高煤阶煤岩孔隙结构分形特征研究

分形理论为定量描述储层非均质性提供了重要的手段, 而煤层具有独特的孔隙 - 裂隙双重孔隙, 其是否具有分形特征以及如何表征其分形特征亟待进行深入的研究。通过借鉴砂岩分形特征研究和分形维数计算的方法, 对沁水盆地南部5块煤样压汞曲线进行了研究。结果表明, 所研究煤样孔隙结构具有分段分形特征, 具有孔隙半径r<0. 1μm, 0. 1μm< r<1 0μm和r>1 0μm三个分形区间。据此, 可将研究区块煤岩孔隙按大小分为三类: 小孔和微孔( r<0. 1μm) 、 中孔和大孔( 0. 1μm< r<1 0μm) 和割理( r>1 0μm) 。从整体趋势上看, 对于不同煤样, 分形维数越大, 其孔隙度、 渗透率越小, 孔隙分选性越差, 非均质性越强; 对于同一煤样在不同分形区间中的分形维数越大,其孔隙半径在该区间内的分选性越差, 即非均质性越强。     

川东南龙马溪组页岩孔隙演化特征研究

采集四川东南部彭水区块彭页A井志留系龙马溪组的页岩样品开展热模拟实验,分析页岩的矿物组分、有机碳含量、成熟度及扫描电镜图像,总结龙马溪组优质页岩段的页岩孔隙特征及其演化规律.从孔隙发育情况来看,有机孔主要发育在有机碳含量较高的层位,同时它受控于石英和黏土矿物的含量;在整个优质页岩段,页岩的有机孔表现出从无到有、从小到大...     

页岩孔隙综合分形特征及其影响因素分析

为研究页岩的孔隙结构,从而对页岩的孔隙分形特征作全面的表征,分别利用基于高压压汞实验数据的Menger海绵模型和基于低温液氮实验的FHH等温式分形模型对不同孔径段的孔隙进行分形拟合,计算其分形维数。以不同孔径段的孔隙体积比作为加权值,计算了页岩样品的综合分形维数;将页岩的综合分形维数与总有机碳质量分数(TOC)和矿物成分质量分数(黏土矿物和脆性矿物)做相关性分析,发现总有机碳质量分数(TOC)是影响综合分形维数的主要因素,随着总有机碳质量分数(TOC)的增加,使得页岩具有更大的综合分形维数,孔隙结构变得复杂,孔隙表面变得粗糙,为页岩气提供更多的吸附点位。通过综合分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度,为储层评价和页岩气的吸附研究提供思路。     

页岩分形特征及主控因素研究——以威远页岩气田龙马溪组页岩为例

为更好表征页岩孔隙结构的非均质性以及明确非均质性对页岩气富集影响作用,文中选取40块威远地区下志留统龙马溪组井下样品进行TOC,XRD衍射、低温氮气吸附以及甲烷等温吸附等一系列分析测试.从孔隙结构和矿物成分两个层次探讨了页岩分形维数的影响因素,认为页岩的分形维数受微孔发育影响.研究结果表明:页岩非均质性很强,下志留统龙马溪组龙一_1亚段的1～4小层的TOC、矿物成分、孔隙度均存在较大差异,其中1小层中下部TOC、石英含量以及孔隙度值都较高.基于氮气吸附测试,采用FHH模型计算了页岩分形维数,计算结果表明页岩的分形维数介于2.590～2.750,平均值为2.670,其中1小层中下部分形维数最高,其次为3小层,2、4小层及1小层上部分形维数较小.TOC与生物石英含量控制了微孔的发育,因此高TOC与高石英含量均导致页岩分形维数增大;黏土、碳酸盐岩以及长石由于主体发育大孔,使得页岩孔径增大,故其含量的增加会导致页岩分形维数减小.1小层中下部由于具有丰富的气体物质来源(TOC)、储集空间以及保存条件(分形维数大,气体扩散解吸渗流困难)导致在1小层中下部页岩气含气量最高,另外由于脆性矿物含量高,利于压裂形成缝网,因此1小层中下部为最有利的页岩气甜点段.     

