扫描声学显微镜对固体材料表面非均性的研究

反射式声学显微镜的输出信号主要由近轴声波的反射信号以及声表面弹性波的漏波信号组成。其中漏波信号是否存在，决定于瑞利角θＲ是否落在声学透镜的孔径张角θｍ以内。本文在此基础上，设计了一种带有声阑的声学透镜，利用声表面弹性波对固体材料表面的非均性进行了研究，获得了材料表面微弱梯度非均性的分布图象。

延安地区长6储层非均性特征

储层的物性是影响油气的聚集、储存和开采的重要地质因素。通过岩芯薄片、测井曲线、钻井资料等数据的统计分析,对延安地区延长组长6油层储集层的层内、层间和平面的非均质性特征进行研究,进而确定储层非均质性对油藏的形成及开发的影响。结果表明:延安地区长6储层为三角洲前缘亚相,水下分流河道砂体为主要的储油层,河道主体相对河道两侧非均质性较弱,储层表现为低孔-低渗的特征,层内非均质性较强,以下细上粗的反韵律为主,层理较发育,泥质夹层和钙质夹层为主要的层内夹层,渗透率表现为低孔-低渗的特征;储层内部单砂层较多且不连续,分层系数较大,层间隔层较发育,层间非均质性较强;从平面非均质性来看,砂体以条状、片状为主,砂体整体连通性一般较好,水下分流河道砂体的非均质性较弱,分流间湾、河口坝和天然堤等砂体的非均质性较强。从单层砂体来看,长6_2分层系数最大,层间隔层最多,层间非均质性最强;长6_4整体砂厚较薄,有效砂岩密度最小,非均质性也较强。

陆相页岩岩相非均质性及储层孔隙发育特征:以四川盆地自流井组东岳庙段页岩为例

继四川盆地复兴地区涪页10井取得勘探突破后,侏罗系自流井组东岳庙段页岩油气表现出良好的勘探潜力。东岳庙段页岩发育独特的介壳灰岩夹层、黏土矿物含量高(质量分数最高可达60%),储层孔隙类型多样,纵向上具有很强的非均质性。以兴页X井为例,结合测录井资料、岩心观察、氩离子抛光扫描电镜等技术手段,重点剖析了东岳庙段陆相页岩岩相特征及其孔隙发育特征。建立了“夹层+矿物三端元”的陆相页岩岩相划分原则,将东岳庙段陆相页岩纵向上划分为6种岩相,即:介屑纹夹层型黏土页岩相;介屑纹夹层型混合页岩相;介屑灰岩相;粉砂介屑互层型混合页岩相;粉砂介屑互层型黏土页岩相;介壳韵律型混合页岩相。通过氩离子抛光扫描电镜观察发现,该套陆相页岩具有特殊的有机黏土复合体孔,其中介屑纹夹层型黏土页岩相有机孔类型最为发育,而介屑灰岩相有机孔不发育,主要发育粒内溶孔。压汞-氮气吸附联测结果显示6种岩相页岩的孔径分布无明显差异性。综合分析认为,有机质和黏土矿物在成岩演化过程中的相互作用是东岳庙段陆相页岩孔隙发育的主要因素。

