煤层微观孔隙特征及沉积环境对孔隙结构的控制作用-以鄂尔多斯盆地8号煤层为例

寻找深部煤层气资源分布,亟待查明深部煤储层沉积环境和孔隙分布特征。为此,在开展鄂尔多斯盆地煤岩显微组分、核磁共振孔隙和电镜分析的基础上,查明了煤岩显微组分和孔隙分布特征,评价了鄂尔多斯盆地8号煤的煤沉积环境和孔隙结构特征之间的关系。结果表明:①研究区8煤层煤岩有机显微组分以镜质组为主,成煤早期植物类型应主要为木本植物,后期随着覆水程度增大而逐渐转变为木本+草本混生植物为主;②本溪期8号煤由早期为湿地森林沼泽逐步演化为后期开阔水域沼泽,沼泽水体相对滞留,沼泽环境稳定,利于有机质富集和煤层结构稳定;③研究区8煤大孔占比与结构保存指数(TPI)两者呈正相关,而与凝胶化指数(GI)呈负相关;④基质镜质体发育密集气孔群或稀疏带状气孔群,团块镜质体中发育少量气孔,结构镜质体中发育原始组织孔,多为矿物充填,均质镜质体气孔不发育。研究认为榆林地区煤层孔隙分布受到煤沉积环境和显微组分控制,开阔水域沼泽相的煤层孔隙结构呈现三峰,其中微孔和大孔发育最好,湿地森林沼泽相煤层孔隙结构呈现双峰,微孔发育好,大孔发育较差。

页岩基质孔隙油微观赋存及可动性定量表征——以东营凹陷沙河街组为例

页岩基质孔隙油微观赋存特征及可动性是制约陆相页岩油高效开采的关键要素。本文针对页岩基质孔隙内不同相态油的含量、比例、分布及可动性开展定量化表征研究,从理论上提出了页岩油吸附量、游离量、可动量评价模型以及吸附油占比评价模型(即吸附比例方程),建立了基于饱和—离心—核磁共振联合实验的孔隙油微观赋存及可动性评价方法。上述模型与方法在渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷沙河街组页岩油储层中进行了应用,揭示了实验条件(20℃、常压)下页岩基质孔隙中轻质油(正十二烷)微观赋存与可动性特征。结果显示:(1)富有机质页岩吸附油、游离油含量普遍大于含有机质页岩,吸/游比主体介于1~2,不同类型页岩中吸附油、游离油赋存空间具有差异性。(2)富有机质页岩吸附油平均密度(0.8331 g/cm^(3))略大于含有机质页岩(0.8067 g/cm^(3)),富有机质页岩吸附油平均厚度(1.7475 nm)约为含有机质页岩(0.5734 nm)的3倍,富有机质页岩具有更强的油—岩相互作用。(3)游离油赋存孔隙直径下限(d_(min))数值上等于吸附油平均厚度与孔隙形状因子的乘积,富有机质页岩d_(min)介于3.5~10.5 nm,开始主要富集游离油的孔隙直径约为100 nm;含有机质页岩d_(min)介于1.1~3.4 nm,开始主要富集游离油的孔隙直径约为30 nm。(4)富有机质页岩孔隙油可动性相对更好,其可动性指数(平均6.24 mg·g^(-1)·MPa^(-1))高于含有机质页岩(平均5.20 mg·g^(-1)·MPa^(-1)),孔隙油吸/游比约为1.5时具有较好可动性。(5)以油—岩相互作用为纽带,构建了页岩含油性、储集性及页岩油可动性之间的耦合关系,并数学描述了它们之间的内在联系,为寻找优质页岩油储层奠定了理论基础。

