温度冲击下煤层内部孔缝结构演化特征实验研究

为研究温度冲击下煤层微观结构的变化特征,采用高低温试验系统对原煤进行了温度冲击实验,利用扫描电镜、工业显微CT、压汞实验和低温液氮吸附实验对温度冲击前后煤的孔隙裂隙结构的演化发展进行了联合表征。基于数字图像处理技术,对温度冲击前后煤层扫描电镜图像进行二值化处理,定性与定量地分析了煤层的裂隙宽度变化,并统计分析了温度冲击前后煤层中孔隙的比表面积和孔径变化。研究结果表明:温度冲击作用促使煤样内部大孔之间相互贯通并形成宏观裂缝,导致大孔体积相应减少,中孔和小孔的体积均增大;温度冲击试验测试过程中所产生的最大热应力位于煤样表面的切向方向,温度冲击所产生的热应力超过煤样抗拉强度是导致裂隙萌生、扩展和相互贯通的直接原因。研究结果可为煤层气高效开发和提高煤层瓦斯抽采率提供技术支撑。

大宁-吉县区块深层煤岩多尺度孔缝结构特征

针对单一技术手段难以定量表征大宁-吉县区块深层煤岩储层复杂的多尺度孔缝结构问题,基于全直径CT扫描、微米CT扫描、FIB-SEM电镜扫描、氩离子抛光场发射扫描电镜等多种实验方法,利用多尺度的数字岩心技术对煤岩样品进行扫描及分析。结果表明:大宁-吉县区块深层煤岩发育多尺度孔缝系统,纳米尺度以气孔和组织孔发育为主,微米尺度以微裂缝和矿物溶孔发育为主,毫米尺度发育有高角度裂缝和割理组合;全直径CT扫描技术可有效识别毫米级的裂缝、割理及溶孔;建立了D20井煤岩段岩心孔-缝模型,计算得到裂缝孔隙度为1.55%,裂缝密度为22.5条/m,裂缝平均开度为1.1 mm;微米孔隙平均半径为2.99~4.15μm,微米喉道平均半径为1.16~1.80μm;微裂缝平均开度为3.75~4.84μm;纳米孔隙平均半径为51.21~80.65 nm,纳米喉道平均半径为19.44~32.06 nm;通过微、纳米孔隙数据拼接,获得多尺度分布特征,小孔数量最多,平均表面积占比为63.68%,大孔(大于103 nm)数量少但贡献了大量的孔隙体积。研究成果可为深层煤层气勘探开发提供技术支撑。

孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器

针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求,基于微机电系统和应力集中技术,提出并研制一种具有孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法,分析该结构的特性,通过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作,并在简单的封装之后进行静态、动态性能测试。试验结果表明,孔缝双桥结构加速度传感器在3 V供电电压下,灵敏度可达到0.424 mV/g,相对传统双桥结构提高了60%以上,而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降,仍在10 kHz以上。孔缝双桥结构加速度计通过引入应力集中孔缝,以较小的固有频率损失,明显提高了传感器的测量灵敏度,具有更为优良的综合性能。

页岩储层应力敏感性的时间效应

有效应力及其作用时间是控制岩石孔隙和裂缝变形的重要外部因素。页岩储层的多尺度孔隙结构特征及孔缝配置关系使得其应力敏感时间效应具有特殊性,然而,以往研究尚未考虑有效应力加载及卸载时间对页岩应力敏感行为的影响。以川南威荣气田龙马溪组页岩气藏为研究对象,钻取不同孔缝发育程度的页岩样品,设计并测试了变有效应力状态下变加载及卸载持续稳定时间对岩样渗透率的影响实验。结果表明:1)有效应力从5 MPa升至35 MPa时,微裂缝岩样和基块岩样渗透率分别降低了66.82%和27.19%,卸载过程中渗透率恢复率为74.73%和79.82%。页岩渗透率越低,有效应力滞后效应越显著;2)恒定有效应力加载持续稳定时间从2.5 h延长至10.0 h,应力敏感系数增加3.76%∼80.17%,且当有效应力较小时的时间效应更显著。研究认为,页岩组分及多尺度孔缝结构是导致其孔缝变形行为差异性的主因。基于实验研究结果,推荐页岩样品老化处理为6.0 h,提出了优化页岩储层敏感性评价实验方案和优化气井工作制度的建议。

基于昆虫振动感受器的谐振式硅微机械压力传感器结构设计

针对谐振式硅微机械压力传感器输出信号十分微弱、检测难度大的问题,从结构设计的角度分析了相应的解决方法。将对昆虫孔缝结构振动感受器的研究与谐振式微机械压力传感器的设计相结合,提出在谐振敏感结构中引入孔缝结构,通过孔缝应力集中效应提高检测信号的强度,实现传感器检测性能的提高。

元坝长兴组超深层生物礁大气田优质储层发育机理

通过系统开展元坝气田长兴组超深层生物礁储层岩石学与岩石地球化学分析,结合碳酸盐岩溶蚀动力学模拟实验,以及储层古压力恢复,揭示了元坝超深层生物礁优质储层的发育保存机理。研究表明,早期暴露溶蚀、浅埋藏白云岩化是基质孔隙发育的基础,储层深埋引起的古油藏原油裂解导致的超压水力破裂缝的形成,是储层渗透性改善的关键,"孔-缝耦合"共同控制了超深层优质储层的发育。在此基础上,构建了生物礁非均质"孔-缝双元结构"储层模型,为生物礁储层预测奠定了理论基础。