矿物对无烟煤力学非均质性影响的分子动力学研究——以沁水盆地南部主要黏土矿物高岭石为例

煤是由有机显微组分和矿物组成的混合物,矿物的存在会导致煤的大分子结构存在差异,使得煤的力学性质具有明显的非均质性,进而影响区块内整体的煤层气产量、压裂改造效果和成熟技术的规模化应用。以沁水盆地典型的无烟煤和高岭石矿物作为研究对象,通过分子动力学的方法定量研究高岭石及其含量对无烟煤力学性质的影响规律,分析不同矿物含量下无烟煤的分子结构和孔隙特征,从能量和有序化的角度揭示其微观机理。结果表明:①煤有机质与高岭石相互结合过程中同时存在范德华力和氢键作用,且氢键作用强度要高于范德华力,煤有机质周围出现高岭石分子的概率、相互作用强度和有序性均随着矿物质量分数的增加而增大。②无烟煤的孔隙率φ随高岭石质量分数a的增大呈线性规律(φ=−0.2293a+9.6295)降低,而无烟煤的体积模量、弹性模量和剪切模量均随高岭石质量分数的增大呈线性规律增强,泊松比随高岭石质量分数的增大呈二次多项式规律降低。③无烟煤的力学非均质程度整体上随着高岭石质量分数增加而增大,其中不同高岭石质量分数下体积模量、弹性模量和剪切模量的变异性可分为很低、低、中等、高和很高5个部分,而泊松比的变异系数均小于0.1,变异性很低。④随着高岭石质量分数的增加,煤有机质与高岭石的相互作用能呈线性规律(Einteraction=4.5585a+443.929)增大,与纯有机质相比,当高岭石质量分数达到20%时,无烟煤的键能和范德华能分别增加了63.86%和48.06%。⑤高岭石增强煤力学性质的内在原因是高岭石进入煤有机质后占据一定的孔隙空间,且与煤有机质的芳香碳骨架和不同官能团进行相互作用,高岭石质量分数越大充填煤大分子结构孔隙的程度越高,煤大分子结构的能量越大,导致煤大分子结构的孔隙率降低,有序性增大,使得力学强度和抵抗变形的能力增强。

低渗强非均质性碳酸盐岩气藏优化配产新方法

针对低渗强非均质性碳酸盐岩气藏开发早期经典气井优化配产方法的不适应问题,文中建立了基于节点分析法的径向复合地层系统流动方程,以及地层压力描述方程、流动压力描述方程与井筒流动方程联合求解的动态资料耦合优化配产方法。在产量优化过程中,首先用图解法确定气井的产量区间,再采用耦合优化配产方法确定气井不同生产制度下油压、稳产期等动态变化规律,以此为依据对气井配产进行优化。该方法已在四川盆地某特大型气藏进行了应用,应用结果符合气藏地质和生产动态认识,验证了其实用性与可靠性。

煤系石墨微晶结构各向异性和非均质性的拉曼光谱表征

煤对温度和压力等地质环境条件十分敏感,在构造应力驱动下煤中“石墨微晶”结构取向生长,物理化学和结构呈现各向异性。采用X射线衍射和拉曼光谱对不同石墨化程度样品进行表征,结果表明:在高温主导,剪应力作用参与下,煤层顺层滑动,构造变形使石墨微晶旋转、择优取向,随着沿C轴方向堆砌高度的增加。以堆砌度Lc≤5 nm划分为无烟煤阶段,为碳层随机定向或无规则排列的紊层结构,光学各向同性;以Lc≥30 nm时视为较完善石墨结构形成的标志,光学各向异性显著;在10~20 nm间属于石墨化结构不够完善的过渡态结构(半石墨阶段)。石墨阶段样品SXL100、SXL130层理面、边缘面和粉末的拉曼光谱中1350 cm^(-1)带(D_(1))、1620 cm^(-1)带(D_(2))都较明显,但是石墨边缘面拉曼光谱中D1峰半高宽、D_(1)与G峰强度比(I_(D1)/IG,R_(1))、D_(2)峰与G峰强度比(I_(D2)/IG,R_(3))显著高于层理面,显示强度比等拉曼参数依赖于煤系石墨边缘面的取向。D1峰强度依赖样品缺陷或无序程度,边缘面D_(2)峰具有非对称特征,双峰结构显著,并且D′1峰随D_(2)峰变化,亦显示边缘面缺陷的光谱行为。用煤系石墨缺陷密度或有序度表征指标R_(1)划分无烟煤(R_(1)≥1.0)、半石墨(1.0>R_(1)≥0.5)和石墨(R_(1)<0.5)等阶段,并评价煤系石墨均匀程度及不同石墨化程度组分的比例及分布,发现变质无烟煤CM130N样中超前演化达到半石墨结构占比达3.52%,半石墨BC210样中无烟煤结构占比46.40%,SXL130样整体石墨化,但其中无烟煤结构占比仍有3.84%,层理面和边缘面结构中仍存在缺陷,建立的方法在区分无烟煤、半石墨更具优势。在拉曼激光入射方向一定时,可利用R_(1)、R_(3)参数来探讨受构造应力影响的煤系石墨层理面拉曼光谱特征,分别评价了石墨化不均一性和石墨微晶取向。

