 特 点
1）可用于测定分散体系颗粒物的固－液界面电性（ζ电位），也可用于测量乳状液液滴的界面电性，也可用于测定等电点、研究界面反应过程的机理。
2）仪器采用新设计的新型简便的电泳池，采用12.5px厚的玻璃杯，电极内置在池内。测试时样品用量极少，每次仅0.5ml，易于清洗，使用方便，经济实用。
3）采用经过精心设计的电极支架，与电泳杯紧密配合
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，形成一个杯形开放式电泳装置，电极采用银、铂和钛金属丝制成，经表面处理后工作状态稳定。
4）制作精良的十字标，置入电泳杯后放在三维平台上，调整三维平台，在计算机屏幕看到清晰的十字图像，便找到测定位置，没有静止层问题。
5）该电泳仪采用半导体发光近场光学系统，功率仅几十微瓦，不会因发热而影响测量环境和测量精度。
技术参数
1）适用温度范围：室温到35℃，读取精度0.1℃
2）测数准确度：系统误差在5%以内
3）适用于：0.5~20um的分散体系
4）pH范围：一般应用在下2.0～12.0，亦可在1.6～13.0范围内使用，步长0.1
5）分辨率：4pixel/μm，国产长焦距显微光学系统，工作距离7mm
6）杯型开放式电泳装置，配套特制电极支架
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『肆』 物理沉积模拟研究方法与步骤
对湖盆沉积砂体的形成与演变依据一定的科学准则对碎屑沉积砂体的形成与演变进行模拟是碎屑岩沉积学发展的重要边缘分支学科，也是研究碎屑沉积体系分布的一条重要途径。物理模拟研究就是将自然界真实的碎屑沉积体系从空间尺寸及时间尺度上都大大缩小，并抽取控制体系发展的主要因素，建立实验模型与原型之间应满足的对应量的相似关系。这种相似关系建立的基础乃是一些基本的物理定律。如质量、动量和能量守恒定律等。
1.物理模拟研究的基本步骤
现在看来，碎屑沉积模拟一般可分为物理模拟和数值模拟两个方面。物理模拟是数值模拟的基础，可以验证数值模拟的正确性；数值模拟反过来可以有效地指导物理模拟，使物理模拟具有一定的前瞻性。应当说，物理模拟与数值模拟相辅相成，对实际问题的解决可以起到相互促进的作用。
物理模拟是对自然界中的物理过程在室内进行模拟，其发展历史已逾百年，在水文工程及河流地貌学上应用较广，已经初步建立了一套理论基础和实验方法。至于开展碎屑沉积砂体形成过程及演变规律的物理模拟，还是近二十年的事情。应当承认，碎屑砂体沉积过程的物理模拟与水文工程的模拟是两类不同性质的模拟过程。水文工程的物理模拟是在现今条件确定的情况下，预测未来几十年内河道淤积演变对水文工程的影响，所涉及的时间跨度非常短暂；而碎屑砂体形成过程的物理模拟则是在沉积初始条件基本未知，依靠沉积结果反演沉积条件，从而逼近沉积过程的一种模拟。它所涉及的时间跨度是地质时代，一般在几千至几万年甚至几十万年的时段内，因而研究难度比较大。值得指出的是，形成一个碎屑砂体的时间与该砂体形成后所经历的更加漫长的成岩时间是两个概念。碎屑物理模拟所考虑的时间是碎屑沉积体系的形成时间。
物理模拟的关键是要解决模型与原型之间相似性的问题，也就是说，实验模型在多大程度上与原型具有可比性是成败的标准。为此物理模拟实验必须遵从一定的理论，这种理论可称之为相似理论。模型与原型之间必须遵守的相似理论包括几何相似、运动相似及动力相似。
碎屑物理模拟一般都在实验装置内进行，物理模拟的方法步骤可概括为如下步骤：
1）确定地质模型。所涉及的参数包括盆地的边界条件（大小、坡度、水深、构造运动强度、波浪、基准面的变化等）、流速场的条件（流量、流速、含砂量等）、入湖或海河流的规模及分布、沉积体系的类型、碎屑体的粒度组成等。
2）确定物理模型。由于自然界中形成沉积体系的控制因素较多，确定物理模型的关键是抓住主要矛盾，而忽略一些次要因素。好的物理模型应当反映碎屑沉积体系的主要方面。物理模型的主要内容是确定模型与原型的几何比例尺与时间比例尺、流场与粒级的匹配、活动底板运动特征以及模型实验的层次。
