泥质粉砂岩粒度分形特征及其与抗剪强度参数的关系

泥质粉砂岩堆石料剪切力学特性与分形特征的相关性研究对排土场边坡稳定性具有重要意义。目的为探究不同粗粒含量下泥质粉砂岩堆石料力学响应特性,并探讨其与分形维数的相关性,方法以不同粗粒含量堆石料为研究对象,开展室内直剪试验,分析土体在不同粗粒含量下抗剪强度参数与分形维数之间的相关性并揭示其力学响应机理。结果结果表明:泥质粉砂岩堆石料抗剪强度受粗粒含量影响显著,相同垂直压力下堆石料抗剪强度随粗粒含量增加而增大,以垂直压力2000 kPa为例,粗粒含量由20%增加到80%,其抗剪强度增幅19.66%。抗剪强度参数与粗粒含量密切相关,随着粗粒含量增加,黏聚力减小,内摩擦角增大,内摩擦角受粗粒含量影响更显著。分形维数随着粗粒含量增大呈减小趋势,它可表征堆石料颗粒级配组成及不均匀特征,当分形维数为1.887~2.631时,表明堆石料为级配良好的土体。分形维数与粗粒含量和抗剪强度参数之间存在相关性,分形维数与黏聚力呈正相关,与粗粒含量和内摩擦角均呈负相关。结论粗粒含量对泥质粉砂岩堆石料的力学性质影响显著,同时分形维数可作为评价堆石料级配和不均匀特征的重要参数。

注CO_(2)驱提高致密砂岩气藏采收率实验及数值模拟

针对致密砂岩气藏地层压力下降快、稳产难度大、采收率较低等问题,利用长岩心驱替实验、可视化实验和数值模拟方法,从提高气藏采收率方面对注CO_(2)的驱替特征和扩散特征进行了研究。结果表明:地层中的超临界CO_(2)不是与天然气大范围地互溶,而是“部分互溶”;由于重力分异作用,CO_(2)在沉降过程中驱替天然气向上运移并被采出;CO_(2)驱替天然气可提高采收率17.8百分点。研究成果可为下一步致密砂岩气藏CO_(2)驱矿场试验提供理论依据。

天然和饱水红砂岩三轴压缩蠕变变形试验研究

蠕变特性和长期强度是红砂岩地区岩体工程安全评价的关键要素,饱水软化效应对红砂岩蠕变特性和长期强度具有重要影响.采用全自动岩石三轴压缩伺服流变仪,开展天然与饱水红砂岩的三轴压缩试验和三轴压缩蠕变试验.试验结果表明:峰值强度、弹性模量和蠕变破坏应力因饱水软化效应而降低,围压对其降幅有削弱作用,蠕变破坏应力与峰值强度的比值在0.75~0.98之间;饱水软化效应能增强蠕变瞬时变形,减弱蠕变变形及蠕变应变速率;环向应变比轴向应变更早进入稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段;稳态蠕变速率与偏压的变化关系符合指数函数关系;长期强度因饱水软化作用而降低,却因围压增加而增大,长期强度与峰值强度的比值在0.62~0.92之间;裂纹损伤应力与长期强度相差较大,裂纹损伤应力视为长期强度有待进一步考究.

易变形组分对致密砂岩储层的控制机理——以鄂尔多斯盆地大牛地气田H井区山西组为例

碎屑组分是影响致密砂岩储层成岩作用和物性的关键因素之一。为了查明易变形组分对储层的控制机理,以大牛地气田H井区山西组为例,通过岩石薄片显微观察和统计,结合物性特征,分析易变形组分对成岩作用的控制作用,进而探讨其对储层的控制机理。研究结果显示,山西组的塑性组分为凝灰质杂基,半塑性组分包括凝灰岩、板岩、千枚岩、片岩和泥岩岩屑。易变形组分主要通过压实和溶蚀作用控制储层,压实减孔率与易变形组分含量呈现正相关,其中凝灰质杂基对压实减孔的影响相对明显;溶蚀增孔率与半塑性含量呈负相关,与凝灰质杂基含量呈现弱的正相关。易变形组分含量与储层物性总体呈负相关关系,其中凝灰质杂基对储层物性的破坏作用相对较弱。易变形组分在压实过程中加剧了储层的致密化,同时降低了成岩流体的流通性,但凝灰质杂基压实后可完全充填粒间孔隙,影响更为显著。凝灰质杂基作为溶蚀的溶质,有利于改善储层物性;当凝灰质杂基含量介于8%~12%之间时,最有利于形成质量较好的储层。