浅埋巨厚富镓煤层的非均质性与反射波响应特征

华北石炭系—二叠系部分煤层富含战略性金属镓。为了探讨利用反射波响应解译浅埋巨厚煤中镓元素含量的可能性,以研究程度较深的准格尔煤田黑岱沟矿6号煤为例,综合样品实测、地震岩石物理建模、主成分分析等方法,表征煤层中物质组成、镓元素含量及载体矿物、弹性参数的纵向非均质性;综合煤层反射波响应正演模拟、地震属性分析和AVO分析等方法,表征煤层反射波运动学、动力学和AVO响应与煤层矿物富集类型间的相关关系。研究结果表明,按煤质可以将6号煤划分为三个层段,每个层段的矿物富集类型有明显区别;中上层段煤层巨厚,煤中镓元素的主要载体矿物为勃姆石,勃姆石与镓元素含量强线性正相关,纵波阻抗等弹性参数与勃姆石、镓元素含量正相关;当煤层流体饱和状态已知时,煤层顶底板反射波的双程旅行时差与振幅交会图可以有效区分煤层的矿物富集类型;煤层顶底板反射波的AVO截距与梯度交会图,可以有效区分煤层的流体饱和状态和矿物富集类型,是解译煤中镓元素含量的一种有效方法。本次研究成果不仅能够直接应用于浅埋巨厚煤中镓资源勘探,还能为煤中其他战略性金属的勘探研究提供方法借鉴。

考虑混凝土细观非均质性的钢筋混凝土结构疲劳寿命预测概率模型

本工作考虑混凝土细观非均质性,将混凝土视为由粗骨料、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了疲劳损伤混凝土中氯离子扩散的三维细观数值分析模型。研究表明,随着疲劳荷载水平、水灰比、温度的升高以及暴露时间的延长,混凝土内氯离子浓度显著增加,但同一深度处氯离子浓度不尽相同。根据K-S检验,在5%显著性水平上,混凝土内某一深度的氯离子浓度遵循混合正态分布。据此提出了结构疲劳寿命预测概率模型,发现结构失效概率随疲劳寿命的延长而增大,且疲劳应力水平、水灰比、温度的降低以及暴露时间的减少均可使结构失效概率降低,结构在服役期间承受的疲劳应力水平不宜超过0.4(失效概率10%和200万次疲劳寿命)。此外,基于上述模型,对我国四个沿海城市混凝土结构的疲劳寿命进行了预测,并提出了相应的耐久性建议。

长岭断陷龙凤山气田营城组储层非均质性研究

龙凤山气田是目前中石化在东北地区勘探开发的首个深盆致密砂岩近饱和高含油凝析气储集系统,主力含气层位营城组储层在空间上表现出了较强的非均质性特征,气层在纵向上、平面上分布规律复杂将制约后续的地质研究工作(于翠玲,2007)。通过对岩心描述和测井资料进行分析,对比地质储量和实际测试生产情况,从层内、层间和平面3个方面分析储层的宏观非均质性。

旧沥青路面铣刨料均质性研究

为研究旧沥青路面铣刨料(RAP)的均质性,首先按公路基层要求测试了RAP料的基本集料指标,然后采用筛分试验和抽提试验分析了RAP料的级配变异性和结团状况,通过灰色关联方法分析了RAP料整体结团率与级配的关联度。结果表明:RAP料针片状颗粒含量较天然集料少,压碎值比天然集料高;以9.5 mm为分界,9.5 mm以上RAP级配比9.5 mm以下级配变异性低,其中9.5~16 mm集料筛余质量最为稳定;37.5 mm筛孔通过率对RAP料整体利用率的影响最强,关联度达到0.846;RAP料结团率均值为6.4%,不同粒径RAP料结团率变异系数达到46.4%,其中4.75~9.5 mm、19 mm、37.5 mm粒径的RAP料结团较为集中;19 mm的RAP的分计筛余百分比变化量与整体结团率关联度最高为0.942。

