多孔介质微观孔隙结构分形特征及分形系数的意义

依据孔隙结构的球体模型和毛管束模型,推导出两种模型的孔隙体积表达式和两种模型分形维数间的关系式。计算结果表明,基于毛管束模型的分形维数总比基于球体模型计算的分形维数小1,分形系数的物理意义在于它反映了孔隙的发育程度。基于毛管束模型,利用压汞数据计算了西峰油田长8储层多孔介质微观孔隙的分形维数,同时给出了分形维数与孔隙度、渗透率等地层参数的关系曲线。分析结果表明,该区孔隙结构具有分形特征,分形维数为1～2。分形维数越大,多孔介质微观孔隙分布的非均质性越强;分形系数越大,孔隙越发育,储层物性越好。     

基于分形理论的饱和多孔介质电导率模型建立

多孔介质具有复杂的内部孔隙结构,其固体基质的组成成分、内部孔隙的几何形状及其赋存于内部孔隙的液体成分都对多孔介质的电导率有较大影响,因此很难对其导电特性进行准确表征。多孔介质内部孔隙的不规则性表现出极强的分形特性,其分形维数在一定程度上能反映多孔介质的内部微观结构特征,且分形几何理论已经被用于多孔介质输运特性的研究中。为进一步丰富多孔介质电导率模型,促进对微观物理结构如何影响其宏观电导性的理解,本文基于分形理论,以多孔介质微结构参数（孔隙度、孔隙分形维数和曲率分形维数）为基础,建立了多孔介质的电导率模型。以现有试验数据为基础,对推导电导率模型的正确性进行验证,结果表明,两者具有较高的一致性,说明该电导率模型的正确性和有效性。     

有效应力下多孔介质微观结构的分形特征

以分形几何理论为基础,建立了有效应力的分形计算模型,分析和讨论了多孔介质微观结构和有效应力之间的关系,从微观角度上揭示有效应力对多孔介质孔隙结构的影响规律。研究结果表明:有效应力的分形计算模型可以描述有效应力与多孔介质微观结构之间的关系;随着有效应力的增大,多孔介质的分形维数呈指数增加,孔隙度呈指数递减,多孔介质中孔隙数呈指数递减趋势,孔隙平均半径呈减小趋势。     

分形多孔介质渗透率与孔隙度理论关系模型

基于多孔介质微观孔隙结构的分形特征、毛管模型和Poiseuille方程建立了计算分形多孔介质宏观物性参数渗透率与孔隙度的理论模型,给出了二者之间新的理论关系式.分形多孔介质宏观物性参数及其关系式是多孔介质微观孔隙结构分维数、分形系数和微观结构参数的函数,不包含任何经验或实验常数.定量分析了多孔介质微观孔隙结构分维数、分形系数和微观结构参数对分形多孔介质宏观物性参数及其关联式的影响.理论计算结果与实验结果存在较好的一致性,表明理论模型是有效的.     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D DT＜3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D DT＞3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D DT=3是特殊点,令D DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

多尺度分形多孔介质气体有效扩散系数的数学模型

基于毛细管束假设和分形理论,建立了一种计算多孔介质中气体有效扩散系数的数学模型.利用分形几何理论,引入孔隙面积分形维数、孔道迂曲度分形维数以及孔隙连通性等参数定量表征多孔介质中真实的内部结构,构建出多孔介质、多尺度孔隙结构的分形模型,系统地研究了多孔介质中不同尺度孔隙下的气体扩散过程,推导出了分形多孔介质气体有效扩散系数模型,并分析讨论了多孔介质微结构参数对气体有效扩散系数的影响.研究结果表明,气体有效扩散系数随着平面孔隙度的增大而近似呈线性增加,孔隙面积分形维数与气体有效扩散系数呈正相关,而孔道迂曲度分形维数与气体有效扩散系数呈负相关;不同孔隙度情况下,气体有效扩散系数随着孔隙最小/最大直径比的变化趋势不同,孔隙连通性越强的多孔介质,气体有效扩散系数越大.     

