利用孔隙级网络模型研究油水两相流

从岩心薄片分析着手,利用模拟退火算法重建数字岩心;从所建数字岩心中提取对等的由形状简单的孔隙和孔喉组成的孔隙级网络模型。利用表面自由能平衡得到每个网络模型组成单元的毛细管入口压力,从而确定孔隙中流体的流动过程,即所有单元按毛细管入口压力从小到大的顺序进行驱替,入口压力越小的孔隙越先被驱替。由单相和多相时流量的不同可以求出油水两相的相对渗透率,而计算结果与实验结果的一致性则证明了模型是可以用来代表真实岩样的,可以作为一个平台更深入地研究流体在多孔介质中的流动。

利用IRIS Explorer数据可视化软件进行孔隙级数字岩心可视化研究

孔隙级渗流机理研究是在孔隙尺度上研究多相流动规律,对数据的可视化要求较高,利用可视化软件IRIS Explorer可以很方便地对结果数据进行可视化。对由模拟退火算法重建的数字岩心进行可视化后,可以形象地观察孔隙空间的分布,为算法的改进提供依据。此外由岩心提取的孔隙网络模型是一个抽象的数据体,经可视化后可以观察到孔隙孔喉的连接分布情况,为进一步的流动机理研究提供了有力的帮助。

渝东南下寒武页岩纳米级孔隙特征及其储气性能

系统采集、观察并描述了渝东南地区下寒武统页岩岩芯，通过有机碳含量、X衍射、甲烷等温吸附及氮气吸附实验测试，分析了页岩纳米级孔隙结构类型、发育特征及影响因素，探讨了纳米孔对页岩储气性能的影响。研究认为，渝东南下寒武统页岩纳米孔隙结构特征复杂，根据氮气吸附一脱附曲线及孔径分布特征可划分为3种类型，主要发育两端开放的管状孔、平行壁的狭缝状孔及四面开放的尖劈形孔等开放型孔隙，多为与有机质相关的纳米孔，孔隙直径一般小于60nm，呈现2～5，8～12和24～34nm三个分布峰值区。宏孔（〉50nm）孔隙体积百分含量为8．5％，比表面积百分含量仅占0．3％；中孔（2～5011113_）孔隙体积百分含量高达82．1％，比表面积百分含量为79．0％；微孔（〈2nm）孔隙体积百分含量为9．4％，比表面积百分含量占20．7％。有机碳含量是纳米孔隙结构特征的主控因素，有机质是总孔体积与比表面积发育的物质基础，纳米孔隙体积、比表面积与吸附含气量具有明显的线性关系。

页岩纳米级孔隙结构特征及热成熟演化

以中、上扬子地区下古生界海相和中生界陆相页岩为研究对象,运用氩离子抛光-场发射扫描电子显微镜技术和氮气吸附实验测试技术对页岩储层的纳米级孔隙发育特征及热成熟演化进行探讨。结果表明:页岩主要发育了有机质孔、粒间孔、粒内孔和微裂缝等4种孔隙类型;TOC和Ro是控制页岩纳米级孔隙发育的主要因素;对于高演化页岩,不同干酪根类型的有机质孔隙发育程度的大小次序为Ⅰ型>Ⅱ型>Ⅲ型;石英和黏土矿物通过控制TOC的变化对纳米级孔隙发育和分布产生间接影响;页岩热成熟度演化影响页岩孔径分布和微孔、中孔和大孔相对含量的变化,在高—过成熟阶段,与有机质有关的微孔、中孔呈不断增加的趋势,在极高成熟度阶段,页岩大孔转变为中孔和微孔,有机质孔隙变小,纳米级孔隙体积呈现出先增加后减小的趋势;页岩中干酪根、可溶沥青热裂解生气作用和甲烷化作用可能是页岩有机质纳米级孔隙形成的主要原因。

地层条件下基于纳米级孔隙的煤层气扩散特征

通过分析自由甲烷气体在地层条件下特性的变化，计算确定了甲烷不同扩散模式的孔径分布范围，并结合前期煤储层孔隙自然分类成果，就基于储层甲烷扩散的纳米级孔隙进行了初步划分，计算了不同扩散模式的扩散系数．研究表明，储层条件下，煤纳米级孔隙中甲烷存在3种扩散模式，且3种模式的扩散系数差别不大，比地表条件下扩散系数低1～2个数量级．

