人造砂岩样品多尺度微观结构表征和流体流动模拟

油气储层砂岩中的微观孔隙结构对其中流体的储集和运移具有重要影响。本文对一人造砂岩样品进行了微焦点X射线CT成像。分别采用最小二乘图像阈值分割法和数据约束模型（Data-constrained modeling, DCM）计算得到了样品组分三维分布。基于两种算法生成的样品微观结构用部分渗透格子玻尔兹曼法模拟了水在样品中的单相流动，分析了样品中孔隙分布与流体流速分布之间的关系。研究结果显示，最小二乘图像阈值分割算法可以有效提取人造砂岩样品中石英颗粒之间的大孔，但是会丢失小于CT分辨率尺度的孔隙信息。DCM模型的计算结果不仅包含了石英颗粒之间的大孔，同时包含了样品中通常与碳酸钙共存的小尺度孔隙。流动模拟的数值结果表明本文所研究样品中小于CT体元尺寸的孔隙对样品渗透率具有显著的贡献，流体进入端面处的孔隙分布对流体流速分布影响较大，流体流速分布与孔隙率分布不成正比。     

基于格子玻尔兹曼方法的致密砂岩驱替模拟

基于数字岩心建模方法和格子玻尔兹曼方法,开展致密砂岩水驱模拟研究,分析致密砂岩水驱微观过程和机制。首先利用大庆油田龙虎泡地区高台子组致密砂岩CT扫描数据,建立三维数字岩心模型;然后利用Shan-Chen格子玻尔兹曼方法,建立油水两相驱替数值模型;之后对比分析不同注入速度和注入压力条件下驱替效率、换油率与驱替参数的关系,并给出致密砂岩三维微观孔隙尺度的驱替过程。结果表明:相同累积注入量条件下,提高水驱注入速度和驱替压差可以提高最终驱替效率;水驱注入速度和驱替压差存在驱替效率拐点;恒速水驱的平均最终驱替效率为49.6%,恒压水驱的平均最终驱替效率为47.3%。     

质子交换膜燃料电池微扩散层孔隙结构与渗透率的孔隙尺度模拟

运用基于球体的模拟退火方法和动态颗粒堆积模型数值重建了微扩散层(MPL),其中前者更能准确地反映多孔介质的孔隙特性.利用具有多反射固体边界的多弛豫时间格子玻尔兹曼方法模拟了重建的微扩散层内的单相流动.系统地分析了碳相体积分数、聚四氟乙烯(PTFE)载量、孔隙率和PTFE分布方式对微扩散层孔隙结构和渗透率的影响.结果表明:微扩散层渗透率随碳相体积分数和PTFE载量的增加而减小,且PTFE的分布方式影响微扩散层的孔隙结构和渗透率.KC关联式低估了MPL的渗透率,通过拟合计算数据提出了预测MPL渗透系数的关联式,预测结果与孔隙尺度模拟结果的相对误差小于12%.     

岩石孔隙结构表征与流体输运可视化研究进展

孔隙结构特征的室内测试技术主要分为间接测试和直接测试两大类。前者主要以获取孔径分布等特征统计参数为主的流体注入法及孔隙流体饱和度的反分析法。后者主要为以获取孔隙结构图像为目的的光学辐射法。微观渗流物理实验可以实现孔隙空间中流体流动形态的可视化监测与分析，获取宏观条件下难以观测的实验现象，有助于孔隙尺度下渗流及驱替过程中复杂流动行为的微观力学机制分析。基于岩芯微观孔隙结构图像的模型重建是一种实现孔隙结构精细化表征与流体输运特性可视化研究的数值分析手段。基于不同的表征思想，多孔介质内流体输运控制方程可分为分子动力学模拟、格子玻尔兹曼模拟和计算流体动力学模拟。主要通过泊肃叶定律和准静态模型实现孔隙尺度流体流动和驱替过程的模拟。     

致密砂岩储层微观孔喉表征及渗流模拟

为全面表征致密油储层的微观孔隙结构,对松辽盆地下白垩统青山口组致密砂岩储集层样品进行微米、亚微米尺度CT三维成像研究.在微米尺度下,样品1的孔喉结构表现一定的非均质性;样品2的孔吼结构整体均质性较强.在亚微米尺度下,样品1的孔喉直径主要为2.0~3.9μm,其中存在一些较小的短管状、孤立球状微米级孔隙;样品2的孔喉直径主要为2.2~4.2μm,颗粒周围存在一些具有一定连通性的短管状微孔,兼具喉道与孔隙的双重功能.利用格子Boltzmann方法进行单相微观渗流模拟分析,在0.7μm分辨率下,样品1、2的提取孔隙度分别为6.25%、9.3%,模拟渗透率分别为0.042、0.13 m D;在1.46μm分辨率下,样品2的提取孔隙度为9.14%,模拟渗透率为0.071 m D.两块样品的渗透率都具有一定的各向异性.基于上述结果,总结出该地区超低渗的五个决定性因素.     

