基于X-CT扫描的石油地质岩心储层渗透率估算

渗透率估算可以为石油地质岩心储层渗流能力分析提供数据支撑,为提高石油地质岩心储层的渗流能力,提出了基于X-CT扫描的石油地质岩心储层渗透率估算方法。根据油在两相共渗区的渗透率与水在两相共渗区的渗透率之比,引入Buckley-Leverett方程,计算岩心储层水驱油的分流率,利用X-CT扫描技术,扫描石油地质岩心的分布情况,计算出岩心储层含水饱和度。基于渗透区在井眼与地层之间出现的流体流动现象,计算出岩心储层中泥浆的体积模量和地层的剪切模量,利用斯通利波时差实测值与弹性斯通利波时差之间的差值,计算流体移动指数。根据等效孔隙度与流体移动指数之间的相关性和等效孔隙度与渗透率的相关性,估算出石油地质岩心储层的渗透率。实验结果表明该方法的估算精度可达到90%以上,对估算石油地质岩心储层渗透率具有重要意义。

X-CT扫描成像技术在致密砂岩微观孔隙结构表征中的应用——以大安油田扶余油层为例

以松辽盆地南部大安油田扶余油层致密砂岩样品为研究对象,利用VGStudio MAX强大的CT数据分析功能结合Avizo软件先进的数学算法,建立了大安油田扶余油层致密砂岩多尺度三维数字岩心模型,该模型具有样品无损、结果直观、数据丰富等优势;同时结合环境描电镜(ESEM)、Maps图像拼接技术、铸体薄片、恒速压汞等油气分析测试方法对松辽盆地南部大安油田扶余油层微观孔隙特征进行了定量表征,为进一步开展大安油田扶余油层渗流机理的研究打下了基础。研究表明:微米尺度下,大安油田扶余油层储集空间类型以溶蚀型孔隙和微裂缝为主,不同孔渗的样品孔喉的形态和尺寸有所不同,孔喉形态多为球状和条带状,孔喉分布状态主要有连片状和孤立状两种;纳米尺度下,大安油田扶余油层储集空间类型以矿物颗粒内部或表面的溶蚀孔隙和微裂缝为主,纳米孔喉形态上多呈小球状、管状,微裂缝对纳米级孔隙有很好的沟通作用。喉道半径较窄是造成样品的实测渗透率较低的主要原因。

X-CT扫描技术与贝克莱-列维尔特水驱油理论对比研究流体饱和度分布

应用X-CT扫描技术研究岩心中流体饱和度已经较为成熟,但是其与实测水驱油结果对比,目前还少有提到。主要通过自主研发的X射线扫描设备,进行室内水驱油实验,将X-CT扫描法得到水驱油过程岩心中油、水饱和度分布与油水计量法(JBN法)理论计算得到岩心中含水饱和度分布进行对比,了解到两种方法计算的含水饱和度分布基本一致,但是,X-CT扫描法的计算结果更能够准确描述岩心不同断面处含水饱和度分布的情况。基于此,首次提出了可通过对两种方法计算的含水饱和度曲线的对比分析,来检测JBN法得到的相渗曲线的正确性。

基于X-CT扫描成像技术的级配碎石冻结状态细观研究

以高速铁路基床表层级配碎石为研究对象,基于X-CT扫描成像技术进行级配碎石冻结状态细观研究。利用X-CT扫描技术结合图像处理技术重构冻结状态下的三维级配碎石试样模型。通过断层扫描图像的灰度识别技术,辨识出级配碎石中不同组分的灰度范围,进而获取级配碎石颗粒、冰晶和孔隙的分布特征。不同饱水度和细颗粒含量级配碎石冻结状态的X-CT扫描分析结果表明:冰晶主要聚集在试样的孔隙和粗、细颗粒交界处;冰晶含量随饱水度增加而增加,孔隙率随细颗粒含量的增加而减少;级配碎石冻胀有别于传统细粒土冻胀,主要在细颗粒聚集区发生水分微迁移,推动粗颗粒旋转、错动,使其偏离原来的位置,引发冻胀。

基于X-CT技术的气泡轻质土孔隙结构研究

采用X-CT技术建立无掺土料气泡轻质土三维孔隙结构,基于统计分析研究了气泡轻质土孔隙体积、类型和球度的分布规律.结合无侧限抗压试验,探讨了气泡轻质土细观孔隙结构对其宏观力学性质的影响.结果表明:气泡轻质土中孔隙体积呈单峰分布,峰值出现在0.05~0.20mm3;气泡轻质土宏观密度越低,孔隙体积的分布范围越大;孔隙的球度呈单峰分布,峰值出现在0.15~0.35,绝大多数孔隙的外形呈极不规则状;气泡轻质土中联通类型孔隙占主导地位;孔隙体积与球度呈负相关,且与孔隙接触类型无关.对比分析气泡轻质土孔隙结构与无侧限抗压强度发现,在相近密度下,当孔隙球度提高7%或联通孔隙类型体积减小5%时,试样抗压强度与弹性模量均有10%以上的提升,且弹性模量的提升幅度更大.