华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。

煤体纳米级孔隙低温氮吸附特征及分形性研究

为了研究不同煤级煤体纳米级孔隙结构特性,通过低温氮吸附法对宿州邹庄矿、平顶山八矿、鹤壁九矿的8组煤样进行对比实验,分析了煤孔隙结构特性,并运用孔隙分形几何学理论基础建立FHH模型,揭示了煤的变质程度和破坏程度对煤孔隙结构差异的影响。结果表明:(1)不同变质程度的煤,其吸附能力与变质程度并不呈线性关系,与共生原生结构煤相比,构造煤的平均孔径普遍较小,但其孔比表面积较大,且构造煤吸附能力明显强于原生结构煤。(2)不同煤级煤的分形维数D大小并不随着煤化程度的升高而呈规律性的线性变化,构造变形作用促使构造煤孔隙结构复杂化。(3)分形维数D越大,表明煤体孔隙结构越复杂,煤体孔比表面积及其吸附量也较大。(4)分形维数与平均孔径呈反比。

松辽盆地大安油田纳米级孔隙研究

松辽盆地大安油田泉四段扶余油层为近期的接替储层,文中以此层位为研究对象,重点研究该层段储层微观孔喉特征,致密砂岩储层纳米级孔隙类型、大小、形态特征,单矿物表面面孔率及纳米级孔隙孔径分布特征。结果表明:泉四段扶余油层储层孔隙结构差,致密砂岩发育;该区存在3种类型纳米级孔隙,即矿物晶间纳米级孔隙、颗粒内纳米级孔隙及微裂缝,且该区纳米级孔隙形态特征多样;该区发育的主要矿物有石英和长石,对其进行单矿物表面纳米级孔隙面孔率分析,得知其面孔率平均值分别为0.36%和1.90%;3块致密样品氮气等温吸附实验孔径分布表明,纳米级孔隙孔径分布与储层物性呈负相关。该区纳米级孔隙的发现对松辽盆地非常规油气勘探开发及增储具有重要意义。

页岩气储层纳米级孔隙中气体的质量传输机理及流态实验

为了探究页岩气储层纳米级孔隙中气体的质量传输方式、机理、气体流态,以及页岩表观渗透率的合理表示方法,首先基于前人的研究成果,从微观和宏观的角度综合分析了页岩纳米孔隙中气体的质量传输机理;然后通过开展致密页岩中气体渗流实验,对纳米孔隙中气体的真实流态进行了分析,讨论了孔隙尺寸、压力等参数对页岩渗透率的影响;进而对不同页岩表观渗透率模型进行了比较,探讨了其合理的表示方法。研究结果表明:(1)页岩纳米孔隙中游离气质量传输方式主要为滑脱流、努森扩散及斐克扩散,吸附气质量传输方式主要为表面扩散,气体流态为滑脱流或过渡流,不存在连续流,并且孔隙越小、压力越低,滑脱流越弱,努森扩散越强;(2)在相同的实验条件下,Darcy渗透率最低,B-K表观渗透率和Civan表观渗透率非常接近,Klinkenberg表观渗透率居中,APF表观渗透率与Wu表观渗透率最高且出现了曲线交替;(3)在Wu表观渗透率中,滑脱流在滑脱区和过渡区都是气体质量主要的传输方式;(4)在APF表观渗透率中,滑脱流是滑脱区气体质量主要的传输方式,而努森扩散则是过渡区气体质量主要的传输方式。

页岩纳米级孔隙在有机质熟化过程中的演化特征及影响因素

有机质热演化程度是控制页岩纳米级孔隙形成演化的主要因素之一。利用室内含水封闭热解系统对松辽盆地长岭凹陷嫩江组二段湖相页岩开展了生烃全过程模拟实验(Ro=0.61%~4.01%),并对处于不同热演化阶段的样品进行了索氏抽提,基于抽提前后有机碳含量、N2吸附和矿物组成等地球化学分析结果,研究了有机质成熟过程中纳米级孔隙形成演化特征及影响因素。页岩在模拟实验后BJH孔体积和BET比表面积均大幅增加,其变化范围分别为0.00673~0.10161 cm^3/g和0.60~15.75 m^2/g。成熟—高熟阶段干酪根热降解和残留烃热裂解促使纳米级孔隙快速发育,过熟阶段随着有机质生烃能力减弱,纳米级孔隙发育速率变缓;生油高峰期液态烃生成并充注在纳米级孔隙内,抑制了纳米级孔隙形成。油气生成和排出过程对纳米级孔隙发育起主导作用,固体焦沥青在不断富集的同时其本身发育纳米级有机孔隙,黏土矿物的伊利石化和石英溶蚀均有利于纳米级孔隙发育。

