孔隙砂岩电动化学注浆试验研究

鄂尔多斯盆地南部诸多百万吨以上矿井,主采煤层为侏罗系延安组。由于煤层厚度大,煤层导水裂隙带高度导通了煤层上覆巨厚白垩系洛河组砂岩孔隙裂隙含水层,造成矿井涌水量巨大,严重威胁矿井生产。为了对厚层顶板水进行有效控制,该地区开展了一系列顶板注浆堵水工程试验,但由于常规水泥注浆仅对较大裂隙填充效果明显,因此开发了电化学注浆试验加强对砂岩中微细孔隙裂隙的封堵效果。选取宁正矿区洛河组砂岩作为研究对象,利用河沙及水泥根据洛河组岩石类型比例制作了砂岩模型材料,采用CaCl_(2)和Na_(2)SiO_(3)浆液在砂岩模型材料中进行了2组电动化学注浆试验,浆液在阴极注入,各次注浆采用的电压均为40 V,浆液注入速度保持恒速,约10 mL/min,试验运行时间均超过了2 h。该试验验证了电动化学注浆在裂隙孔隙砂岩中的可行性。研究发现:相比胶体态的Na_(2)SiO_(3)浆液,溶液态的CaCl_(2)浆液更适宜应用在孔隙砂岩电动化学注浆过程中;CaCl_(2)溶液中的Ca^(2+)离子在电场作用下迁移发生化学反应,在砂岩微细孔隙中形成了胶体;单位体积CaCl_(2)溶液注浆需要的能耗为0.09(kW·h)/L;金属电极在注浆过程中损耗严重,且会对含水层造成Fe污染,未来需针对如何选择环境友好且损耗较小的电极开展研究。

孔隙砂岩多次化学注浆试验研究

选取宁东地区典型的孔隙砂岩,采用不同颜色示踪的化学浆液进行4次注浆试验;揭示了浆液在孔隙中的扩散、充填规律及注浆次数与被注岩层渗透系数、孔隙率之间的关系。研究发现:每次化学注浆浆液的充填情况有明显的差别,首次注浆浆液在整个岩样均有较均匀的充填,后续的各次注浆浆液均呈现部分区域积聚充填的现象;随着注浆次数的增加岩样的渗透系数减小,孔隙充填率增加,渗透系数、孔隙充填率与注浆次数的关系可分别采用幂函数及对数函数拟合;4次注浆后岩样的渗透系数减小了97%,说明多次注浆起到了很好的减渗效果。依据试验成果,建立数值计算模型,预测了不同注浆次数、不同开挖条件下注浆孔及井筒的涌水量,并与井筒实际涌水量进行对比,发现两者数据较为吻合,说明依据试验结果建立数值模型进行涌水量预测是可行的。

单轴压缩作用下孔隙砂岩破坏过程试验

孔隙砂岩在单轴压缩作用下的破坏过程及模式对能源开采和地下空间工程建设具有重要意义。以陕西渭南细粒砂岩和咸阳粗粒砂岩为研究对象,进行了不同粒径的砂岩在单轴压缩荷载作用下的高速摄影实时观测试验,获得了两种粒度岩样在各个破坏阶段的图像,揭示出两种不同粒度岩样单轴压缩过程中宏观裂纹萌生、扩展、贯通直至岩样破坏的全过程。探讨了孔隙砂岩粒度对其宏观变形破坏过程和模式的影响规律。研究表明,粒径是影响孔隙砂岩单轴压缩破坏模式的一个重要因素,细粒砂岩在破坏瞬间产生强烈的动力效应,而粗粒砂岩在破坏瞬间则没有。粗粒砂岩破坏模式表现为拉伸劈裂,而细粒砂岩破坏模式表现为剪切滑移。从岩样宏观裂纹产生到裂纹贯通过程中,粗粒砂岩裂纹扩展持续时间较长,而细粒砂岩持续时间较短。在残余试件完整性方面,粗粒砂岩完整性较好,细粒砂岩较差。

孔隙砂岩三轴压缩排水试验及地层失水沉降计算

针对在深厚白垩系和侏罗系孔隙砂岩含水层底部开采煤层是否引起上部含水层失水沉降问题,利用轴压恒定、变围压和孔隙水压的三轴压缩排水试验,研究不同粒径孔隙砂岩的轴向应变随孔隙水压降低的变化规律,以推导出一定厚度含水层的底部失水沉降计算公式。研究结果表明,(1)随着砂岩内的孔隙水压u降低,岩样会产生轴向压缩变形,并呈非线性增大,且砂岩粒径越大变形越大;(2)砂岩轴向排水变形ε_z与孔隙水压降△u以及初始孔隙水压u0有关,与围压σ3关系不大,且当u0不变、△u越大以及△u不变、u0越小时,所产生的轴向应变ε_z越大;(3)利用ε_z、△u、u0三者间的拟合函数所推导出的砂岩含水层失水沉降计算公式,在一定范围内能够进行多含水层失水沉降计算,为含水孔隙砂岩地层失水沉降计算提供一种新方法。