南海北部涠洲A油田储层非均质性对注气开发的影响分析

储层非均质性对油田注气开发的影响是提高采收率的重要因素。文章对涠洲A油田S井区涠四段三套砂体储层非均质性进行评价,并结合岩心驱油实验以及生产动态得出,层间非均质性、平面非均质性、层内非均质性均对注气开发效果存在较大影响。层间非均质性、层内非均质性较强时,注气井吸气不均匀,注气效果较差;平面非均质性较强时,注入气沿高渗通道驱替原油,导致在高渗通道上的生产井气油比上升较快,注气效果较差。

鄂尔多斯盆地苏里格气田西南部致密储层非均质性特征及对成藏的制约

致密砂岩气藏是我国非常规油气资源的重要组成,其储层非均质性严重影响了致密气成藏和甜点区优选,进而制约了气田高效开发。为进一步揭示储层非均质性成因及对致密气成藏的影响,选取鄂尔多斯盆地苏里格气田西南部山1段和盒8段致密储层为例,通过岩芯观察、扫描电镜、薄片鉴定、生产和测井分析等技术手段,研究储层非均质特征,探讨沉积作用和微观孔隙演化对非均质性和成藏的影响。结果表明,储层非均质性多表现为层内粒度的垂向韵律性、夹层的不均匀分布、渗透率的平面分布差异等;储层非均质性受沉积作用和成岩作用共同影响,沉积作用控制了水动力条件、砂体展布、厚度和砂体构型,储层微观非均质性受岩矿组构和孔隙演化影响;不同厚度和构型的复合砂体,多样的矿物组分、孔隙结构,致密气的选择性充注,共同造成了苏里格地区致密储层的非均质性及含气性差异。复合砂体的高孔渗部位是致密气开采的甜点区,但是在优选有利区时不应只关注这些厚层的高孔渗砂体,也应关注规模小、非均质性稍强的透镜状砂体,需要充分考虑到储层非均质性对致密气成藏的影响。

多级界面约束下构型对储层非均质性控制作用——以川西沙溪庙组曲流河为例

【目的】川西坳陷侏罗系沙溪庙组油气资源潜力大,单砂体内部结构制约了优质储层预测,进而影响了该区天然气富集规律评价。研究区内河道砂体构型界面级次、构型单元及其组合尚不明确,不同级次构型界面约束下的构型单元及其组合如何控制储层非均质性尚缺乏相关认识。【方法】基于野外露头、岩心、测井以及分析测试等资料,在沉积相研究基础上,详细开展了川西沙溪庙组曲流河砂体构型类型及特征研究,探讨了多级界面约束下构型对储层非均质性控制作用。【结果与结论】研究区构型单元划分为边滩构型单元(H_(PB))、河道充填沉积构型单元(H_(CH))、决口扇构型单元(M_(CS))、天然堤构型单元(M_(CL))、废弃河道构型单元(M_(CA))和洪泛平原构型单元(M_(FM))6类,基于构型单元垂向叠置样式,结合垂向序列沉积特征,将构型单元组合划分为均一型组合(Type Ⅰ)、均一+复合型组合(Type Ⅱ)、复合型组合(Type Ⅲ)3大类。研究区中江—回龙地区整体Type I型组合相对最发育,且沙三段整体上Type Ⅰ型组合和Type Ⅱ型组合相对最发育,其储层非均质性相对较弱。基于上述砂体构型类型及特征研究、不同级次构型界面控制下的储层非均质性特征分析以及不同级次构型界面下构型对储层非均质性控制因素探讨,总结了3~5级界面约束下构型对储层非均质性的控制模式。其中5级构型界面控制下的储层平面非均质性受控于基准面上升和构造沉降;4级构型界面控制下的储层层间非均质性受控于地形坡度和侵蚀作用;3级构型界面控制下的储层层内非均质性受控于水动力条件、河道弯度、河道迁移程度、沉积载荷、流量及成岩作用。

