石英砂岩

近日，安徽省质监局以皖质函〔2011〕21号文批复，同意在凤阳县成立安徽省石英砂及制品质量监督检验中心。 　　千亿元硅产业培育工程，是滁州市委市政府坚持以科学发展观为指导，依托凤阳县丰富的石英砂资源，加快推进硅(玻璃)产业优化升级，奋力打造“千亿滁州”，努力实现可持续发展的一项极为重要的战略性举措。而建立省级石英砂及制品质量监督检验中心，可以及时有效地开展石英砂及产品质量监督检查和企业产品委托检验、鉴定等，将为凤阳县打造千亿元硅(玻璃)产业规划提供强有力技术支撑和保障，对促进县域经济的快速发展具有十分重要的意义。 　　安徽省石英砂及制品质量监督检验中心于2008年12月通过省质监局批复同意筹建，并于2010年12月3日通过省局专家组的资质认定和验收。中心共占地12.75亩，总建筑面积4800多平方米，总投资1266万元。已通过9个项目、94个检验参数的认证，项目分别是：石英砂、日用保温容器、平板玻璃、机吹玻璃杯、机压玻璃杯、人工吹制玻璃杯、啤酒瓶、太阳能热水系统、全玻璃真空太阳集热管。

3月8日，滁州市人大主任、市委书记韩先聪，市委常委、副市长徐发成，副市长王图强一行在凤阳县委书记马占文，县副委书记、副县长米德成，副县长朱大纲等领导的陪同下，深入凤阳县在建的安徽省石英砂及制品质量监督检验中心调研指导。 　　韩先聪一行参观了该中心正在精心布置的实验室，详细询问中心规模、资金筹措、设备购置及人才引进、吸收与培养后，充分肯定了中心建设的重要性和必要性。韩先聪要求县质监局立足凤阳丰富的矿产资源，围绕打造千亿元玻璃(硅)产业规划，不断做强做大特色中心。在大力建设省级中心的基础上，积极争取国家级中心落户凤阳。要以创品牌，树权威，塑形象为要求，将中心建设成“公正科学，准确规范，高效满意”的第三方公正权威机构。 　　当韩先聪书记了解到中心建设过程中仍存在资金困难时，表示将尽市委市政府所能为中心提供资金支持。 　　该中心自2008年12月通过省局批复筹建以来，于2009年4月正式开工，2009年12月底封顶，2010年2月内装竣工，目前正在进行绿化、围墙等辅助设施建设以及资质认定、人员培训、石英砂及制品企业宣传发动等，计划今年6月底投入运行。该中心的建设得到凤阳县委县政府鼎力支持：无偿拨付10亩地 先后拨付启动资金、建设资金计550万元 县级规费全免 县级税收留存部分全部返还用于中心建设。该中心建设还得到省市质监部门110万元资金支持。中心建成后将发挥五个方面作用：一是为凤阳县委、县政府打造的千亿元玻璃硅产业规划，包括产业发展和结构调整提供技术支撑 二是为社会出具公正性数据，包括省、市质监局下达的产品质量监督检查和企业产品委托检验、鉴定等任务 三是为企业提供出厂检验服务 四是为石英砂及制品质量认证和安全评价提供技术手段 五是参与石英砂及制品课题研究。

