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。     

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。     

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。     

复杂储层岩石微观非均质性分形几何描述

储层岩石的微观非均质性是影响油气藏开发特征与最终采收率的关键因素之一.使用恒速压汞测试数据,以毛管压力一进汞饱和度数学模型分别计算了低渗砂岩和低渗火山岩岩心这两种复杂储层岩石的分形维数.计算结果表明所研究的低渗火山岩岩心在一定的孔隙尺度范围内具有良好的分形几何特征,分形维数介于2和3之间;随着分形维数的增大,中高渗砂岩岩心微观非均质性增强,低渗砂岩岩心和火山岩岩心微观非均质性变弱;喉道分布图很好地证明了分形维数可以定量地描述储层岩石孔隙结构的微观非均质性;数学拟合表明分形维数与低渗岩心渗透率具有很好的相关性,分形维数越大,岩心渗透率越小.     

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。     

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.     

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.     

过渡相煤系泥页岩纳米级孔隙结构非均质性表征及主控因素——以淮南煤田二叠系为例

纳米级孔隙是煤系页岩气赋存的重要场所,具有很强的非均质性。为了研究海陆过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性,对淮南煤田二叠系山西组和下石盒子组泥页岩钻孔岩芯样品进行总有机碳、镜质体反射率、全岩和黏土X射线衍射分析、场发射扫描电镜及低温液氮吸附实验,获得泥页岩有机地球化学、矿物组分、孔隙结构参数,采用孔隙结构相对偏差、FHH分形模型来评价储层孔隙结构非均质性及主控因素。结果表明:储层孔隙类型以黏土矿物片层间的平行板状孔、狭缝状孔及粒间的锥状孔为主,孔隙尺度主要为介孔,其次为微孔和宏孔;孔隙结构具显著分段分形特征,由于与煤储层高度相似而划分为渗透孔隙(r＞7.5 nm)和吸附孔隙(r≤7.5 nm),渗透孔隙复杂程度强于吸附孔隙;微孔越发育,孔容越小,比表面积越大,分形维数越大,孔隙结构越复杂,非均质性越强;过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性主要受控于不同沉积环境及成岩演化下矿物组分差异,随着黏土矿物含量的增加和脆性矿物含量的减小而增大;与下石盒子组相比,山西组黏土矿物含量更低,导致分形维数较低,孔隙结构复杂程度偏弱,比表面积和平均孔径的相对偏差较小,孔隙分布较均匀,非均质性相对弱,对页岩气的储存、解吸和扩散更有利,可考虑优先开采。     

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。     

鄂尔多斯盆地东缘煤储层渗流孔隙分形特征

基于压汞试验,分析了鄂尔多斯盆地东缘14个矿区56件煤样储层孔隙的分形特征,通过分维数与煤储层渗透性的比较,得出孔隙体积分维数与煤储层渗流孔隙的渗透性关系.结果表明,煤储层压汞孔隙分形尺度为孔直径86 nm～1 000μm,体积分维数2.75～3.24,在区域分布上呈自北向南降低的趋势,与煤变质程度、灰分、矿物含量呈负相关关系,与水分、中孔含量及视孔隙度(>5%)呈正相关关系.储层渗透性的分形表征与分形维数、分形尺度及分形孔隙的分布连通性多因素相关,但在储层孔隙率较低的情况下,分形孔隙的分布连通情况对渗透性起决定性作用.     

多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响研究

目的在分形理论的指导下,以压汞测孔为基础,探索混凝土结构形成条件与其分形特征,尤其是冻融循环后的混凝土孔隙分形特征.方法计算并分析了不同水化龄期下普通水泥和硫铝酸盐水泥孔隙分形特征的变化,研究了水泥熟料单矿物组成的孔隙分形维数.用压汞测孔的试验结果计算分析了混凝土冻融循环前后分形维数的变化.结果在180d以内水泥石的孔隙的分形维数随龄期增长而增大,在龄期为360d时,虽然总孔隙率最低,但由于水化物结晶度提高,凝胶孔含量降低,毛细孔增多,其分形维数变低;硫铝酸盐水泥水化3d～14d期间,分形维数不断增高,28d维数回落,与硅酸盐水泥长龄期的特征一致.结论在水泥熟料单矿物水化硬化孔分布特征评价中,其分形维数大小顺序为C3S>C2S>CF>C3A.C40强度等级的混凝土和C60非引气混凝土冻融循环200次后与受冻前孔隙分形维数相比有明显的变化,C100非引气混凝土冻融循环1200次后,其分形维数有明显的变化,而引气后的C60混凝土经1200次冻融循环后,其分形维数无明显变化.此外,养护条件对水泥石孔隙分形特征也有明显的影响.采用分形理论分析评价多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响是十分有效的.     

