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Multi-scale pore fractal characteristics of differently ranked coal and its impact on gas adsorption 被引量:2
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作者 Zhongbei Li Ting Ren +4 位作者 Xiangchun Li Ming Qiao Xiaohan Yang Lihai Tan Baisheng Nie 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期389-401,共13页
Well-developed pores and cracks in coal reservoirs are the main venues for gas storage and migration.To investigate the multi-scale pore fractal characteristics,six coal samples of different rankings were studied usin... Well-developed pores and cracks in coal reservoirs are the main venues for gas storage and migration.To investigate the multi-scale pore fractal characteristics,six coal samples of different rankings were studied using high-pressure mercury injection(HPMI),low-pressure nitrogen adsorption(LPGA-N2),and scanning electron microscopy(SEM)test methods.Based on the Frankel,Halsey and Hill(FHH)fractal theory,the Menger sponge model,Pores and Cracks Analysis System(PCAS),pore volume complexity(D_(v)),coal surface irregularity(Ds)and pore distribution heterogeneity(D_(p))were studied and evaluated,respectively.The effect of three fractal dimensions on the gas adsorption ability was also analyzed with high-pressure isothermal gas adsorption experiments.Results show that pore structures within these coal samples have obvious fractal characteristics.A noticeable segmentation effect appears in the Dv1and Dv2fitting process,with the boundary size ranging from 36.00 to 182.95 nm,which helps differentiate diffusion pores and seepage fractures.The D values show an asymmetric U-shaped trend as the coal metamorphism increases,demonstrating that coalification greatly affects the pore fractal dimensions.The three fractal dimensions can characterize the difference in coal microstructure and reflect their influence on gas adsorption ability.Langmuir volume(V_(L))has an evident and positive correlation with Dsvalues,whereas Langmuir pressure(P_(L))is mainly affected by the combined action of Dvand Dp.This study will provide valuable knowledge for the appraisal of coal seam gas reservoirs of differently ranked coals. 展开更多
关键词 multi-scale pore structure Fractal theory Fractal characteristics Differently ranked coal Coalbed gas adsorption
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Meso-mechanical anisotropy and fracture evolution of reef limestones from the Maldives Islands and the South China Sea
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作者 Lihui Li Chenglong Li +3 位作者 Beixiu Huang Jianguang Li Shouding Li Xiao Li 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第12期3173-3187,共15页
