黔西地区龙潭组煤系泥页岩孔隙结构及分形特征研究

为了研究煤系泥页岩微观孔隙结构特征,以黔西地区龙潭组煤系泥页岩为研究对象,基于扫描电镜及低温氮气吸附实验测试手段,定性和定量表征页岩孔隙特征,同时运用分形理论分析了其分形特征,并探讨了孔隙结构影响因素。结果表明:黔西地区龙潭组煤系泥页岩扫描电镜下观察到粒间孔、粒内孔、微裂缝及有机质孔4类,微裂缝大量发育,为烃类气体运移提供通道,仅见少量有机质孔隙;泥页岩氮气吸附等温线与Ⅳ型等温线相近,曲线均呈反"S"型,反映出主要为中孔,在高比压区(0.45P/P_01.0)形成滞后回线,表现为H2型的细颈广体的墨水瓶孔和H4型的狭缝型孔;孔径平均值为8.36 nm,以中孔为主,比表面积较大,平均为12.03 m~2/g,总孔体积较大,平均为0.017 379 m~3/g;采用FHH模型对低比压区(0P/P_00.45)和高比压区(0.45P/P_01.0)2个阶段进行计算分形维数(D_1、D_2),分形维数较大,D_1平均为2.576 3、D_2平均为2.703 2;总有机碳含量对泥页岩BET比表面积和平均孔径影响较小,与BJH总孔体积呈一定的负相关性;矿物成分对泥页岩的孔径和比表面积有较大的影响,黏土矿物含量越低、石英含量越高,平均孔径越大,石英含量越高,比表面积越小;泥页岩比表面积越大、平均孔径越小,泥页岩黏土矿物含量越高、石英含量越低,分形维数越大,煤系泥页岩孔隙结构复杂,连通性较差,非均质性较强。     

宁武盆地太原组海陆过渡相页岩微观孔隙特征

以宁武盆地太原组海陆过渡相页岩为研究对象,借助扫描电镜观察了页岩微观孔隙特征,采用核磁共振(NMR)技术和低温氮吸附实验相结合的方法深入研究了孔隙结构。结果表明:宁武盆地太原组海陆过渡相页岩主要发育有机质孔、矿物晶间孔、铸模孔和微裂隙四类孔隙;页岩样品T2谱特征相似,形态上表现为双峰,峰值分别介于0.8~1ms,20~50ms之间,根据左峰高低可划分为高峰T2谱和低峰T2谱两类,高峰T2谱样品成熟度偏低,有机碳含量较高,低峰T2谱样品成熟度高,有机碳含量低,表明有机碳含量和成熟度可能会影响孔隙的发育;低温氮吸附实验结果显示样品具有Ⅳ型等温吸附线,滞后环类型以H3型为主,部分兼有H2特征,反映孔隙主要为平行板状孔。FHH方程计算的页岩孔隙分形维数D值在2.66~2.71之间,数值接近3,表明页岩孔隙结构较为复杂,其非均质性较强,而微小孔发育是造成页岩孔隙结构非均质性的主要原因。     

黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形特征

在黔西北地区海陆过渡相龙潭组页岩低温氮气吸附实验基础上,利用FHH模型研究了其孔隙分形维数,得到其分形维数D_1和D_2,整体数值较大,平均值分别为2.718 6和2.782 4,反映龙潭组泥页岩孔隙非均质较强,结构较为复杂。将分形维数与页岩其他地质参数进行相关性分析,结果表明:分形维数与泥页岩的比表面积、TOC呈正相关关系,与平均孔径、石英含量、石英/黏土呈负相关关系,与镜质体反射率、黏土矿物含量呈"先正后负"的相关关系,拐点分别出现在Ro为2.5%以及黏土矿物含量为50%处。综合研究认为:D_1能够较为综合反映泥页岩孔隙的大小、体积、比表面等特征,可以综合表征泥页岩孔隙的结构特征,数值越大越有利于页岩气富集,而D_2对于孔隙结构复杂程度的表征更为明显,可以专用于研究泥页岩孔隙结构的复杂程度,数值需在一定范围内,不宜过大,并认为黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形维数D_1的有利分布范围为大于2.60,而D_2的有利分布范围为2.50~2.80,当D_22.80时需要系统进行可采性评价及压裂开采设计。     