基于X-CT的泡沫混凝土细观有限元模型及传热研究

以不同体积密度泡沫混凝土为研究对象,采用X射线断层扫描技术,三维重构得到泡沫混凝土的细观孔隙结构,结合有限元数值模拟,建立了泡沫混凝土的有限元网格化模型,通过数值模拟研究了其传热行为,预测其导热系数,并与传统模型进行了对比。结果表明:三维重构技术结合有限元数值模拟预测的导热系数与实测值高度一致,平均相对误差低至0.25%,较传统模型更精准。

基于多尺度X-CT成像的数字岩心技术在碳酸盐岩储层微观孔隙结构研究中的应用

为了更加直观、准确地刻画碳酸盐岩储集层的微观孔隙结构特征,分别选取裂缝发育的双孔介质碳酸盐岩储层样品与裂缝不发育的单介质碳酸盐岩储层样品,利用多尺度X-CT扫描成像技术建立不同级别的三维数字岩心,应用最大球算法与孔喉尺寸校正方法,提取并建立碳酸盐储层纳米级数字岩心孔隙网络模型,最后实现利用三维孔隙网络模型模拟储层物性参数、进汞曲线以及孔、喉分布曲线,并与常规高压压汞法结果进行平行对比。研究结果表明:利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实际测量结果相差较小;模拟得到的进汞曲线、孔喉分布曲线与室内压汞实验得到的曲线具有较高的一致性,数字岩心得到的模拟结果具有较高的可信度。数字岩心技术在碳酸盐储层微观孔隙结构的直观刻画与定量描述方面,具有明显优势。

基于X-CT的C60高性能混凝土高温细观结构损伤研究

采用X射线计算机断层扫描(X-CT)技术,对20~600℃下C60高性能混凝土(HPC)和掺0.2%聚丙烯纤维C60高性能混凝土(PPHPC)的细观结构进行试验研究,旨在分析高温及聚丙烯纤维对高性能混凝土内部细观结构损伤及劣化衍化的影响,揭示高性能混凝土高温爆裂及聚丙烯纤维改善其高温性能的机理.结果表明:随着温度的升高,混凝土的孔隙率、平均孔径不断增加,裂缝长度、宽度、面积及周长均有所发展,内部细观结构不断劣化,抗压强度随之降低;400℃高温作用后,PPHPC内部孔隙数量较HPC有所增加;X-CT图像直观表明PPHPC劣化滞后于HPC,PPHPC孔隙增长率及抗压强度损失率均较HPC低;受火温度与缺陷率是影响混凝土强度的主要因素,掺聚丙烯纤维可以改善HPC的高温性能.

基于X射线计算机断层扫描技术的煤炭可选性分析研究

介绍基于X射线计算机断层(X-CT)扫描技术的煤炭可选性分析方法,其优点是低成本、低耗时、安全性高和准确性高。对于选煤厂,这种方法可以指导现场及时的调整分选方法,并显著提高企业的经济效益。

利用X-CT和数字图像相关法对遗址反复干湿导致的劣化机制进行基础研究

此研究是以石材和土壤所构成的考古遗址为主要研究对象。在确定石材和土壤的渗透性下,通过数字体积相关法(DVC)和数字图像相关法(DIC)对干湿劣化的环境条件进行定量的评估,并提出控制这种劣化发生的环境调整方法。为了收集基本数据,通过DIC及X射线成像技术分析从湿润到干燥的过程中丰浦硅砂的位移量实验,并在实验中,使用DIC计算样品在收缩应力下的变形分布。此外,本次实验以铁粉作为示踪剂添加至样品中,并以铁粉作为参考点计算丰浦硅砂特定范围的移动量,借此评估铁粉作为示踪剂的适用性及精确性。结果表明,通过拍摄干燥前后样品的X射线图像,并用DIC进行分析可以计算出干燥前后的变形分布。在样品中添加示踪剂也被发现有助于分析样品局部区域的移动方向及移动量。因此通过此基本数据的检验,相信将来通过X射线计算机断层扫描(X-CT)及数字体积相关法(DVC)的应用,可以用来阐明反复干湿风化的劣化机制。