构造煤纳米级孔隙对瓦斯吸附能力的影响研究

为研究煤的纳米级(<100 nm)孔隙对瓦斯吸附能力的影响,对3种不同煤样的原煤和构造煤孔隙结构进行研究,并建立温度-压力综合吸附模型分析煤体的吸附瓦斯能力。研究结果表明:纳米级孔隙(孔径小于100 nm)是煤对瓦斯吸附强的决定因素,纳米级孔隙微孔的比表面积是影响瓦斯吸附量的主要因素;在相同温度压力下,古汉山矿煤样瓦斯吸附量是薛湖矿煤样和平顶山矿煤样的1.3～1.8倍和1.02～1.2倍;微小孔的孔容与瓦斯吸附量呈现出明显的正相关;通过建立温度-压力模型预测瓦斯吸附量是可行的。

纳米级孔隙对构造煤吸附瓦斯能力的影响

为了理清构造煤是否具有超强瓦斯吸附能力及纳米级孔隙与吸附能力的关系,通过压汞、低温液氮吸附和高压等温吸附试验,对比分析采自焦作、平顶山和永夏矿区的不同煤级的IV^V类构造煤和同层共生的原生结构煤在孔隙结构、瓦斯吸附能力方面的差异,并探究纳米级孔隙与吸附能力关系。结果表明:煤中纳米级孔隙是比表面积的主要贡献者,是煤吸附瓦斯能力的决定因素;构造煤相对于同层共生的原生结构煤,纳米级孔隙和比表面积略有增加,吸附能力增加不大,且不具有超强吸附能力;构造变形作用对纳米级孔隙变化及吸附瓦斯能力的影响远小于变质作用。

构造煤纳米级孔隙与瓦斯吸附能力关系研究

采用低温液氮实验对研究构造煤的纳米级孔隙结构特征,并利用等温吸附实验解释构造煤纳米孔隙与瓦斯吸附能力的关系。研究结果表明:3种煤样不同孔径孔容和比表面积都有所增加,约在50 nm孔径出现峰值,得出纳米孔隙是煤对瓦斯吸附强度的决定因素。相对于原煤,构造煤吸附瓦斯量略有增加,相对于同层共生原煤,构造煤吸附能力的变化主要取决于纳米级孔隙的变化,其纳米级孔隙微孔的比表面积是影响瓦斯吸附量的主要因素。

透水沥青混合料孔隙率与级配对其路用性能的影响

在建筑工程数量不断增多和材料种类日益多样的背景下,透水性沥青混合料因其具有较强透水性、防滑性及降噪性优势得到了广泛应用。本文主要对透水沥青混合料中孔隙率和级配对路用性能可能产生的影响进行深入化分析探讨。

页岩储层微观孔隙结构特征

为了研究页岩储层的微观孔隙结构特征,应用场发射环境扫描电子显微镜观察了页岩表面纳米级孔隙微观形态,并通过低温氮吸附法测定了页岩的氮气吸附等温线,同时结合高压压汞实验对页岩储层孔隙结构进行了深入研究。研究结果表明:页岩储层孔隙处于纳米量级,孔隙类型可分为有机质纳米孔、黏土矿物粒间孔、岩石骨架矿物孔、古生物化石孔和微裂缝5种类型,其中有机质纳米孔和黏土矿物粒间孔发育最为广泛;页岩孔径分布复杂,既含有大量的中孔(2～50nm),又含有一定量的微孔(<2nm)和大孔(>50nm);孔径小于50nm的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,是气体吸附和存储的主要场所;页岩阈压非常高,孔喉分选性好,连通性差,退汞效率低,中孔对气体渗流起明显贡献作用,微孔则主要起储集作用。

页岩气储层孔隙系统表征方法研究进展

页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于暗色泥页岩中的天然气,页岩的孔隙特征是决定页岩储层含气性的关键因素。页岩孔隙结构复杂,一般以纳米孔隙占优势,用常规储层孔隙的表征方法难以解释美国的高产页岩气系统。因此,页岩纳米孔隙的表征成为制约页岩气资源评价的关键因素。在综述目前国际上对页岩气储层孔隙表征方法的基础上,对比分析其各自的适用范围和应用前景。页岩储层孔隙的主要表征方法有3种:(1)以微区分析为主的图像分析技术;(2)以压汞法和气体等温吸附为主的流体注入技术;(3)以核磁共振、中子小角散射计算机断层成像技术为代表的非流体注入技术。图像分析能够直观、方便、快捷地获取孔隙形态等方面的特征;流体注入法在表征微孔隙的孔径分布、比表面积等方面具有独到优势;非流体注入技术由于其原位、无损分析及粒子高穿透力的特点,使研究多种地质条件下的孔隙特性成为可能。在目前的技术条件下,应明确各种表征技术的优势与限制,根据实际情况合理建立孔隙研究流程,综合利用多种技术手段能在不同的尺度下有效表征页岩气储层孔隙。