海相页岩储层微观孔隙非均质性及其量化表征

为加深储层微观非均质性影响页岩气赋存运移的认识,以渝东南地区五峰—龙马溪组页岩储层为例,采用场发射电子显微镜、压汞、液氮吸附等手段,在微观非均质性特征提炼总结的基础上,针对微观尺度下孔隙的非均质性特征展开进一步实验与理论研究.通过图像信息处理、结构参数遴选及分形分维建模等手段,总结了储层孔隙在成因类型、孔隙结构、孔隙网络及尺度差异上的非均质性特征,利用面孔率、变异系数、孔隙曲折度、分形分维值等评价参数,构建了页岩孔隙非均质性表征评价模型,进而实现了页岩储层孔隙非均质性特征的单样品定量评价与综合定量评价,认为页岩储层孔隙在孔隙发育特征及网络组合特征等方面存在的显著非均质性,控制着气体储集能力、渗流方向.研究结果表明:该储层孔隙非均质性强,发育有微米渗流网络、基质吸附-渗流孔隙网络、夹层或砂质纹层孔隙网络等不同孔隙网络,并控制着储层品质的优劣;渗流通道在定向性上存在的非均质性及吸附孔隙空间发育的微观不均一,成为影响该储层储集、释放性能的关键因素.综合评价分析认为,赋孔集中在有机质纳米孔(有机孔隙贡献度50%以上)、脆性矿物质量分数高于40%、孔隙曲折度小于40、具有微米渗流网络与基质吸附-渗流孔隙网络两种孔隙网络的组合类型(孔隙-微裂隙配置关系好)的储层有较好的储层物性和勘探开发潜力.     

体积压裂页岩油储层渗流规律及产能模型

利用岩心实验,研究页岩油储层纳微米孔喉渗流规律.基于分形理论,采用双重分维(缝宽分维和迂曲分维),对体积压裂裂缝面密度、等效渗透率等参数进行表征.页岩油储层体积压裂开发过程中,流体的流动分为椭圆缝网内渗流区和主干缝内线性渗流区2个区域,建立二区耦合稳态渗流数学模型,推导页岩油体积压裂改造储层直井产能方程,模拟计算压裂井产能及分析压裂裂缝参数对产能的影响.结果表明:缝宽分形维数越大,裂缝面密度越大,基质—裂缝等效渗透率越大;当裂缝面密度较大时,增加储层改造宽度对产能提升有较大影响;次生缝导流能力越高,提高主干缝导流能力对产能影响越大,次生缝导流能力越小,影响越小.     

煤岩孔隙结构特征及其对储层损害的影响

煤岩特殊的孔隙结构及甲烷赋存和产出方式决定了其损害机理与常规储层存在明显差异。在此六盘水地区亦资孔盆地二叠系煤岩气藏为对象，应用压汞和扫描电镜等手段，研究煤岩储层孔隙类型和孔隙结构特征，结合煤岩学、敏感性及工作液损害评价实验，探讨了煤岩气层损害机理。研究表明，煤岩中常见模特组织孔和气孔，裂缝发育，属双重孔隙介质，表现出很强的应力敏感性。工作液易通过天然裂缝系统侵入煤层中，导致裂缝内的固相沉积、水相圈闭和高分子处理剂吸附滞留损害。     

沁水盆地东南部高阶煤孔隙分形特征及意义

为研究有利于煤层气勘探开发的煤储层孔隙结构特征,以沁水盆地东南部寺河矿和赵庄矿的晚古生代高阶煤为研究对象,基于低温氮吸附数据,运用孔隙分形研究方法,揭示高阶煤中综合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,沁水盆地南部高阶煤在不同孔径段内的孔隙具有明显的分形特征,煤样综合分形维数分布在2.47~2.97;煤样的综合分形维数与煤镜质组反射率具有正相关性,即煤样孔隙的粗糙度随着镜质组反射率的增高而变得更加粗糙;综合分形维数随着比表面积、总孔容、微孔及过渡孔孔容所占比例增加而增大,而随着中孔孔容所占比例的增加而减小。综合分形维数可以反映高阶煤的煤层气开发状况,即高阶煤中煤的综合分形维数越高,越有利于煤层气的开发。     