孔隙砂岩化学渗透注浆模型试验研究

采用模型试验方法,研究了孔隙砂岩材料模型在不同注浆泵量条件下的浆液扩散充填规律。结果表明,化学浆液对模型材料孔隙的充填存在不均匀性。注浆后,模型渗透系数k、强度p、孔隙充填率η与注浆速度v的关系,均可用幂律函数进行拟合,相关系数均在0.96以上;与浆液扩散距离L的关系,分别可用指数函数、对数函数、指数函数进行拟合,相关系数均在0.98以上。浆液充填率可采用综合拟合公式进行计算。即对于同一种被注岩土体,注浆浆液充填率主要取决于注浆速度及浆液扩散距离。

基于PCAS软件对孔隙结构的定量表征——以川北地区广元千佛崖组砂岩为例

使用川北地区广元千佛崖组砂岩薄片图像样品,开展基于孔、裂隙分析系统(PCAS)定量表征孔隙结构的研究,并探讨如何提升PCAS识别孔隙度的精度。研究表明:使用PCAS默认的单阈值分割法,识别的孔隙与人工圈定的孔隙范围不一致,并且孔隙度偏高,为31.21%。为了提高软件的识别效果,使用Adobe Photoshop对图像进行初步优化,然后采用多阈值分割法,根据孔隙的颜色差异设置各阈值的容差,最终得出孔隙度为14.18%,孔隙识别正确且内部结构更加完整,说明以上操作能够显著提升软件的识别效果。将优化后的孔隙度与默认的单阈值分割法识别的孔隙度、薄片估算的面孔率进行对比,发现优化后的孔隙度与薄片估算的孔隙度接近,仅相差1%~2%,并且参考邻区储层物性测试所得孔隙度,可确定该结果具有一定准确性。此外,PCAS还能快速、准确地提取各种孔隙特征参数,对于孔隙成因、孔隙评价、赋孔特征、赋气机制、渗流网络等研究具有重要意义。这些结果证实了PCAS软件在定量表征孔隙方面的潜力。

多孔隙流固耦合砂岩的冲击损伤效应

采用分离式霍普金森压杆冲击实验系统,对流固耦合的多孔隙红砂岩试样进行了不同冲击速率下的损伤效应对比实验,得到反复冲击作用下多孔隙砂岩试件的损伤演化本构关系曲线。通过检测不同冲击速率作用前后流固耦合砂岩试样的声波速度变化和冲击损伤破坏结果,探讨多孔隙流固耦合砂岩的冲击损伤演化的主要影响因素,得出冲击损伤强度随声波速度和孔隙率的变化曲线;提出不同耦合介质和孔隙率对多孔隙砂岩冲击损伤效应的影响关系。

基于改进电成像孔隙度谱的海洋低孔低渗砂岩渗透率评价方法

珠江口盆地南海东部海域陆丰凹陷恩平组和文昌组油藏以低孔隙度低渗透率(低孔低渗)砂岩储层为主,储层非均质性强、孔隙结构复杂,常规方法计算的渗透率精度难以满足勘探开发需求,而核磁共振测井纵向分辨率较低,难以有效识别优质薄层。针对上述问题,选择纵向分辨率较高的电成像测井,基于岩心实验和正演模拟结果,深入分析传统电成像孔隙度谱表征孔隙结构不足的原因,创新性地提出基于孔隙体积统计的孔隙度谱构建方法,通过与岩心核磁共振T2谱进行对比,改进后的孔隙度谱能够真实反映储层孔隙结构特征。在此基础上,参照核磁共振测井SDR模型的渗透率计算公式,构建基于改进孔隙度谱的渗透率计算模型。实际井评价结果表明,新方法较依据孔隙度渗透率关系的常规方法(孔渗关系法),计算的渗透率相对误差降低了66.4%,可以更有效识别出优质薄砂层,为油藏精细描述和产能评价提供可靠的基础数据。