四川盆地南部向斜区二叠系岩溶孔隙型石灰岩储层成因与天然气勘探新领域

随着油气勘探程度不断提高,勘探方向逐渐从构造高部位往向斜区拓展。但是,传统认识认为向斜区岩性一般较致密,寻找向斜区优质储层成为其油气获得勘探突破的关键因素之一。为此,以四川盆地南部向斜区中二叠统茅口组石灰岩为例,基于钻井岩心、薄片、测井以及地球化学等资料综合分析,开展了向斜区孔隙型石灰岩储层特征及成因研究,并建立了储层发育模式,指出了天然气勘探新方向。研究结果表明:(1)四川盆地南部向斜区茅口组发育岩溶孔隙型碳酸盐岩储层,储层岩性主要为泥晶—亮晶生屑石灰岩和亮晶生屑石灰岩,储集空间主要为生物体腔孔、生物铸模孔及粒内溶孔等组构选择性溶蚀形成的孔隙;(2)研究区茅口组储层平均孔隙度为4.07%,平均渗透率为0.273 mD,孔隙度与渗透率有明显的正相关关系,为典型的孔隙型储层;(3)茅口组储层段的铝、钪、锆及总稀土元素含量较低,锰和铁含量也较低,碳同位素值位于中二叠世海水沉淀方解石碳同位素值分布范围内,氧同位素呈现出一定的负偏;(4)茅口组岩溶孔隙型储层的形成与沉积期微地貌及高频层序控制的准同生期岩溶有关,溶蚀流体主要为大气淡水。结论认为,岩溶孔隙型储层在盆地内普遍发育,且该类储层远离不整合面,受沉积古地貌、沉积相带控制的准同生期岩溶改造,因此,天然气勘探思路需要向“有利沉积相带规模控储”方向转变,向斜区将是盆地内未来天然气勘探的重要新领域。

考虑孔隙比影响的堆石料湿化试验及湿化模型

对某堆石坝的坝壳料进行了不同密实状态下的单线法三轴湿化试验,分析了湿化变形随围压、应力水平以及初始孔隙比的变化规律。结果表明:在围压和应力水平相同条件下,随着初始孔隙比的减小,堆石料湿化轴向应变和体积应变均明显降低;初始孔隙比对湿化应力剪胀规律影响不大,采用对数形式的湿化剪胀方程可对不同初始孔隙比条件下的湿化应力剪胀关系进行统一描述。对指数形式的湿化轴向应变经验模型进行修正,构建了考虑初始孔隙比及应力状态影响的湿化轴向应变计算模型,并联立湿化剪胀方程推导了湿化体积应变的计算公式,通过对三轴湿化试验结果进行模拟验证了该公式的合理性。

基于形态学开运算的浸矿体系孔隙结构及其演化特征

立足堆浸体系的偏析分层复杂结构,结合X-ray CT无损探测、形态学开运算处理、MATLAB和OsiriX可视化软件等手段,引入颗粒间孔隙的当量孔隙尺寸、面积、数量等关键表征参量,如从二维量化和三维可视化层面揭示浸矿体系中颗粒间孔隙结构特征及其演化规律.研究发现,细颗粒夹层呈“包裹体”状且均位于粗矿石颗粒的内部,分析认为其是造成堆浸体系颗粒偏析和分层的重要致因;浸矿作用下微细颗粒迁移导致矿堆内部发生沉积压实作用,由197 mm降至180 mm以下;浸矿21 d后,矿堆上部孔隙呈增大趋势,下部孔隙率呈减小趋势,此外,纵向当量孔隙的直径由2.81 mm减小至2.18 mm,其变化趋势和程度要显著大于横向颗粒间孔隙的当量直径;对比浸矿0 d和21 d的柱浸体系三维颗粒间孔隙结构,证实了细颗粒夹层所处区域的粘结聚集以及细颗粒夹层周边区域形成溶液绕流、溶液优势流动路径.

致密砂岩气藏微观孔隙结构多尺度联合表征

致密砂岩的微观孔隙结构对气藏的开发至关重要。文中以临兴地区下石盒子组盒8段为研究对象,采用多种实验方法对致密砂岩孔隙结构进行精确表征。研究结果显示:致密砂岩主要孔隙类型为长石溶孔和岩屑溶孔,其次为粒间孔、晶间孔和微裂隙;高压压汞、CO_(2)吸附、N_(2)吸附以及渗吸-核磁等实验结果均反映了研究区致密砂岩孔隙结构具有较好的连通性;多尺度联合法表征的致密砂岩孔径分布以微孔为主,介孔次之,大孔最少;微孔的大量分布为比表面积做出主要贡献,介孔、大孔贡献较少,孔容主要由微孔、介孔贡献,大孔贡献较少;核磁共振计算的孔径分布比例与多尺度联合法的计算值在介孔、大孔阶段具有较好一致性,在微孔阶段,多尺度联合法的计算值大于核磁共振法,表明微孔为气藏的主要气体储集空间,而介孔和大孔为气体运移的主要通道,多尺度联合法在致密砂岩储层孔隙结构精细表征方面更具特色。

鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段储层微观孔隙结构和固液作用力

针对鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段页岩储层孔隙结构和固液作用力问题,首先,通过聚焦离子束电子显微镜、计算机断层扫描技术和原子力显微镜对纯页岩储层样品开展研究;其次,结合Avizo软件建立页岩多尺度三维重构模型,定量分析页岩孔隙结构特征;最后,提出页岩储层固液相互作用黏附力测试方法,测定原油与孔隙壁面之间的黏附力。研究结果表明:长7_(3)储层发育有粒间孔、粒内孔和有机质孔隙,有机质孔隙形状主要有条状、弯月状和椭圆状;在微米尺度下,可以清晰看到层理缝;在纳米尺度下,不同页岩结构的样品孔隙结构特征无明显差异,孔喉形态多为片状和条状;有机质与原油之间的黏附力最大,长英质与原油之间的黏附力次之,层理面与原油之间的黏附力最小,3种平均黏附力分别为0.098、0.063和0.041μN,长7_(3)页岩储层中壁面原油启动难度较大,这从力学角度解释了该区为原位转化重点区域的原因。

明胶/氧化纳米纤维素高弹性模量高孔隙皮肤支架的3D打印工艺

背景:在采用主动修复治疗手段应对皮肤创伤时,需要使用组织工程技术生成新的组织来代替坏死组织,皮肤支架在创伤修复领域具有良好的应用前景。皮肤支架需要呈现具有一定力学强度的三维多孔结构,以满足细胞增殖分裂的需求,而目前使用的明胶基生物材料力学强度弱,无法达到皮肤支架的使用要求。目的:针对明胶/氧化纳米纤维素复合材料制备组织工程皮肤支架时使用的3D打印工艺进行研究,重点研究不同工艺参数下制备皮肤支架的孔隙率与其力学强度之间的关系。方法:从葎草中提取10%浓度的氧化纳米纤维素晶须,再与5%的明胶复合得到明胶/氧化纳米纤维素复合材料,检测明胶与明胶/氧化纳米纤维素复合材料的弹性模量。以明胶/氧化纳米纤维素复合材料为基材,采用3D打印挤压成型方法制备皮肤支架,通过对材料进行力学性能测试和流变特性测试确定挤压成型工艺参数(填充间隙1.5-2.5 mm,0.1 mm均布;气压160-200 kPa),并以此制备具有三维多孔结构的皮肤支架。对皮肤支架进行了抗压性能的测试并与有限元分析结果相对比,论证了支架打印时的填充间隙与支架孔隙率及力学强度之间的关系。结果与结论:①通过实验得出,加入10%浓度的氧化纳米纤维素晶须使5%明胶的弹性模量度提升了8.84倍;在气压160 kPa下挤出成型可以得到1 mm直径的丝状凝胶,此时填充间隙从1.5 mm增大到2.5 mm会使支架的理论孔隙率从33%上升到60%,但抗压强度从230000 Pa降低到95000 Pa;②结果显示,使用2 mm填充间隙制备得到了理论孔隙率为50%、弹性模量160000 Pa的皮肤支架,该支架具有清晰的三维多孔结构。

页岩油藏注CO_(2)驱孔隙动用特征研究

CO_(2)在页岩油藏驱油时的孔隙动用特征是评价其应用于提高页岩油藏采收率效果的一项重要指标。因此,开展了超临界CO_(2)驱替页岩岩心室内实验,并以核磁共振(NMR)在线岩心扫描技术为手段对CO_(2)驱页岩油藏的孔隙动用特征和规律进行研究。结果表明,超临界CO_(2)非混相驱油主要动用页岩中孔隙半径在0.1~3.0µm范围内的油,而此过程中小于0.008µm孔隙半径内的油量反而增加,分析原因主要是CO_(2)在页岩层中通过压差和扩散作用将大孔隙内页岩油带入小孔隙中并发生吸附滞留,在驱替时间5 h后,CO_(2)驱替页岩油采收率达到35.7%,驱油效果较好。