电化学沉积影响混凝土孔隙结构的试验及分析

针对电化学沉积技术在修复混凝土裂缝的同时导致混凝土孔隙结构非均匀演变问题,利用压汞法测得经不同电流密度、溶液浓度电化学沉积处理后混凝土孔径分布,研究电化学沉积中电化学参数对孔隙结构演变的影响规律。研究结果表明:在电化学沉积过程中混凝土内部分别发生沉积与分解反应。电化学沉积60 d后,阳极与阴极附近混凝土均表现为小孔占比增加。随电流密度增加,阴极附近混凝土孔隙率单调增加,阳极附近混凝土孔隙率则呈非单调变化趋势。随电化学沉积溶液浓度增加,阴极与阳极附近混凝土孔隙率均单调递减。经电化学沉积技术处理的混凝土,内部孔隙结构依然具有分形特征,除了电流密度为3 A/m~2的试件,其他试件在电化学沉积修复后其孔隙结构分形维数均增加。     

颚尔多斯盆地煤储层孔隙分形特征研究

在分析颚尔多斯盆地煤储层压汞孔隙分布的基础上，定量计算了各煤样的分维数，并分析了煤的孔容分维数特征，研究结果表明，煤储层孔容分维数在3.0741-3.4371之间，随着分维数的增加，煤变程度和压汞效率减小，而储层孔隙率的增加，储层渗透率变大，提出孔隙分维数可作为煤层气储层渗透性评价的指标之一。     

致密砂砾岩储层纳米-微米孔隙特征与地质意义

探讨致密砂砾岩储层中纳米-微米孔喉的特征及其与物性、产能的关系,为储层预测提供依据。通过薄片观察、扫描电镜、高压压汞、恒速压汞、物性测试手段对储集空间的类型、孔喉分布、连通性和物性特征开展系统分析。研究表明,致密砂砾岩发育溶蚀孔、黏土矿物晶间孔、原生粒间孔、微裂缝等微孔,长石溶孔和岩屑溶孔对孔隙度的贡献最大,黏土矿物晶间孔次之;孔喉的分布形态呈双峰状,绝大多数孔喉的半径小于1μm,孔隙仅与少数大喉道和微裂缝连通,导致孔喉连通性整体较差,造成孔隙度与渗透率的对应关系不佳。综合孔径分类、储层物性、储层产能分析表明,孔径类型对储层物性和产能具有控制作用,孔隙中纳毛细管、微毛细管越发育,储层的孔隙度(渗透率)、含气性、产能越低,反之越高,这从微观上解释了相对高孔隙储层和相对低孔隙储层勘探成效相差较大的原因。探讨了纳毛细管、微毛细管发育的地质条件,建议储层预测应加强沉积相平面预测和成岩相研究。     

橡胶混凝土梁在纯弯状态下损伤及分形研究

实验比较了不同橡胶替代率混凝土试块的立方体抗压强度及弹性模量,并运用分形理论描述结构表面裂缝分布和结构损伤破坏程度.研究表明:混凝土抗压强度及弹性模量与橡胶替代率呈反比关系,试验梁表面裂缝的分布具有显著的分形特征,且分形维数与最大裂缝宽度存在指数的关系,故表面裂缝分形维数可以作为衡量结构损伤程度的特征因子,为现有的损伤鉴定方法提供新思路.     

伊拉克哈法亚油田白垩系Nahr Umr组砂岩储层物性控制因素

利用岩芯观察和铸体薄片鉴定,结合物性、扫描电镜、X-射线衍射分析、压汞实验等,探讨了伊拉克哈法亚油田白垩系Nahr Umr组砂岩储层物性特征及其控制因素。结果表明:哈法亚油田白垩系Nahr Umr组B段潮控三角洲相砂岩储层整体呈中孔中渗的物性特征,孔隙类型以粒间孔和溶蚀孔为主,孔喉变化较大,非均质性强; 储层物性的控制因素包括沉积作用和成岩作用,沉积作用影响着孔隙空间类型和孔隙结构,物性较好储层发育在水动力条件较强且岩石组分结构特征较好的储层中,成岩作用对储层物性起到了显著的改造作用,压实作用和胶结作用造成了孔隙大量充填,自生矿物和黏土矿物不仅减小了孔隙空间,并造成孔喉堵塞,物性变差,而溶蚀作用产生的次生孔隙改善了储层物性; 最优质的储层发育在潮控分流河道相交错层理砂岩中,这类储层具有粒度大、分选好、石英相对含量高、黏土矿物含量低、胶结物含量低、孔隙发育、孔喉半径大的特点,对应的储层物性为中高孔高渗,是研究区储层表征与建模的重点。