油气储集层孔隙表面结构的分形特征研究

本文认为油气储集层的孔隙表面结构是一种分形结构,它具有自相似性和无标度性两重分形特征。定量描述孔隙分形表面复杂程度的有力工具是分维D。D值越接近于2,表面越光滑;D值越接近于3,表面越不规则。本文将孔隙铸体和电镜扫描技术与分子吸附法结合起来研究和测定孔隙表面的分形特征。研究孔隙表面结构的分形特征,对油气储集层的评价、研究残余油气饱和度和提高油气采收率有重大的指导意义。     

基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征

为研究页岩储层孔隙结构特征,以重庆南川三泉剖面泉浅1井、綦江观音桥剖面、涪陵B井和石柱打风坳剖面等龙马溪组页岩储层样品为例,通过低温氮吸附实验数据建立FHH分形模型,讨论分形维数与孔隙结构参数、TOC质量分数的相互关系.结果表明:样品孔隙以微孔为主,孔径分布集中在40nm以下,具有明显的分形特征,分形维数介于2.760~2.850之间,相关因数大多超过0.99,反映复杂的孔隙结构与较强的非均质性;部分样品显示明显的双重分形特征,以甲烷分子自由程为界可将纳米孔分为渗透孔隙和吸附孔隙,吸附孔隙阶段分形维数变化范围在2.881~2.917之间,渗透孔隙阶段分形维数变化范围在2.791~2.823之间;孔隙体积和平均孔径与分形维数具有负相关性,BET比表面积与分形维数呈明显的正相关关系,即平均孔径越小、孔隙体积越小、BET比表面积越大,分形维数越接近于3;TOC质量分数也与分形维数呈明显的正相关关系,是分形维数的重要影响因素.通过分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度,为储层评价和页岩气在纳米孔隙中的赋存和运移机理研究提供思路.     

基于NMR和SEM技术研究陆相页岩孔隙结构与分形维数特征——以松辽盆地长岭断陷沙河子组页岩为例

为了表征陆相页岩的孔隙结构和分形特征,选取松辽盆地长岭断陷沙河子组陆相页岩作为研究对象,通过X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)图像分析、核磁共振(NMR)实验,运用分形维数理论,讨论NMR分形维数与矿物组成、地球化学参数、物性参数之间的相互关系,并且通过SEM图像提取技术定量化研究页岩储层孔隙特征。结果表明:沙河子组陆相页岩具有多种孔隙类型、孔径分布复杂、非均质性较强的特点。基于弛豫时间截止值,可将NMR分形维数划分为束缚流体孔隙分形维数(0.060 9～1.420 4)和可动流体孔隙分形维数(2.964 0～2.986 9)。矿物组成与分形维数的关系显示石英含量与束缚流体孔隙分形维数成负相关关系,黏土矿物含量与束缚流体孔隙分形维数成正相关关系; NMR分形维数与有机质含量呈线性相关,与成熟度不存在明显相关性; 这说明矿物组成和有机质含量对NMR分形维数起明显的控制作用。储层物性方面,NMR分形维数与孔隙率成线性负相关关系,而与渗透率成正相关关系,说明NMR分形维数能够作为衡量物性的重要指标。总体来说,SEM图像分形维数可以用来反映孔隙形态的多样性和页岩孔隙的发育程度; NMR分形维数与储层物性之间的关系可用于评价页岩储层质量。     

多孔结构孔隙特征的分形研究

基于Menger海绵体分形模型和压汞实验原理提出了多孔结构体的孔隙体积分形维数、表面分形维数的算法,在此基础上推导了多孔结构比表面积的计算公式.研究发现,孔隙比表面积与孔隙率和孔隙的表面褶曲粗糙程度有关,孔隙比表面积需要用体积分维和表面分维两个独立变量表示.鉴于孔隙比表面积的测量比较困难,给出了表面分形维数的间接算法.     