大南湖矿区煤层顶板砂岩水疏放效果研究及应用

新疆哈密大南湖矿区侏罗系煤层顶板砂岩含水层的孔隙、裂隙发育,孔隙度高,但全部疏干难度大。通过有限钻孔疏放,非均质含水层内存在水力梯度,且水力梯度越小流量越小、残余水头越难完全疏干。这种现象在现场实践过程中也得到有效验证。确定合理含水层安全水头值尤为重要。根据安全水头值对疏放水钻孔涌水量、孔口压力值进行分析论证,最终确定疏放水效果是否达到安全回采标准。

孔隙砂岩地层涌水灾害注浆治理的新设备及方法研究

为解决针对于孔隙砂岩水害注浆治理缺乏有效的针对性注浆设备和方法的问题,研制了一种针对孔隙砂岩水害治理的新型注浆设备,通过连续挤压方式在注浆过程中可以输出稳定低压和可控流量。提出了针对于孔隙砂岩注浆治理的新方法,辅以新型注浆设备可有效提高砂岩介质的可注性,保障注浆加固效果。将新型注浆设备和方法成功应用于孔隙砂岩介质模拟注浆试验,并应用活塞式注浆泵进行了对比试验。根据浆液扩散半径、扩散形状、注浆压力波动等实验结果表明,活塞式注浆泵不适用于孔隙砂岩的注浆治理,进一步验证了孔隙砂岩注浆治理的新方法以及新设备的科学性和可行性,为地下工程孔隙砂岩涌水灾害治理提供了新的思路。

早期碳酸盐胶结作用对砂岩孔隙演化的影响——以塔里木盆地满加尔凹陷志留系砂岩为例

塔里木盆地满加尔凹陷志留系砂岩为无障壁的潮坪、滨岸及辫状河三角洲沉积的岩屑砂岩和岩屑质石英砂岩，对满北和满东、满南地区志留系砂岩成岩作用序次尤其是碳酸盐胶结的时间、方式和特征、物性的对比研究认为：砂岩中碳酸盐胶结的时间早晚对砂岩孔隙演化具有重要影响，满北地区志留系砂岩发育有大量早期泥晶碳酸盐胶结，显微镜下研究表明这种胶结作用发生在岩石受到充分压实之前，呈基底式胶结，岩石颗粒呈点接触或漂浮状分布于早期碳酸盐胶结物之中，这种胶结作用抑制了岩石后期的压实作用。尽管目前其埋藏达5000—6500m，但其经历的压实作用并不强烈，粒间发育大量早期的碳酸盐胶结物，后来这些胶结物被溶蚀，形成了大量次生孔隙。而在满东和满南地区的志留系砂岩，碳酸盐胶结发生在岩石经过充分压实之后，晚期的碳酸盐胶结物仅分布于岩石经充分压实后的粒问孔隙中，含量较前者低，后期可供溶蚀的碳酸盐比前者少，因而溶蚀形成的次生孔隙有限。因此，尽管满东满南地区志留系埋藏比满北浅（3700—5000m），碳酸盐胶结物含量也低，也发育晚期碳酸盐胶结物的溶蚀，但岩石的压实作用比满北强，物性比满北低差。这主要与碳酸盐胶结的早晚有关，早期碳酸盐胶结对孔隙演化具有明显控制作用，有利于岩石孔隙的保存，为后来的溶蚀形成次生孔隙提供了条件。

孔隙型砂岩储集层主流通道指数及矿场应用

综合利用试井解释、生产动态分析以及覆压孔渗、气水相渗和高压压汞等检测技术,定量评价了孔隙型砂岩储集层地层条件下有效渗透率与常规基质渗透率、含水饱和度的关系,确定了不同渗透率孔隙型砂岩储集层的主流通道指数范围;建立了孔隙型砂岩储集层地层条件下有效渗透率评价方法、孔隙型砂岩储集层储量动用程度与主流通道指数关系图版。研究表明:孔隙型砂岩储集层主流通道指数与常规基质渗透率、含水饱和度密切相关,常规基质渗透率越低、含水饱和度越高,主流通道指数越低。常规基质渗透率大于5.0×10-3μm2时,主流通道指数一般大于0.5;常规基质渗透率为1.0×10-3~5.0×10-3μm2时,主流通道指数为0.2~0.5;常规基质渗透率小于1.0×10-3μm2时,主流通道指数通常小于0.2。孔隙型砂岩储集层地层条件下有效渗透率评价方法可以对新发现气藏或未开展试井测试的气藏实现快速评价并判识致密砂岩气;孔隙型砂岩气藏储量动用程度与主流通道指数关系图版可为可动用储量评价及井网加密提供依据,为气藏开发评价以及合理开发技术政策制定提供技术支持。

大孔隙率砂岩的试验研究

对大孔隙率砂岩在不同饱和液体情况下的力学特性进行了试验研究,以两种破坏理论对大孔隙率砂岩的破坏特征进行了解释.试验证明:大孔隙率砂岩存在临界围压,随着围压的变化,大孔隙率岩石以压剪破坏为主逐渐转化为以孔隙坍塌破坏为主;在油水转化过程中,也存在临界饱和度,超过此临界饱和度,岩石力学性质发生较大改变.