黔北地区五峰组—龙马溪组海相页岩储层非均质性特征及其控制因素

【研究目的】页岩非均质性是其自身固有属性,研究页岩的微观非均质性特征对明确页岩气富集机制研究及优质储层段优选具有重要的指导意义。【研究方法】本文以黔北地区五峰组—龙马溪组海相页岩为研究对象,通过XRD、低温N_(2)吸附、高压压汞等实验方法,重点分析了研究区海相页岩的宏观与微观孔隙结构非均质性特征。【研究结果】黔北地区五峰组—龙马溪组页岩主要发育硅质页岩岩相,其次为混合质页岩、黏质页岩岩相;不同岩相页岩在总有机碳含量、矿物组分、微观孔隙结构特征等方面具有较强的非均质性。采用N_(2)吸附曲线FHH分形模型,及高压压汞岩石多孔结构分形理论,计算得到N_(2)吸附低压分形维数D_(1)(0<P/P_(0)<0.45)为2.5351~2.6722,高压分形维数D_(2)(0.45<P/P_(0)<1)为2.8311~2.9113,另外,高压压汞分形维数D_(Hg)为2.0904~2.3736,表明黔北地区五峰组—龙马溪组不同孔径范围内孔隙结构均具有较强的非均质性,分形维数越大,则页岩储层孔隙结构越复杂,对页岩气的吸附作用越强。同时,不同类型孔隙分形维数与TOC、矿物组分、孔隙结构参数等影响因素之间的相关性存在明显差异。分形维数D_(Hg)与矿物含量之间相关性较强,表明宏孔孔隙分形特征主要受矿物组分的控制;分形维数D_(1)、D_(2)与页岩TOC含量及孔隙比表面积参数之间呈现良好相关性,表明微孔和中孔孔隙非均质性的主要影响因素为有机碳的富集程度与有机质孔的发育规模。【结论】综合分析发现,硅质页岩具有高TOC含量、高脆性矿物含量、高分形维数的特征,证明硅质页岩为黔北地区五峰组—龙马溪组优质页岩岩相,其次为混合质页岩岩相;同时有机质含量越高,则该岩相在具备优质生烃条件的同时,也具备良好的开发开采条件。该研究可为指导黔北地区海相页岩储层有利开发层段的优选提供理论和实践支撑。

牛东地区砂砾岩储层测井层内非均质性评价

牛东地区砂砾岩储层具有低孔、低渗等特征,储层结构复杂,非均质性较强,常规测井对储层类型划分困难,影响了储层评价精度。岩心孔渗、薄片分析、X衍射等测试资料表明,牛东地区砂砾岩储层具有较强的非均质性,且根据毛管压力形态可将储层分为3个类别。本次研究利用电成像测井资料对储层层内非均质性进行评价:首先对电成像测井资料进行处理得到储层孔隙度谱,再对随深度变化的孔隙度谱进行研究,分别计算不同深度上孔隙度谱的均值、方差、洛伦兹系数和集中程度函数;根据综合概率模型,利用层次分析法确定评价指标的权重,得到储层非均质性综合指数,据此对储层进行划分,并建立储层非均质性的评价标准。应用该方法得到的研究结果与压汞实验结果一致,说明利用该方法能够有效地评价储层非均质性,可丰富现有的储层非均质性评价方法,为储层的精细评价提供一定的理论支撑。

致密砂岩储层非均质性及其成因——以靖安油田大路沟地区长6油层为例

为明确靖安油田大路沟地区长6致密砂岩储层非均质性特征及其成因,综合利用铸体薄片鉴定、扫描电镜分析、物性测试和压汞实验等方法及钻测井解释资料,以分形理论为指导,分析长6储层宏观非均质性和微观孔隙结构分形特征,并对该储层非均质性成因展开讨论.结果表明,长6储层砂岩类型主要为长石砂岩,基于压汞实验参数将孔隙结构类型划分为中孔-中细喉型(Ⅰ型)、中小孔-细喉型(Ⅱ型)和小孔-微细喉型(Ⅲ型).从层内、层间和平面研究长6储层宏观非均质性,渗透率非均质程度系数评价显示长6各亚段均为强非均质性,自长61至长63非均质性逐渐增强.基于分形理论的储层微观非均质性研究结果表明,长6储层样品具有3段分形的特征,宏孔、中孔和微孔的分形维数平均值依次为2.9892、2.6931和2.1772,宏孔和中孔是长6储层渗透率和微观孔隙结构非均质性的主要来源,宏孔和微孔的非均质性对最大进汞饱和度影响更加明显.分析长6储层非均质性成因发现,沉积微相控制了砂体和物性等宏观非均质性因素,压实作用使储层原生粒间孔大幅减少,对宏孔和微孔的非均质性影响较大,绿泥石胶结作用和浊沸石溶蚀作用对孔隙结构改造作用强,对储层孔隙结构非均质性影响大.研究结果对大路沟地区长6油藏的效益开发具有指导意义.

