滨海软土微观孔隙测定方法研究

摘 要 土体孔隙结构是其重要物理力学指标,对研究土体变形、破坏有重要意义。本研究通过室内试验（SEM、CT技术）及数值模拟（ArcGIS）对滨海软土的孔隙结构、孔径大小及分布进行研究,就土体在分级荷载下的二、三维孔隙结构进行探讨。将基于CT试验的ArcGIS三维孔隙率、PCAS统计的SEM二维孔隙率、利用SEM二维图像计算的三维孔隙率、压汞试验实测孔隙率进行对比,分析不同方法测定孔隙率的精确度。同时对SEM图像进行测量和分析,统计不同孔径的孔隙数量随荷载的变化规律,从而分析软土的固结机理和微宏观力学性质。研究表明：随竖向荷载增大,土体大孔隙逐渐被压缩,孔隙平均直径逐渐减小,总孔隙体积减小,结构单元之间变得紧密,表观孔隙率减小。土体的轴向、径向和体积的收缩变形是由于孔隙的压缩以及颗粒的变形引起的,同时孔隙的分形维数受孔隙的压缩和颗粒的影响较大,周长-面积法求取孔隙的分形维数受阈值选取影响,但体积-面积法不受阈值选取的影响。     

基于孔隙特征的天津滨海软粘土微观结构研究

利用真空冷冻干燥法,制得天津滨海新区软土不同固结压力下代表性样品,并利用扫描电子显微镜(SEM)对样品进行扫描观察.在此基础上系统地分析了样品SEM图像在不同固结压力下孔隙结构参数的变化规律及运用平面分形维数Dp对样品不同固结压力下土中孔隙分布状况的整体性、平均性进行了分析,且提出能够综合反映土中孔隙的大小、形态、分布、定向性等微观特征的结构性参数孔隙结构因子(pore structure factor).分析表明,土体内部孔隙的结构性参数与外部荷载之间有着良好的对应关系,在结构屈服压力前后,土体内部孔隙特征存在明显的差异.     

压汞法对不同深度软土固结的微观孔隙特征研究

软土的微观孔隙特征对软土的固结特性以及渗透特性有较大的影响。压汞法是广泛应用于研究材料孔隙特征的方法,利用压汞法对不同深度的珠海原状软土在不同的固结压力下进行了微观孔隙特征测试。对比研究了软土孔隙大小分布、孔隙面积、孔隙比以及平均孔径与固结压力的关系。试验结果表明:软土在固结过程中孔隙特征的变化受原状初始物理性质的影响;软土试样随着固结压力的增大,由孔径为400 nm—2500 nm区段的孔隙逐渐发展为孔径30 nm—400 nm区段的孔隙,即固结过程中软土试样的较大孔隙逐渐转变为较小孔隙;软土试样在固结压力100 kPa200 kPa,孔隙比及平均孔径仍在减小,但速度减慢,曲线近于平缓。     

杭州饱和软土固结过程微观结构试验研究

软土的工程特性很大程度上取决于土体内部的孔隙特征及其变化规律,为探讨软土固结过程中压缩性及其微观结构变化机理,对杭州结构性黏土进行室内固结试验,通过液氮真空冷冻干燥技术制备微观土样,借助扫描电镜试验获取微观结构图像,用计算机图像处理软件定量分析土体孔隙特征随着固结压力的变化规律,并讨论微观结构参数与土体压缩性的相关机制。结果表明:固结压力将显著改变软土的孔隙尺度、分布、排列、形态等特征,随着固结压力的增加,孔隙数先增加后减少、微小孔隙的比例增加、均一化程度提高、定向性增强、复杂程度降低;土体微观结构参数与压缩系数随着固结压力的变化规律有很好的相关性,均在固结前期显著变化,在固结后期变化趋于平缓;用土的微观结构变化解释和验证宏观试验土体的物理力学特性是可行的。     

储层岩石微观孔隙结构的实验和理论研究

储层岩石的微观孔隙结构直接影响着储层的储集渗流能力,并最终决定油气藏产能分布的差异。因此,对其详细地研究,探寻各种储层岩石的微观孔隙结构的特点及其分布规律,从而为油气藏的勘探、开发及准确确定注水开发油田不同开发阶段剩余油分布提供科学的依据,具有重要的研究意义。本文介绍了实验上和理论上研究储层岩石微观孔隙结构的方法及进展,并且对其研究的发展趋势和用纳米科技关键仪器-扫描探针显微镜表征储层岩石微观孔隙结构进行了展望。     

