数字岩心孔隙结构的分形表征及渗透率预测

基于多孔介质孔隙结构的分形理论,对9种数字岩心样品的孔隙相和固体相结构进行了分形表征.计算结果表明固体相的分形维数通常要大于孔隙相的分形维数,其分形标度区间的宽度要小于孔隙相的标度区间宽度.这表明数字岩心是一种近似两相分形多孔介质.在此基础上,对9种数字岩心样品的孔隙度、体积分数和渗透率进行了预测.预测结果表明数字岩心孔隙结构的分形理论在描述介质的孔隙度和渗透率方面是有效的.而且在近似两相分形介质中,对固相的分形描述似乎更加有效.当用分形理论对数字岩心样品的渗透率进行预测时,其准确地确定最大孔隙尺寸至关重要.最后,通过对比发现,在预测渗透率方面,采用的FT方法要比目前国际上通用的PNEM方法更加准确,也更加具有普适性和计算成本更低.     

新型随机重构微孔隙介质模型与扩散特性

提出一种使用碳纸气体扩散层微孔隙结构的真实形态参数,构建三维微孔隙结构模型的算法.此方法通过扫描真实的扩散层结构获取结构的特性参数.通过确定三维微结构内纤维系统的中心坐标,循环构建N层纤维系统,达到需求的扩散层厚度,各层纤维系统由随机分布的重叠并相交的纤维结构构成;并将成功构建的模型转换为能够用于流体仿真的数据模型,对结构模型的渗透率进行了验证.结果表明,该方法生成的模型符合真实扩散层的渗透特性.最后,利用该模型对扩散层各项特性参数的变化关系进行了分析,结果可用于扩散层的结构优化设计,更大程度增强渗透传输特性.     

砂岩储层孔隙结构分形特征描述

在前人对孔隙结构分形特征研究的基础上,利用分形几何理论,建立了描述储层孔径分布的分形几何公式和储层毛管压力曲线的分形几何公式;利用岩心压汞测试资料,建立了描述孔隙结构的分形几何模型,探讨了砂岩孔隙结构的分形特征.研究表明孔隙的分形特征是分区域的,分形维数可以定量描述孔隙的非均质性,分形维数大,砂岩孔隙分布的非均质性强.依据建立的孔隙分形模型,在考虑孔隙结构、润湿性变化的基础上,根据函数公式和毛管束模型,推导出了油水相对渗透率的理论预测公式.根据所得到的理论预测公式,进行了相对渗透率曲线预测.预测结果表明,预测曲线与理论曲线是一致的.同时,可用于长期水驱后油水相对渗透率的预测和不同储层相渗曲线的归类,指导油田开发.     

储层孔隙结构对油水两相相对渗透率影响微观模拟研究

油水相对渗透率曲线是表示两相渗流的重要信息,而储层微观孔隙结构特征是影响相对渗透率的重要因素.结合逾渗理论,采用截断威布尔分布作为孔喉分布函数,模拟初次油驱和二次水驱过程,建立了油水两相流的三维准静态孔隙网络模型.利用建立的孔隙网络模型,研究了水湿情况下储层微观孔隙结构参数如孔喉半径、孔喉比、配位数、形状因子等对油水相对渗透率的影响.结果表明:孔喉半径和孔喉比越大、配位数和形状因子越小,残余油饱和度越大,两相共流区越窄;配位数对非润湿相相对渗透率影响较大,而形状因子对润湿相相对渗透率影响较大.     

应用Bethe网络研究孔隙结构对两相相对渗透率的影响

利用Bethe网络,根据基本逾渗理论,采用截断正态分布来表示孔隙大小分布,研究了不同孔隙结构对两相相对渗透率曲线的影响,包括平均喉道大小、分布的均匀程度和配位数等有关孔隙结构特征参数.计算表明,用Bethe网络可以很方便地研究孔隙结构对相对渗透率的影响.     