智能相控波形指示反演技术及其在煤系地层薄砂岩预测中的应用

针对煤系地层薄砂岩预测的难题,在精细分析地震波形与测井曲线关系的基础上,建立了基于地震波形横向相似性分析的智能相控波形指示反演技术。首先,按照相似性原理建立了不同的地震波形样本组,建立表征不同地震相类型的多个贝叶斯反演模型。其次,对每个样本组的测井曲线进行滤波,提取低频共性结构作为贝叶斯反演的先验信息,建立地震反演高分辨率初始模型。最后,通过不断修正初始模型,并利用实际地震数据进行验证,获得高分辨率的反演结果。正演模型验证结果显示,智能相控波形指示反演技术能够准确预测厚度为3 m的煤系地层薄砂岩,证明了该反演方法的合理性和反演结果的准确性。鄂尔多斯盆地D地区煤系地层薄砂岩反演实例表明,智能相控波形指示反演技术对煤系地层薄砂岩预测精度达到了2~4 m,后验井反演符合率达到86.96%,为煤系地层薄砂岩预测提供了一种全新的思路。

低渗透砂岩油藏不同流体驱油效率实验

准噶尔盆地东缘低渗透砂岩油藏注水开发中—后期,开发效果变差,含水率变高,需要新的有效开发手段,选取不同流体开展驱油效率实验。利用天然岩心组合成长岩心并模拟地层条件,进行全程水驱及水驱至油藏目前采出程度后转注N_(2)、CH_(4)和CO_(2)的驱油实验,并对不同流体注入前后,进行岩心核磁共振扫描及原油赋存孔隙直径反演。研究结果表明,CO_(2)驱可提高原油采出程度21.58%,驱油效率及原油动用程度从大到小依次为CO_(2)、CH_(4)、H_(2)O和N_(2)。N_(2)主要动用较大孔隙中的原油,动用孔隙直径下限为170.9 nm;CH_(4)主要动用中—大孔隙中的原油,动用孔隙直径下限为48.7 nm;CO_(2)可以动用各个尺寸孔隙中的原油,动用孔隙直径下限最低,为27.8 nm。油田现场建立CO_(2)驱先导试验区,注CO_(2)后产液量上升,含水率下降,产油量增加,研究成果在现场应用效果良好。

库车坳陷克深地区白垩系巴什基奇克组致密砂岩裂缝发育特征及地质意义

根据岩心、铸体薄片、激光共聚焦扫描电镜等资料,对库车坳陷克深地区白垩系巴什基奇克组裂缝发育特征及主控因素进行了详细研究,并探讨了其对储层物性和油气聚集效应的影响。研究结果表明:①库车坳陷克深地区白垩系巴什基奇克组为典型的致密砂岩储层,岩石类型以岩屑长石砂岩为主,主要发育剪切缝和张性裂缝,且以高角度缝和直立缝为主,未充填和半充填裂缝占比较大;克深A、克深B气藏裂缝的平面分布差异主要由构造位置和应力演化的不同所导致,其中克深A气藏裂缝有效性优于克深B气藏。②研究区不同构造部位的裂缝密度和有效性存在差异,背斜高点部位裂缝有效性最高,鞍部和翼部近断裂处虽裂缝密度大但有效性较低;砂岩中裂缝有效性高于泥岩;砂、泥岩厚度比与裂缝密度呈非线性关系,当砂岩厚度和泥岩厚度的比值达到6.1时,裂缝密度出现最大值,当比值大于6.1时,裂缝密度逐渐减小。③研究区裂缝的发育可提高致密砂岩储层的渗透率,裂缝网络系统可有效连接低渗透储层,提升了油气的成藏效率、运移能力和富集程度。

柴达木盆地西缘砂岩型铀矿成矿条件及找矿标志

铀矿是重要的战略性矿产资源,柴达木盆地是我国主要的砂岩型铀矿分布地区之一,盆地西缘是近年来“新区、新层位、新类型”铀矿三新找矿突破的重要地区,砂岩型铀成矿潜力大。为了进一步明确该地区的新生代砂岩型铀成矿规律,为下一步的找矿预测提供依据,文章在系统地收集、整理区域多源地学信息的基础上,从铀源、构造、沉积建造、水文地质、后生蚀变等方面,分析了柴达木盆地西缘铀成矿条件,初步厘定了铀成矿控矿要素,明确了找矿标志。结果表明:该地区具有祁漫塔格山等蚀源区和本身富铀的沉积盖层双重铀源;铀矿化主要位于上油砂山组(N_(2)^(2)y)、狮子沟组(N_(2)^(3)s)、七个泉组(Q_(1-2)q)等新近系和第四系层位;背斜核部及两翼缓倾斜坡带是成矿发育的有利构造部位;三角洲平原及前缘相发育区,河道砂体发育,泥-砂-泥结构稳定,有利于砂岩型铀成矿;成矿过程受渗入含铀流体的层间氧化和油气渗出还原的复合作用控制,是叠合复成因砂岩型铀矿有利找矿地区。

