断层岩气体渗透率及Klinkenberg效应

在围压2～40MPa变化范围内,以恒流法多次变化上游压力测量了以断层岩为主的样品的气体（N2）渗透率,将实验结果进行了Klinkenberg效应校正.对实验数据的拟合分析表明,滑脱因子b值与绝对渗透率kl存在b=λkl-d形式的幂律关系,断层岩符合b=0.004 6kl-0.4766的变化关系.与沉积岩相比,断层岩的气体滑脱效应更强,采用气体测量渗透率时,其滑脱效应不能忽略.断层岩气体渗透率和绝对渗透率与测量所用的孔隙压力间的关系为kg/kl=1＋（0.0092kl-0.476）/（Pu＋Pdl）.结果表明样品渗透率越低,滑脱效应越强,提高孔隙压力,滑脱效应逐渐减小;对于高渗（10-15m2～10-18m2）的样品,高孔隙压力下（4MPa以上）的气体渗透率与绝对渗透率基本一致,对于超低渗（10-22m2～ 10-20m2）的样品,即使提高孔隙压力亦很难避免滑脱效应.在40MPa有效压力下断层泥样品的绝对渗透率为4.54× 10-199m2～2.43×10-17m2,角砾岩的绝对渗透率较断层泥高出1～2个数量级,为2.25×10-17m2 ～7.94×10-16m2,表明汶川地震断层带具有核部低、破碎带高的渗透结构,断层带核部具备热压作用发生所要求的低渗条件.

原位气体渗透率测量试验公式推导及分析

原位气体渗透率测量试验能够较真实地给出孔隙介质原位渗透率,克服了实验室试验对试样孔隙结构强度要求高、试样尺寸代表性小的不足。根据径向一维稳态气体渗流方程推导出原位试验公式,并用二维轴对称模型分析了试验区域的压力场分布,进而给出公式中径向外边界rout取试验段长度与单根胶塞长度1/2和,以及有效测量范围为半径rout球形区域的结论。同时推导出试验符合达西定律的判断方法:从小到大至少进行3次不同流量的试验,在以流量为横轴,压力平方差为纵轴的坐标系中,试验数据点能够近似拟合成一条过原点的直线。

压力变化对裂缝性致密砂岩储层气体渗透率的影响

裂缝性致密砂岩气的渗透率随环境压力的改变而发生动态变化,直接影响气藏的开采。为研究裂缝性致密砂岩储层气体渗透率的变化机理,选取了塔里木盆地库车坳陷典型裂缝性致密砂岩样品,在固定围压、内压、有效应力三种条件下,运用非稳态法进行测量氦气渗透率的实验,并基于滑脱效应和有效应力的分析,探讨了二者对裂缝性致密砂岩气渗透率变化的耦合控制作用。结果表明,在裂缝性致密砂岩储层中:(1)固定围压时,在内压增加的过程中,有效应力与滑脱效应互相竞争,开始阶段滑脱效应占主导,达到气体渗透率低值点后,有效应力占主导;(2)固定内压时,有效应力对渗透率的影响占优势;(3)固定有效应力时,渗透率只受滑脱效应的影响;(4)内压与绝对渗透率损失系数、有效应力与滑脱因子都呈现正相关关系;(5)有效应力由大到小变化,对孔隙结构的破坏不可逆,渗透率损失大。该项研究对进一步认识裂缝性致密砂岩储层气体渗透率变化机理具有理论参考意义。

低温烧结制备高气体渗透率的多孔碳化硅陶瓷研究

采用低温烧结法制备多孔碳化硅陶瓷,研究了成型压力、烧结温度等对其开气孔率、抗压强度、表面最大孔径和气体渗透率等的影响,通过SEM、EDS等表征其微观形貌和成分等。结果表明：在较低烧结温度850～950℃中烧成时,随着烧成温度的升高,多孔碳化硅陶瓷开气孔率和气体渗透率先增大后减小,体密度先减小后增大,表面最大孔径增加;抗压强度随开气孔率的增大而降低,压缩应力-应变表明多孔陶瓷的压溃分阶逐次进行,通过数次的局部压溃现象（应力台阶）来松弛主裂纹尖端的应力集中;随着成型压力的增加,其最大孔径和气体渗透率减小;在50 MPa成型870℃烧成时,多孔碳化硅陶瓷开气孔率达到38.4%,抗压强度80 MPa,表面最大孔径为12.86μm,气体渗透率达361.82m^3/（m^2·h·k Pa）。

多因素作用对模拟铀矿岩气体渗透率影响的实验研究

空气渗流对铀矿岩氡析出率具有显著影响.为保证试样之间初始条件一致,选取南方某铀尾砂、石英砂为骨料,水泥为胶结料,辅以掺和料(精铁粉、微硅粉)、改性外加剂(早强剂、减水剂)和蒸馏水,基于相似理论及正交实验制备并优选最符合实验要求的模拟铀矿岩试样.通过设计实验方案,综合考虑温度、围压和含水饱和度等影响因素,开展了多因素作用下模拟铀矿岩气体渗透性变化规律的研究.实验结果表明:随着围压、温度和含水饱和度的增大,试样气体渗透率均呈降低趋势;就试样气体渗透率降幅而言,含水饱和度的影响最为明显,围压次之,温度的影响相对较小;含水饱和度、围压与温度在对试样气体渗透率影响时,存在明显的耦合作用.本研究填补了铀矿开采领域在此方面的研究空白.