多孔介质中固体体积分数与颗粒尺度对流体绝对渗透率的影响

多孔介质渗透率是影响流体流动的重要因素,对多孔介质渗透率的研究在油气开采、地下水文学等工程技术领域具有实际的应用价值。本文通过在立方体空间中随机填充球形固体颗粒生成不同固体体积分数和颗粒半径的三维多孔介质数值模型。利用格子玻尔兹曼法模拟流体在这些模型中的流动并计算得到不同固体体积分数和颗粒半径下多孔介质模型的渗透率,分析了多孔介质中固体颗粒半径和体积分数对渗透率的影响,并通过数据拟合得到了渗透率关于固体颗粒半径和体积分数的函数关系。通过与二维多孔介质中渗透率关于孔隙率和固体颗粒粒径的函数关系对比,发现在三维多孔介质中,渗透率与固体体积分数和粒径之间具有与二维情况下类似的幂律指数关系。     

致密砂岩储层孔-喉连通性研究——以鄂尔多斯盆地长7储层为例

储层的孔-喉连通性是致密砂岩储层评价过程中所用到的一个重要参数,而孔-喉连通性的研究受到致密砂岩储层复杂的纳米喉道影响,其量化手段单一、表征参数不明,是当下该研究领域中的难点.为进一步完善储层连通性的表征手段,利用纳米CT技术、核磁共振冻融技术以及三离子束刻蚀结合场发射扫描电镜-PCAS(Pores and Cracks Analysis System)技术,从定性和定量两个角度对于鄂尔多斯盆地延长组7段典型(粉砂、细砂、泥质粉砂)致密砂岩样品的连通性进行不同尺度的表征分析.实验结果表明,致密砂岩孔隙的孔径大小与其所沟通的喉道数目呈正相关;致密砂岩中连通孔隙的体积对于连通性的贡献远高于连通孔隙的数目;油浸的细砂岩样品其连通性高于油斑的粉砂岩样品.实验分析认为,多方法联用的表征方法是致密砂岩储层连通性刻画的重要手段.     

不锈钢材料微观结构的数据约束模型表征

不锈钢材料中的微观缺陷分布对其机械性能及耐蚀性具有重要影响。文章对一316L不锈钢样品进行了X光断层扫描成像(X-ray CT),发展了一种CT图像移动体积平均方法以去除线性吸收系数空间不均匀性伪影。建立了样品的数据约束模型,提取到样品中包含小于CT体元尺寸的缺陷分布。基于计算所得每个体元中缺陷的体积分数对缺陷的联通团簇进行了计算,以此为基础估算了样品中的缺陷分布尺寸范围。研究结果表明,相比目前主流的图像阈值分割算法,数据约束模型可有效提取样品中小于CT体元尺寸的缺陷分布,为不锈钢样品的三维微观结构表征提供了新的思路。     

用Lattice Boltzmann压力模型模拟纳米增注实验的流动参数

经岩心流动实验证实,岩心经纳米颗粒吸附法处理后,水流速度加快,岩心的水相渗透率有了大幅提高,平均达到82%。采用Forchheimer-Darcy模型描述岩心微孔道内的流体流动特征,建立了多孔介质表征体单元(REV)尺度上的不可压Lattice Boltzmann(LB)压力模型,编制了修正反弹格式的LB模拟程序,模拟了多块岩心的渗流效果,计算了纳米颗粒吸附法处理前、后的相关流动参数。数值模拟结果与实验结果吻合较好,说明LB压力模型适合模拟多孔介质的流动,在纳米增注渗流机制研究方面将有很好的应用前景。     

