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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

下地壳非均质性对裂谷构造演化的影响——以南大西洋中段裂谷盆地为例

南大西洋中段共轭大陆边缘的基底形态从南向北沿走向存在差异,最北部的卡马穆-加蓬盆地共轭大陆边缘为不对称的窄裂谷边缘,最南部的桑托斯-纳米贝盆地共轭大陆边缘为极不对称的超伸展裂谷边缘。关于盆地结构的不对称性,目前存在争议,因此,文中开展了基于有限元方法求解黏塑性连续介质本构方程的数值模拟实验,以探究下地壳非均质性对裂谷构造演化的影响。实验结果表明,由于地壳的横向非均质性,在靠近克拉通具有较强下地壳的一侧可形成较窄盆地,靠近造山带具有较弱下地壳一侧,则形成较宽的盆地。当靠近造山带一侧具有更厚的下地壳时,地幔在上涌过程中可改变壳幔耦合性,在靠近造山带岩石圈一侧形成夭折裂谷,影响盆地的演化。地壳流变学性质会决定盆地的基本形态,同时,当下地壳厚度发生变化时,壳幔耦合程度会发生变化,影响应变的传播方向,进而影响盆地的形成。

致密砂岩含油非均质性储层的野外实例三维数字模型和精细解剖——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组安沟油砂露头为例

由于缺少典型油砂露头,客观认识砂体内部受控于构型界面的储层含油非均质性受到制约,有效素材的缺乏一直阻碍着表征砂体内部含油非均质性及其与构型界面具体关系的认识。位于鄂尔多斯盆地东南部的安沟露头中致密砂岩含油非均质性表现明显,是储层含油非均质性和表征其与不同构型界面具体关系的有效素材。利用无人机多点位航拍对安沟油砂露头进行了三维数字露头建模,并对其三维数字模型进行了沉积-层序-成岩解剖,结果发现露头中原油充注仅分布于单层砂体内部,而砂体顶、底部并不含油。对实测剖面进行沉积相及层序地层分析,结果表明含油致密砂岩的沉积环境为曲流河水道,底面对应延长组7(长7)油层组和延长组6(长6)油层组界限的三级层序界面。砂体内含油非均质性与水道叠置、砂坝垂向加积和底形(交错层)构型界面关系密切。手持切割机对长7和长6油层组露头进行连续取样和岩石薄片镜下观察,研究发现单砂层顶、底和内部截然不同的结构、物性和成岩特征是造成安沟露头差异化含油的根本原因。安沟油砂露头的发现为客观认识砂体内部受控于构型界面的储层含油非均质性提供了难得的野外实例。该露头的详细解剖为致密砂岩储层含油非均质性明显受控于沉积作用和差异化的成岩作用提供了直接的地质证据。

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。

论含水层非均质性对地下水污染特征的控制——以某山谷型垃圾填埋场为例

以某山谷型垃圾填埋场垃圾渗漏液泄漏的地下水污染调查与污染风险管控过程为例,探讨山谷型水文地质条件小尺度场地下含水层非均质性对地下水污染特征的控制作用。通过对研究区水文地质勘查、地下水污染的精准消源控羽和含水层强径流带的高效刻画等实践结果表明:山谷区非均质含水层中“非菲克弥散”现象明显;场地含水层非均质的掌控是地下水污染管控与修复工程成败与优化的关键所在;含水层非均质的把控可明显提高地下水污染精准管控效果,同时还可大大降低管控成本。本案例可为山谷型地下水污染风险管控工作提供可供借鉴的实践经验和技术参考。

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。

层间非均质性注水堵塞规律实验研究

为研究油藏注水开发因层间非均质性所引起的堵塞规律,利用人造岩心模拟地下实际储层,结合油田生产实际,通过驱替不同水质的注入水驱替实验,研究了不同水质注水开发时在具有一定层间非均质性的储层的影响。结果表明,储层的渗透率在经过不同水质的注水开发后发生了相应的变化,其中具有一定的变化规律。该研究对储层层间非均质性强的油田的注水开发具有一定的指导意义。