潜江凹陷潜江组页岩次生孔隙研究

潜江凹陷潜江组页岩储层以次生孔隙为主,总体属于中孔-低渗或低孔-低渗性储层;潜江凹陷潜江组页岩在成岩作用、生烃过程中发育形成了较为有利的裂缝、(裂缝)-溶蚀孔隙及次生晶间和粒间孔隙,构成潜江凹陷潜江组页岩储层的主要油气储集空间。     

致密砂岩储层孔隙结构分形特征表征方法研究

分形理论为定量表征储层孔隙结构提供了有效手段,但致密砂岩储层孔隙结构复杂,常规孔隙结构分形特征表征方法是否适用需要进一步研究。系统梳理了孔隙结构分形特征表征方法,然后基于致密砂岩压汞曲线对各方法适用性进行了评价,并对致密砂岩储层的分形特征进行了研究。结果表明,分形定义法能够有效表征致密砂岩孔隙结构分形特征,贺成祖法适用于渗透率大于0.1×10-3 μm2的致密砂岩储层,Li Kewen法适用于渗透率小于0.1×10-3 μm2的致密储层,而Brooks⁃Corey法完全不适用于致密砂岩储层。致密砂岩储层在整个孔隙半径区间上具有分形特征,不存在分段分形特征。分形维数是储层评价的重要参数,分形维数越大,储层物性越差,平均孔隙半径越小,排驱压力越大,束缚水饱和度越大。     

页岩储层润湿性及孔隙结构对吸附特征的影响

采用氮气吸附法和高压压汞法对基质孔隙和有机质孔隙进行分类,并构建了2个分段函数模型对吸附特征进行描述。结果表明,有机质孔隙表面为油润湿,基质孔隙表面为水润湿,且水相接触角和油相铺展程度差异较大。在储层温度和压力条件下,页岩气属于气相多层吸附,采用Langmuir单分子层模型和L-F多分子层模型组成的分段函数拟合程度更高。     

软土孔隙微观结构的分形研究

根据分形模型的构造方法，提出了孔隙度分维、孔隙分布分维及孔隙边缘形状分维，用以描述软土微结构SEM图像中孔隙的变化情况．利用数字图像处理与分析的方法研究了软土加固前后3种分形维数的变化趋势，发现软土加固后3种分形维数随深度增加有减小趋势，说明软土加固后孔隙的分布面积减少，结构单元体之间排列紧密，孔隙尺寸分布趋于均匀，孔隙边缘趋于光滑．结果表明：软土中孔隙分布及其形状具有分形特征，不同的分形维数可以从不同角度反映土体的加固效果及力学特性变化，为由微观结构反映土体的宏观力学性能提供了桥梁．     

中低煤阶煤层气储层孔隙结构分段分形特征

为明确韩城、保德区块煤岩孔隙结构分形特征,基于火柴棍模型,推导了新的分形特征表征方法,并利用扫描电镜实验和压汞实验数据对新方法进行验证,在此基础上研究了中、低煤岩孔隙结构分形特征。结果表明,火柴棍模型更能精确表征中、低煤阶煤岩的双重孔隙结构特征。在双对数坐标中,进汞饱和度与毛管压力成双线性关系,即以半径1 μm为界,中低阶煤岩孔隙结构具有分段分形特征,孔隙和裂缝具有不同的分形区间和分形维数。韩城、保德区块裂缝分形维数和孔隙分形维数分别在2.80~2.98和2.17~2.33,且裂缝分形维数随孔隙分形维数增加而增加,两类分形维数均随平均孔隙半径、孔隙度和渗透率的增加依次降低。表明煤岩分形维数可以作为储层评价的关键指标,分形维数越小,储层物性越好。煤岩分形维数能够表征其孔隙结构的非均质性,分形维数越大,孔隙结构非均质性越强。韩城、保德区块割理、裂缝的分形维数远远大于孔隙分形维数。     

致密砂岩储层孔隙结构多重分形特征定量表征

致密砂岩储层孔隙结构复杂,对油、气渗流具有重要影响,需要精细表征,分形几何理论为孔隙结构定量表征提供了有效途径。基于大庆FY油层致密砂岩岩样压汞数据,通过分形区间和分形维数两个参数定量研究了致密砂岩储层孔隙结构的多重分形特征。结果表明,致密砂岩微观孔隙结构具有多重分形特征,其分形区间个数能够表征储层非均质性,分形区间个数与孔隙半径分布曲线峰值个数相同,分形区间个数越多,非均质性越强,储层孔、渗透条件越差。对于同一储层,孔隙半径越大的分形区间的分形维数越大,区间内孔隙结构非均质性越强。对不同储层,综合分形维数越大,分形区间越多,储层孔、渗透条件越差。     