基于微观结构的软土地基加固效果评价

在室内固结试验的基础上，通过对电镜扫描相片的分析，得到土体微结构参数(孔隙分布分维d)及其演化规律，结合室内压缩数据对施工场地各点加固效果进行对比分析。结果表明：堆载预压法对软土地基的加固效果要好于强夯处理法。     

软土微观结构表面起伏的三维可视化及分形维数的计算

结构表面的起伏程度是衡量土微观结构的重要特征,目前研究多是二维定性与定量的分析方法,难以全面、真实地反映土的结构表面起伏情况.通过对青岛、广州和中山地区原状软土扫描电镜照相,将SEM图像的灰度设为结构表面至成像表面的距离,根据相互垂直剖面的微观孔隙大小确定了灰度与像素之间转换关系,进而获得软土的三维微观信息,将其导入三维地学软件实现了微观结构表面的三维可视化.该方法操作简单,通过可视化操作可以更直观观察土的结构形态,获得的信息量远远超过二维图像本身.通过改进后的投影覆盖法,提出了一个计算土的结构表面起伏真实分形维数Ds(2≤Ds<3)的方法,得到青岛软土的Ds大于广州软土和中山软土的Ds,说明青岛软土结构表面起伏最复杂.     

基于微观结构的软土地基加固效果评价

以深圳市宝安新中心区软基处理工程为研究对象,根据强夯、堆载联合塑料排水板地基处理过程,取得实验过程和地基处理后软土再压缩的电镜扫描(SEM)图片,通过图像处理和定量化研究,得到土体微结构参数(孔隙分布分维d)及其随压力变化的规律,从而,对施工场地不同的地基处理方案进行了加固效果对比分析.结果表明:堆载预压法对软土地基的加固效果在研究的时间段内要优于强夯处理法.     

珠海海积软土孔隙分布与应力水平的关系研究

采用压汞法研究了不同固结压力作用下具有强结构性的珠海海积软土的微观孔隙入口孔径分布与应力水平的关系,通过X-射线衍射试验(XRD)对其黏土矿物含量进行定量分析,并与加拿大Regina黏土进行了对比.研究结果表明:珠海天然海积软土的孔隙入口孔径分布为主单峰分布;当应力水平小于结构屈服应力时,其孔隙入口孔径分布和微观结构与应力水平无关;当应力水平达到结构屈服应力时,大中孔隙(200 nm)的含量明显减少,而小孔隙(20～200 nm)含量则基本不变;在屈服后阶段,小孔隙含量锐减,整体孔隙空间的孔径趋于均匀.最后,初步分析了珠海海积软土和Regina黏土孔隙分布差异的原因是颗粒组成分布和黏土矿物成分的不同.     

特低渗砂岩储层微观结构及孔隙演化定量分析

为了表征鄂尔多斯盆地姬塬地区长4+5油层组低孔特低渗长石砂岩的孔隙结构,进一步探讨孔隙演化及其控制因素,通过铸体薄片、扫描电镜、高压压汞、X线衍射、粒度分析及物性等资料,分析总结出5种孔隙类型和4种喉道类型;结合成岩作用研究,采用定性分析与定量计算的方法分析孔隙演化过程.研究区储层孔隙以粒间孔、长石溶孔和粒间溶孔为主,发育点状、缩颈状和片状喉道,喉道具有细喉和微细喉的特点.成岩缝的发育改善储层的渗透性,相互连通的微裂缝网络是流体运移的最佳通道.运用未固结砂岩原始孔隙度与砂岩的分选系数的统计关系,恢复计算出研究区砂岩原始孔隙度平均为34.60％.在成岩过程中,机械压实作用和胶结作用对储层孔隙具有中等程度破坏作用,受二者影响,未固结砂岩49.4％的原生粒间孔被压实损失,28.7％的孔隙被胶结破坏.区内溶蚀作用较发育,溶蚀强度中等,并形成大量次生孔隙,使得孔隙度增加到11.33％,溶蚀作用的孔隙增加率为11.0％,极大地改善低孔特低渗砂岩储层的储集空间.定量计算结果与定性认识的一致性以及与室内物性测试结果的吻合性表明:研究方法与结论可靠,这对于同类储层孔隙演化的研究具有借鉴意义.     

