美國(guó)能源情報(bào)署(Energy Information Administration)表示，超過(guò)30個(gè)州的頁(yè)巖層都是地下天然氣。但行業(yè)專家無(wú)法確切知道內(nèi)部燃料的數(shù)量。這是因?yàn)樘烊粴夂推渌細(xì)浠衔镂挥陧?yè)巖中納米尺度，難以測(cè)量的孔隙中，這些孔隙具有尚未被了解的特性。

“如果你想估算頁(yè)巖氣的儲(chǔ)存容量，你需要了解儲(chǔ)存它們的材料，”特拉華大學(xué)化學(xué)工程附屬副教授，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的物理學(xué)家劉云說(shuō)。 (NIST)中子研究中心。

現(xiàn)在，利用中子散射，劉和來(lái)自UD，NIST和Aramco服務(wù)公司的一組研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的非侵入性方法來(lái)測(cè)量多孔材料內(nèi)部深層表面性質(zhì)的變化。

該方法可以幫助天然氣專家更好地了解頁(yè)巖樣品，方法是檢測(cè)頁(yè)巖內(nèi)多孔表面的成分分布，直接影響碳?xì)浠衔锏膬?chǔ)存和運(yùn)輸。這最終將幫助他們決定是否投入時(shí)間和資源從樣品來(lái)源的地層中提取天然氣。

調(diào)查毛孔

重要的不僅僅是毛孔的大小，而是表面結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)，因?yàn)樘烊粴馀c巖石中每個(gè)微孔的外緣相互作用。氣孔的特性也決定了氣體如何從地層中流出。

為了解這些孔隙，研究小組開(kāi)始研究分離的頁(yè)巖干酪根樣品，這是一種有機(jī)物質(zhì)，可儲(chǔ)存大部分碳?xì)浠衔?，如?yè)巖中的天然氣。為了觀察干酪根，它們使用小角度中子散射，通過(guò)物質(zhì)射出一束亞原子中子，并收集中子行為的信息，以確定孔隙的性質(zhì)。與電子顯微鏡不同，中子散射是非破壞性的，這是用于研究多孔材料的另一種常用方法。

接下來(lái)，該小組用不同壓力下的氣體吸附測(cè)量了中子散射信號(hào)的變化。中子強(qiáng)度的變化反映了樣品內(nèi)表面的成分分布。

這種新方法可以揭示其他方法沒(méi)有的新信息，例如表面異質(zhì)性。簡(jiǎn)而言之，它提供的信息可以幫助研究人員更好地了解他們正在使用的內(nèi)容。當(dāng)添加到從站點(diǎn)收集的其他信息時(shí)，它可以幫助決策。

“石油領(lǐng)域中使用的大多數(shù)其他技術(shù)都提供了樣本參數(shù)的'平均'值，”研究作者蔣衛(wèi)山說(shuō)，他是UD的化學(xué)和生物分子工程博士后研究員，他在NIST中子研究中心現(xiàn)場(chǎng)工作在阿美公司服務(wù)公司。“我們的方法提供了材料屬性的'平均'和'偏差'(分布寬度)。”

劉說(shuō)，這種方法也適用于許多其他材料，如水泥，甚至生物材料，如血液。該團(tuán)隊(duì)期待將他們的方法應(yīng)用于新系統(tǒng)。