川南地区龙马溪组页岩孔隙结构的分形特征

分形维数是多孔介质不规则程度的度量。对川南下志留统龙马溪组页岩的氮气吸附法测量结果分析,采用基于FHH模型的分形维数计算模型,得到龙马溪组页岩孔隙的分形维数。川南龙马溪组页岩具有明显的分形特征及较大的分形维数,分形维数变化范围在2.600 5~2.648,平均为2.625 2。页岩分形维数与页岩比表面积和孔容呈正相关,且页岩中的微孔对页岩分形维数有重要影响。有机质、石英和黏土矿物对页岩分形维数影响较大,长石和碳酸盐对页岩分形维数影响较小;页岩分形维数与有机碳含量和石英含量呈正相关,而与黏土矿物含量呈负相关,其中黏土矿物中伊利石和绿泥石对页岩孔隙结构影响不同。页岩分形维数越大,页岩孔隙结构越复杂或孔隙表面越粗糙,页岩的吸附气体能力越强,但页岩气的解吸、扩散及渗流变得越困难。     

基于分形理论的疏浚淤泥固化土孔隙结构定量化研究

在分析疏浚淤泥固化土试样累计进汞曲线及SEM照片的基础上,基于分形理论,求得疏浚淤泥固化土孔隙结构的分形维数,确定了分形维数与微观结构参数、宏观力学性质以及固化材料比例之间的关系.研究结果表明:疏浚淤泥固化土微观孔隙结构具有明显的分形特征,其分形维数在2.8~3.2.并且,疏浚淤泥固化土的分形维数与平均孔径、孔表面积、承载比、黏聚力、内摩擦角以及矿粉掺量之间均具有很好的相关性:分形维数越大,疏浚淤泥固化土的平均孔径越小,比表面积越大,压缩指数越小,承载比、黏聚力和内摩擦角越大;分形维数随着配比中矿粉掺量的增加逐渐增大.采用分形维数可很好地定量描述疏浚淤泥固化土孔隙结构特征及力学特性,也可为疏浚淤泥固化土宏微观特性分析及模型的建立提供数据支持.     

致密砂岩储层微观孔隙结构的分形研究

针对鄂尔多斯盆地陇东地区长7致密储层孔隙结构复杂、储层有效性评价困难的问题,基于分形理论,分别利用压汞曲线及CT图像对分形维数求解。通过计算的分形维数求解分形孔隙度,并与实验孔隙度对比。结果表明,两类分形维数的计算结果能反映其与孔隙结构间的关系,均表明该样品为中等非均质性。研究后认为,分形维数可以用于孔隙结构类型的表征。     

砂岩储层孔隙结构分形特征描述

在前人对孔隙结构分形特征研究的基础上,利用分形几何理论,建立了描述储层孔径分布的分形几何公式和储层毛管压力曲线的分形几何公式;利用岩心压汞测试资料,建立了描述孔隙结构的分形几何模型,探讨了砂岩孔隙结构的分形特征.研究表明孔隙的分形特征是分区域的,分形维数可以定量描述孔隙的非均质性,分形维数大,砂岩孔隙分布的非均质性强.依据建立的孔隙分形模型,在考虑孔隙结构、润湿性变化的基础上,根据函数公式和毛管束模型,推导出了油水相对渗透率的理论预测公式.根据所得到的理论预测公式,进行了相对渗透率曲线预测.预测结果表明,预测曲线与理论曲线是一致的.同时,可用于长期水驱后油水相对渗透率的预测和不同储层相渗曲线的归类,指导油田开发.     