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.     

软土卸荷过程孔隙结构演变规律及损伤定量描述

以宏观卸荷试验及此过程的微(细)观结构分析为基础,定义了卸荷软土损伤变量w/wc,采用分形理论定量描述结构性软土卸荷过程中微(细)观结构演变规律。结果表明:土体开挖卸荷实际上是一个渐进并伴随损伤的过程,其损伤演化可以用分形维数D定量描述;软土卸荷过程在整体上呈现分维数减小的趋势,反映了软土损伤趋于增大的演化规律;软土卸荷过程中,随着卸荷等级的增大,软土在横纵断面的颗粒分布分维数和孔径分布分维数都越来越小,但纵断面的变化速度明显低于横断面。因此,颗粒分布分维数和孔径分布分维数可作为描述软土卸荷损伤的定量指标。     

基于蒙特卡罗方法的软土微观结构随机几何模型

 软土微观结构的仿真几何模型是进行软土微观数值模拟的前提和基础。根据常规土工试验获得的土样孔隙比和各粒组含量百分比,采用蒙特卡罗方法生成一定数量的随机多边形单元代表软土微观结构中的各类结构单元体和孔隙,然后通过把它们随机分布到给定大小的区域中,建立了软土微观结构的随机几何模型。把上述方法应用到广东省某高速公路工程软土土样的微观结构仿真建模中,结果表明所建立的仿真几何模型与土样实际微观结构图像具有一定的相似度,验证了文中方法的可行性。     

崇启大桥接线工程下部软土孔隙结构分析

利用压汞法对崇启大桥接线工程下部海陆交互相沉积软土不同深度原状样及某一深度流变样进行了孔隙结构分析.结果表明:接线工程沿线下部软土以颗粒间微孔隙为主,孔径范围在0.02～5 μm之间,其中21,26和30 m深处原状土微孔进汞孔径的峰值分别为0.865,0.351和1.3 μm;其次是少量的团粒内和团粒间大孔隙,孔径在5～200 μm之间,呈多级分布特征.软土孔隙结构特征与其埋深有关,30 m深处原状样中仅含极少量的团粒内和团粒间大孔隙.经历固结压缩和蠕变变形后,软土的孔隙结构进行了重新分布,原状土中大孔隙含量明显减少.软土流变样微孔部分所对应的进汞孔径峰值减小,流变样内包含少量的颗粒内孔隙.     

川西须五非常规气藏储层微观孔隙结构特征

由于川西坳陷须家河组五段陆相非常规气兼具致密砂岩气与页岩气特征,气藏异常复杂。为了研究该气藏储层微观孔隙结构特征,首先应用场发射氩离子抛光扫描电镜观察了砂、泥岩储层微观孔隙类型,然后结合低温氮气吸附法、激光扫描共聚焦显微镜、场发射氩离子抛光扫描电镜、微-纳米CT扫描等技术手段对储层微观孔隙结构开展深入研究。研究结果表明:1须五砂岩孔隙类型主要有溶蚀孔、晶间孔、微裂缝,以溶蚀孔最发育,晶间孔、微裂缝次之,泥质岩孔隙类型有矿物基质孔(粒间孔、粒内孔、晶间孔)、有机孔、微裂缝,以粒间孔、晶间孔最发育,微裂缝、有机孔次之,粒内孔最不发育;2虽然须五非常规气藏物性条件极差,但无论砂岩还是泥岩都存在一定量纳米级的中孔与大孔,其中砂岩孔隙度较泥质岩差,但缝隙孔径较泥质岩大;3低温氮气吸附法只反映连通孔隙,无法表征孤立的孔喉结构,激光共聚焦显微镜的观察范围极小,常用于极典型的孔喉结构刻画;场发射氩离子抛光扫描电镜与CT扫描技术由于依赖于人为设定二值化阈值来计算孔隙度,其阈值无固定标准,主观因素影响计算精度,应综合4种方法开展研究,才能得到更准确、更全面的储层孔隙结构资料。     