Reef limestone is a biogenic sedimentary rock widely distributed in coral reef areas, acting as an important foundation for coast construction. Due to its special biogenic origin, reef limestone is different from conv... Reef limestone is a biogenic sedimentary rock widely distributed in coral reef areas, acting as an important foundation for coast construction. Due to its special biogenic origin, reef limestone is different from conventional rocks both in terms of rock structure and mechanical properties. In this study, mesoscale uniaxial compression experiments with five different loading directions were conducted on two kinds of reef limestones from the Maldives Islands and the South China Sea, respectively. The real-time high-resolution videos and images of failure processes were recorded simultaneously to investigate the fracture evolution and fracture surface roughness of reef limestones. It demonstrated that the reef limestones belonged to extremely soft to soft rocks, and their uniaxial compressive strength (UCS) values fluctuated with high discreteness. The mesoscale mechanical properties of reef limestones were highly anisotropic and mainly controlled by pore structure. The occurrence of dissolution pores in reef limestone tended to intensify mechanical anisotropy. With the integration of the fracture initiation and propagation features of reef limestones, it is supposed that the intrinsic mechanism of anisotropy was probably attributed to the differences in coral growth direction and dissolution. Furthermore, the quantified fracture surface roughness was revealed to have a good consistency with density and UCS for the reef limestones from the South China Sea. The findings are helpful for providing theoretical and experimental references for engineering construction in coral reef areas. 展开更多
关键词 Reef limestone Mechanical anisotropy Failure mode pore structure fracture surface roughness
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Structural failure mechanism and strengthening method of fracture plugging zone for lost circulation control in deep naturally fractured reservoirs 被引量:3
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作者 XU Chengyuan YAN Xiaopeng +2 位作者 KANG Yili YOU Lijun ZHANG Jingyi 《Petroleum Exploration and Development》 2020年第2期430-440,共11页
Focused on the lost circulation control in deep naturally fractured reservoirs, the multiscale structure of fracture plugging zone is proposed based on the theory of granular matter mechanics, and the structural failu... Focused on the lost circulation control in deep naturally fractured reservoirs, the multiscale structure of fracture plugging zone is proposed based on the theory of granular matter mechanics, and the structural failure pattern of plugging zone is developed to reveal the plugging zone failure mechanisms in deep, high temperature, high pressure, and high in-situ stress