基于FHH分形理论的隆德煤矿砂岩微观孔隙研究

西部煤炭资源以侏罗纪煤田为主,侏罗系煤系地层普遍受到顶板复合水的影响,因此,顶板砂岩含水层的富水性评价是矿井安全开采的前提。以隆德煤矿为研究对象,通过氮气吸附试验分析了砂岩孔隙结构特征;基于FHH分形模型,分析了分形维数与岩石组成、孔隙结构、埋深等参数的相关性。研究结果表明:隆德煤矿砂岩具有较强的非均质性,分形维数D_(2)>D_(1),表明砂岩内部孔隙结构比表面孔隙复杂;岩石组成成分是主要影响孔隙复杂程度的重要因素,其中黏土矿物与石英是主要影响分形维数的因素;区域内砂岩吸附滞环近似H3和H4型,以狭窄型和平板状裂隙孔为主,孔隙以微-中孔为主;砂岩孔隙具有明显的分阶段分形特征,分形维数与黏土矿物含量、石英、BET比表面积、伊利石含量、水力半径呈正相关关系,与石英、BJH总孔体积呈弱的正相关关系,与造岩矿物含量、钾长石、斜长石、高岭石含量、平均孔径和孔隙度呈负相关关系,与渗透率呈弱的负相关性关系,而与绿泥石含量基本无相关性。

基于氮气吸附实验与分形FHH模型分析页岩孔隙结构特征——以鄂尔多斯盆地华池地区长7段为例

孔隙结构是页岩储层研究的重点,对页岩油的赋存具有重要影响。选取鄂尔多斯盆地华池地区延长组7段的10块泥页岩岩心样品,通过扫描电镜观察及低温氮气吸附实验,结合分形FHH模型,计算分形维数,对研究区泥页岩的孔隙结构进行定量化表征,并在此基础上探讨分形维数与孔隙结构参数、含油性参数的关系,确定长7段泥页岩孔隙发育的主要影响因素。华池地区长7段泥页岩有机质丰度高,属于好—极好烃源岩,含油性与可动性较好,多达到中含油级别,主要由石英与黏土矿物组成;储集空间以粒间孔、粒内孔及少量有机质孔为主,孔隙形态有两类,分别为平行板状狭缝形+单边狭缝形及墨水瓶形+平行板状狭缝形,孔径以微孔和中孔为主,宏孔发育较少。多数样品具有分形特征,表征小孔隙的分形维数D_(1)介于2.264 7~2.714 9之间,表征大孔隙的分形维数D_(2)介于2.373 3~2.777之间。其中,D_(2)同比表面积、孔体积、平均孔径及S_(1)的相关性较好,可以表征孔隙结构发育特征和页岩的含油性;而D_(1)仅可表征页岩油的可动性。泥页岩的孔隙发育主要受控于有机碳及石英含量,与长石含量有一定的关系,黏土矿物含量不是主要的影响因素。

基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征

为研究页岩储层孔隙结构特征,以重庆南川三泉剖面泉浅1井、綦江观音桥剖面、涪陵B井和石柱打风坳剖面等龙马溪组页岩储层样品为例,通过低温氮吸附实验数据建立FHH分形模型,讨论分形维数与孔隙结构参数、TOC质量分数的相互关系.结果表明：样品孔隙以微孔为主,孔径分布集中在40nm以下,具有明显的分形特征,分形维数介于2.760~2.850之间,相关因数大多超过0.99,反映复杂的孔隙结构与较强的非均质性;部分样品显示明显的双重分形特征,以甲烷分子自由程为界可将纳米孔分为渗透孔隙和吸附孔隙,吸附孔隙阶段分形维数变化范围在2.881~2.917之间,渗透孔隙阶段分形维数变化范围在2.791~2.823之间;孔隙体积和平均孔径与分形维数具有负相关性,BET比表面积与分形维数呈明显的正相关关系,即平均孔径越小、孔隙体积越小、BET比表面积越大,分形维数越接近于3;TOC质量分数也与分形维数呈明显的正相关关系,是分形维数的重要影响因素.通过分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度,为储层评价和页岩气在纳米孔隙中的赋存和运移机理研究提供思路.

基于低温氮实验的页岩吸附孔分形特征

以低温氮吸附实验数据为基础,分析了重庆綦江观音桥剖面下志留统龙马溪组页岩样品吸附孔的吸附特征,采用FHH分形模型,计算了吸附孔分维值D,定量研究了分维值对页岩孔隙参数的变化规律。结果表明：脱附支得到的孔径分布曲线呈双优势峰,其中3.2-3.8 nm为假峰,页岩储层孔隙富含0.4-0.8 nm的微孔且分布集中,2-25 nm的中孔分布相对均匀。页岩吸附孔分形特征明显,分维值介于2.760-2.879,分维值与平均孔直径、孔隙体积呈较好的负相关,与埋深呈弱的正相关,而与比表面积无直接关系。

基于低温氮吸附实验的页岩油储层微观孔隙结构

为研究页岩油储层微观孔隙结构特征,以松辽盆地青山口组页岩油储层样品为例,基于低温氮吸附并结合扫描电镜、TOC与X衍射等实验方法,开展页岩油储层微观孔隙结构特征及其影响因素研究。结果表明:研究储层段有机质富集且成熟度较好,利于油气成藏;以黏土矿物为主,平均体积分数42.6%;低温氮吸/脱附曲线属Ⅱ+Ⅳ型复合曲线且产生H3型滞后环,表明孔结构复杂不规整,以狭缝平板孔、楔形孔为主;微小孔、中孔贡献了主要的孔比表面积与孔体积;基于FHH分形模型,孔隙具有显著的分形特征,分形维数在2.67~2.75,相关系数在0.92以上,表明孔隙空间较小、孔隙结构复杂、非均质性较强。TOC与黏土矿物有利于中孔与微小孔的发育,是影响页岩油储层微观孔隙结构的主要因素。

过渡相煤系泥页岩纳米级孔隙结构非均质性表征及主控因素——以淮南煤田二叠系为例

纳米级孔隙是煤系页岩气赋存的重要场所,具有很强的非均质性。为了研究海陆过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性,对淮南煤田二叠系山西组和下石盒子组泥页岩钻孔岩芯样品进行总有机碳、镜质体反射率、全岩和黏土X射线衍射分析、场发射扫描电镜及低温液氮吸附实验,获得泥页岩有机地球化学、矿物组分、孔隙结构参数,采用孔隙结构相对偏差、FHH分形模型来评价储层孔隙结构非均质性及主控因素。结果表明:储层孔隙类型以黏土矿物片层间的平行板状孔、狭缝状孔及粒间的锥状孔为主,孔隙尺度主要为介孔,其次为微孔和宏孔;孔隙结构具显著分段分形特征,由于与煤储层高度相似而划分为渗透孔隙(r>7.5nm)和吸附孔隙(r≤7.5nm),渗透孔隙复杂程度强于吸附孔隙;微孔越发育,孔容越小,比表面积越大,分形维数越大,孔隙结构越复杂,非均质性越强;过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性主要受控于不同沉积环境及成岩演化下矿物组分差异,随着黏土矿物含量的增加和脆性矿物含量的减小而增大;与下石盒子组相比,山西组黏土矿物含量更低,导致分形维数较低,孔隙结构复杂程度偏弱,比表面积和平均孔径的相对偏差较小,孔隙分布较均匀,非均质性相对弱,对页岩气的储存、解吸和扩散更有利,可考虑优先开采。