海拉尔盆地呼和湖凹陷低阶煤孔隙分形特征研究

为研究有利于煤层气勘探开发的煤储层孔隙结构特征,运用孔隙分形研究方法,探究了海拉尔盆地呼和湖凹陷低阶煤中分形维数与孔径分布、镜质组反射率、兰氏体积与兰氏压力之间的关系。研究表明:海拉尔盆地呼和湖地区低阶煤在不同孔径段内的孔隙具有明显的分形特征,FHH模型计算的分形维数更符合呼和湖地区低阶煤孔隙特征;FHH中不同宏观煤岩类型在相对压力0～0.5和0.5～1.0吸附特征各异得到分维数D_1和D_2,其中D_1表征煤吸附孔表面粗糙度,而D_2表征吸附孔结构不规则性;D_2越高,BET比表面积积越大,微孔含量越高,平均孔直径越小;分形维数D_1和D_2都可以反映呼和湖地区低阶煤的吸附性能,D_1相较D_2对煤岩吸附性能的控制作用更大。     

宣龙坳陷东缘下花园组煤系页岩储层孔隙非均质性特征

通过有机岩石热解、有机碳含量、有机质成熟度、高压压汞和低温液氮吸附等系列实验,表征宣龙坳陷东缘中侏罗统下花园组煤系页岩储层的孔隙特征,并运用分形FHH模型研究孔隙结构的非均质性。     

煤孔隙结构构造变形的压汞法和小角X射线散射表征

依托渭北煤田韩城矿区煤样,采用压汞法和小角X射线散射技术(SAXS),结合孔隙分形表征,从分形特征的角度探讨了构造变形对煤孔隙结构的影响程度。结果表明,煤的孔隙分形维数定量表征了构造煤孔隙结构的差异性变化及其非均质性。强构造变形煤具有较高的渗流孔分形维数(DHg),孔隙结构及表面非均质性较高,而渗透率较低,说明强烈构造变形所导致的复杂孔隙结构是构造煤储层低渗透的原因之一。吸附孔孔隙表面分形维数(DSAXS)随着构造变形的增强而增大,表明变形作用造成煤孔隙表面结构在微观上变得复杂。研究认为,分形维数可以指示煤中孔隙结构的构造变形程度。     

煤系沉积岩多重分形维数计算及影响因素分析

为表征煤系沉积岩的孔隙结构与分形特征,选取中侏罗统页岩、泥岩和砂岩3种典型沉积岩进行了X射线衍射(XRD)分析、核磁共振(NMR)实验,运用分形理论讨论了NMR分形维数与矿物组成、物性参数之间的相互关系。结果表明:①基于弛豫时间截止值T_2C,可将页岩、泥岩NMR分形维数划分为吸附孔隙分形维数D_A(T₂≤3 ms)和渗流孔隙分形维数D_S(T₂>3 ms)。②储层物性方面,NMR分形维数D_f与孔隙率、渗透率、储层质量指数呈良好的线性负相关关系,说明NMR分形维数能够作为衡量岩石物性的重要指标。③矿物成分方面,石英、长石含量与分形维数D_f呈弱负相关关系,黏土矿物由于受到沉积环境、理化性质和矿物本身含量等多因素作用,对分形维数的影响差异较为显著。     

中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征

采集华蓥山煤田中梁山南矿9个有代表性的煤层样品进行低温氮吸附实验,分析构造煤吸附孔分形特征及分形维数与气体吸附能力的关系。低温氮吸附、解吸曲线表明不同变形序列构造煤在相对压力0.5~1.0范围内吸附特征各异。在此基础上,运用分形FHH方法得到构造煤分形维数D。研究表明：分形维数D可以表征构造煤吸附孔孔径结构和孔表面的变化关系;分形维数越高,微孔含量越多,孔表面越不规则,孔隙结构非均质性愈强;分形维数大小可反映煤的吸附能力,分形维数增高,吸附能力增强。因此,由构造变形增强引起的高分形维数和复杂的孔隙结构显示出更高的吸附能力。     