复合吸附剂的传热传质性能:Ⅱ.气体渗透率

采用分形理论对复合吸附剂的孔隙结构进行了描述。结合Darcy渗流理论和吸附动力学理论,对复合吸附剂的传质性能进行了分析,建立了气体渗透率的理论模型,讨论了吸附过程对复合吸附剂气体渗透率的影响。结果表明,复合吸附剂的气体渗透率主要取决于孔隙结构中的最大孔径。在吸附过程中,复合吸附剂的气体渗透率显著下降。和吸附前相比,复合吸附剂在吸附后的气体渗透率降低了约45%。

花岗岩三轴循环加卸载条件下的气体渗透率

为研究花岗岩在三轴循环加卸载条件下气体渗透率的演化规律,利用岩石多场耦合三轴试验仪分别对花岗岩进行三轴恒下限分级循环加卸载试验和气体渗透试验。试验结果表明:加载曲线与上一次循环卸载曲线形成塑性滞回环,随着循环次数的增加,每个循环应力下限的轴向应变也随之增加;前期几个循环试样体积压缩明显,以轴向压缩变形为主,后期轴向应力达到一定数值时体积由压缩转为扩容,裂纹发展方向偏向于轴向方向,均呈剪切脆性破坏;气体渗透率变化分为稳定下降阶段、缓慢增加阶段、急剧上升阶段3个阶段,试样脆性破坏后气体渗透率均上升2～3个数量级;体积应变曲线拐点与横向应变曲线结合起来可以作为研究岩石渗透率变化规律的一个重要参考因素。

气驱水法测量岩芯气体渗透率的研究

测量岩芯气体渗透率的皂泡流量计法,流程复杂,操作不便,数据处理量大。文章提出了一种“气驱水法”测量岩芯气体渗透率的方法,它是通过用电子天平称量渗过岩芯的气体在一定的时间内驱出集气罐中的水的质量,再换算成气体流量,用高精度的压力传感器测量岩芯上下游压力,在计算机控制下,实时采集有关参数,自动计算其渗透率值,描绘其渗透率曲线。实验证明,用该方法对多种岩芯气体渗透率的测量,获得的测量范围为0.25～13000毫达西,其测试精度优于皂泡流量计法的测试精度,且实验操作简单,实验仪器可自动化、智能化。

降解和压缩作用下垃圾土气体渗透率非线性定量表征模型研究

垃圾土的气体渗透特性是填埋气体灾变控制与资源化利用的重要参数.基于垃圾土气体渗透率-孔隙度关系的幂函数模型和复合压缩模型,建立了考虑降解和压缩作用的垃圾土气体渗透率定量表征模型,分析了压缩系数、生化降解应变和生化降解速率常数等参数对气体渗透率定量表征模型的演化规律和影响机理,并探讨了应变对孔隙度,以及幂指数对气体渗透率模型的影响规律.分析结果表明:随着压缩系数的增大,气体渗透率数值减小幅度较大,可达到2个数量级;生物降解应变对气体渗透率定量表征模型的影响主要是后期的降解沉降阶段,且随着生物降解应变的增大,气体渗透率不断的减小;生物降解速率常数对气体渗透率定量表征模型的影响主要在中间降解阶段,且随着生物降解速率常数的增大而减小;随着应变的增大,孔隙度降低的幅度较大,数值可达到初始值的0.4倍;随着应变的增大,气体渗透率是不断减小,且减小幅度随着幂指数的增大而不断增大,可达2个数量级.