基于铸体薄片的致密砂岩储层孔隙微观参数定量提取技术

针对致密砂岩储层的孔隙度、渗透率极低,物性及孔隙结构定量表征困难等问题,将图像处理技术引入铸体薄片分析中,通过改进Sigma滤波有效去除图像噪声,得到高分辨率和信噪比的铸体薄片图像.应用多维阈值分割和形态学滤波方法实现孔隙提取和二值化.在孔隙提取的基础上,应用计点统计技术和拓扑学方法实现了孔隙微观参数如平均孔隙半径、圆度、孔隙纵横比的定量计算,突破了过去对铸体薄片以定性和半定量为主的局限性,有效地挖掘了铸体薄片的孔隙结构内涵信息.将结果与压汞毛管压力参数对比可知,基于铸体薄片的孔隙微观参数与压汞孔隙微观参数在表征孔隙结构上具有一致性.与压汞毛管压力、岩心核磁共振等实验相比,铸体薄片对样品要求简单,测试速度快,且由于高温高压注入技术能将染色树脂极大程度地注入孔隙空间,在致密砂岩储层孔隙结构定量表征中具有无可比拟的优越性.     

基于数字岩心的泥浆侵入数值模拟及微观机理

石油钻井中由于钻井液压力略大于地层压力,使得钻井泥浆侵入到原始地层中,改变地层的电阻率,进而影响电阻率测井的准确性。以岩心CT扫描得到的数字岩心模型为基础,利用格子玻尔兹曼方法来模拟泥浆侵入的过程,结合有限元方法计算泥浆侵入过程中岩心电学特性参数的变化,并结合岩心孔隙结构参数,从微观尺度上认识泥浆侵入过程,从而系统地分析泥浆侵入的微观机理。孔隙微观结构参数中,渗透率、孔隙连通性及孔喉半径对泥浆侵入和电阻率影响显著,在实际测井解释中,有必要针对不同渗透率的岩心建立相应的电阻率校正模型。     

微裂缝对致密多孔介质中气体渗流的影响机制

采用考虑正则化过程的微尺度格子Boltzmann模型研究微裂缝对致密多孔介质中气体渗流的影响机制。首先采用漫反射滑移边界条件,并考虑正则化过程构建适用于高努森数下多孔介质中气体流动模拟的微尺度格子Boltzmann模型,基于该模型进行二维裂缝性致密多孔介质中的气体流动模拟,研究微裂缝对致密多孔介质中气体渗流的影响,并构建二维并联孔隙模型模拟揭示微裂缝对致密多孔介质气体渗流的影响机制。结果表明:微裂缝的存在能够明显提高致密多孔介质的渗透率,且连通性裂缝的影响更明显;随着压力的升高,微裂缝提高致密介质气体渗透率的作用增强,随着压力减小,基岩与裂缝中的气体流速差别减小,基岩对多孔介质渗透率的贡献增加,当压力极大或极小时,裂缝与基岩中平均流速比趋于定值,微裂缝的影响趋于稳定;微裂缝能够提高致密多孔介质渗透率的主要原因是在压降方向上微裂缝与基岩形成了并联高渗通道。     

体积压裂水平井增产潜力及产能影响因素分析

新型压裂改造技术-水平井体积压裂技术的发展进步是成功开发致密油气藏的巨大推动力。体积压裂可使致密储层形成裂缝网络系统,提高单井产量和油藏的可采储量_[1-2]。体积压裂技术对储层进行三维立体的改造,根据裂缝网络的复杂特征,本文提出了数值模拟FNDP模型,建立三维复杂裂缝网络模型,有效的将复杂裂缝网络系统及其渗流规律进行表征,对影响体积压裂水平井产能的5个地质参数进行敏感性分析,并对其增产潜力进行评价。结果表明,体积压裂对储层渗透率较小的致密油藏改造效果显著;次生裂缝导流能力越强,体积压裂的增产潜力越强。研究成果为致密砂岩油藏体积压裂的开发方案设计工作提供一定参考。     

基于DCM模型与同步辐射CT的煤直接液化残渣物理结构表征

利用多能量同步辐射CT与数据约束模型(DCM)对煤直接液化残渣样品物理结构进行了可视化表征。对残渣样品组分X射线吸收特性进行了分析。分别在14keV、16keV、20keV的X射线能量下获得三组残渣样品的CT实验数据并进行了重构。研究发现,基于DCM方法可区分残渣样品CT图像中未转化的煤基质与重油及沥青类物质,而重油与沥青类物质不可相互区分。DCM计算结果表明残渣中未转化的煤基质与重油及沥青类物质交错分布,黄铁矿呈聚集状态分布,样品中部分区域可见弥散分布的含铁催化剂颗粒。     

白豹地区长3储层微观非均质性的实验研究

目的 探讨鄂尔多斯盆地白豹地区长3储层的微观非均质性特征.方法 通过真实砂岩微观模型实验对储层进行研究.结果 白豹地区长3储层为致密型砂岩,真实砂岩微观模型实验直观地显示出长3储层具有很强的微观非均质性.结论 砂岩的成岩作用和孔隙结构是影响本区长3储层微观非均质性的主要原因.在低渗透砂岩中,溶蚀作用引起砂岩产生强烈的非均质性,而这些砂岩则形成长3储层的高渗带.     