考虑页岩基质不同孔隙特征的表观渗透率模型

页岩基质含气量大、供气时间长,其渗透率随地层孔隙压力变化的演化直接影响气藏的长效产气能力。基质中微纳米孔隙发育,有机孔隙和无机孔隙的力学性质和流体传输机理各异,有效应力和流态变化都将影响其表观渗透率。此外,有机质中的吸附气使岩体发生吸附变形也不同程度地影响表观渗透率。基于孔弹性理论,考虑有机孔隙和无机孔隙中不同岩石力学参数、流体流动机理以及有机孔隙吸附变形的特点,建立了适用于页岩基质的表观渗透率模型,分析了不同孔隙参数对表观渗透率的影响,揭示了表观渗透率演化的主控因素。结果表明,在定压注气和采气过程中,页岩基质表观渗透率的演化均与时间有关,主要受稀薄气体效应、有效应力变化以及有机孔隙周围局部吸附膨胀或解吸附收缩影响。表观渗透率演化过程的主控因素随时间变化,同时与有机孔隙、无机孔隙的体积占总孔隙体积的比例有关。     

有机质孔隙对页岩气流动能力影响研究

页岩中存在有机质孔隙和无机质孔隙,目前页岩气表观渗透率模型忽略了孔隙类型、孔隙半径分布对气体流动能力的影响.本文基于页岩二维剖光扫描电镜图像数值重建页岩三维数字岩心,并提取孔隙相中轴拓扑结构.根据地质上对有机质孔隙空间分布、有机质孔隙和无机质孔隙半径分布的认识,在对应孔隙喉道位置,充填满足对应孔隙半径分布以及空间分布关系的有机质孔隙和无机质孔隙,建立3种不同有机质孔隙分布模式的页岩孔隙网络模型:有机质孔隙条带状分布、有机质孔隙连片分布、有机质孔隙分散在无机质孔隙中.有机质孔隙中气体流动考虑吸附解吸、表面扩散、黏性流、努森扩散,无机质孔隙中气体流动考虑黏性流、努森扩散,气体性质计算考虑真实气体效应以及在微纳米孔道中相态变化.结果表明,当有机质孔隙半径分布小于无机质孔隙半径分布,有机质孔隙成条带状分布模型气体流动能力最强,有机质孔隙连片分布模型气体流动能力最弱.当有机质孔隙半径分布大于无机质孔隙半径分布,有机质孔隙成条带状分布模型气体流动能力最强,有机质孔隙分散在无机质孔隙模型气体流动能力最弱.本文的研究对认识页岩气流动能力具有显著意义.     

碳酸盐岩双孔隙网络模型的构建方法和微观渗流模拟研究

碳酸盐岩油藏作为全球的主力油气储集层,在微观尺度上分布有大量发育的大孔隙和微孔隙,研究不同孔隙对其微观渗流特征的影响具有重要意义．本文基于碳酸盐岩中分别描述大孔隙和微孔隙特征的单一尺度孔隙网络模型,利用整合法构建出能够同时描述大孔隙和微孔隙特征的双孔隙网络模型,最后模拟各网络模型的渗流过程,计算相应的渗流特征参数并同岩心实验室渗透率进行了对比．结果表明,基于整合法构建的双孔隙网络模型可根据区间域随机产生任意大小的网络尺寸,不仅同时包含大孔隙和微孔隙的几何拓扑结构信息,而且可同时描述大孔隙和微孔隙的渗流特征,能够较好描述真实碳酸盐岩油藏中多尺度孔隙特征．双孔隙网络模型的绝对渗透率和实验室岩心结果基本一致,水湿油藏条件下对比各网络模型的相对渗透率曲线发现,双孔隙网络模型的等渗点含水饱和度均大于大孔隙和微孔隙网络,其残余油饱和度明显减少,这是由于大孔隙和微孔隙的整合极大地提高了双孔隙网络的连通性,进而大幅度提高网络的渗流能力,本研究为碳酸盐岩微观渗流研究提供了重要的理论基础．     