各向异性层状千枚岩渗透率及有效孔隙率试验研究

采用岩石全自动三轴伺服仪和气体渗透装置,对一种致密的各向异性层状千枚岩开展了气体渗透率及有效孔隙率试验,研究常规三轴压缩和围压循环加卸载2种应力路径下,气体渗透率、有效孔隙率随层理倾角及偏应力的演化规律。结果表明:围压相同时,岩样的初始气体渗透率k0随着层理倾角β的增大呈“W”型变化,在β=45°时取最大值;在围压循环加卸载过程中,气体渗透率先随围压的加载而减小,后随围压的卸载而增大,卸载时的气体渗透率小于加载时的渗透率;层状千枚岩有效孔隙率和气体渗透率呈指数关系;平行于层理方向的气体渗透率远大于垂直于层理方向的气体渗透率;岩样有效孔隙率和气体渗透率随偏应力变化经历初始压密阶段、线弹性阶段和塑性变形阶段,随着偏应力的增大,岩样有效孔隙率和气体渗透率先减小,接着保持稳定,最后快速增大,并在岩样应力-应变曲线斜率接近于0时达到最大值。

川中北部地区寒武系第二统沧浪铺组一段孔隙特征、成因及演化模式

【目的】近年来,随着川中北部地区寒武系第二统沧浪铺组的不断勘探突破,沧浪铺组呈现出巨大的勘探潜力,而目前孔隙研究的薄弱制约了对储层发育特征的深入认识。【方法】基于岩心、铸体薄片和阴极发光等的观察与鉴定,运用图像识别软件获取岩石组分含量、孔隙参数等定量数据,对川中北部地区寒武系第二统沧浪铺组一段的孔隙特征、成因、不同岩性的孔隙演化模式开展研究。【结果】沧浪铺组一段的孔隙类型主要为粒内溶孔,与总面孔率的正相关性最好,其次是粒间溶孔。较高的鲕粒/陆源砂的含量比例是孔隙发育的重要物质基础,溶解作用是孔隙发育的最有利因素,而高能的陆棚鲕粒滩沉积是原生孔隙发育的关键。因为准同生期大气水的选择性溶解作用是形成沧一段主要鲕粒粒内溶孔的最有利的成岩作用,而准同生期—埋藏期的白云石化作用则增强岩石的抗压性、使固相体积缩小而增加岩石的面孔率,埋藏期的溶解作用则沿着构造破裂形成的裂缝和早期孔隙进行溶解扩大。陆源砂、胶结作用、压实作用和压溶作用等则不利于沧一段孔隙的发育。【结论】因此,有利的碳酸盐组分及后续的成岩—构造作用影响了孔隙的发育和演化,并形成了孔隙面孔率依次降低的岩性排序特征:亮晶鲕粒云岩、含砂鲕粒云岩、砂质鲕粒云岩、细粒岩屑砂岩、石灰岩类。

碳酸溶蚀对砂岩储层物性特征及孔隙结构的影响

以鄂尔多斯盆地长6不同渗透率级别砂岩岩心为研究对象,系统研究了碳酸溶蚀前后岩心物性特征、矿物组成以及孔隙结构的变化特征。结果表明:对于较低渗透率的岩样,碳酸水的溶蚀作用造成除石英外的其他矿物组分含量均有所下降,而对于高渗岩样,由于孔隙空间比表面积较小,使得矿物与碳酸水作用强度较弱,少量方解石和长石被溶解而含量下降,其他矿物相对含量有所升高。随着碳酸水的不断注入,渗透率为0.1 mD的岩心孔隙度和渗透率均不断增大,渗透率为1.0 mD的岩心孔渗均是先减小后增大,当岩心渗透率为10 mD时,岩心孔隙度和渗透率均不断减小。总体上,孔隙度相对变化率在-5.77%~-3.68%之间;渗透率相对变化率在-21.87%~-18.47%之间。研究结果揭示了不同孔渗级别砂岩与碳酸水相互作用下孔喉结构变化特征,能够为低渗储层CO_(2)驱油和埋存方案的制定提供重要理论依据。