场地均质性对浅埋地铁车站地下结构地震易损性的影响

场地条件是影响地下结构地震响应的关键因素之一,该文旨在研究场地均质性对于地铁车站地下结构地震易损性的影响。以两层两跨地铁车站为研究对象,基于ABAQUS/Standard软件平台建立了考虑土-结构相互作用的二维有限元分析模型。模型考虑了循环动力荷载作用下土体的非线性与钢筋混凝土的弹塑性力学行为。采用增量动力分析方法分别计算了结构在层层场地条件下与均质场地条件下结构的地震响应,并以层间位移角为损伤指标与地面峰值加速度为地震动强度指标绘制了地铁车站结构的地震易损性曲线。结果表明,层层场地条件下结构的响应均值要显著高于均质场地,但两者标准差一致。在地震动作用下,结构处于层层场地下的破坏概率要明显高于均质场地,这主要归因于层层场地中毗邻结构的土体产生了较大的剪切变形。上述结论可为地下结构基于性能的抗震设计提供科学参考。

东营凹陷低渗透岩性油藏储层非均质性特征及水驱剩余油分布规律

中国低渗油藏潜力巨大,受控于地下储层特性及开发技术水平,目前采出程度偏低。以东营凹陷H67块沙二段的低渗透岩性油藏为例,运用地震、测井、岩芯、分析化验及生产动态资料,分析了低渗透岩性油藏的储层非均质性特征,描述了其对注水开发的影响,阐明了剩余油的分布规律。研究表明,低渗透油藏储层孔喉半径小,平面与层内非均质性强,主要体现在稳定展布的夹层及韵律砂层渗透性相差大,平面上砂体及物性展布有明显的方向性;受控于储层非均质性,低渗透岩性油藏注水开发中存在地层能量不足、单井日液量低及平面水驱不均衡等特点,水驱后剩余油储量丰度依然较大,剩余油主要富集在层内及平面储层厚度大、物性差的区域。以上成果及认识对低渗透岩性油藏的开发具有重要的指导意义。

多层合采油藏层间非均质性表征研究

大井段多层合采开发往往面临严重的层间干扰问题,准确描述层间非均质性是解决层间干扰问题的关键。洛伦兹方法是描述层间非均质性最常用的手段,但其在开发领域适用性尚不明确。针对这一问题,运用数值模拟方法及油藏工程理论开展洛伦兹方法开发适用性研究。研究发现:洛伦兹方法表征非均质性与开发效果相关性不强,仅在局部敏感区间内对开发效果产生剧烈影响;同时,当洛伦兹系数相等时,曲线形状对开发效果也有影响,但传统方法无法有效表征。因此,对洛伦兹方法进行了修正,并对修正方法开展了物理模拟实验及油田数据验证。实验结果表明:修正后大大扩展了洛伦兹系数的敏感区间,使得水驱开发效果与洛伦兹系数之间的相关性显著增强。实例应用表明:修正前后,KL-A区洛伦兹系数与采收率相关系数从0.48增至0.87,KL-B区相关系数从0.74增至0.87,可见层间非均质性与开发指标的相关性显著增强。

厦门湾砂质潮间带海底地下水排泄的非均质性研究

以厦门岛南岸砂质海岸为研究对象,通过监测潮间带渗出面处地下水盐度、近岸海水盐度,并分析潮间带盐度空间分布规律,以探究厦门湾海底地下水排泄(SGD)的非均质性。结果显示:1)潮间带地下水、海水盐度变化可以间接指示海底地下淡水排泄量(SFGD)。2)垂直于海岸线方向,由内陆向海洋地下水盐度呈现先降低后升高的规律;沿海岸线方向,整个潮滩地下水盐度分布不均匀,差异性较大,具有明显的非均质性。3)通过对潮间带中部最低盐度区域进行加密监测,圈定了厦门湾潮间带高渗透天窗范围,推测高渗透天窗对SFGD影响较大。4)通过对典型剖面地下水、近岸海水盐度动态监测,发现潮汐对潮间带SFGD产生一定影响。