基于孔隙尺度的燃料电池气体扩散层结冰研究

针对燃料电池用气体扩散层内液态水在孔隙尺度下的动态结冰过程,首次引入了一种介观模拟尺度方法——格子Boltzmann方法.首先,构造燃料电池用真实气体扩散层三维微孔隙结构;其次,通过一维半无限大空间凝固热传导、二维直角区域凝固和二维介质方腔凝固三组数值试验严格考察该凝固模型中液态水、固体冰和碳纤维不同热物理参数选取的精确性,证明引入的格子Boltzmann方法在研究燃料电池气体扩散层中结冰现象的有效性;最后,针对孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的二维气体扩散层在孔隙尺度下的结冰过程进行模拟研究.模拟结果表明,对应孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9时,气体扩散层孔中液态水完全结冰量纲一时间F_0分别为2.67、3.11、3.68、4.31和4.84,有自然对流情况下的结冰时间F_0比无自然对流时分别减少0、0、0.001、0.001和0.007.     

页岩储层纳米孔隙流动模拟研究

页岩气作为一种重要的非常规天然气资源已受到普遍关注,但页岩储层主要发育纳米孔隙,而针对页岩气在
纳米孔喉中运移的研究还相对滞后,这严重制约了页岩气藏的高效开发。针对纳米尺度孔隙,考虑页岩气的吸附解
吸及吸附相表面扩散,自由气的黏性流、滑脱效应及Knudsen 扩散等运移机制,建立了页岩气单相流动数学模型,并开
展了流动模拟研究。模拟结果表明：对于以纳米孔隙为主的页岩基质,甲烷在孔隙壁面的附着及表面扩散、气体滑脱
及Knudsen 扩散等均将影响气体流动,造成表观渗透率显著高于Darcy 渗透率,且孔喉越细小,压力越低,表观渗透率
与Darcy 渗透率相差越大。通过分析各运移机制对页岩气流动的影响,有助于深入了解页岩气运移产出过程,从而指
导页岩气藏的有效、高效开发。     

氧化钙孔隙参数对固硫反应速率的影响

为研究孔隙结构对固硫特性的影响,采用随机行走方法从分子运动理论的角度建立了多孔颗粒中的气体扩散模型。用简单碰撞理论来模拟气固反应,运用Fick扩散定律来模拟钙离子在产物层中的扩散。在不同温度和不同二氧化硫体积分数下进行数值模拟,研究了反应条件及孔隙参数对固硫速率的影响。结果表明,在固硫过程第一阶段,固硫速率与温度关系符合Arrhenius方程,与反应气体体积分数成线性关系;固硫速率受颗粒的孔隙率及比表面积的影响规律不明显,而与分形维数的指数成线性关系。     

南堡凹陷古近系泥页岩孔隙结构特征

对南堡凹陷古近系泥页岩采用岩石热解、X衍射矿物分析、扫描电镜观察、氮气吸附测试等实验方法,探讨主要目的层段泥页岩孔隙结构特征。结果表明,南堡凹陷古近系泥页岩具有低孔致密的储层特征,部分样品具有较高的脆性矿物含量,有利于形成裂缝网络;微观孔隙类型主要包括有机质孔隙、粒间孔、粒内孔和微裂缝;微孔和中孔提供了绝大部分比表面积与孔体积,是气体吸附和存储的主要场所;泥页岩孔隙结构主要有细颈长体的墨水瓶孔型、四面开放的平行板型,其中以有利于气体吸附存储的墨水瓶型为主;有机碳含量是控制南堡凹陷古近系泥页岩中纳米级孔隙体积及其比表面积的主要内在因素;石英含量与孔体积有较好的正相关性;脆性矿物对于孔隙有积极的建设作用;有机碳含量是影响页岩吸附气体能力的主要因素。     