重庆涞滩红层砂岩蠕变特性颗粒离散元模拟

我国川渝地区石窟寺分布广泛。关键受力岩体的蠕变破坏是石窟寺面临的主要问题之一,尤其是在酸雨等环境腐蚀作用下,岩石细观结构的损伤会加快其蠕变破坏的速度。为了研究红层砂岩的蠕变特性,以重庆市涞滩二佛寺红层砂岩为研究对象,基于饱水和酸腐蚀状态下的砂岩三轴压缩蠕变试验,利用颗粒流PFC软件,在微细观角度通过对水化学作用下砂岩的蠕变特性进行分析,并在平行黏结模型的基础上应用等效晶质模型(grain-based model,简称为GBM),结合应力腐蚀模型(parallel-bonded stress corrosion model,简称为PSC)对考虑岩石微观结构的时效性变化特征进行颗粒离散元模拟。结果表明:低应力驱动比下,饱水试样会产生更大的损伤,在较高应力驱动比时,酸腐蚀试样损伤更高;酸腐蚀试样临界应力驱动比为0.102 6,饱水试样临界驱动应力比为0.255 9,水化学作用下砂岩的亚临界裂纹扩展在很低的应力水平便会开始;应力驱动比的改变对岩样的稳态蠕变速率的影响是指数级的,几乎是相差0.1就会产生10倍以上的速率变化;酸腐蚀试样和饱水试样能量耗散速率远大于干燥试样;水环境的软化作用会使得岩样的宏观裂纹易于贯通,且贯通断裂面抵抗外力变弱,更加有利于能量释放;饱水试样对晶体边界即矿物胶结物的影响较大,晶间剪切裂纹比例较高,而酸腐蚀试样对矿物本身也会产生较大的影响,使得晶内的拉伸裂纹数目增加。研究结果可为工程岩体长期稳定性的评价提供参考依据。

砂岩型铀矿赋矿层非均质性成因与分析方法研究进展

非均质性作为砂岩型铀矿的重要评价指标,对铀的富集成矿和地浸开采产生较大影响,因此有必要对赋矿层非均质性成因与分析方法进行全面研究。文章首先总结了砂岩型铀矿赋矿层非均质性的主要类型,包括:矿物组成与分布的非均质性、岩石特性的非均质性、成矿作用的非均质性;其次分析了造成非均质性的3种主要原因:构造控制、沉积环境控制、盆地内水动力条件控制;再次,综述了非均质性的分析方法,着重介绍了地球物理和地球化学分析技术、三维地质建模技术以及水文地质分析技术、数理统计方法、岩石物性结构观测方法等在非均质性研究中的应用情况;最后,梳理了砂岩型铀矿的矿层非均质性研究的发展趋势,认为研究砂岩型铀矿非均质性的动态变化过程与规律,是当前研究需要关注的重点问题。

夹层砂岩中斧形齿的破岩优势分析

在中国众多的油气藏中都存在大量的夹层砂岩,且层间构成复杂,使用普通平面齿PDC钻头破碎夹层砂岩时,很容易产生各种不良工况,如弹跳、回转等,给破岩带来了极大困扰。为此,采用一种特殊的PDC斧形齿钻头,并通过ABAQUS有限元仿真分析方法对比斧形齿与平面齿在夹层砂岩中的破岩效果。结果表明:斧形齿特殊的三维结构在破岩时使剪切应力更加集中,并使其在嵌入岩石时产生更大的破坏力,更容易切入岩石,破岩能力显著提升。