低应变率荷载作用下梯度泡沫铝力学性能研究

泡沫铝在工作状态下受到偶然低速荷载冲击作用会降低其吸能特性。本工作研究了匀质和梯度泡沫铝的准静态力学性能,测试了不同应变率(4×10^(-4)s^(-1)、3×10^(-3)s^(-1)、1×10^(-2)s^(-1))下梯度泡沫铝的压缩性能变化规律,同时采用X射线计算机断层扫描(X-CT)测定其压缩变形失效模式,探明了应变率及相对密度对梯度泡沫铝压缩吸能的影响规律。实验结果表明:在低速荷载作用下,匀质泡沫铝沿壁厚最薄弱区域开始变形,直至破坏;梯度泡沫铝则逐层压溃,直至失效破坏。相同应变率条件下,泡沫铝的强化倾向能力随相对密度提高而逐渐增强,梯度和匀质泡沫铝的应变率敏感系数分别最高可达0.235和0.210。泡沫铝初始压溃应力、平台应力随应变率提高而增大,梯度(MMH型)和匀质(H型)泡沫铝的初始压溃应力、平台应力分别最高可达10.02 MPa、10.7 MPa和12.89 MPa、10.19 MPa。相比匀质泡沫铝,梯度泡沫铝单位体积能量吸收值最多降低9%。本工作提出了以提高泡沫铝能量吸收效率为目标的最佳设计应力和能量吸收点的设计方法,可为泡沫铝夹芯结构防护面板的设计提供一定的参考。

全直径油气储层岩心三维可视化信息采集方法及应用前景

在微米X-CT基础上,通过对X射线强度的调整和扫描方式的更新,建立了Geoscan系列,并相应将样品室改装成了平放式加长扫描区,实现了对全直径岩心进行三维扫描成像。测试结果显示,以往难以描述的岩心断面构造、层理结构、非均态构型、孔—缝展布等全直径三维参数信息均能得到清晰的三维图像,有效拓宽了地学领域微观分析的视野。通过对石油钻井岩心全直径扫描,可以实现在一个较为宽泛的深度段内,观察分析不同矿物组分的含量变化、油气运移轨迹以及缝隙的延展性等重要参数信息,通过对储层物性参数数字化处理的图像可直接反映油气聚集的有效性及储集空间展布规律。这项技术将通过提供储集岩孔—渗架构三维可视化网格图和给予的储层品质定性结论来指导优化油区勘探部署。

韩城矿区煤岩类型对微裂隙发育的控制机理

韩城矿区煤岩类型纵向变化频繁,煤层非均质性强。裂隙多为长度大于300μm,宽度小于5μm的树枝状和正交状裂隙,微裂隙多发育在光亮煤和半亮煤中;据核磁共振T2弛豫谱分析,从光亮煤、半亮煤到半暗煤和暗淡煤,T2谱图由吸附孔、渗流孔和裂隙发育的三峰分布渐变为吸附孔、渗流孔发育的双峰分布特征,裂隙发育程度逐渐变弱,渗流孔和吸附孔之间连通性变差,吸附孔含量逐渐增加。核磁共振分析结果与X-CT扫描结果较为一致。对不同煤岩类型裂隙发育特征及煤岩显微组分分析认为,生烃潜能和扩散能力是微裂隙发育的决定因素。

数字岩心建模方法及应用综述

实际取样的岩心,实验耗时长,且由于很多岩石实验对岩心有一定损害,必然给下一个实验带来困难和误差。由于数字岩心是对实际岩样的数值模拟,所以数字岩心模型可以替代实际岩心用于研究储层的微观因素。这不仅克服了实际取心困难、样本少的难题,更解决了同一岩心数据多样性的问题。随着计算机的发展,数字岩心技术也在不断进步完善,数字岩心模型的建立也有了更多的方法与应用。各种方法有其优缺点,在针对不同的问题需要选取合适的方法获取模型。综合国内外的发展提出今后数字岩心技术发展趋势。