构造煤孔隙结构多尺度分形表征及影响因素研究

构造煤的孔隙结构具有非均质性、自相似性及标度不变性等分形特征,难以用传统的欧式几何方法对其孔隙特征进行定量描述。为了研究构造煤不同尺度孔隙结构的分形特征及表征方法,采用低温CO_2吸附法、低温N_2吸附法和压汞法等分别测试了4种试验煤样(原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤)的微孔、介孔及大孔孔隙结构,分析了构造煤中不同尺度孔隙的分形特征,探讨了构造煤孔隙结构多尺度分形特征综合表征方法,运用灰色关联方法研究了构造煤孔隙分形维数的影响因素。研究结果表明:基于CO_2吸附数据的微孔填充模型、基于N_2吸附数据的FHH模型和基于压汞数据的热力学模型分别能够对构造煤微孔、介孔和大孔孔隙的分形特征进行有效表征,不同尺度孔隙的分形维数随构造煤类型变化的规律不同,其中微孔分形维数及介孔中2～6 nm孔径段的分形维数随构造煤的破坏程度增大而增高,其余尺度孔隙的分形维数变化则没有明显规律。以阶段孔容比例为权重,对构造煤不同尺度的孔隙分形维数进行加权计算,即得构造煤多尺度综合分形维数,其能够反映不同尺度孔隙的分形特征,表现为多尺度综合分形维数随构造煤变形程度的增强而增大。根据灰色关联度排序,中值孔径、微孔孔容、总比表面积、微孔比表面积等因素对分形维数的影响最大,最可几孔径、总孔容、介孔比表面积、微孔比表面积比例等因素次之,灰分、挥发分、介孔孔容、介孔比表面积比例等因素对分形维数的影响相对较小。     

基于压汞法软硬煤孔隙结构分形特征研究

压汞法是表征煤体孔隙结构的经典方法,文章采用压汞法对软、硬煤孔隙结构分形特征进行研究,结果表明:软煤的进汞量大于硬煤的进汞量,软煤孔隙所占的比例较大。硬煤渗流孔分形维数小于软煤渗流孔的分型维数,分形维数越高,吸附能力越强,软煤的非均质性较强,采用压汞法测出的瓦斯扩散孔不具有分形特征。     

不同变质程度煤孔隙结构分形特征对瓦斯吸附性影响

为研究不同变质程度煤孔隙结构分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响,通过压汞试验测试了9组不同变质程度煤样孔隙结构,利用Menger海绵模型分析了不同变质程度煤孔隙结构分形特征,结合煤样吸附常数,研究了孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特性的影响。研究结果表明,煤孔隙在不同孔径段具有不同的分形特征,渗流孔分形维数D_1和吸附孔分形维数D_2均随变质程度的增加呈线性增大。煤孔隙分形特征对瓦斯吸附特性具有一定的影响,渗流孔分形维数D_1与吸附常数b呈良好的线性关系,与极限吸附瓦斯量a的关联性不大,表明渗流孔分形维数D_1对吸附瓦斯速率影响较大,对吸附能力影响较小;吸附孔分形维数D_2与极限吸附量a呈正相关关系,与吸附常数b关联关系不明显,说明吸附孔分形维数D_2对瓦斯吸附能力影响较大,对吸附瓦斯速率影响不明显。     

煤岩孔隙结构分形特征表征方法研究

煤岩孔隙结构对煤层气解吸、扩散、渗流具有重要影响。分形理论为孔隙结构研究提供了有效的方法,但目前对煤岩孔隙分形特征的表征方法尚未形成统一认识,需要进一步研究。从分形定义出发,建立了新的煤岩孔隙结构分形特征表征方法,然后通过煤岩压汞实验对分形定义法和文章新建方法进行对比评价,最后对煤岩分形区间和分形维数进行了探讨。结果表明,通过文章提出的毛管压力法确定的分形区间和分形维数与通过分形定义法得到的结果非常接近,是表征煤岩孔隙结构分形特征的有效方法;煤岩在整个孔隙空间上具有分形特征,且其分形维数能够有效表征煤储层非均质性,分形维数越大,煤储层物性越差,非均质性越强。     