3）建立原型与模型之间对比标准。实验开始前应确定每个层次的实验进行到何种程度为止，是否进入下一个层次的模拟，所以确定合适的相似比十分重要。
4）明确所研究问题的性质。应当明确沉积学基础问题的研究可以假设其他因素是恒定的，而重点研究单一因素对沉积结果的影响，但实际问题的解决往往是复杂的。各种因素之间是相互制约的，因此必须综合考虑。一般应从沉积体系的范畴思考问题，而不能仅从某个单砂体着手就事论事。因为单砂体是沉积体系甚至是盆地的一部分。
5）确定实验方案。即在物理模型的基础上，进一步细化实验过程，把影响碎屑沉积的主要条件落实到实验过程的每一步，特别应注意实验过程的连续性和可操作性。因为实验开始后一旦受到某些因素的影响而被迫中断，再重新开始时，该沉积过程是不连续的（除非在形成原型的过程中确实存在这种中断），流场的分布将受到较大影响，因此，实验开始前的充分准备是十分必要的。
6）适时对碎屑搬运沉积过程进行监控。因为沉积模拟研究是对地质历史中沉积作用的重现，是对过程沉积学进行的研究。所以沉积过程的详细记录和精细描述是必需的，只有这样才能深入研究过程与结果的对应性。
7）过程与结果的对应研究。实验完成后对沉积结果的研究一般可采用切剖面的方法，对碎屑沉积体任一方向切片建立三维数据库，并与沉积过程相对应，比较原型与模型的相似程度，从而对原型沉积时的未知砂体进行预测。目前已经做到的对比项目有相分布特征、厚度变化、粒度变化、夹层隔层的连通性及连续性、渗流单元的分布等。
2.物理模拟的实验方法
1）确定模拟区的规模及层位。在对模拟原型进行研究的基础上，根据要求确定模拟的地质层位。若模拟区块较大或模拟层段较厚，一般要进一步细分，才能保证模拟的精度。
2）确定模型的比尺。一般来说应保持x、y、z三个方向为同一比尺，即物理模型为正态模型，这样可保证模拟结果的精度较高；若为变态模型，变率一般应小于5。
3）确定实验装置的有效使用范围。当原型与模型的比尺确定后，实验装置上有效使用范围便随之确定。
4）确定原始底形。按实际资料，将模拟层位以下地层的底形按比例缩至实验装置内。
5）确定加砂组成。按模拟层位的粒度分析资料并加以确定。
6）确定洪水、平水、枯水的流量。一般根据模拟原型沉积时的气候特点，结合现代沉积调查及水文记录，概化出流量过程线，按流量过程施放水流。
7）湖水位控制。根据原型研究，按比例选择合适的初始沉积时的湖水深度，另外，应确定每一阶段的沉积过程是否在高位体系域、低位体系域或是水进水退体系域内进行，最好明确一种体系域变化为另一种体系域的时间长短，即变化速率，因为这关系到实验过程中湖水位的调节。
8）确定加砂量。一般洪水、平水、枯水的加砂量明显不同，加砂量的确定应与流量过程匹配，并考虑水流能够搬运为原则，同时应明确实验过程为饱和输砂还是非饱和输砂。
9）含砂量控制。此参数是储集砂体地质研究中不能获得的参数，一般采用现代沉积调查的结果进行类比，按洪水期、平水期、枯水期分别设计，也可以设计为一个区间，按流量调节。
10）河道类型。国外物理模拟研究在实验开始前，一般在原始底形上塑造模型小河，以使水流首先有一流道。该模型小河对以后的沉积作用不产生太大的影响。随着实验的进行、水流会自动调整。但一般若原型资料较好，在缩制原始底形时，已存在水流的通道不需要设置模型小河。
11）确定河岸组成。在需要设置模型小河时，应考虑河岸的组成，因为这关系到河岸的抗冲性以及河道的迁移和决口。一般应考虑原型的特征来设计。
12）活动底板控制。活动底板运动是地壳运动在实验室内的表现，它从宏观上控制了沉积作用的特征和样式。首先应明确原形沉积时构造运动的类型与性质、构造运动的强度与时期，这涉及活动底板运动的幅度和速率是否造成断层及断距的大小等。
13）过程监控。由于沉积模拟研究是对砂体的形成过程进行研究，所以实验全过程的监控是分析对比过程与结果必不可少的，国内外一般采用与时间同步的电动照相机和对实验过程全程录像的方法，辅以详细的观察描述来对实验过程进行跟踪监控。