基于氮气吸附-扫描电镜的构造煤孔隙特征研究

煤的孔隙结构特征与瓦斯的吸附和运移密切相关,构造煤的孔隙结构特征由于受到构造应力的破坏而趋于复杂,因此开展构造煤孔隙发育的研究是提升瓦斯治理水平的重要方向。以西山煤田南部东于煤矿三组构造煤和一组原生煤为研究对象,采取低温液氮吸附法和扫描电子显微镜(SEM),联合观测构造煤与原生煤的孔隙特征。研究表明:三组构造煤的氮气吸附量为原生煤的2.04倍、1.49倍和2.90倍,三组构造煤的孔容为原生煤的2.08倍、1.53倍和2.96倍;三组构造煤的孔容大部分由微孔和小孔提供均达到69.71%以上,孔比表面积大部分由微孔提供均达到了79.04%以上;原生煤的孔容大部分由微孔和小孔提供达到了89.38%,孔比表面积微孔占比93.97%;三组构造煤的孔隙结构相比原生煤更加复杂,具有更大的分形维数(2.6985~2.7106);三组构造煤(10000倍)表面分形维数分别为1.962、1.979、1.947均大于原生煤1.945,构造煤与原生煤相比有更为发育的孔隙特征;分形维数D1与总孔比表面积、微孔比表面积成正比;挥发分含量在一定范围内与总孔比表面积、微孔比表面积、小孔比表面积成正比。

双重孔隙流体饱和介质弹性波散射二维IBIEM模拟

基于平面波势函数,采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method, IBIEM)研究了双孔隙流体饱和介质中弹性波入射下二维孔洞的散射特性。推导得到了双孔隙介质中全空间二维线源动力格林函数,并给出了各散射波的位移场和应力场。在数值精度验证的基础上,以双孔隙二维饱和全空间中孔洞为例,解决了平面P、SV波入射下的地震波散射问题。数值结果表明:双重孔隙介质中的位移幅值、环向应力幅值、孔隙压力变化规律与不同入射波形,入射频率,孔隙率和边界排水条件密切相关,位移幅值在低频(无量纲频率η≤2)入射时出现峰值。环向应力幅值与干土条件相比更为复杂,基质孔压与裂缝孔压的存在增大了双重孔隙饱和介质的能量效应,总体震动趋势大于干土条件,环向应力放大可达62%。

基于GWO-BP神经网络及粮食压缩实验对粮食孔隙率的预测

孔隙率是影响粮堆内热湿传递的关键参数,为探究粮仓中散装粮堆孔隙率的分布规律,通过开展粮食压缩实验来获取不同的粮食种类在不同水分含量和竖向压力条件下的孔隙率。提出了一种基于灰狼算法优化BP(GWO-BP)神经网络的粮食单元体孔隙率预测模型,并将该模型与BP神经网络模型、随机森林模型的孔隙率预测结果进行对比,最后利用粮食单元箱实验对该模型的泛化能力进行验证。结果表明,GWO-BP神经网络模型的孔隙率预测性能最佳,该模型的评价指标R2为0.960 5、RMSE为0.013 7及MAE为0.0131,均在允许的范围内。本研究为粮食孔隙率的确定提供了一种神经网络预测的方法,为深入开展粮堆多场耦合分析提供了重要基础,为安全储粮提供了理论支持。

孔隙密度对多孔介质燃烧器燃烧特性影响

建立多孔介质燃烧器的数学物理模型,运用Fluent模拟软件对其进行数值计算,研究多孔介质孔隙密度变化对燃烧特性和污染物排放的影响。结果表明:随着孔隙密度增大,火焰区域会逐渐往下游移动;沿着流动方向孔隙密度从10 PPI逐渐增大到45 PPI的变化结构更有利于热量传递,相较于其他孔隙密度分布其燃烧特性更好,氮氧化物生成量也相对较低,径向方向孔隙密度内部加密结构有更高的燃烧温度和稳燃上限。