有机质页岩孔隙分形模型的适用性研究

为了深入研究分形理论模型计算不同尺度孔隙分形维数的适用性,以焦页1井龙马溪组页岩与慈页1井牛蹄塘组页岩的钻井岩心样品为研究对象,采用CO_2和N_2等温吸附试验,获得了2组页岩微孔与介孔的吸附数据,并分别结合微孔分形模型和FHH分形模型计算了微孔与介孔的分形维数,讨论了2种模型的有效性。研究结果表明:微孔分形模型适用于计算CO_2吸附数据,可有效表征页岩微孔的分形维数;而选FHH分形模型适用于计算N_2吸附的高压段数据,可有效表征页岩介孔的分形维数。微孔与介孔可具有不同的分形结构,页岩孔隙结构的评价应综合考虑两类孔隙的分形维数。     

五峰组-龙马溪组页岩孔隙结构与非均质特征研究

为探究五峰组-龙马溪组页岩储层孔隙特征与微观非均质特征,以重庆南川、綦江的五峰组-龙马溪组页岩样品为例,通过氩离子抛光-场发射扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附等实验技术手段,总结出孔隙的结构特征,进而揭示储层在微观尺度上的非均质性。结果表明:储层发育为多种孔隙类型,特征具有较大差异;孔隙在连通性、形态、孔径、分布特征上的微观非均质性较强;储集能力、渗流能力的差异受控于储层孔隙-微裂隙的非均质性;分形维数可作为孔隙非均质程度的定量评价标准。对页岩储层纳米孔和非均质性的研究,可以为储层评价提供新的思路。     

乌鲁木齐河东矿区煤储层渗流孔孔隙分形特征研究

为准确描述乌鲁木齐河东矿区煤储层渗流孔孔隙特性,结合压汞试验及煤质分析试验,采取分段分形方法定量探讨了煤储层渗流孔孔隙结构特征及其影响因素,将渗流孔孔隙度与孔隙结构参数进行耦合,并进行了煤岩渗透率预测。研究结果表明:乌鲁木齐河东矿区43号和45号主力煤层孔隙结构较为复杂,但连通性较好,43号煤层样品压汞曲线表现进汞饱和度相似,退汞效率较高,煤样微小孔及大孔较为发育。45号煤层样品进汞饱和度为45%～85%,且退汞效率较低,煤样微小孔隙占有绝对优势,故43号煤层孔渗性优于45号煤层;煤岩渗流孔隙分形维数分布在2～3,中、大型孔隙均存在明显的分形特征,煤样的中孔分形维数D_2高于大孔分形维数D_1,故研究区煤储层中孔较大孔复杂;大孔分形维数随着镜质组含量的增加而减小,随着惰质组含量的增加而增加,随着煤中水分的增加而呈现倒"U"型的相关关系,随着灰分的增加呈现下降的趋势等;煤岩渗透率高低是渗流孔孔隙度和孔隙结构耦合而决定的,在95%置信带内大孔孔隙度P_1与渗透率呈现强相关关系,中孔孔隙度P_2与渗透率呈现中等程度相关,分形维数D_1、D_2则呈现弱相关关系。基于支持向量机方法将渗流孔孔隙度和分形维数作为煤岩渗透率的自变量进行训练,经检验得出的渗透率与实际测试渗透率拟合程度很好,渗流孔孔隙度与孔隙结构耦合可有效反映煤岩渗透率。     

基于核磁共振技术的煤体微观孔隙结构研究

为了了解煤样的微观孔隙结构特征,应用核磁共振技术(NMR)对煤样孔隙类型、连通性、孔径分布等特性进行分析,结合X射线衍射(XRD)和计算机断层(X-CT)扫描测试结果探究了煤样的物相组成、矿物质成分及表观形貌特征。结果表明:测试煤样含有多种矿物质成分,主要为高岭石、方解石和黄铁矿等,矿物质主要夹杂在煤样割理系统中;NMR测试的横向弛豫时间T2谱呈典型的三峰曲线,依照0.5~5 ms,5~100 ms,和100 ms的弛豫时间区间可将煤样内部孔隙类型对应为吸附孔、渗流孔和扩散孔;所测煤样的T2截止值在10~20 ms之间,表明具有高度发育的微观孔隙和较为发育的中孔结构;NMR的测试结果与CT扫描的三维可视化分析结果相吻合,证实样品具有较高的非均质性。NMR技术能较好弥补CT扫描在微孔观测中的不足,呈现出更为具体的煤样内部微观孔隙特征。     