基于孔隙网络模型的碳酸盐岩岩心跨尺度分析

现有微观孔隙结构研究手段多局限于在微尺度提供孔喉尺寸、孔喉比等孔隙结构参数,所得结果无法直接应用于岩心尺度及矿场尺度等宏观尺度的研究中,其研究结果与储层实际结合具有一定困难。为此,从多尺度评价角度出发,以碳酸盐岩岩心数据体为研究对象建立孔隙网络模型分析碳酸盐岩微观孔隙结构,在此基础上,根据分布函数及分形函数对其进行尺度升级,获得岩心尺度评价参数。结果表明：尺度升级后的岩心表现出明显低渗、致密特性,与孔隙网络模型分析结果相符。可见,对微观孔隙结构分析结果进行尺度升级具有一定可行性,并且升级结果对于宏观尺度的评价工作具有一定的理论意义。     

储层特征与真实砂岩微观模型实验研究——以鄂尔多斯盆地华池地区长3储层为例

目的 探讨鄂尔多斯盆地华池地区长3储层特征.方法 利用真实砂岩微观模型实验对储层进行研究.结果 鄂尔多斯盆地华池地区长3储层为致密型砂岩,真实砂岩微观模型实验直观地显示出鄂尔多斯盆地华池地区长3储层具有很强的微观非均质性.结论 砂岩的成岩作用和孔隙结构是影响鄂尔多斯盆地华池地区长3储层微观非均质性的主要原因.在低渗透砂岩中,溶蚀作用引起砂岩产生强烈的非均质性,而这些砂岩则形成长3储层的高渗带.     

致密砂岩气藏动态水锁定量评价新方法

致密砂岩气藏开发过程中普遍存在水锁现象,其严重影响气相渗透率及采收率,极大制约了气藏的高效开发,因此水锁程度的准确评价对于气藏精细开发尤为重要。本文通过致密砂岩储层微观孔喉结构分析及基本渗流原理,结合动态生产参数,建立了孔隙度、生产压力梯度与水锁效应之间的数学联系,创新性的提出了动态水锁指数的概念,从而对生产中的水锁程度进行定量化的表征。进而将微观下的表征结论推广到宏观,从微观尺度到宏观尺度对水锁状况进行定量化的分析,明确了不同生产压力梯度与孔隙度对水锁效应的影响程度,建立了一套动态水锁程度定量评价新方法。通过对研究区实际生产资料进行对比分析,进一步验证了该评价方法的准确性与可行性,运用该方法能够对致密砂岩气藏中的水锁程度进行定量化的分析和监测,从而为剩余气分布状况的明确及下一步增产工艺措施的设计提供指导。     

多尺度椭圆形集料尺寸分布对混凝土边界效应的影响

为了探讨集料对混凝土边界效应的影响机理,利用计算机模拟技术,分析了在等体积分数分布下多尺度椭圆形集料的最大粒径和面积分数对混凝土边界效应的影响.基于体视学理论,在构造的多尺度椭圆形集料随机堆积模型中,采用线采样的方法获取模型化混凝土结构的固相体积分数.模拟结果显示,混凝土结构中固相体积分数曲线形状和界面过渡区厚度随集料...     

利用格子Boltzmann方法计算页岩渗透率

针对页岩中孔隙主要分布在纳米尺度的特点,建立Knudsen数修正固体边界并考虑镜面反弹的格子Boltzmann模型。利用二维平板模型,考察Knudsen数对渗透率的影响,得出在一定误差条件下,须考虑Knudsen数修正的最大孔隙宽度。由页岩的SEM扫描图像重构得到三维数字岩心,利用新模型进行模拟流动,并计算得到绝对渗透率。结果表明:利用Knudsen数修正后,通道中间部分流体速度增大,固体边界处速度变小;压力不变,随着孔隙直径变小,Knudsen数增大,渗透率变小。