深层页岩纳米孔隙中气水微观动用机理

深层页岩气已成为我国天然气产量增长最现实的领域之一。已有研究结果证实深层页岩纳米孔隙发育,但页岩储层在高温高压含水条件下气水的动用复杂程度加剧。传统页岩岩心尺度的解吸和驱替实验成本高、周期长,难以解析纳米孔隙中气水在深层储层条件下的微观动用机理。为此,基于分子模拟方法,在考虑气水质量扩散传递的基础上,提出了1套页岩气水动用模拟方法,并模拟了深层页岩双重介质复合纳米孔隙中的甲烷和水分在2种不同模式下的动用机理,并量化了甲烷吸附气、溶解气和自由气,揭示了孔隙水和甲烷不同赋存状态的微观动用机理。研究结果表明:①页岩中伊利石对甲烷的亲和性强于干酪根,伊利石亲水性远大于干酪根;②2种动用模式下,伊利石中赋存的水分基本不发生动用,干酪根表面水分团簇可发生动用;③双重介质复合纳米孔隙中,甲烷的自由气动用率最大,溶解气和吸附气动用率较低,是后期页岩气储量挖潜的重要潜在资源。结论认为,深层页岩纳米孔隙中气水的微观动用理论研究对深层页岩气可采储量评估、产能评价和提高采收率等方面具有重要理论意义。

酸化后焦煤表面性和孔隙性变化对吸附热的影响

目的为了探究酸化后焦煤的表面性和孔隙性变化对其吸附热的影响,方法选取山西古交矿区焦煤为研究对象,利用盐酸(HCl)和氢氟酸(HF)酸化处理,采用接触角法、低温液氮吸附法和微量热法等测试方法,对比分析了酸化前后焦煤的煤-水接触角、表面张力、孔隙结构等变化,并探讨了这些变化对吸附热的影响机制。结果酸化后焦煤的平均煤-水接触角由75.10°增至80.11°,平均表面张力由44.44 mJ/m^(2)减至39.48 mJ/m^(2),亲水性减弱;酸化后焦煤的总孔容、中孔孔容、比表面积和平均孔径均增大,而微孔和大孔的孔容及比表面积均减小,表明矿物质脱除有利于微孔向中孔转化;同等压力下,随着温度升高,分子热运动加强,分子能量突破固体表面势垒,气体分子成为游离态,导致原煤和脱灰煤的积分吸附热和微分吸附热减小,且脱灰煤的吸附热高于原煤的。结论矿物质会减弱焦煤对气体的吸附能力,且占据焦煤表面的吸附位。因此,酸化后矿物质的脱除导致焦煤表面的吸附位增加,是引起吸附热增大的主要原因。

基于孔隙分形特征的水泥基毛细吸力预测模型

为深入理解水泥基毛细吸力与含水量的关系,采用分形几何学方法和毛细管理论提出了考虑孔隙分形特征的水泥基毛细吸力预测模型。该模型通过建立分形模型参数与试样配合比的拟合关系,实现了不同配合比水泥基毛细吸力的快速预测。基于相对湿度法开展了水泥基孔径分布测量验证试验,结果表明:不同配合比(水、灰、砂)水泥基试样孔隙均具有明显分形特性,可用Menger海绵体分形模型较好描述;毛细吸力模型预测结果与验证试验测试结果的偏差主要集中在±20%以内,模型可以较为准确地预测水泥基毛细吸力与含水量的关系。

海塔盆地W次凹砂砾岩储层次生孔隙特征及成因

在海塔盆地W次凹铜钵庙组砂砾岩储层发现了多口高产井,但井间试油产量差异大,试验区开发效果较差。为明确砂砾岩储层主控因素,预测优质储层展布,通过对比开发效果较好的T凹陷铜钵庙组砂砾岩储层岩石类型、孔隙发育特征的差异,明确了次生孔隙发育程度是影响两个油田生产效果差异的主要原因,厘清了影响物性的次生孔隙发育的影响因素。研究认为,沉积类型、岩石特征、成岩阶段、酸碱性流体以及不整合淋滤是控制次生孔隙发育的主要因素。建立了铜钵庙组砂砾岩储层次生溶蚀经历不整合淋滤、有机酸溶蚀、碱性地层水等多轮次的成因模式。明确了在铜钵庙时期满盆含砂背景下砂砾岩储集空间的演化历程,落实了在剥蚀不整合之下、环洼槽近源背景的近断裂带及斜坡隆起区为次生孔隙发育带。