environment. Based on the fracture plugging zone strength model, key performance parameters are determined for the optimal selection of loss control material(LCM). Laboratory fracture plugging experiments with new LCM are carried out to evaluate the effect of the key performance parameters of LCM on fracture plugging quality. LCM selection strategy for fractured reservoirs is developed. The results show that the force chain formed by LCMs determines the pressure stabilization of macro-scale fracture plugging zone. Friction failure and shear failure are the two major failure patterns of fracture plugging zone. The strength of force chain depends on the performance of micro-scale LCM, and the LCM key performance parameters include particle size distribution, fiber aspect ratio, friction coefficient, compressive strength, soluble ability and high temperature resistance. Results of lab experiments and field test show that lost circulation control quality can be effectively improved with the optimal material selection based on the extracted key performance parameters of LCMs. 展开更多
关键词 deep layer fractured reservoir lost circulation fracture plugging zone multi-scale structure strength and stability loss control material
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Reservoir micro structure of Da'anzhai Member of Jurassic and its petroleum significance in Central Sichuan Basin, SW China
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作者 PANG Zhenglian TAO Shizhen +6 位作者 ZHANG Qin YANG Jiajing ZHANG Tianshu YANG Xiaoping FAN Jianwei HUANG Dong WEI Tengqiang 《Petroleum Exploration and Development》 2018年第1期68-78,共11页
Based on the qualitative study of microscopic reservoir features using core analysis,cast and fluorescence thin sections inspection,scanning electron microscope(SEM)and field emission scanning electron microscope(FESE... Based on the qualitative study of microscopic reservoir features using core analysis,cast and fluorescence thin sections inspection,scanning electron microscope(SEM)and field emission scanning electron microscope(FESEM)and quantitative examination of pore size and geometry using mercury injection,nano-CT and nitrogen adsorption,reservoir rock of Da’anzhai Member were divided into 9 types,while storage spaces were divided into 4 types and 14 sub-types.The study shows that sparry coquina is the most promising reservoir type.Pores that smaller than 1μm in diameter contribute 91.27%of storage space volume.Most of them exhibit slot-like geometry with good connectivity.By building up storage space models,it was revealed that micron scale storage spaces mainly composed of fractures and nanometer scale pores and fractures form multi-scale dual porosity system.Low resource abundance,small single well controlled reserve,and low production are related to the nano-scale pore space in Da’anzhai Memer,whereas the dual-porosity system composed of pores and fractures makes for long-term oil yield.Due to the existence of abundant slot-like pore space and fractures,economic tight oil production was achieved without stimulations. 展开更多