14）过程细化。将实验过程细化为若干个沉积期，每一个沉积期对应一个单砂体或一个砂层组，每一期沉积过程结束后，详细测量各种参数、边界形态等。
15）剖面研究。实验完成后，对沉积砂体进行纵、横剖面的切片研究，并与过程相对应，最终与原型砂体进行对比，检验实验结果的准确性。
16）整理各类资料、数据，为数值模拟研究提供必要的信息。
3.物理模拟的标准
碎屑沉积过程物理模拟成功与否的判别标准就是实验模型与原型相似程度的高低。在油气勘探阶段，可以与地震剖面和测井曲线所反映出来的砂体类型和砂岩厚度进行对比。在油气开发阶段，可以与测井曲线和开发动态相比较。目前各类静态参数（粒度、厚度、连续性、连通性、砂体延伸方向和规模、沉积相类型等）的符合率一般为70%，动态方面的对比尚没有深入研究。
4.物理模拟的局限性
（1）尺度的限制
任何物理模拟实验装置由于受到场地及装置大小的限制，不可能无限制地扩大规模。如果原型的几何规模比较大，要想在室内实现模拟，就只有缩小比例，而任何比尺的过度缩小，都将造成实验结果的失真和变形，导致原型与模型之间相似程度的降低。根据目前实验水平，一般x、y方向的比例尺控制在1∶1000之内较合适。z方向的比尺控制在1∶200之内比较理想。实际工作中，一般使x、y、z方向比尺保持一致，即选用正态模型准确性较高。某些情况下，根据原型的形态特点，x、y、z方向的比尺允许不一致，即选用变态模型，但二者相差不宜太大，否则容易造成实验结果的扭曲。
（2）水动力条件及气候条件的限制
自然界碎屑沉积体系形成过程中，水动力条件非常复杂，有些条件在实验室内难以实现，如潮汐作用、沿岸流、水温分层、盐度分异以及沉积过程中突然的雨雪气候变化等影响因素，这些都在一定程度上影响了实验过程的准确性。
（3）模型理论的限制
在物理模拟相似理论中，诸多相似条件有时并不能同时得到满足，而某个条件的不满足就可能导致实验结果在一定程度上失真。例如，要使模型水流与原型水流完全相同，必须同时满足重力相似与阻力相似，但二者是一对矛盾；又如悬浮颗粒的运动，现有模型中关于沉降速度的相似条件有沉降相似和悬浮相似，很显然，二者也不可能同时满足。因此实验方案设计中，提取起主要作用的因素显得十分重要。
尽管碎屑沉积体系的物理模拟存在上述许多局限，但它在促进实验沉积学的发展、研究碎屑体系形成过程及演变规律、预测油气储集砂体的分布方面愈来愈显示出它独特的优势。
『伍』 模拟实验
油源对比发现，东营凹陷沙三段砂岩透镜体内的原油并非完全来自沙三段的烃源岩，其油源主要为沙三段和其下部沙四段的混源油。那么在没有明显大断层沟通的情况下，沙四段的油是如何进入到沙三段的烃源岩中的呢？前文提出油气可以通过裂缝和薄层砂作为输导通道运移到砂岩透镜体中成藏，裂缝和薄层砂这两种输导要素在空间上的配置关系和组合样式对油气输导效率及输导过程究竟如何呢？本次实验的目的就是应用细棉线模拟裂缝，将棉线和砂体连接，模拟油气是否能够由细棉线导入砂岩体中并在砂体中聚集成藏的过程。
（一）模型的物理模拟实验
1.模型
图3-15即为油气有机网络简单物理模拟实验装置图。该模型的尺寸为长（50cm）×宽（30cm）×厚（2cm）。左上角和右下两角扇形体分别以粒径0.4～0.45mm的石英砂充填，左上角扇形体半径为11cm，右下角扇形体半径为10cm；模型中央为一近椭圆形体，以粒径0.4～0.45mm的石英砂充填，长宽分别为22.5cm、16cm；与左上及右下砂岩扇体的距离分别为9.5cm、8cm。模型内其余部分以泥岩充填。红色箭头A、B指示注油口，孔a为注水口，孔b为排气口。线1、2、3为细棉线。单股棉线的直径约0.2mm。在常温常压下进行实验。
图3-15 简单模拟实验装置示意图
2.实验结果
首先由示意图中的a孔注水，排出装置中央透镜体中的空气，当b孔有水流出时，排气结束。然后将a、b孔皆关闭。然后由A、B两个注油口开始注油，注油速度皆为0.5mL/min。经过1h后，下扇形体内的油经过棉线运移到透镜体内并在浮力作用下至顶部聚集；同时上扇体的油也开始经过棉线运移到透镜体内（图3-16左）。