煤与页岩低温氮吸附孔隙结构特征与分形特征对比——以阳泉地区山西组15#煤与页岩为例

以山西组高煤级煤与页岩样品为例,通过低温氮气吸附实验研究了样品的孔隙结构特征,并基于FHH分形模型计算了样品的分维值,对页岩与煤层的孔隙分形特征进行了对比研究。结果表明:页岩样品以微孔为主,同时含有一定量的过渡孔,主要的储集空间由微孔和过渡孔提供。高煤级煤样品以过渡孔为主,主要的储集空间由过渡孔提供。在测试孔径范围内,页岩样品的比表面积远大于高煤级煤。页岩的孔隙形态上以四周开放的平行板孔和裂缝型孔为主,具有部分细颈瓶孔,高煤级煤的孔隙形态以封闭型孔为主,反映页岩储层微观渗流能力更强,可能是页岩中游离气比例高于煤层的原因之一。页岩与高煤级煤均具有显著的分形特征,页岩样品分维值高于高煤级煤,说明页岩孔隙的空间结构比高煤级煤更为复杂,非均质性更强;同时二者均具有双重分形特征,页岩渗流孔分维值低于吸附孔,反映页岩吸附孔孔隙结构更为复杂。与页岩相比,高煤级煤渗流孔和吸附孔的分维值均小于页岩,孔径分布集中于过渡孔,有利于煤层气快速到达产气高峰;而页岩孔径分布则集中于微孔和过渡孔,吸附气含量更高,并且过渡孔的孔隙结构以平行板孔为主,孔隙结构特征较微孔简单。     

应用分形理论研究鄂尔多斯ZJ油田长6段储层孔隙结构的非均质性

利用薄片资料分析了鄂尔多斯ZJ油田长6段储层的孔隙结构类型和组合特征.用岩样毛管压力数据讨论了岩石孔隙结构的分形特征.用小于某一孔隙半径r的孔隙体积百分比s与r的拟合关系,计算了ZJ油田延长组长6段储层的孔隙结构分形维数.计算结果表明,长6段储层的长62-1小层及长62-2小层的毛管压力曲线都存在一个标度区间,在该区间内孔隙结构才具有分形特征.同一岩样中,大孔隙与小孔隙呈多重分形特征,且对应于不同的标度区间.对于62-1小层,大孔隙段和小孔隙段的分形维数分别为2.58和2.85,表明长62-1小层小孔隙发育段的孔隙结构更复杂.对于长62-2小层,大孔隙段和小孔隙段的分形维数分别为2.71和2.83,同样,小孔隙段的孔隙结构复杂、非均质性强.对比长62-1和长62-2的大孔隙段分形维数知道,前者孔隙结构相对简单.对比测试结果知道,孔隙结构与含油性关系密切,孔隙结构简单的长62-1小层的含油性明显好于长62-2小层,而且孔喉相对分选系数与分形维数呈正相关关系.     

蜀南地区五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构及分形特征

南方上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组海相页岩是中国页岩气主力开发层位,页岩微观孔隙结构特征的研究对于页岩含气性和开发储量的评价有重要意义。采用场发射扫描电镜和低温氮气吸附实验方法对蜀南地区长宁区块五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构进行了定性评价和定量表征。实验结果表明,蜀南地区五峰-龙马溪组页岩以有机质孔隙为主,局部可见粒间孔和粒内孔发育。氮气吸附回滞环属于H4型,对应纳米级孔隙类型为狭缝型;五峰-龙马溪组页岩平均比表面积17.35 m~2/g,平均孔体积16.70 mm~3/g,平均孔径9.82 nm;页岩纳米级孔隙表面具有分形特征,分形维数平均值为2.681;有机碳含量的增加使得纳米级孔隙数量增多,页岩分形维数增大,孔隙表面粗糙程度增大,页岩比表面积增大,页岩吸附能力增强。     

川东南盆缘复杂构造区龙马溪组页岩孔隙结构及分形特征

川东南盆缘复杂构造区龙马溪组页岩总有机碳(total organic carbon, TOC)含量高、热演化成熟度高,但构造条件复杂,其微观孔隙结构特征及分形特征相关研究较少且与四川盆内页岩存在差异,亟需进一步深入研究。为更好地表征页岩孔隙结构非均质性及其对页岩气富集的影响,综合运用核磁共振、高压压汞及扫描电镜等技术,定量表征复杂构造区页岩微观孔隙结构特征。基于分形理论,利用高压压汞、核磁共振方法获得不同尺度孔隙的分形维数,并探讨分形维数与孔喉结构参数、TOC含量、矿物组分含量的关系及其地质意义。结果表明：川东南盆缘复杂构造区页岩主要发育有机孔、粒间孔和微裂缝。孔隙结构具有多重分形特征,不同尺度孔喉分形维数存在差异,大孔喉复杂程度高于小孔喉,孔隙总分形维数为2.470 2～2.819 1,均值为2.625 6,反映复杂构造区页岩发育更为复杂的孔隙结构,为页岩气提供大量吸附点位,对页岩气聚集具有积极作用。TOC含量和石英含量等因素的共同影响,造成研究区页岩的强非均质性和复杂的孔隙结构特征。与四川盆内页岩相比,研究区页岩孔径分布较广、分形维数偏低。综合分析页岩孔隙结构及分形特征可为昭通示范...     