关键词 Central Sichuan Basin Da’anzhai MEMBER coquina storage space structure characteristics multi-scale fractureS ISOTHERMAL adsorption micro-nano pore
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页岩储层应力敏感性的时间效应
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作者 康毅力 赖哲涵 +2 位作者 陈明君 吴建军 李兵 《西南石油大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期53-63,共11页
有效应力及其作用时间是控制岩石孔隙和裂缝变形的重要外部因素。页岩储层的多尺度孔隙结构特征及孔缝配置关系使得其应力敏感时间效应具有特殊性,然而,以往研究尚未考虑有效应力加载及卸载时间对页岩应力敏感行为的影响。以川南威荣气... 有效应力及其作用时间是控制岩石孔隙和裂缝变形的重要外部因素。页岩储层的多尺度孔隙结构特征及孔缝配置关系使得其应力敏感时间效应具有特殊性,然而,以往研究尚未考虑有效应力加载及卸载时间对页岩应力敏感行为的影响。以川南威荣气田龙马溪组页岩气藏为研究对象,钻取不同孔缝发育程度的页岩样品,设计并测试了变有效应力状态下变加载及卸载持续稳定时间对岩样渗透率的影响实验。结果表明:1)有效应力从5 MPa升至35 MPa时,微裂缝岩样和基块岩样渗透率分别降低了66.82%和27.19%,卸载过程中渗透率恢复率为74.73%和79.82%。页岩渗透率越低,有效应力滞后效应越显著;2)恒定有效应力加载持续稳定时间从2.5 h延长至10.0 h,应力敏感系数增加3.76%∼80.17%,且当有效应力较小时的时间效应更显著。研究认为,页岩组分及多尺度孔缝结构是导致其孔缝变形行为差异性的主因。基于实验研究结果,推荐页岩样品老化处理为6.0 h,提出了优化页岩储层敏感性评价实验方案和优化气井工作制度的建议。 展开更多
关键词 页岩 应力敏感 多尺度孔缝结构 时间效应 有效应力 渗透性
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四川盆地南部下寒武统筇竹寺组页岩孔隙结构特征与页岩气赋存模式
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作者 梁峰 吴伟 +5 位作者 张琴 罗超 王玉满 刘宇 姜巍 卢斌 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期131-142,共12页
近年来,四川盆地南部地区(以下简称川南地区)下寒武统筇竹寺组页岩气勘探开发取得了实质性的突破,但是,关于筇竹寺组页岩气储层孔隙结构特征及其对页岩气赋存模式影响的研究还较为薄弱。为此,以川南地区W207井筇竹寺组页岩为例,以总有... 近年来,四川盆地南部地区(以下简称川南地区)下寒武统筇竹寺组页岩气勘探开发取得了实质性的突破,但是,关于筇竹寺组页岩气储层孔隙结构特征及其对页岩气赋存模式影响的研究还较为薄弱。为此,以川南地区W207井筇竹寺组页岩为例,以总有机碳含量(TOC)不小于1.0%为界,将筇竹寺组页岩划分出4个高有机碳页岩层段(H1—H4层),并基于大视域扫描电镜、流体注入法孔隙定量表征、三维分子结构建模与分子模拟等方法,研究了不同富有机质层段页岩孔隙特征,并着重分析了H3层页岩孔隙发育特征与页岩气赋存模式。研究结果表明:(1)筇竹寺组页岩纵向上孔隙发育差异较大,其中H3层页岩孔隙系统最为有利,发育粒缘缝—有机质纳米连通孔隙—有机质基质分子内孔隙3级孔隙网络,其矿物粒缘缝与有机质纳米孔隙提供了较大的游离气储集空间,页岩有机质分子结构中普遍发育微孔,提供了较大的吸附空间;(2)微孔对总吸附量的贡献随压力增高而降低,但在30.0 MPa时仍贡献了56%以上的总吸附气量;(3)高温高压下(30.0 MPa、70℃),页岩中游离气甲烷含量占总含气量的57%,当压力由30.0 MPa降低至16.5 MPa,游离气贡献总开采气量超过80%;(4)粒缘缝、有机质纳米连通孔隙和有机质基质分子内孔隙良好的配置关系为页岩气富集及开发提供了良好的连通体系,远离风化壳的超压层段有利于页岩孔隙发育。结论认为,川南地区筇竹寺组H3层页岩孔隙系统发育,具备页岩气高产地质条件,是筇竹寺组下一步重点关注层段,在此基础上寻找远离风化壳、孔隙发育的超压页岩储层是筇竹寺组选区选层的关键。 展开更多
关键词 四川盆地南部 下寒武统筇竹寺组 甜点段 孔裂隙系统 分子结构 页岩游离气 页岩气赋存模式
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孔隙—裂缝型岩溶热储热——流—化多场耦合作用机理
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作者 姬佳炎 宋先知 李根生 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期214-224,共11页