一种考虑成岩作用的砂岩孔隙度解释方法

针对目前利用声波时差建立砂岩孔隙度解释模型存在的问题 ,对济阳坳陷第三系砂岩储层声波 孔隙度关系进行了统计 ,分析了成岩演化过程及对岩石结构的控制作用。结果表明 ,砂岩储层的声波 孔隙度的关系及变化取决于岩石结构的差异。因而在利用声波时差计算砂岩储层孔隙度时 ,可采取分不同成岩带建立解释模型的方法。只有在研究完整的成岩演化系统的目标储层时 ,砂岩骨架时差才对声波 孔隙度的关系有意义。在理论分析的基础上 ,利用声波地层因素方程将不同成岩带的解释模型有机地统一起来。声波地层因素方程是随成岩演化储层结构与孔隙度发生相应变化的综合体现 ,从而阐述了声波地层因素方程的岩石学成因意义。在应用声波地层因素方程计算孔隙度时 ,应明确储层所属的不同成岩阶段 ,这是系统建立声波

流体饱和下高孔隙率储油砂岩力学特性及本构模型

通过对其力学实验结果的分析,以两种破坏理论对油及水饱和下大孔隙率储油砂岩的破坏特征进行了解释,并应用塑性力学的盖帽模型建立了油及水饱和下大孔隙率储油砂岩的本构模型,并应用非线性有限元法进行了数值试验,结果表明,该文提出的模型与实验资料吻合良好,且能较好地模拟大孔隙率砂岩的几种破坏机理及模拟注水采油引起的砂岩附加沉降.

储层砂岩孔隙分形性质的研究

根据统计特征体法测量分形维数的测试原理，用砂岩断面的扫描电镜图片半自动分析方法，对砂岩孔隙的分形维数和分形孔隙度进行了测试，得到了储层砂岩孔隙的分形性质与砂岩的成分、结构及成岩作用的关系。文章还对分形范围、分形维数。

柴达木盆地北缘侏罗系砂岩孔隙发育特征

柴达木盆地北缘侏罗系砂岩岩性以中 -粗砂岩为主 ,次为含砾粗砂岩和中细砂岩 ,胶结物含量低 ,储集空间以原生孔隙为主 ,次生溶孔为辅 ,孔隙度与今埋深不具相关性。由于胶结作用和溶蚀作用较弱 ,不足以引起压实减孔量的差异 ,因此成岩压实作用就成为孔隙演化和保存的主要控制因素。侏罗系砂岩今埋藏深度下压实减孔量达 2 0 %～ 32 % ,不同地区成岩压实减孔量随今埋藏深度的变化率近于一致 ,但相同深度下的成岩压实减孔量却不尽相同 ,这主要与构造演化史密切相关 ,尤其与砂岩在埋藏过程中所经历的最大古埋藏和后期剥蚀量有着内在联系。目前砂岩孔隙度的大小代表的是 6 5～ 12Ma期间砂岩达到最大埋深时的孔隙度 ,因此古埋深越大 。

论砂岩储层次生孔隙的形成机制

本文提出了碱性成岩环境有助于砂岩储层次生孔隙发育这一全新的观点，并提出了单一成岩环境体系中的“酸—碱链式反应”模型。无疑，这会对储层演化和油气勘探提出新的思考。

库车坳陷致密裂缝孔隙型砂岩储层评价的物性界限探讨

塔里木盆地库车前陆盆地冲断带经历强烈构造应力作用,勘探目的层古近系–白垩系埋藏超深,储层致密,基质物性非常差,但构造裂缝相对比较发育,为具有双孔双渗特征的致密裂缝孔隙型砂岩储层。储层产能大小主要与地层渗透率有关,而与孔隙度关系不明显。大量未充填–半充填构造裂缝是这类致密储层总渗透率的主要贡献因素。基于单井测试资料讨论了不同产能对应地层渗透率的界限。对构造裂缝的贡献按照四个层次进行评价。建立了适合库车坳陷致密裂缝性砂岩天然气勘探的储层物性综合评价方案。