二连盆地脑木更地区砂岩型铀矿元素地球化学特征及与铀成矿的关系

脑木更地区位于二连盆地乌兰察布坳陷,近年来相继发现了多个高品位铀矿工业孔,其含矿层主要为下白垩统赛汉组。文章通过分析脑木更地区赛汉组下段含矿砂岩及围岩的铀矿物特征,主、微量及稀土元素特征,初步探讨该区砂岩型铀成矿条件及规律。研究结果表明,脑木更地区赛汉组下段砂岩中的铀矿物类型主要为沥青铀矿,背散射观察发现,黄铁矿充填于植物细胞中,沥青铀矿围绕黄铁矿边部生长。元素地球化学分析显示,矿层砂岩主要富集V、Mo等微量元素,REE与U呈正相关性,铀矿化层往往也是REE富集区,含铀砂岩富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,明显的Eu负异常表明矿层砂岩遭受还原性流体作用;矿层砂岩有机碳、总硫含量明显高于围岩,而Fe^(3+)/Fe^(2+)、Th/U值低于围岩,这些特征有助于深刻认识该区砂岩型铀矿成矿环境。矿层与围岩一致的稀土元素特征、主量和微量元素特征表明脑木更地区具有统一的物源、沉积环境。

准噶尔盆地永进—征沙村地区侏罗系超深层致密砂岩储集层分级评价

准噶尔盆地永进—征沙村地区侏罗系超深层砂岩储集层致密且非均质性强,储集层评价标准及有利储集层分布不明确,制约了油气勘探开发。以测井、录井、岩心及试油资料为基础,通过矿物分析、核磁共振、毛细管压力实验、岩心驱替等,开展了侏罗系储集层微观孔隙结构特征研究,明确了可动孔隙半径下限,并以流体可动孔隙度作为关键评价指标建立了分级评价标准。研究表明:研究区中—细粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩储集空间为粒间孔、次生溶蚀孔及微裂缝,孔隙半径较小,为0.005~5.000μm,以毛细管压力实验曲线标定后不同驱替状态的核磁共振T_(2)谱确定了可动孔隙半径下限为0.100μm,进而明确了含油岩石的流体可动孔隙度。综合考虑岩电特征、孔隙类型及结构、含油性特征,结合典型井的产能特征,建立了研究区储集层分级评价标准,通过Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类储集层的分级评价,为后续油气田开发及井位部署提供了依据,对于该地区超深层致密油藏的勘探开发与邻区储集层评价具有参考意义。

基于核磁共振测井的致密砂岩储集层有效性评价

鄂尔多斯盆地志靖—安塞地区上三叠统延长组长8段和长9段储集层致密,孔隙结构复杂,有效储集层的纵向分布规律不清。基于核磁共振测井资料和岩石压汞数据,提出致密砂岩储集层有效性评价方法。针对有核磁共振测井资料的井,可直接利用核磁共振测井资料获取大孔、中孔和小孔占比,构建核磁孔隙三组分指数;针对没有核磁共振测井资料的井,通过孔喉半径与核磁共振横向弛豫时间的转换关系,构建孔喉半径指数。核磁孔隙三组分指数和孔喉半径指数可定量表征致密砂岩储集层的孔隙结构。结合试油资料分析,单井米采液指数与孔隙结构呈正相关,建立致密砂岩储集层有效性评价标准。将该评价标准应用于志靖—安塞地区长8段和长9段,测井解释符合率显著提高,应用效果良好。

单轴压缩下不同岩桥角度裂隙砂岩能量演化规律研究

为探究岩桥倾角对裂隙砂岩破断能量演化规律的影响,分析裂隙砂岩变形破坏过程中的总能量U、弹性应变能Ue及耗散能U d演化特征。结果表明:随岩桥倾角的增大,试样的起裂、损伤、峰值应力均呈现出先增大再减小的变化趋势;岩体的弹性应变能U e及耗散能U d变化曲线存在突变现象,并引入岩样弹性能耗比K,揭示了K的突变性可反映岩石失稳破坏及释放能量特征。

鄂尔多斯盆地北部中生代产铀层位绿色砂岩地球化学特征及其指示意义

文章通过对鄂尔多斯盆地北部中生代产铀层位中侏罗统延安组、直罗组和下白垩统环河组的绿色砂岩样品进行了主量、微量、稀土元素测试分析,研究了延安组、直罗组、环河组绿色砂岩的古气候、古风化、古氧化-还原环境以及源区构造背景特征。研究结果表明:FeO/MnO、Al_(2)O_(3)/MgO值变化指示,延安期—直罗期—环河期,鄂尔多斯盆地北部古气候由温湿转变为干旱/半干旱;CIA及ICV指数表明,延安组—直罗组—环河组,物源区化学风化作用明显减弱,沉积物成分成熟度明显降低;V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、Fe^(2+)/Fe^(3+)值表明环河组、直罗组、延安组沉积时的古水体条件均为富氧淡水环境;砂岩-粉砂岩构造背景函数、砂岩双变量判别函数图解、ΣREE-La/Yb判别图指示鄂尔多斯盆地北部延安组、直罗组、环河组绿色砂岩物源主要来自上地壳长英质源区,构造背景主要为大陆边缘构造背景,部分为大陆岛弧背景。以上研究表明,鄂尔多斯盆地北部中生代产铀层位在古气候方面具有不同的特征,在氧化-还原环境和构造背景方面具有相似的特征。