微泡沫直径与地层孔隙直径的匹配关系

将气液两相流通过填砂管制备一种气泡直径主要分布于10～100μm的微泡沫,通过微观实验研究气液比和填砂管渗透率对微泡沫直径的影响,揭示微泡沫封堵机制。采用多测压点人造岩心模拟多孔介质研究微泡沫对地层起封堵作用时微泡沫直径与地层孔隙直径的匹配关系。结果表明:通过调节气液比、填砂管渗透率可实现微泡沫平均气泡直径12. 39～99. 31μm可调;当微泡沫平均气泡直径与岩心平均孔隙直径比为1. 45～2. 16时,微泡沫兼具较好的注入性及深部封堵能力,此时微泡沫直径与岩心孔隙直径相匹配,通过调节微泡沫平均气泡直径,可使微泡沫与渗透率为0. 02～10. 9μm2的地层匹配;微泡沫主要通过气泡叠加作用在高渗区域形成暂堵带,后续流动的微泡沫以"弹性变形"或"直接通过"的方式流入低渗区域,少量气泡以"纹理状"结构占据小孔隙处形成封堵;随着气液比增加,微泡沫气泡数量增加,在孔隙处由间歇性的封堵方式向持续的封堵方式转变,微泡沫封堵能力和可变形性增强,气液比为1时的封堵能力最强。     

致密砂岩孔隙尺度应力敏感分析

油田开发过程中,有效应力随地层压力减小而增加,储层岩石发生形变,孔隙度及渗透率降低,应力敏感现象明显。基于应力敏感实验以及岩心CT扫描图像,采用MIMICS和ANSYS软件,利用有限元方法从孔隙尺度对致密砂岩岩心单轴受力及三轴受力过程进行模拟,分析了应力条件下孔隙结构的变化规律。结果表明:非均质性对储层应力敏感具有明显影响;单轴应力作用下,岩心孔隙边缘和孔隙连接处存在应力集中现象;节点位移呈层状分布且受应力传递的影响;三轴应力作用下,岩心骨架受力变形,孔隙概率分布左移,导致平均孔径、孔隙度及渗透率损失。孔隙度越高,其平均孔径降低幅度越大,即孔隙度降低幅度越大。     

川东南志留系小河坝组致密砂岩储层孔隙结构

针对川东南地区下志留统小河坝组致密砂岩储层,利用铸体薄片、扫描电镜、物性测试、高压压汞、恒速压汞等技术手段,结合前人的研究成果,对储层微孔隙类型和结构特征进行研究。结果表明:储层演化程度较高,原生孔隙发育较少,次生溶孔占总孔隙的80%,包括微米级粒间溶孔、微米-纳米级粒内溶孔和杂基溶孔;高压压汞屏蔽了半径较大的孔隙,表征的孔喉半径为0.01～1.26μm,半径0.1μm的喉道所占比例10%;恒速压汞测试表明,渗透率不同的样品孔隙半径大小及分布范围相近,孔隙半径主要集中在145μm左右,分布范围为40～260μm;喉道半径大小相差悬殊,且分布范围较大,为0.1～2.7μm。高压压汞和恒速压汞结合表征小河坝组致密砂岩的孔隙半径为0.01～260μm,喉道半径为0.01～2.7μm;致密储层孔隙度主要受单位体积有效孔隙数量、有效孔隙半径大小的影响,而渗透率主要受控于有效喉道半径的大小和分布,储层物性的差异则是这些孔-喉结构参数共同影响的综合体现。     

非常规储层孔隙网络两相流动模拟研究

针对非常规储层多相渗流微观机理认识不清且室内实验开展困难的问题,基于星形截面流体微观赋存模型,结合高性能图论算法和开源可视化表征软件,在考虑活塞式驱替、卡断填充、协同式填充、带油膜充填等孔喉微观填充机理基础上,建立孔隙网络两相流动模拟方法;并运用该方法模拟了初次排驱和不同润湿性条件下的水驱油过程,实现了对孔隙网络内非润湿相连通关系的动态监测,表征了剩余油的三维空间展布,计算得到相对渗透率曲线和毛细管力曲线。通过对比计算获得的相对渗透率曲线与室内实验获得的相对渗透率曲线,验证了建立的孔隙网络两相流动模拟方法的有效性和准确性。运用建立的孔隙网络两相流动模拟方法对吉木萨尔页岩储层的复杂油水两相流动机理进行了探讨。结果表明：吉木萨尔页岩储层两相流区域狭窄,残余油饱和度高,水相存在“渗透率圈闭”现象。研究结果为非常规储层两相流动模拟提供了有效方法。     