苏里格致密砂岩气田储层岩石孔隙结构及储集性能特征

基于覆压条件下储层渗透率的变化特征,分析认为苏里格气田整体为致密砂岩气田。在50~60 MPa的覆压下,渗透率相对变化量的1/3次方与常压渗透率的1/2次方表现为线性关系。储层孔隙度表现出一定的覆压敏感性,覆压孔隙度与常压孔隙度比值的1/3次方与常压孔隙度表现出较好的线性关系。扫描电镜及常规压汞实验分析表明,储层孔隙半径表现为百微米级至纳米级尺度的连续分布,渗透率越小的储层微米级孔隙所占比例越少,纳米级孔隙越多;储层喉道半径总体小于1μm,表现为纳米级尺度的连续分布。束缚饱和度与渗透率具有一定的负相关性,与特定渗透率值对应的束缚饱和度并非定值,而是一个数值范围。拟合分析表明常压孔隙度与单位厚度储能系数呈较好的幂函数关系。由于物性越差的储层覆压敏感性越强,含气饱和度越低,其储气能力也越差,因此蕴含的天然气资源也越小,物性较好的储层则反之。

四川盆地及周缘地区龙马溪组页岩微观孔隙结构及其发育主控因素

以四川盆地及周缘地区下志留统龙马溪组富有机质页岩为研究对象,通过氩离子抛光—扫描电镜、低温液氮吸附/脱附实验等方法和技术,对研究区页岩储层微观孔隙结构进行系统研究,并探讨了控制纳米尺度微观孔隙结构的主要原因。结果表明：四川盆地及周缘地区龙马溪组富有机质页岩孔径范围为纳米级,孔隙类型多样,分为有机孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔及微裂缝等,其中有机孔和粒内孔较为发育;页岩微观孔隙结构复杂,多为开放型孔隙,以管孔和两端开口的平行板孔为主;微观孔隙孔径主要分布在2~80nm,以中孔为主。通过分析控制该区页岩储层微观孔隙结构的主要因素,认为有机碳含量是控制纳米级孔隙发育的主要因素,同时也是页岩气赋存的重要物质基础。

华夏陆块闽西南坳陷二叠系含有机质页岩组成及赋气孔隙特征

华夏陆块从早古生代以来,经历了多期推覆与伸展构造的叠加。文中对华夏陆块闽西南仙亭、曲斗等地区/矿区附近及井下所采集的含有机质页岩样品进行实验测试,分析了有机质参数、矿物组成及赋气孔隙参数,将对中国华夏陆块闽西南二叠系页岩的储层特征研究及页岩气勘探前景预测提供理论依据。研究结果表明:(1)采用TOC残余碳分析实验、荧光显微镜及显微镜光度计实验等,认为闽西南二叠系页岩含碳量中等,为0.15%～2.71%;有机质成熟度高,为3.51%～4.33%。(2)储层矿物组成方面,利用X射线衍射实验进行全岩分析,结果显示黏土矿物占38.2%～49.6%,含量较高,主要为伊利石,含少量的绿泥石、蒙皂石;常见非黏土矿物主要为石英,均占45%以上;钾长石和斜长石含量较少,占1%～2.3%。(3)储层孔渗性方面:有效孔隙度为0.3%～11.4%,渗透率为(0.0065～0.987)×10-3μm2;利用低温液氮吸附实验等对纳米级孔隙进行分析,认为部分小孔(2～50nm)的孔容、比表面积较大,其次为微孔(小于2nm)和大孔(大于50nm)。此外,累计比表面积和累计孔容呈现出较好的正相关性,纳米孔隙累计比表面积、累计孔容与孔径之间的关系表明,闽西南二叠系页岩气主要赋存于微孔和小于10nm的小孔中。依照页岩储层评价标准,闽西南二叠系海陆交互相页岩在有机质丰富、有机质成熟度、页岩厚度、矿物组成、孔隙结构等方面符合页岩气开发最低标准,具有勘探开发前景。

不同煤级煤低温氮的多段吸附特征

基于不同煤级煤的低温液氮吸附性能测试,采用毛细管凝聚理论(BJH法)和密度泛函理论(DFT法),对煤的低温氮吸附曲线进行解析,结合Kakei的多段吸附理论,探讨不同煤级煤的吸附量、吸附曲线形态的差异,以及多段吸附特征及其机理。结果表明,随着煤化作用的加深,煤中纳米级孔隙呈现先减少后增加的趋势,孔隙的孔径分布更加均一;煤的液氮吸附量主要与BET比表面积有一定的关系,但中、微孔孔隙含量是造成液氮吸附量差异的主因;煤级的增加,液氮吸附曲线呈现由简单→复杂→简单的变化规律,表现为多段性吸附特征,暗示着吸附机理的变化,存在着单分子层吸附、多层吸附、毛细孔凝聚及微孔填充等多种吸附模式。