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【e测试干货】压汞法及压汞仪深度解析

2020-10-21 15:06:01 18 1754

Mercury intrusion porosimetry（MIP）即为压汞法，又称汞孔隙率法。该方法首先由里特（H.L.Ritter）和德列克（L.C.Drake）提出，它是基于汞对固体表面具有不可润湿性，欲使汞进入孔需施加外压，外压越大，汞能进入的孔半径越小。汞填充的顺序是先外部，后内部；先大孔，后中孔，再小孔。那么测量不同外压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。

压汞仪常在材料科学与工程中使用，用来检测混凝土、砂浆等的孔隙率，用以表征混凝土内部的气孔等指标。在油藏的物理模拟试验中，用来绘制毛细管压力曲线，可以用来描述多项储层的特征，特别是多孔介质的孔隙孔道大小分布。

一．压汞仪原理

汞的性质：不易反应、流动性好、团结性好、润湿差，是唯一在常温下呈液体的金属。常温下汞不易被氧化，但易蒸发，汞蒸气有毒。

假设多孔材料是由大小不同的圆筒形毛管所组成，根据毛管内液体升降原理，水银所受压力P和毛管半径r的关系是：

r——毛细管半径，nm；

σ——水银的表面张力，25℃时为0.4842N/m,，50℃时为0.472N/m；

θ——所测多孔材料与水银的润湿角（接触角），变化为135°～ 142°；

P——压入水银的压力，N/m2。

根据施加压力P，便可求出对应的孔径尺寸r。由汞压入量便可求出对应尺寸的孔体积。由此便可算出孔体积随孔径大小变化的曲线，从而得出多孔材料的孔径分布。而压汞仪由于连续操作得出一系列不同压力下压入多孔材料的水银的体积，可求出其孔径分布和总孔隙体积。

二．压汞仪简介

本公司的压汞试验采用AutoPore IV 9500 V1.09型压汞仪，高性能全自动压汞仪AutoPore IV 9500系列使用汞浸入法来测定总孔体积、孔径分布、孔隙率、密度和传输性。内置强大的数据处理和报告程序，快速升压、灵活、可控的真空系统，和高性能的低、高压系统。

此压汞仪采用封闭式汞系统，使得用汞量低，进汞或退汞体积精度优于0.1 uL。范围为0.003到1000 μm大小的孔径都可以测量，可选择2个低压站和1个高压站或者4个低压站和2个高压站，以满足多种样品的检测。同时可选择压力33,000psi（228MPa）或者压力60.000psi型号。值得一提的是：其数据处理包大大增强，包括弯曲度、渗透性、压缩系数、孔喉比、分数维数，mayer-stowe粒径分布等。

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图1 AutoPore IV 950压汞仪外形图

三、压汞仪的操作

1.样品制备

去除样品表面，敲为尺寸均匀的小块，浸入无水乙醇中，在短时间内进行测试。

测试前将样品在烘箱内烘4～5小时以上（烘干时间不固定，需不断探索），如有真空加热干燥箱则更佳。同一批实验样品应保持同一烘干时间。

2.低压操作

1）选择膨胀计：预估的样品孔体积不应超过90%或低于25%的毛细管体积。

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型号依次为：3 毫升粉末，5 毫升粉末，15 毫升粉末，3毫升固体，5 毫升固体，15 毫升固体。

图2 各类膨胀计展示图

2）称重样品：最终测试完毕后，“毛细孔使用率”参数应在25%～90%，则测试结果较为可靠。

3）装样并密封膨胀计

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图3 封装膨胀计示意图

4）安装膨胀计

5）低压微机操作

给样品取文件名，并选择存在路径→输入样品重量，并选择膨胀节属性→输入膨胀节重量，并输入汞密度→点击OK，开始低压测试→低压完成（低压完成后，取出膨胀节、去除有机套环，观察膨胀节杆部是否充满水银→重新称取重量（膨胀节+样品+汞）。

3.高压操作

安装膨胀计→高压微机操作→选高压头内样品文件→输入“膨胀节+样品+汞”重量→旋紧高压头有机玻璃腔→点击OK，开始高压测试。

4.数据导出：

①样品信息及文件记录

②仪器参数及测试条件

③测试数据

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