岩溶型热储开采过程中,储层孔隙内水岩反应会导致流动通道变形,忽略这一反应过程将导致热储产能预测偏差较大。为了揭示水岩作用下岩溶型热储孔隙和裂缝形态的演化特征,综合考虑了孔隙和裂缝内的水岩反应过程,搭建了孔隙—裂缝双重介质... 岩溶型热储开采过程中,储层孔隙内水岩反应会导致流动通道变形,忽略这一反应过程将导致热储产能预测偏差较大。为了揭示水岩作用下岩溶型热储孔隙和裂缝形态的演化特征,综合考虑了孔隙和裂缝内的水岩反应过程,搭建了孔隙—裂缝双重介质热—流—化多场耦合模型并验证了其准确性,进而分析了热—流—化多物理场与孔隙—裂缝形态的分布特征,探究了孔隙—裂缝内水岩反应对孔、缝变形和系统取热性能的影响。研究结果表明:(1)欠饱和注入条件下,注入井处发生溶解反应,生产30年时,裂缝开度增大了0.32%,孔隙度增大了75.76%;(2)生产30年时,考虑孔隙—裂缝内水岩反应案例的裂缝平均开度降低了0.05%,考虑裂缝而不考虑孔隙内水岩反应案例的裂缝平均开度增大了17.12%,二者呈现相反的变化趋势;(3)考虑孔隙—裂缝内水岩反应案例相比于仅考虑裂缝而不考虑孔隙内水岩反应的案例,生产30年时,生产温度相差不大,系统注采压差增大了1.57倍。结论认为:(1)岩溶型热储孔隙内水岩反应对孔、缝变形和取热性能影响显著,其改变了水岩反应对裂缝开度的作用机理,影响系统注采压差;(2)孔隙内的水岩反应不容忽视,在进行岩溶型热储产能的精确预测和经济评价时必须予以充分考虑;(3)该认识可为岩溶型热储开发方案设计和产能预测方面提供理论和技术参考。 展开更多
关键词 岩溶型热储 孔隙结构 裂缝开度 水岩作用 取热性能 孔—缝双重介质 热—流—化多场耦合 裂缝变形
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沁水盆地柿庄北区块水平井开发方式地质适应性分析
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作者 晁巍巍 张守仁 +2 位作者 张亚飞 邓志宇 陶树 《煤炭科技》 2024年第1期11-16,22,共7页
针对柿庄北区块直井表现出达产率低、产量下降快、产能差异大的生产特征,通过对柿庄北区块43口探井、397口开发井进行详细剖析,并与潘河、柿庄南区块地质条件进行了对比分析。结果表明,埋深大、低渗透、煤体结构分布复杂是制约柿庄北区... 针对柿庄北区块直井表现出达产率低、产量下降快、产能差异大的生产特征,通过对柿庄北区块43口探井、397口开发井进行详细剖析,并与潘河、柿庄南区块地质条件进行了对比分析。结果表明,埋深大、低渗透、煤体结构分布复杂是制约柿庄北区块开发关键地质问题。为了进一步明确柿庄北储层渗透低原因,对柿庄北、潘河、杨家坡区块煤心进行数字岩心扫描,发现柿庄北区块相对潘河、杨家坡区块储层孔裂隙数量都发育最少且孔裂隙连通性最差,并明确煤层演化过程是形成孔裂隙差异的关键因素。此外,结合地质剖析,开展了地质—工程一体化分析,明确直井压裂这种点状开发方式的不适应性,提出水平井开发方式适应埋深增大、煤体结构分布复杂、微观孔裂隙连通性较差的储层特征,并在柿庄北一体化二期显示出较好产气潜力。 展开更多
关键词 柿庄北区块 孔裂隙特征 煤体结构 直井压裂 水平井分段压裂
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清洁压裂液作用前后煤孔隙结构及分形特征研究
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作者 王昌伟 左少杰 +2 位作者 彭首清 许治远 甘瑞 《化工矿物与加工》 CAS 2024年第2期34-39,共6页
煤孔隙结构特征及分形特征是揭示瓦斯在煤体中的赋存机理及解吸运移规律的重要手段。以沈阳某煤矿的煤样为研究对象进行了清洁压裂液浸泡试验,分别采用扫描电子显微镜、孔隙-裂隙分析系统、氮气吸附和煤表面分形特征对煤表面的孔隙结构... 煤孔隙结构特征及分形特征是揭示瓦斯在煤体中的赋存机理及解吸运移规律的重要手段。以沈阳某煤矿的煤样为研究对象进行了清洁压裂液浸泡试验,分别采用扫描电子显微镜、孔隙-裂隙分析系统、氮气吸附和煤表面分形特征对煤表面的孔隙结构进行表征,对清洁压裂液处理前后煤孔隙结构的变化进行了对比分析,结果表明:经清洁压裂液处理后,煤样的孔隙结构得到了较好的发育,煤样表面孔隙数量约为原煤的2.9倍、平均面积约为原煤的2.66倍、平均周长增加了23.06%、平均形状因子增加了30.91%;煤样氮气吸附量从1.5036 mL/g增至2.8255 mL/g,增加的孔隙半径小于10 nm,孔隙连通性增强;清洁压裂液能使吸附孔分形维数增大、渗流孔分形维数减小,煤样内部结构更加简单,孔隙之间的连通性增强,其中吸附孔分形维数从2.331增至2.845,增幅为22.05%;渗流孔分形维数从2.865减至1.756,减幅为38.71%。孔隙结构的定量表征结果显示,清洁压裂液对煤孔隙的发育有一定的促进作用。 展开更多
关键词 清洁压裂液 孔隙结构 电镜扫描 氮气吸附 孔隙-裂隙分析系统 分形维数
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不同升温速率下牛蹄塘组页岩力学性能及微观孔裂隙结构演化规律
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作者 仝重宇 葛振龙 《晋控科学技术》 2024年第2期16-19,共4页
开展高温下页岩的力学性能及微观孔裂隙结构演化研究,对实现页岩气高效开发具有重要意义。基于此,对中国米仓山地区下古生界牛蹄塘组页岩在不同升温速率下的力学性质和微观孔裂隙结构演化进行了研究。结果表明:低升温速率(2℃/min)下,... 开展高温下页岩的力学性能及微观孔裂隙结构演化研究,对实现页岩气高效开发具有重要意义。基于此,对中国米仓山地区下古生界牛蹄塘组页岩在不同升温速率下的力学性质和微观孔裂隙结构演化进行了研究。结果表明:低升温速率(2℃/min)下,页岩抗拉强度显著降低。随着升温速率的增大,抗拉强度先增大后减小;300℃是页岩热反应的阈值温度,在450℃附近孔隙度和渗透率达到最大值;低升温速率有利于微孔的发育,较高的升温速率有利于大尺度裂纹的发育。 展开更多
关键词 牛蹄塘组页岩 升温速率 抗拉强度 孔裂隙结构
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不同燃爆载荷作用下页岩破裂特性及孔裂隙结构改性规律
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作者 翟成 王宇 +3 位作者 刘厅 徐吉钊 唐伟 罗宁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4269-4283,共15页