距开始注油大约70min后，A口注油的速度减小到0.1mL/min,B注油口的速度维持0.5mL/min不变。约20min后，上扇体内的油继续缓慢通过棉线运移到透镜体内；下扇体内的油也继续通过棉线运移到透镜体内，透镜体上部聚集的油量明显增加（图3-16中）。此时再次改变注油速度，A口注油速度变为0.2mL/min;B口停止注油。3h40min后，上扇体的油进一步通过棉线运移到透镜体内，并上浮至顶部聚集（图3-16右）。A口停止注油，进入静观阶段。
图3-16 实验进行时的油气运移结果图
在经历了18h的静观阶段后，由两边扇体通过棉线进入透镜体内的油量明显增多。油在透镜体上部大量聚集，累积油柱高度为9cm（图3-17）。
图3-17 实验进行23h油气运移结果图
至此实验结束，本次实验共持续23h15min，累积注油量：由A口注油77.5mL，由B口注油43.5mL。
（二）较复杂模型的物理模拟实验
1.实验模型
图3-18即为较复杂物理模拟实验装置图。该模型的尺寸为长（50cm）×宽（30cm）×厚（2cm）。一共分为上下5层，其充填物依次为含油泥、细砂、含油泥、细砂、泥岩，有4个透镜体分别布置在最下层和最上层中，上面两个透镜体由单股棉线（模拟裂缝）与其下端的细砂岩相连。其中细砂岩粒径为0.15～0.2mm（模拟薄砂层），透镜体内的砂砾粒径为0.35～0.4mm，含油泥中油与泥的比例约为1:5.16,a口为注油口，本实验在常温常压下进行。
图3-18 油气有机网络运移复杂模拟实验装置示意图
2.实验过程
实验装置完毕即为开始实验，7h25min后，右下侧透镜体开始进油（图3-19左），无其他现象发生。
26h15min后，左下侧透镜体内的聚集的油进一步增加，从下往上数第二层细砂岩条带有油气渗入（图3-19右）。
到第9天，改变实验措施，由a口开始注油，注油速度为0.15mL/min,53min后（222h33min），下条带细砂层开始进油（图3-20左）。
6h55min后，下细砂条带聚油量增加，左下侧扇体聚油量增加，此时停止注油，进入静观阶段。1天后，下细砂条带内油从右向左运移，且下侧两个透镜体聚油量增加，聚油体积都约占整个透镜体的70%。再过l天（累计进行到约269h），左下侧透镜体聚油体积约占整个透镜体体积的90%，右下侧透镜体的聚油体积约占95%（图3-20右）。
此后再次由a口注油，随着注油量的增加，下面两个透镜体都逐渐完全被油充注，下细砂条带的聚油量也逐渐占满整个条带，随后上细砂条带也开始见油（图3-21左）。
图3-19 复杂模拟实验油气运移图
图3-20 复杂模拟实验油气运移图
随着实验的继续进行，上细砂岩条带的聚油量逐渐增加，最终充满整个条带，且该条带内的油通过棉线导入上面两个透镜体中（图3-21右），至此实验结束，累计进行时间约359h，本次实验累积注油量348.69mL。
图3-21 复杂模拟实验油气运移图
3.实验讨论
本次实验历时共约359h，由以上实验可以发现，常温常压下，由于烃浓度差引起的渗透压差和扩散压差，底层含油泥岩内的油具有运移到与其相邻的砂岩体中的趋势。在毛细管力差和烃浓度差的作用下，底层泥岩中的油首先进入被其包围的孔隙较大的砂岩透镜体中，而不太容易运移到其上部的细砂岩条带中。
随着底层油不断的注入，压力不断增大，最终能够克服底层泥岩与其上层细砂岩的毛细管力时，油就进入到其中，当其浓度足够大时，在烃浓度差的作用下，油运移到层3中。层3中的油在渗透压差的作用下，运移到层4中。联结顶层砂岩透镜体与层4的棉线能起到很好的输导油的作用，因此层4的油能沿着棉线模拟的裂缝运移到顶层的两个砂岩透镜体中。
通过本次实验，可以看出，仅靠底层泥岩中的油自然渗透和扩散，其运移能力有限。但是在油源充足的情况下，底层的油最终能够运移到与之相隔几层的砂岩透镜体中。