加速溶蚀条件下铸铁管内衬水泥砂浆的孔结构演变规律

设计了一种用离心工艺制作的内衬水泥砂浆铸铁管试件,采用流动的6mol/L氯化铵溶液对水泥砂浆内衬进行加速溶蚀试验,并利用压汞(MIP)法和X射线断层扫描(X-CT)方法分析了水泥砂浆内衬孔结构的变化.结果表明:加速溶蚀过程中水泥砂浆内衬的孔结构变化明显,溶蚀150d时水泥砂浆内衬中的净浆层孔隙率(体积分数,下同)从溶蚀前的9.57%增加至35.49%,最可几孔径从17.11nm增加到26.30nm,并有少量危害孔(单孔体积大于4×10^(-6) mm^3)出现;溶蚀450d时水泥砂浆内衬中的净浆层孔隙率达到61.54%,并出现大量危害孔;水泥砂浆内衬中的砂浆层孔隙率和危害孔数量随溶蚀时间的增加而增加.

雨水径流中悬浮颗粒对透水性混凝土的堵塞规律研究

以3种不同孔隙结构混凝土试样为对象,研究雨水径流渗滤过程中透水混凝土内悬浮颗粒的堵塞规律与特征。结果表明,孔隙率为12.7%的小孔隙透水混凝土在实验过程中渗透系数从最初的0.72 cm/s下降至0.05 cm/s,而大孔隙透水混凝土(孔隙率为38.2%)在运行末期仍具有较好的渗透能力,渗透系数仍可达到0.63 cm/s。通过连续运行及计算机断层扫描(X-CT)检测发现,小孔隙透水混凝土截留的悬浮颗粒粒径逐渐减小,说明孔隙内颗粒的持续堆积加剧了透水混凝土的颗粒截留作用,堵塞的颗粒均分布在上层;而大孔隙透水混凝土在运行过程中,穿透的大粒径颗粒占比下降较为有限。因此,在城市路面雨水径流悬浮颗粒粒径级配特征下,选择38.2%孔隙率的透水混凝土对于防止堵塞具有一定的作用。

高速铁路路基填料中细颗粒分布特征及其对冻胀的影响

采用X-CT、压汞、扫描电镜、核磁共振、冻胀试验等方法,研究不同细颗粒含量下严寒地区高速铁路路基粗颗粒填料的微观结构及冻胀特性,发现填料中细颗粒分布具有明显的簇团特征,水分主要存在于簇团结构中,冻胀率、簇团率、细颗粒含量之间呈显著的线性关系。试验结果表明:簇团率随着细颗粒含量的增加线性增大,当细颗粒含量在3%~15%时,簇团率增长最快;100μm以下的中小孔隙作为孔隙水的主要持水结构主要分布于簇团中;填料的冻胀率与簇团率呈线性关系,簇团率超过2%后冻胀率快速增大,当簇团率超过8%、对应的细颗粒含量超过15%时,冻胀率将超过1%。本文提出细颗粒簇团及其分布与持水特征,可以用于解释细颗粒在粗颗粒填料冻胀中的作用机理。

基于X射线CT技术快速检测不同含水率状态下的毛竹密度

密度是竹材材性的重要指标之一,与竹材诸多物理力学性质紧密相关,且测定结果因含水率状态不同而不同。基于X射线计算机断层扫描(X-CT)技术,比较了不同竹龄毛竹全干、气干、饱水状态下CT值的差异程度,除4年生和10年生毛竹CT值差异较大以外,其余竹龄CT值差异较小;分别在全干、气干、饱水状态下对所测定的CT值与相应状态下毛竹的密度进行拟合建模,同时还对不同含水率梯度状态下的CT值与密度进行拟合建模,进而系统分析了不同竹龄毛竹在单一含水率状态下和不同含水率梯度状态下CT值与密度之间的关系;对不同竹龄毛竹全干状态下相对竹青径向位置的CT值进行了拟合,依据CT值与密度之间的关系,解释说明了毛竹径向密度因竹龄不同所产生差异的原因。试验结果表明,毛竹全干、气干、饱水密度与相应的CT值之间均存在线性关系,且拟合斜率相近;在所选含水率梯度状态下毛竹密度与CT值之间存在线性关系,且密度与CT值关系受水分影响较小,回归方程为:D=0.001 H+1.003 2,R^2=0.968 3(D为密度,H为CT值),验证模型决定系数R^2=0.974 3;不同竹龄毛竹全干状态下竹青、竹黄处密度差异较小,而在竹肉处差异较大。这些结果为实现快速检测毛竹在不同含水率状态下的密度提供了技术支持和数据参考,同时X射线计算机断层扫描(X-CT)技术也为深入研究竹材材性和构造提供了一种切实可行的新途径。