页岩储层甲烷原位燃爆压裂是一项新型无水压裂技术,不同燃爆载荷下井周的破裂特性及孔隙结构改性规律尚不明确,无法为关键工艺参数的确定提供依据。自主搭建耐压100 MPa燃爆管道,对?55 mm×55 mm筛管完井页岩试样进行不同燃爆载荷... 页岩储层甲烷原位燃爆压裂是一项新型无水压裂技术,不同燃爆载荷下井周的破裂特性及孔隙结构改性规律尚不明确,无法为关键工艺参数的确定提供依据。自主搭建耐压100 MPa燃爆管道,对?55 mm×55 mm筛管完井页岩试样进行不同燃爆载荷的冲击压裂实验,实验过程中采集爆炸压力-时程曲线,取样表征页岩破裂形态随燃爆载荷的变化规律,通过典型裂缝面分析燃爆压裂致裂机理,通过?1 000 mm×1 000 mm页岩相似材料燃爆压裂实验,阐明燃爆载荷压裂储层的主控因素,基于压汞法表征不同燃爆载荷下页岩孔裂隙结构的演化规律,主要结论如下:(1)提升燃爆混合气体的初始压力能够显著提升燃爆峰值载荷和压力上升倍数,增强燃爆威力;(2)随着燃爆载荷的提高,井周由单一主裂缝转变为多条径向裂缝协同起裂,但燃爆载荷过大容易在井周产生粉碎性破坏,本研究中最佳爆炸压力为71 MPa;(3)燃爆冲击波和爆轰产物气楔扩缝效应是导致裂缝起裂-扩展的主控因素,燃爆压裂有利于构建粉碎区范围小、裂隙区范围大的裂缝体系;(4)燃爆冲击波主导页岩大孔和微裂隙体积随燃爆载荷升高而显著提升,动态冲击和高温热效应的双重控制机制导致微孔呈先降低后升高的变化规律。本研究通过实验室及大尺度燃爆压裂实验阐明了燃爆载荷对井周储层破裂特性和孔裂隙结构改性的控制机制。 展开更多
关键词 页岩气储层 甲烷原位燃爆压裂 爆炸冲击 破裂特性 孔裂隙结构
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高温-动态冲击作用下页岩微纳米孔隙结构演化特征
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作者 余旭 王宇 +3 位作者 翟成 刘厅 徐吉钊 孙勇 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期137-146,共10页
为阐明甲烷原位燃爆压裂载荷对页岩储层的微观改性特征,开展高温-动载协同作用下页岩微纳米孔隙结构的演化特征研究,选取典型页岩样品,综合应用3D轮廓测量、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD),分析高温-动态冲击作用后... 为阐明甲烷原位燃爆压裂载荷对页岩储层的微观改性特征,开展高温-动载协同作用下页岩微纳米孔隙结构的演化特征研究,选取典型页岩样品,综合应用3D轮廓测量、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD),分析高温-动态冲击作用后的页岩碎块的宏微观粗糙特性、孔裂隙结构及矿物组分随高温的变化特征。结果表明:随温度升高,页岩断面毫米级粗糙度先略有降低后急剧升高。随温度升高,页岩有机质纳米孔减少,石英中出现复杂裂缝,碳酸盐矿物产生气孔,黏土矿物层间结构破坏,页岩体孔隙度由常温的1.488%逐渐上升至700℃的1.997%。不同高温下页岩物性组成差异显著,XRD定量分析结果显示,石英的质量占比升高,方解石和白云石总占比降低,从微纳米尺度说明燃爆载荷对页岩储层有改性效果。 展开更多
关键词 高温热效应 动态冲击 页岩 微纳米 孔隙结构 演化特征 燃爆压裂 粗糙度
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应力对超深层碳酸盐岩气藏孔喉结构的影响 被引量:2
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作者 张钰祥 杨胜来 +5 位作者 李强 王蓓东 邓惠 鄢友军 闫海军 陈掌星 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期49-59,共11页
超深层碳酸盐岩气藏埋藏深,应力状态复杂,非均质性极强,应力变化前后孔喉结构的变化规律尚不明确。选取高石梯-磨溪区块台内灯四气藏储层岩心,通过CT扫描得到应力实验和压裂实验前后不同类型储层的孔喉尺寸分布、缝洞占比和连通性等,研... 超深层碳酸盐岩气藏埋藏深,应力状态复杂,非均质性极强,应力变化前后孔喉结构的变化规律尚不明确。选取高石梯-磨溪区块台内灯四气藏储层岩心,通过CT扫描得到应力实验和压裂实验前后不同类型储层的孔喉尺寸分布、缝洞占比和连通性等,研究应力和压裂对超深层碳酸盐岩储层孔喉结构的影响规律。结果表明:在受压恢复后,孔洞型和缝洞型岩心的孔隙和喉道个数均大幅度下降且主要集中在半径在1 mm以下的微孔、中孔和0.04mm以下的微喉,孔隙平均半径、喉道平均半径和喉道平均长度均大幅度增加,缝洞比例大幅度增加,孔隙和喉道总体积趋于减小;孔洞型岩心连通孔喉体积占比大幅下降,而缝洞型岩心由于裂缝发育,其连通孔喉体积占比维持原有水平。压裂后,孔洞型岩心孔隙个数大幅度下降,减少的孔隙半径主要集中在0.5 mm以下的微孔和中孔,孔隙平均半径大幅度上升,增加的孔隙半径主要集中在0.5~0.8 mm,孔隙体积总体呈上升趋势,喉道个数、喉道平均半径、喉道平均长度和喉道总体积均趋于增加,缝洞比例大幅度增加,连通孔喉体积大幅度提高。实验表明超深层碳酸盐岩储层受压恢复后,渗流能力不降反而大幅度提升,压裂主要通过提高孔喉空间中裂缝占比来改善孔喉连通性。 展开更多
关键词 碳酸盐岩气藏 灯影组 应力 压裂 缝洞结构 孔喉结构
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断层破碎带岩体孔隙结构表征与非线性渗流特性 被引量:2
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作者 马丹 李樯 +2 位作者 张吉雄 刘勇 侯文涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期666-677,共12页