鄂尔多斯盆地北部直罗组砂岩型铀成矿作用的构造背景

鄂尔多斯盆地北部是我国最大的砂岩型铀矿聚集区,其铀成矿作用的构造背景一直是研究重点。文章通过对鄂尔多斯盆地北部构造背景及其与砂岩型铀成矿关系的研究,认为盆地北部砂岩型大规模铀成矿作用的构造背景与“次造山带控矿理论”、“层间渗入成矿理论”和“卷状水成铀矿理论”等传统水成铀矿理论明显不同,成矿构造背景、成矿特征和找矿标志具有很强的特殊性。鄂尔多斯盆地受新构造运动的影响,黄河断陷的形成破坏了铀成矿地下水统一的补、径、排系统,区域层间氧化作用及铀成矿作用基本停止,新构造运动在总体抬升的背景下呈现间歇性和弱活化性的特点,对早期形成的铀矿床造成了明显的再次氧化改造和富集作用。

渗出砂岩型铀矿成矿预测与找矿标志

文章基于渗出砂岩型铀矿成矿机理和模式,认为渗出砂岩型铀成矿作用不同于渗入砂岩型铀矿成矿作用,其成矿预测和找矿标志也不同;提出了渗出砂岩型铀矿成矿作用两大基本关键条件识别标志:红杂色含矿建造原生成因和其中控矿灰色砂体的后生成因识别;在提出的红杂色沉积建造中渗出砂岩型铀矿“上红下黑、上下连通、红中找灰、灰中找矿”总体找矿新思路基础上,阐明渗出砂岩型铀成矿区域预测评价条件和标志:深部富铀富有机质沉积岩建造、区域构造、区域建造、放射性异常信息和综合预测标志等,提出并阐述“小凹陷成大矿”条件;系统建立渗出砂岩型铀矿床预测定位标志体系,特别是野外可识别的宏观标志,包括控矿构造、沉积建造、蚀变改造、铀矿化砂岩颜色、外来有机质特征等,并对比了渗入和渗出砂岩型铀成矿预测标志。提出的渗出砂岩型铀矿识别标志体系不仅对区分“渗入”和“渗出”两种矿化成因,而且对厘清控矿要素、指导成矿预测和找矿工程部署具有重要意义和价值。

干湿循环下节理砂岩细观能量演化规律研究

为探究干湿循环作用下的节理砂岩的细观损伤劣化规律,采用颗粒流软件开展了节理砂岩细观数值模拟,研究了不同干湿循环下节理砂岩的细观力学特性和能量演化机制。研究表明:随着干湿循环次数的增大,颗粒间的接触力和平行黏结力最大值呈线性递减规律;干湿循环下节理砂岩裂纹演化主要经历缓慢增加、均匀增加、阶梯增加及突变增加4个阶段,且裂纹数目(总裂纹、拉伸裂纹及剪切裂纹)与干湿循环次数呈正相关;细观边界能、平行黏结应变能及线性黏结应变能随干湿循环次数的增加呈逐渐减小趋势,节理砂岩中耗散能与微裂纹数大致呈正相关;干湿循环作用导致颗粒间抗断裂能力弱化,使岩样能量储存能力降低,这是造成节理砂岩干湿损伤劣化的能量机制。

低渗砂岩油田CO_(2)驱化学机理及提高采收率研究

针对低渗砂岩油藏进行了CO_(2)驱开发技术研究,分析了CO_(2)驱油化学机理及主要影响因素。基于目标油藏流体特征进行了PVT拟合,确定其CO_(2)驱最小混相压力,明确了不同压力及注入时机对CO_(2)驱采收率、气油比、含水率及驱动压差等的影响规律,探究了CO_(2)泡沫驱在提高采收率方面的效用。结果表明:24.5 MPa为目标区域CO_(2)驱的最小混相压力,采收率会随着压力的升高而增加,28 MPa时CO_(2)驱提高采收率可达30.57%。气体突破时间、总采收率与CO_(2)注入时机密切相关,CO_(2)注入越早,越有利于采收率的提高,出口含水率为60%时注入可提高采收率39.13%。CO_(2)泡沫驱可以在一定程度上起到提高采收率的效用。