考虑孔径分布的低渗透煤层气体渗透率计算模型

渗透率是影响煤层气开发的关键参数之一,采用测井方法可以较为全面的获取储层渗透率,但测井方法求取的渗透率的准确度主要依赖于建立孔隙结构与渗透率关系计算模型。目前渗透率计算模型大都是基于平均孔径所建立的,忽略了孔隙分布特征对渗透率的影响。对于孔隙分布较为均匀的常规储层而言,孔隙分布对渗透率的影响不大,但对于孔隙结构复杂的低渗透煤层而言,孔隙分布对渗透率(尤其是气体渗透率)的影响不容忽视。采用上海纽迈公司生产的MesoMR23-060H-Ⅰ型核磁共振仪及太原理工大学自主研发的气体渗透率测试仪对山西西山煤田古交区块8号煤孔径分布特征与气体渗透率的关系进行研究,建立了考虑孔径分布的气体渗透率计算模型;比较新模型、基于平均孔径模型所计算的气体渗透率与实测气体渗透率的差异;以孔径分布符合高斯分布为例,研究了孔隙分布特征对气体渗透率的影响。研究结果表明:在考虑孔径分布的影响后,考虑孔径分布气体渗透率计算模型计算结果与实测值符合度较基于平均孔径计算结果符合度更好;当孔隙分布满足高斯分布时,孔隙率、气体压力和分布期望相同的低渗透煤样,标准差越大,孔隙结构越复杂,气体渗透率越大,与基于平均孔径所计算的气体渗透率差异越大,当标准差从0.05增加到0. 18时考虑孔径分布计算的气体渗透率由3.97×10^(-15)m^2变为4.2×10^(-15)m^2,变化幅度达10. 7%,考虑孔径分布模型与基于平均孔径模型计算气体渗透率结果的差异率由0. 97%变为11.78%;孔隙率、气体压力和标准差相同的低渗透煤样,分布期望值越大,气体渗透率越大,与基于平均孔径所计算的气测渗透率差异越小,当期望由0.35变为0.55时,考虑孔径分布计算的气体渗透率由2. 18×10^(-15)m^2变为4. 86×10^(-15)m^2,变化幅度达123%;在计算孔隙结构较为复杂的低渗透煤储层渗透率时,新模型可以更为准确的计算低渗透煤储层气体渗透率。

高温处理后花岗岩气体渗透率演变试验研究

跨海隧道内发生火灾时,围岩在高温作用下和遇水急剧冷却过程中会产生大量的裂隙,这些裂隙会对围岩周边地下水渗透性产生影响。本文以高温(200℃、400℃、600℃)处理后花岗岩为试验对象,在自然冷却和遇水冷却两种冷却方式下,进行了一系列气体渗透率试验,试验结果表明:孔隙率在600℃高温处理后显著增大;渗透率在200℃高温处理后几乎没有变化,而在400℃和600℃下分别提高了1个和2个数量级达到10^(-17)m^(2)和10^(-16)m^(2)。通过SEM扫描电镜对试样内部裂隙发育发展情况进行观察,印证了相关渗透率的演变规律。

页岩的气体渗透率

在对油气生产建模过程中，渗透率是任何储集岩最基本的特征之一。然而，由于模拟流体流经纳米级喉道十分复杂，所以对页岩渗透率的认识并不十分透彻。本文分析了甲烷（CH4）吸附层及孔壁上气体滑脱对简单几何形状的各个管流和管流网流动特征的影响。这个管流网是基于扫描电镜（SEM）图像，是对页岩中排水的试验。为体现吸附气体的作用，管流网中每个喉道的有效尺寸均取决于压力。

超大气体渗透率岩样的测量

超大气体渗透率岩样的测量魏延文，迟善武（石油大学仪表厂东营市２５７０６２）１概述在石油开发以及地矿科研诸部门中．就涉及到的岩样渗透率。最大不超过几竿千毫达西，现在各厂家生产的气体渗透率仪，除石油大学仪表厂生产的仪器之外，其量程都是在一万毫达西以下，这...

基于CT扫描技术的煤样三维重构及气体表观渗透率研究

基于CT扫描技术对煤样扫描成像,并进行滤波和二值化处理,获取孔裂隙尺寸、孔隙率等特征参数。通过盒维法计算煤样的分形维数,推导煤样孔裂隙的平均迂曲度及迂曲度维数。结合分形理论和克努森数,推导煤体中经滑移修正的气体表观渗透率模型并进行验证。通过ANASY有限元软件研究煤体中的瓦斯渗流规律。结果表明,瓦斯在孔裂隙弯折处压力变化剧烈,渗流速度在孔裂隙弯折处达到最大,瓦斯在个别孔隙发生凝滞、不流通。采用经过滑移修正的气体表观渗透率模型计算瓦斯表观渗透率,并与通过Forchheimer公式拟合得到的瓦斯表观渗透率及通过FT模型计算得到的瓦斯表观渗透率相比较,发现经过滑移修正后的气体表观渗透率模型适用于微尺度介质中气体表观渗透率研究。