鹤峰地区中上二叠统海相页岩储层非均质性特征——以HD1井为例

以鹤峰地区参数井HD1井为例,通过有机地球化学测试、全岩矿物X衍射、扫描电镜、高压压汞、等温吸附以及现场解吸等实验分析,对湘鄂西褶冲带鹤峰地区中上二叠统孤峰组—大隆组海相页岩的非均质性展开了系统分析。结果表明:中上二叠统孤峰组—大隆组海相页岩主要发育硅质、混合质、钙质和黏土质4类页岩岩相。受岩石相控制,不同岩相的宏观构造裂缝线密度差异较大,且发育不同类型、不同尺度的微观孔缝结构。位于孤峰组和大隆组下部的硅质页岩相有机碳含量高,具有较大的比表面积和总孔体积。渗透率参数指标极差、突进系数和变异系数显示大隆组混合质页岩相和钙质页岩相的层内非均质性较弱,硅质页岩相的层内非均质性强;下窑组和孤峰组不同类型岩相均表现出较强的层内非均质性特征。孤峰组—大隆组页岩生气能力和储集能力的非均质性致使不同类型岩相含气性亦具有较强的非均质性。总体上,有机碳含量高,脆性矿物、宏观裂缝、微观有机孔及矿物内部微裂隙较发育,储集物性好、解吸气含量高的层段均位于孤峰组和大隆组下部的硅质页岩相。

塔然高勒地区直罗组下段砂体孔渗参数计算与非均质性特征分析

塔然高勒是鄂尔多斯盆地近年来发现的砂岩型铀矿之一。为了研究该区砂体的孔隙度、渗透率、泥质含量等孔渗参数与铀成矿的关系,文章通过采集、分析直罗组下段砂体测井数据,利用校正后的测井曲线,计算砂体的孔渗参数,再对比钻孔样品孔渗参数的分析结果,从而验证计算方法的准确性与可靠性。在准确求取孔渗参数的基础上,研究直罗组下段砂体的孔渗参数的非均质性特征,进而确定该区直罗组下段砂体中,孔渗性由好向差过渡的部位是铀成矿有利部位。

流花D油田珠江组下段储层非均质性研究

油田储层非均质性分布规律的认识是深水油田产能指标设计的重要依据,因此是深水油田开发的关键影响因素之一。针对南海深水流花D油田珠江组下段储层展开层内、层间和平面非均质性分析,并结合沉积环境和成岩作用深入研究,厘清了油田内部非均质性分布认识。研究认为南海深水流花D油田隔层和夹层的分布是非均质性的重要影响因素,储层内发育隔层6套,夹层9~10套;此外,油田位于古陆架坡折带附近,沉积由三角洲前缘向浅海陆棚碳酸盐台地转变,在海侵的大背景下,水动力条件变换引起的沉积物变化是影响研究区储层非均质性的主控因素。

渝西区块深层页岩非均质性特征研究

为充分了解渝西区块深层页岩的非均质性特征,本文研究以五峰组—龙马溪组为例,首先从岩相非均质性和储层宏观参数非均质性角度出发,开展渝西区块深层页岩宏观非均质性特征分析,从纹层非均质性、矿物组成非均质性、孔隙非均质性等角度出发,开展渝西区块深层页岩微观非均质性特征分析,最后开展储集层参数对比分析工作。研究表明:渝西区块五峰组—龙马溪组从纵向上,随着层位自上而下,五峰组—龙一11小层储层品质最佳,对渝西区块五峰组—龙马溪组进行横向分析发现,对于储层参数而言,其与构造类型之间的关系相对较小,其主要与构造所处的位置有关;对于该区块深层页岩而言,脆性矿物的含量高于周边其他区块,深层页岩的含气量相对较高。本研究可以为充分了解渝西区块深层页岩非均质性特征以及推动深层页岩气的开发奠定基础。