黔西响水井田XV-1井主采煤层孔隙结构及分形特征

基于压汞实验,分析黔西响水井田XV-1井8个煤样的孔隙结构及分形特征,揭示孔隙结构参数之间的相互关系。煤储层孔隙系统具有3个特征:(1)瘦煤煤层孔隙度条件明显优于贫煤煤层,瘦煤煤层平均孔隙度为12.38%,渗流孔隙平均孔容含量达70.59%,孔喉连通性好,对煤层气开发极为有利。(2)孔隙度与孔容、渗流孔隙孔容含量及孔喉直径均值均呈正相关关系,与总退汞效率呈负相关关系,且不同孔径段的退汞效率存在明显差异。(3)不同煤样孔隙体积分形下限存在差异,分形下限与孔隙度具有负相关关系。     

海相软土孔隙分布的分形特征及应用

利用压汞试验对琼州海峡浅海区软土的孔隙尺寸分布分形特征进行分析,发现原状土具有2个分形的无标度区,根据这一特点确定了团粒内孔隙和团粒间孔隙之间的分界尺寸为0.2μm.通过对固结过程孔隙分布的变化规律的研究,发现土体结构性的损伤与一定的团粒间孔径尺寸相联系,通过分形理论可以确定每级压力下的影响孔隙尺寸,得出琼州海峡软土宏观结构强度丧失时对应的孔径特征值为4μm.     

湘鄂西地区上震旦统陡山沱组页岩微观孔隙特征及主控因素

随着中国页岩气研究的不断深入,页岩储层微观孔隙特征的研究越来越受到众多学者重视。为了深入了解湘鄂西地区上震旦统陡山沱组页岩孔隙特征,综合利用扫描电镜、氩离子抛光-场发射扫描电镜、氮气吸附/脱附试验以及核磁共振试验等对页岩孔隙特征进行定性观察和定量表征,并结合有机地球化学分析数据以及岩石矿物全岩定量分析结果,探讨页岩孔隙发育的主控因素。结果表明:湘鄂西地区上震旦统陡山沱组页岩发育6种孔隙类型,主要有粒内孔、粒间孔、黏土矿物层间孔、有机质孔隙,还可见部分黄铁矿晶间孔以及微裂缝;页岩孔径大小主要分布在2~5 nm之间,以中孔隙为主,还发育少量微孔隙和大孔隙,峰值在2~5 nm之间的孔隙是页岩孔隙体积的主要贡献者;页岩孔隙结构类型以板状孔等狭缝形孔为主,还发育部分圆筒形孔、锥形管孔等;总有机碳主要控制页岩微孔隙、中孔隙的发育,黏土矿物含量主要影响页岩中孔隙的发育,而脆性矿物含量控制页岩大孔隙的发育。     

鹤岗煤田构造煤孔隙分形特征

基于鹤岗煤田北部区块典型构造煤样的低温氮吸附实验数据,分析不同变形程度下构造煤的分形维数与孔隙系统结构和气体吸附能力的关系.结果表明,受变形程度影响,碎裂煤和碎粒煤的孔隙系统发生变化,导致低温氮吸附、解吸曲线表现出不同形态.在相对压力为0.5~1.0时,分形维数可以有效表征碎裂煤与碎粒煤的孔隙结构和吸附能力.随着分形维数变大,煤岩变形程度增加,微孔含量增加,孔径变小,比表面积增大,孔表面粗糙度增加,使得煤岩孔隙系统复杂化,最终煤岩吸附能力增强.因此,煤岩孔隙分形维数可以表征煤岩孔隙结构和吸附能力.     

渝东南五峰组-龙马溪组页岩纳米级孔隙的发育特征与影响因素

以重庆南川、綦江、涪陵五峰组-龙马溪组页岩储层样品为例,通过氩离子抛光-场发射扫描电镜(FE-SEM)、高压压汞、低温氮吸附、X射线衍射等实验手段,研究页岩储层孔隙、微裂隙的发育特征与影响因素。结果显示,五峰组-龙马溪组页岩储层发育有机质纳米孔、骨架矿物溶蚀孔、黏土矿物粒间孔等多种成因-形貌孔隙,主要储集空间是吸附能力强的纳米级孔隙,以有机质纳米孔尤为重要。结合定性与定量观测结果,建立页岩储层孔隙类型与孔径分布间的对应关系,证明有机质与骨架矿物孔隙分别对应页岩储层孔隙集中发育的两个端元。