各向异性层状千枚岩渗透率及有效孔隙率试验研究

采用岩石全自动三轴伺服仪和气体渗透装置,对一种致密的各向异性层状千枚岩开展了气体渗透率及有效孔隙率试验,研究常规三轴压缩和围压循环加卸载2种应力路径下,气体渗透率、有效孔隙率随层理倾角及偏应力的演化规律。结果表明:围压相同时,岩样的初始气体渗透率k0随着层理倾角β的增大呈“W”型变化,在β=45°时取最大值;在围压循环加卸载过程中,气体渗透率先随围压的加载而减小,后随围压的卸载而增大,卸载时的气体渗透率小于加载时的渗透率;层状千枚岩有效孔隙率和气体渗透率呈指数关系;平行于层理方向的气体渗透率远大于垂直于层理方向的气体渗透率;岩样有效孔隙率和气体渗透率随偏应力变化经历初始压密阶段、线弹性阶段和塑性变形阶段,随着偏应力的增大,岩样有效孔隙率和气体渗透率先减小,接着保持稳定,最后快速增大,并在岩样应力-应变曲线斜率接近于0时达到最大值。

卸压开采损伤煤岩气体渗透率试验研究

我国煤系地层的煤岩体渗透率普遍较低,直接影响煤矿瓦斯抽采效果。卸压开采使采场围岩受采动应力作用具备了峰后力学行为,其渗透率也大幅度增加,有助于瓦斯的高效抽采。本文基于MTS815.02型电液伺服岩石渗透试验系统,对卸压开采后损伤煤岩的气体渗透率进行了测试。研究表明:(1)卸压损伤煤岩石的渗透率在10-5～10-4 m2之间,较受采动影响前要大107～108倍;(2)卸压过程中,煤样的气体渗透率与围压近似呈线性关系,与岩样呈双曲线关系;(3)卸压损伤煤岩逐渐加围压,气体渗透率近似为线性下降,卸压阶段,其渗透率增加;(4)加卸围压对煤岩的气体渗透率有很大影响。研究结果可为卸压瓦斯高效抽采提供理论依据。

多尺度多孔介质的有效气体渗透率研究

多孔介质的气体渗透率对于油气资源、微机电系统、燃料电池、生物组织、纤维以及复合材料等具有重要的理论和实际意义。然而,多孔介质内孔隙结构和连通性十分复杂,孔隙尺度范围极广,从常规尺度到微纳米尺度形成了多尺度并存的物理结构,气体在多尺度孔隙结构中的流动涉及多种输运机制。本文基于分形几何理论,建立了多尺度多孔介质气体渗流的物理和数学模型,理论推导了多尺度多孔介质的有效气体渗透率,研究了多孔介质的微结构参数对于有效气体渗透率的定量影响。结果表明,多尺度多孔介质的气体输运过程不仅依赖于介质的微细结构还依赖于气体属性,微纳尺度孔隙的气体滑移效应显著。

无机膜气体分离的温度-压力-渗透率方程及其在吸附问题上的应用

综合考虑努尔森(Knudsen)扩散和表面扩散,理论上推导出适用于无机膜气体分离的温度-压力-气体渗透率方程.方程包含4个有物理意义的参数A、B、Δ和β.A和B是气体流动系数.Δ显示温度影响.β显示压力影响.基于无机膜气体分离与煤层气吸附的相似性,将该方程演变成仍然有4个参数(A′、B″、Δ和β)和相同的数学形式的温度-压力-气体吸附方程,并以松藻煤电公司8#煤层煤样的系列Langmuir等温吸附实验数据,分别用平均相对偏差计算法和作图法验证了其适用性.

钻孔透水率与气体渗透率对应关系试验

为探索采用气体渗透率k值评判地层漏失特性的可行性,对某岩石断面侧壁8组25个钻孔开展了原位气体渗透率检测与钻孔压水试验。对钻孔压水实验结果与气体渗透率检测结果开展了对比研究。结果表明,钻孔中透水率q<5Lu,对应气检渗透率k一般在10-14 m2量级或更低;钻孔中透水率q在8～35Lu,对应气检渗透率k在10-13 m2或10-12 m2量级。

多孔介质气体渗透率测试理论、方法、装置及应用

在深部能源开采及废物存储等领域,渗透率是一个重要指标。测试方法、流体介质和温度波动都会对渗透率的精确测试带来干扰。首先推导和归纳了基于入口端压力/流量和出口端压力/流量的稳态法渗透率计算公式,结果表明,基于入/出口端压力计算结果差异较大,而基于入/出口端流量法计算结果较为接近,并探讨差异背后的原因。进一步对比分析基于压力衰减的稳态法和瞬态法的测试结果,给出4种稳态法和瞬态法的选择参考建议。针对不同流体介质对渗透测试的影响,选取水、酒精和气体进行系统分析,探讨不同介质对渗透率测试结果影响的机制;对于低渗介质气体渗透测试温度波动敏感性大的现象,提出一种基于温度波动消除理论的计算方法,该方法对于低渗介质测试温度消除效果较好;最后,给出不同领域的应用,探讨和分析围压、轴压、饱和度和温度对渗透演化的影响,验证测试理论、方法及装置的适应性,为后续相关渗透测试方法及流体介质的选取提供了借鉴和参考。