为揭示煤矿开采断层破碎带突水灾害发生机理,有必要深入研究断层破碎带岩体的孔隙结构和渗透特性。研制了破碎岩体渗流-应力耦合试验装置,提出了应力作用下级配破碎岩体孔隙结构测试和渗流试验方法,研究了应力和级配对破碎岩体孔径分布... 为揭示煤矿开采断层破碎带突水灾害发生机理,有必要深入研究断层破碎带岩体的孔隙结构和渗透特性。研制了破碎岩体渗流-应力耦合试验装置,提出了应力作用下级配破碎岩体孔隙结构测试和渗流试验方法,研究了应力和级配对破碎岩体孔径分布特征、孔隙分形特征和非线性渗流行为的影响规律,构建了基于核磁共振的承压破碎岩体渗透率预测模型。试验结果表明:(1)颗粒分形维数为2.6的连续级配和间断级配破碎岩体的孔径分布均为三峰结构,级配破碎岩体中小颗粒的缺失会导致孔隙率和最大孔径增大,降低破碎岩体的压缩性,增大应力可促使渗流孔向束缚孔转变,降低破碎岩体的压缩性。(2)渗流孔隙率对级配破碎岩体渗透率起主导作用,束缚孔隙率对渗透率的影响较小,增大应力会降低破碎岩体渗透性,大颗粒的缺失会导致级配破碎岩体渗透率减小。(3)连续级配和间断级配破碎岩体的非线性渗流特性均可用Forchheimer方程描述,应力影响下破碎岩体的渗透率和非Darcy流β因子变化趋势相反,小颗粒的缺失会导致级配破碎岩体非Darcy流β因子减小。(4)构建了基于核磁共振的级配破碎岩体渗透率预测模型,通过剔除束缚孔的影响并引入渗流孔的加权贡献,可显著提高级配破碎岩体渗透率预测效果的准确性。研究结果为发展煤矿采动突水灾害理论和防控技术提供了科学依据。 展开更多
关键词 断层破碎带 破碎岩体 孔隙结构 渗流特性 预测模型
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水相渗吸对页岩储层的物化作用机理研究 被引量:5
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作者 李颖 李茂茂 +3 位作者 李海涛 于皓 张启辉 罗红文 《油气藏评价与开发》 CSCD 2023年第1期64-73,共10页
页岩气藏储层发育微纳米孔喉和裂缝,黏土矿物含量高,岩石渗透率低且非均质性较强,通常需要经过大规模水力压裂才能被有效开采。水力压裂过程中水相的自发渗吸将对页岩气藏储层产生一系列物化作用,改变页岩气藏储层的孔隙结构及物化性质... 页岩气藏储层发育微纳米孔喉和裂缝,黏土矿物含量高,岩石渗透率低且非均质性较强,通常需要经过大规模水力压裂才能被有效开采。水力压裂过程中水相的自发渗吸将对页岩气藏储层产生一系列物化作用,改变页岩气藏储层的孔隙结构及物化性质,从而影响页岩气的产出。为进一步明确水相渗吸对页岩气藏储层的影响机理,开展了页岩重复渗吸对照实验,并基于页岩渗吸前后矿物溶蚀导致的质量变化、扫描电镜可视化特征、核磁共振孔隙结构观测以及物性的变化,揭示渗吸对页岩微观孔隙结构及其物性的影响机理。研究结果表明:(1)水相渗吸作用使页岩产生微裂缝和裂缝,从而改变页岩孔隙结构;(2)孔隙度明显改善的页岩样品中,大孔所占比例上升,表明水相渗吸作用会使页岩孔隙空间增大;(3)渗吸能力与页岩的孔隙度、渗透率呈正相关,且页岩物性在渗吸后改善明显。此外,发现时间指数可定量表征渗吸对页岩孔喉连通性的影响。 展开更多
关键词 页岩气藏 裂缝 水相渗吸 物化作用 微观孔隙结构
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循环等离子体击穿受载煤体电学响应及孔隙结构演化规律 被引量:1
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作者 张祥良 林柏泉 +1 位作者 申建 朱传杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1567-1583,共17页
煤层增透是提高瓦斯高效抽采效率、降低瓦斯灾害事故的关键,以物理放电为基础的等离子体是煤层增透的有效手段之一。但以往的研究集中在单次击穿煤体孔-裂隙结构的表征,忽略了等离子体对煤体的极化效应,对循环等离子体作用下受载煤体电... 煤层增透是提高瓦斯高效抽采效率、降低瓦斯灾害事故的关键,以物理放电为基础的等离子体是煤层增透的有效手段之一。但以往的研究集中在单次击穿煤体孔-裂隙结构的表征,忽略了等离子体对煤体的极化效应,对循环等离子体作用下受载煤体电学性质及孔隙结构的演化特征缺乏深入研究。为此,对多个煤样进行了循环等离子体击穿实验,结合高压衰减棒和罗氏线圈监测了击穿煤体过程中的电压、电流波形,并分析了预击穿周期、等离子体击穿周期、波峰个数、峰值电压、峰值电流及能量转化效率等电学参数的变化规律;采用低场核磁共振方法测试了击穿1次、5次、10次、15次、20次条件下小孔、中孔、大孔及微小裂隙的演化规律;结合几何分形理论对击穿煤体渗流孔分形维数进行了探讨。研究结果表明,预击穿周期仅有首次放电是千微秒级别,之后会“断崖式”下降至几十微秒,而等离子体击穿周期则随着击穿次数的增加呈现出“阶梯式”的增长;能量转化效率维持在28.7%~55.9%,呈现出先快速增加后趋于平稳的趋势,说明等离子体对煤体电学性质的极化效应是有限的;煤体内部中孔、大孔的增长幅度最为明显,部分微小裂隙结构会实现从无到有的突破,表明等离子体对瓦斯的渗流会有显著的改善效果;分形维数在击穿后呈现出降低的趋势,则从孔-裂隙空间维度的角度证实了击穿煤体内原本孤立的孔隙结构会被裂隙沟通;孔隙率与能量转化效率变化趋势的相似性表明等离子体对煤体电学性质产生了影响,煤体电学性质发生改变后又会对等离子体通道的分布产生影响。 展开更多
关键词 孔-裂隙结构 电学响应 循环等离子体 煤层增透 瓦斯
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循环冲击载荷作用下页岩孔隙结构演化特征
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作者 王宇 翟成 +2 位作者 邵昊 唐伟 石克龙 《特种油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期154-160,共7页
为研究循环冲击载荷作用下页岩气储层孔隙结构演化规律,以四川省长宁县五峰组页岩为研究对象,基于霍普金森压杆实验系统与微米CT系统,分别获取低速、中速和高速循环冲击载荷下页岩的动力学响应特征,并对冲击前后页岩孔隙结构进行分析。... 为研究循环冲击载荷作用下页岩气储层孔隙结构演化规律,以四川省长宁县五峰组页岩为研究对象,基于霍普金森压杆实验系统与微米CT系统,分别获取低速、中速和高速循环冲击载荷下页岩的动力学响应特征,并对冲击前后页岩孔隙结构进行分析。研究表明:动态冲击应力-应变曲线显示,低速循环冲击岩样动态弹性模量随循环冲击次数的增加不断升高,承载能力逐渐增强;中速及高速循环冲击岩样则呈现先压密后损伤的力学响应特征;提高循环冲击载荷,页岩连通裂隙的表面积、体积及分形维数升高,绝对渗透率上升,表明提高循环冲击载荷可使岩样形成复杂孔隙网络,具备更好的渗流能力;中速及高速循环冲击导致岩样内部孔隙扩展贯通,中速循环冲击岩样的孔隙度较原始岩样提升一倍,孔隙分布的空间离散性增强。该研究可为页岩气储层多级脉冲燃爆压裂工艺的相关研究提供理论支持。 展开更多