基于微米CT技术的黄土岩孔隙保存机制及渗透率各向异性

与其他岩类不同,黄土岩遇水后有明显的湿陷特征,进而引发宏观的地质灾害现象,而这些现象的产生与黄土内部矿物、孔隙分布以及渗透率各向异性关系密切。因此,进一步深入研究黄土岩内部结构,对分析黄土湿陷性特征产生的原因具有重要的科学意义,并可为除黄土岩性外其他岩性提供一种探究矿物、孔隙、渗透率之间关系的研究思路。基于此,选取A地区黄土样品,采用微米CT(computed tomography)图像,综合分析黄土中矿物成分、矿物形状,模拟了黄土岩孔隙网络分布,并基于Navier-Stokes方程及达西渗流公式描述流体运动形式,分别确定了12个孔隙体绝对渗透率大小,对不同方向的渗透率大小进行分析。结果表明:(1)黄土岩中石英、长石、重矿物、云母等不同矿物之间形状差别大,矿物长轴长度与其磨圆度、体积组分之间有较好的对应关系;(2)各类矿物分布规律性不强,黄土岩中孔隙分布分散,孔隙喉道之间连接方式变化大,孔隙空间分布非均质性强。(3)相对石英、长石以及重矿物,云母由于其形状特性,极大的影响黄土岩中孔隙的形成及后期赋存,也间接对其渗透率各向异性的产生起着至关重要的作用。     

固相颗粒在分形多孔介质中运移的网络模拟

孔隙结构分布特征是影响固相颗粒在多孔介质中运移沉降规律的关键因素 .油藏砂岩孔隙大小分布在一定标度范围内具有统计自相似性 .采用地层砂岩压汞资料 ,通过对微分汞饱和度与孔隙半径进行对数回归来估计孔隙大小分布分维 ,并用三维多段组合式网络模型对注入颗粒在不同分维的多孔介质中运移沉降造成渗透率下降的规律进行了模拟研究 .探讨了颗粒运移沉降对地层伤害的程度和孔隙大小分布分维之间的关系 .     

储层孔隙结构特征及其对开发的影响-以辽河盆地西部凹陷某试验区于楼油层为例

以辽河盆地西部凹陷某试验区为例,综合7口取心井岩心、镜下薄片、分析测试以及400口井测井精细解释储层物性等多种资料,从微观和宏观角度对稠油热采储层孔隙结构进行研究。研究区储层为高孔高渗,平均孔隙度31.25%,平均渗透率1 829.3 md。从微观成因角度,将研究区目的层孔隙结构划分为原生孔隙和次生孔隙等2大类,同时进一步细分为粒间孔隙、粒内孔隙、基质内微孔、解理缝、粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、特大溶蚀粒间孔、构造缝和溶蚀缝等10种亚类,其中以粒间孔隙和粒间溶孔为主。宏观上,基于精细测井解释资料,绘制了不同单层孔隙结构分布特征图。高孔隙度的区域主要呈北西-南东向条带状分布与水下分流河道主流线部位,指示孔隙度主要受沉积微相控制。在蒸汽吞吐转蒸汽驱开发方式转换时,应该充分考虑储层孔隙度的影响作用,在保证注汽井和采油井位于孔隙度高值区与的同时,应该尽量使得同一井组位于高孔隙度连片区域,已取得最好的注采对应效果。同时应该适当控制注入压力,防止蒸汽沿着高孔隙度发育条带突进,从而降低波及体积和提高石油采收率。     

孔隙结构对碎屑储集岩物性控制作用的定量描述

油气储集岩的微观孔隙结构对其物性具有重要的控制作用.通过扫描电镜的直接观察和对应的孔渗物性分析揭示了微观孔隙结构与岩石孔渗性能呈良好的正相关关系.由常规压汞法可以提取多项表征储集层微观孔隙结构的特征参数,使用对应分析数学地质手段筛选出主控因素.通过多元线性回归,获得了储集岩孔隙度、渗透率与其孔隙结构参数之间的定量关系,以及储集岩孔隙度与其孔隙结构参数及矿物组成之间的定量关系.这些定量关系证明了孔隙结构对碎屑储集岩物性的明显控制作用,为储集岩孔渗性能的预测提供了新的手段.