页岩纳米孔隙分形特征及其对甲烷吸附性能的影响

为了更好地了解页岩纳米孔隙特征及其对甲烷吸附性能的影响,对四川盆地上三叠统须五段的6个页岩样品进行了分形分析。通过对氮气吸附/解吸等温线的分析表明,页岩在相对压力为0~0.5和0.5~1时具有不同的吸附特征。利用Frenkel-Halsey-Hill(FHH)方程计算得到两个分形维数D_1和D_2。甲烷的吸附性能随着D_1和D_2的增加而增强,其中D_1对吸附有着更显著的影响。进一步研究表明,D_1代表由于页岩表面不规则性产生的孔隙表面分形特征;而D_2代表的是孔隙结构分形特征,其主要受页岩组分(有机碳含量、石英、黏土矿物等)和孔隙参数(平均孔径、微孔含量等)控制。更高的分形维数D_1对应更不规则的孔隙表面,为甲烷吸附提供更多的空间。而更高的分形维数D_2代表更复杂的孔隙结构以及孔隙表面更强烈的毛细凝聚作用,进而增强甲烷的吸附能力。因此,页岩孔隙表面越不规则,孔隙结构越复杂,甲烷吸附能力越强。     

克拉玛依油田七西区三叠系下克拉玛依组储层微观非均质性定量评价

克拉玛依油田七西区克下组油藏开发面临单井产量衰减快、含水高,水驱开发效果差,剩余油分布规律不明确,需要加强目的储层微观非均质性评价。利用岩心观察、薄片分析等研究手段,对储层岩石学及储集特征进行分析;以压汞实验分析为基础,利用“主要流动空间”和“分形维数”分别从“量”和“形”的角度关注目的储层孔隙结构非均质性程度,对储层微观非均质性进行定量表征。结果表明：克下组储层岩性以砂砾岩为主,储集空间类型多样,以剩余粒间孔为主,储层以低孔特低渗为主。“主要流动空间”反映渗流能力贡献率为95%的主要流动空间仅占整体储集空间的不到三分之一;受微裂缝影响,“分形维数”分布于2.6～2.7的样品孔隙结构相对较好,整体反映出储层孔隙结构非均质性很强,最终主要利用上述两个参数对储层微观非均质性进行合理评价,为后续高效开发提供地质依据。     

用分段回归方法计算孔隙结构的分形维数

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征,孔隙结构的分形维数可以用来定量描述孔隙结构的复杂程度。应用分形几何的原理,推导了储层岩石不同孔隙分布和毛细管压力曲线的分形几何模型。根据毛管压力曲线资料,用分段回归的方法计算了不同孔隙结构的分形维数。计算结果表明,用分段回归方法计算孔隙结构的分形维数能更好地反映孔隙结构的实际情况。若孔隙大小相差不大,孔隙结构的分形维数相等或比较接近;若孔隙大小相差较大、非均质性较强,得到的孔隙结构分形维数不同。     

Fractal classification and natural classification of coal pore structure based on migration of coal bed methane

According to the data of 146 coal samples measured by mercury penetration, coal pores are classified into two levels of <65 nm diffusion pore and >65 nm seeping pore by fractal method based on the characteristics of diffusion, seepage of coal bed methane(CBM) and on the research results of specific pore volume and pore structure. The diffusion pores are further divided into three categories: <8 nm micropore, 8-20 nm transitional pore, and 20-65 nm mini-pore based on the relationship between increment of specific surface area and diameter of pores, while seepage pores are further divided into three categories: 65-325 nm mesopore, 325-1000 nm transitional pore, and >1000 nm macropore based on the abrupt change in the increment of specific pore volume.