流体在岩石孔隙中的运移规律及其流固耦合效应是地下油气储备与开发的核心科学问题，也是导致不同工程灾害或工程难题的重要因素。精确表征岩石微观孔隙结构，揭示微观孔隙结构与流体输运特性的内在关联，是开展深部岩体相关工程研究的基础。近期，中国科学院武汉岩土力学研究所的宋睿副研究员、刘建军研究员、杨春和研究员联合西南科技大学的汪尧博士等人提出了一种利用3D打印和微CT成像技术实现致密砂岩复杂孔隙结构定量表征和多相流体输运特性的可视化研究方法。研究团队利用新型的面投影微立体光刻技术（PμSL，nanoArch S130，摩方精密）实现了致密砂岩孔隙模型的原位尺度打印（~2μm光学分辨率），再现了致密砂岩复杂孔隙系统的三维拓扑结构特征与空间连通性。研究人员对比分析了3DP岩心与数字岩心（DRP）模拟得到的孔径分布（PSD）、孔隙度和绝对渗透率的差异；同时结合原位CT成像技术开展了3DP岩心可视化CO2驱油实验，并与实验基准数据进行了比较。研究成果为定量表征岩石复杂孔隙结构特征及其中多相流体输运机制提供了新的工具，具有广阔的应用前景。论文研究工作得到国家自然科学基金，武汉市知识创新专项（基础研究）和四川省自然科学基金等项目的支持。相关研究成果以“3D Printing of natural sandstone at pore scale and comparative analysis on micro-structure and single/two-phase flow properties”为题发表在《Energy》期刊上。图1. 基于CT图像与面投影微立体光刻技术的致密砂岩微观孔隙结构提取与3D打印制备流程(a)天然致密砂岩的微CT扫描；(b)数字图像处理与岩心重建；(c)面投影微立体光刻3D打印成型该研究中所采用的天然岩心样本为海相致密砂岩。通过从原始岩心中钻取直径约为5mm的小岩心柱塞样本，利用蔡司Xradia MICROXCT-400三维成像系统进行微CT扫描成像，获取天然岩心孔隙结构的微CT图像（如图1a所示），并将其用于孔隙空间提取、数字岩心重建与模拟（如图1b）；然后，基于数字图像处理转化为3D打印通用的.stl文件，利用BMF公司的面投影微立体光刻成型技术完成孔隙模型的3D打印（如图1c所示）。图2. 3D打印岩心与天然岩心微观孔隙结构的对比分析(a)基于偏光显微镜和CT成像得3DP岩心孔隙结构表征；(b)基于图像校准的3DP岩心与原始岩心孔隙结构拓扑形态特征的对比分析；(c)孔隙结构特征参数的计算与分析为表征3D打印岩心在复刻天然岩心孔隙结构特征方面的准确性，该团队分别采用偏光显微镜和微CT成像对3DP岩心的2D/3D微观孔隙结构特征进行了定量表征（如图2a所示）。基于团队自行开发的数字图像处理与模型重建技术，分别研究了3DP岩心孔隙分布特征，并与天然样品的实验室测试结果进行了对比分析，结果表明3DP岩心和原始样品的PSD分布总体上一致（如图2c所示）。在对3DP岩心和原始岩心CT图像手动校准的基础上，团队采用开源图像处理软件（Fijiyama）中的块匹配算法（Block-Matching Algorithm）实现了3DP岩心CT图像与原始样品CT图像的自动配准，并作为后续分析的基准数据（如图2b所示）。结果表明，3DP岩心与原始岩心孔隙特征吻合较好，验证了3DP岩心在微米尺度下再现岩石微观结构的可行性和适用性。在此基础上，团队以分割的微CT图像为数据蓝本，引入峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio, PSNR）和结构相似性指数度量（structural similarity index measure, SSIM）两个关键参数对3DP岩心孔隙结构特征进行表征，以量化3DP岩心与原始岩心孔隙结构的保真度（如图2c所示）。PSNR用于衡量相同空间位置上孔隙特征参数（大小和坐标位置）的绝对误差。SSIM用于测量两个图像之间的相似性，用于评估相应位置上的孔隙是否由3D打印机识别。计算结果表明：本文中3DP岩心的PSNR值介于[9.010，14.983]之间，其SSIM值介于[0.870，0.925]之间。大多数孔隙特征被打印识别，但一些孔隙并不在原始尺寸或位置上。由于后处理过程中，样品近端部的液体树脂更容易被去除，因此顶/底部结构的打印精度优于其他部分，显示出更高的SSIM值。图3. 基于原位CT成像的微观可视化多相渗流试验(a)团队自行设计的用于原位CT成像的微观可视化渗流试验系统；(b)3DP岩心饱和油状态（上部）和CO2驱油后（下部）3DP岩心中油相分布的微CT图像；(c)CO2驱油后3DP岩心中CO2分布及对应的孔隙网络模型，以及3DP岩心和原始岩心中残余油相原位润湿角计算结果的对比在3DP岩心与原始岩心孔隙结构特征对比分析的基础上，团队针对3DP岩心的流体输运特性开展了进一步的研究。利用自行设计的基于原位微CT成像的可视化渗流试验系统分别进行了3DP岩心的饱和油和CO2驱油试验（如图3a所示）。分别采集了饱和油状态与驱替完成时3DP岩心的微CT图像（如图3b所示）。为了消除不同扫描阶段样品放置的人为误差，研究人员对获取的CT图像也进行了手动校准和图像配准操作。分析结果表明：注入CO2气体主要沿孔隙中部流动，导致颗粒表面出现大规模残余油。考虑到制备3DP岩心使用的HTL树脂是强油湿性，残余油相优先附着到固体表面。当注入流体发生突破时，样品中会留下很大部分以油膜形式分布的残余油。在油湿性岩心中，毛细管压力是注入CO2的阻力，导致大量残留油块被毛管力卡断在小孔中。此外，研究团队对3DP岩心和原始岩心的原位接触角进行了计算与对比分析，讨论了微观润湿性在残余流体捕获机制中的影响（如图3c所示），并进一步提取了CO2驱替后3DP岩心的孔隙网络模型，对驱替过程中CO2气体的主要渗流通道以及微观赋存状态进行了讨论与分析。结果表明，注入气体主要沿3DP岩心的左侧分布，注入CO2沿优先通道突破，与剩余油分布一致。考虑到注入CO2的操作压力低于最小混相压力，驱替过程为不混相气-液流，界面张力和注入流体粘度的降低有助于提高波及效率和采收率。（如图3c所示）。