黔西北龙潭组页岩储层特征研究

以黔西北龙潭组页岩为研究对象,基于岩心有机地球化学、矿物组成、扫描电镜、比表面及孔径和低温N_2脱附-吸附试验测试,研究了黔西北地区龙潭组页岩储层特征。结果表明:黔西北龙潭组页岩有机质丰度高,有机质类型为Ⅲ型干酪根,处于过成熟阶段,具有良好的生烃条件。页岩矿物组分以黏土矿物和石英为主,黏土矿物中以伊利石和伊/蒙混层含量最高;储层孔隙度低,孔隙类型多样,孔隙大小以中孔为主,脆性指数为57.6%,表明龙潭组泥页岩具有良好的脆性特征;通过N_2吸附-脱附曲线发现,龙潭组页岩样品的分形维数D1=2.68～2.77(相对压力≤0. 5),D2=2.70～2.89(相对压力0. 5),D1、D2数值均偏大,反映龙潭组页岩孔隙非均质较强,结构复杂。分形维数D1和D2与比表面积成较好的正相关关系,与页岩平均孔径成较好的负相关关系。     

页岩孔渗特性的分维特征及储层预测意义

以重庆南川地区龙马溪组页岩为研究对象,基于分维分析理论,运用压汞实验等测试手段,分析了页岩孔渗特性的分维特征,结果表明:分形维数、孔隙度、渗透率、毛管压力中值、孔喉半径中值和退汞效率具有较好的相关性,分形维数与各参数描述孔隙结构的性质相一致;以分形维数表征储层孔隙结构特征,以孔隙度、渗透率表征储层物性特征,建立基于分形维数-孔隙度-渗透率的三维储层预测方案,依据三维预测指标对储层产气性能贡献度的高低,可将龙马溪组页岩储层分为3类,并以此为依据预测了南川地区龙马溪组页岩气储层的分布规律。     

页岩气藏纳米孔隙的冻融核磁共振测量表征方法

页岩气资源评价和开发的难度主要源自页岩微细孔隙结构。由于核磁共振(NMR)对原子、分子尺度的局域环境有着高度敏感性,相比于传统的介质孔隙表征方法如压汞法、气体吸附法,NMR有着无可替代的优势。以1H为探针,研发快速准确、简单稳健、成本低廉、易于操作的页岩纳米孔隙冻融NMR孔隙测量表征方法。这将为页岩气藏资源评价和开发提供坚实的基础,并具学科交叉的优势。     

基于核磁共振弛豫谱技术的页岩储层物性与流体特征研究

页岩以纳米级孔隙为主,具有特殊的孔隙结构、复杂的岩石组成和超低的渗透性等特点,这给常规表征技术手段的应用带来了困难。基于对四川盆地龙马溪组海相页岩的低场核磁共振系统实验分析,提出了一套较为完善的针对页岩孔隙度、渗透率、孔隙类型、孔隙结构和甲烷吸附能力的精细定量表征技术,从理论和技术两个角度阐明了核磁共振弛豫谱技术在页岩储层物性与流体特征分析中的应用。结果表明:核磁共振技术可有效识别页岩的黏土束缚流体、毛管束缚流体和可动流体,并计算它们的孔隙度;提出的基于双T2截止值的页岩孔径划分方案可有效应用于评价页岩的储集和产出性能;提出的基于饱和流体和束缚流体双T2几何平均值的SDR渗透率计算模型在页岩渗透率预测方面具有较强的适应性;利用核磁共振技术可定量识别页岩中吸附态、孔束缚态甲烷和游离态,可获得样品的等温吸附曲线;利用核磁共振实验模拟页岩中注CO2后甲烷的相态变化过程,发现注CO2可有效提高页岩中吸附气的采收率。总体上,基于低场核磁共振的页岩储层物性和流体特征表征为页岩储层研究提供了一种全新的技术思路。