关键词 页岩 压裂 孔隙结构 循环冲击载荷 微米CT 多级脉冲燃爆压裂
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渤海湾盆地深层砂砾岩储层孔-缝成因机制及演化特征——以渤中19-6构造古近系孔店组为例 被引量:5
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作者 张新涛 曲希玉 +3 位作者 许鹏 王清斌 刘晓健 叶涛 《石油与天然气地质》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期707-719,共13页
优质储层的识别和预测是深层-超深层碎屑岩储层油气勘探研究的重点。以渤海湾盆地渤中19-6构造古近系孔店组砂砾岩为研究对象,借助物理模拟实验等手段,研究了孔店组优质储集空间的成因及演化,建立了渤海湾盆地深层砂砾岩储层的孔-缝演... 优质储层的识别和预测是深层-超深层碎屑岩储层油气勘探研究的重点。以渤海湾盆地渤中19-6构造古近系孔店组砂砾岩为研究对象,借助物理模拟实验等手段,研究了孔店组优质储集空间的成因及演化,建立了渤海湾盆地深层砂砾岩储层的孔-缝演化模式。取得的主要认识如下:①长石等颗粒的溶蚀孔为优质储集空间,钾长石的溶蚀随温度升高渐强甚至超过斜长石,钾长石在深层有更大的增孔潜力。②砾石级的颗粒、长英质的成分及低杂基含量更有利于压裂缝的产生,长石中压裂缝的发育程度要高于石英;垂向上,第一期压裂缝在2500 m左右的深度开始形成,第二期压裂缝在3000 m以深形成,而且其数量在4000 m左右的深度达到峰值,第三期压裂缝在4500 m以深开始形成,而且其数量随深度增大而逐渐增加。③孔隙度的垂向变化受到早期压实、晚期胶结以及中期溶蚀作用的控制。早期压实减孔17.38%;晚期铁白云石胶结减孔7.76%;有机酸溶蚀增孔5.45%。④油气充注与第二期溶蚀增孔及第一期和第二期压裂缝的发育相对应,油气在3000 m左右的深度处富集;4000 m以深压裂缝大量发育,叠加钾长石等溶蚀,预测深层砂砾岩中发育优质储层。 展开更多
关键词 长石溶蚀 压裂缝 孔-缝演化 砂砾岩 深层 渤中19-6构造 渤海湾盆地
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不同水力荷载路径下煤体微观渗流特征及宏观破坏研究 被引量:2
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作者 马国良 陈曦 +1 位作者 范超男 葛少成 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1779-1788,共10页
为探究煤体在不同水力荷载路径下的微观渗流特征,通过CT三维重建技术,建立了基于煤体微观结构的双介质渗流模型,并设计了恒定速度加载(LP1)、常规脉动加载(LP2)和强加载缓卸载加载(LP3)3种水力荷载路径,进行了在不同循环荷载路径下的煤... 为探究煤体在不同水力荷载路径下的微观渗流特征,通过CT三维重建技术,建立了基于煤体微观结构的双介质渗流模型,并设计了恒定速度加载(LP1)、常规脉动加载(LP2)和强加载缓卸载加载(LP3)3种水力荷载路径,进行了在不同循环荷载路径下的煤体注水渗流数值模拟试验。另外利用自行搭建的煤体注水装置,探究了3种荷载路径下的宏观损伤情况。结果表明:联通裂隙占孔裂隙结构的73.49%,是影响煤体渗流的主要因素,而孔径为9~23μm的孔隙是孤立孔隙中的主要部分,数量和体积占比均超过了50%;煤体内部孔裂隙结构和荷载路径对渗流速度和压力的分布特征具有重要影响。LP1沿注入方向平均渗流速度的波动较大,LP3则抑制效果明显,且LP3路径较LP1和LP2随时间有较大跨度。LP3的荷载路径相对于LP1具有脉动荷载的疲劳损伤效果,并且造成的损伤程度强于LP2。该研究可为煤体微观结构研究和煤层注水技术参数优化提供方向。 展开更多
关键词 CT三维重建 渗流特征 煤层注水 孔裂隙结构 强加载缓卸载
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页岩裂缝和基质渗透率各向异性特征及影响因素
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作者 胡辉庭 马勇 +3 位作者 张遂安 张凯逊 张海鹏 黄越 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第24期10252-10263,共12页
页岩裂缝渗透率是控制页岩气富集高产的关键参数,而页岩基质渗透率决定了页岩气的稳产和经济开发,研究页岩裂缝和基质渗透率的各向异性特征对于保障页岩气的长期产量尤为重要。以渝东南地区海相页岩为研究对象,探究了页岩裂缝和基质渗... 页岩裂缝渗透率是控制页岩气富集高产的关键参数,而页岩基质渗透率决定了页岩气的稳产和经济开发,研究页岩裂缝和基质渗透率的各向异性特征对于保障页岩气的长期产量尤为重要。以渝东南地区海相页岩为研究对象,探究了页岩裂缝和基质渗透率各向异性特征及其影响因素。基于微计算机断层扫描技术(micro computed tomography,micro-CT)、高压压汞手段分析了页岩裂缝特征并区分了页岩裂缝与基质,利用立方体样品以及3D打印岩心夹持器技术测定了地层压力条件下页岩三轴方向的渗透率,采用定性观察、定量分析和数字岩心等方法揭示了页岩裂缝和基质渗透率各向异性与孔隙结构特征的关系。研究表明:页岩基质渗透率主要受岩石的微观结构控制,而页岩裂缝渗透率主要由裂缝形态和特征决定;微裂缝的存在增大了水平与垂直方向裂缝渗透率的差异性,但对水平方向间裂缝渗透率的比值影响较小甚至有所降低;水平方向上矿物和有机质呈层排列易形成连通的孔隙微裂缝网络,增大了页岩平行层理方向上的基质渗透率,使其比其垂直层理方向高出1~2个数量级;砂质条带和砂质纹层使得页岩水平方向上的基质渗透率差异性增强,而且页岩3个方向的基质渗透率与孔隙的比表面积、孔隙体积以及平均孔径具有较好的正相关性,页岩微孔和介孔越发育,页岩的基质渗透率越高。研究成果对进一步认识页岩非均质性的理论问题及其影响具有重要意义,可指导页岩气勘探开发并为页岩气经济开采提供依据。 展开更多
关键词 海相页岩 裂缝渗透率 基质渗透率 各向异性 孔隙结构特征 影响因素
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