致密砂岩气藏储层微观孔隙结构特征及其对产能的影响

致密砂岩气藏复杂的微观孔隙结构是影响储层储渗能力及其产能的本质因素,本文通过铸体薄片观察结合压汞曲线形态及特征参数对苏里格西部苏48区盒8、山1段孔隙结构特性及其影响要素进行了研究。结果显示,孔隙组合类型分为3种：Ⅰ类：溶孔-粒间孔型、Ⅱ类：晶间孔-溶孔型、Ⅲ类：微孔型。其中,Ⅰ类孔隙结构物性好,储集渗透能力强,孔隙度高于10%;Ⅱ类孔隙结构物性较差,孔喉半径分布集中范围较窄;Ⅲ类构成的储层物性较差,该类孔隙结构储层的气、水的渗流阻力较大,通常不构成有效储层。分析实验结果后认为,孔隙结构特征的主要影响因素为埋深与成岩作用。随埋深增加,压实作用增强,在强压实作用下颗粒间接触关系逐渐呈紧密接触,孔喉缩小、排驱压力增加。交代作用、溶蚀溶解等成岩作用对储层的物性有建设作用。碎屑组成以及填隙物含量差异导致孔隙类型发育的不同,从而影响储集性能,最终引起产量变化。高孔渗段产气量较高,低孔渗井段受毛细管阻力影响,气驱水不彻底从而气水同产。     

孔隙溶液对膨胀土微观结构的影响

采用压汞试验和扫描电镜试验,对不同干密度(1.3,1.5,1.7 g/cm~3)的压实膨胀土试样受不同浓度(0.0,0.5,1.0,2.0 mol/L)的NaCl溶液饱和后微观结构的演化进行了详细研究.压汞试验结果表明:NaCl溶液对土中小、微孔隙的影响显著,随着NaCl溶液浓度的增加,小、微孔隙减少,且这种影响随着初始干密度的增加而更为明显.扫描电镜图像显示出NaCl溶液浓度对黏土微观结构的整体形态影响非常明显,钠离子浓度增加后,土颗粒集聚化,使土体表现得非常致密,土中出现架空贯穿孔隙.     

多孔介质宏观参数表征微观孔隙结构复杂程度的新方法

针对目前多孔介质微观孔隙结构表征参数与宏观参数相关性低、数据分散的问题,分析了压汞法存在的不足,结合毛管束模型理论,提出了一种用多孔介质的宏观参数渗透率和孔隙度计算表征多孔介质微观孔隙结构复杂程度的新方法。该参数综合表征了多孔介质微观孔隙结构的孔喉大小、变径、变形、迂曲度、交叉和配位数等复杂程度,同时还能很好地表征多孔介质储存能力和渗流能力。该参数具有很强的工程意义和理论意义,它决定了水驱油见水的快慢,可以作为储层评价分类参数,且易得和使用方便。     

基于微观结构的软土变形计算模型

 基于土体微观结构演化建立其土体沉降计算模型是值得探索的新方法和新途径。研究首先从室内固结试验和三轴固结试验出发,研究不同荷载条件下软土微观结构变化与固结变形特征;并运用图像处理技术,提取微观结构参数,分析微观结构参数与荷载、变形和强度之间的关系,建立基于微观结构的软土沉降计算模型;最后,将这一模型应用于实际工程中,计算结果与监测值对比分析表明：二者具有较好的一致性,验证了该模型的实用价值。     

滨里海盆地MT油田盐上层储层微观孔隙结构分析

为对哈萨克斯坦滨里海盆地MT油田盐上层储层微观特征进行深入研究,开展了岩心手标本的观察及对研究区200余块样品的薄片分析,认为MT油田储层为陆源碎屑岩,主要为岩屑长石砂岩及次岩屑长石砂岩,颗粒分选中等-差,磨圆较差,具有成分、结构成熟度低的特点,填隙物主要为粘土杂基和钙质胶结物;研究区储层成岩作用主要为压实作用、胶结作用、交代作用及溶蚀作用,以刚性颗粒表面微裂纹、塑性颗粒变形、钙质胶结、石英次生加大、方解石交代碎屑组分、溶蚀孔隙为典型特征.储层发育粒间孔、粒内孔及裂缝孔隙,以原生粒间孔为主.利用Axio Vision4.0系统进一步进行研究区储层的孔隙结构特征研究,将储层孔隙结构划分为4类,并对每类孔隙结构特征进行了分析.