孔隙型储层的孔隙系统三维量化表征——以四川、塔里木盆地白云岩为例

以四川盆地和塔里木盆地孔隙型白云岩样品为例,通过CT扫描、数字岩心、分形与多重分形等方法,讨论了典型白云岩储层不同孔隙系统(如晶间孔、粒间孔、铸模孔等)的结构特征,并用定量化参数对孔隙结构进行数值表征。结果表明:晶间孔和粒间孔样品的孔隙形状多为三角形,孔隙相对细长,喉道发育,连通性较好;铸模孔样品的孔隙形状较为规整,二维平面上表现为圆形,三维空间上近似球体,这类样品往往孔隙较为发育,但是孔喉系统连通性差;由多种类型孔隙组成的"混合孔"样品则非均质性较强,受岩石组构特征影响显著。进一步利用分形与多重分形方法对孔隙的非均质性进行研究发现:不同孔隙类型的结构差异在分形盒子维数上有明确响应,维数的均值相对大小表现为:铸模孔粒间孔晶间孔混合孔。孔隙度可能也对盒子维数产生影响。     

五大连池玄武岩三维孔隙组构的多重分形特征

通过CT扫描,获得了黑龙江省五大连池火山群中第4层玄武岩样本的1 423张高精度图像,利用数字图像分析方法识别出了玄武岩三维孔隙组构,基于二维切片序列重构了三维孔隙柱体,计算了孔隙的基本统计参数。结合分形与多重分形技术,利用多重分形分析矩方法对三维孔隙结构作了定量研究分析。分析可知,所取玄武岩样品几何结构复杂,非均质性强。多重分形维数谱函数f(α)呈连续分布,f(α)均为不对称的上凸曲线,表明岩石孔隙分布不均匀,具有明显的多重分形特征。三维孔隙结构的多重分形分析及三维重构技术可望进一步为岩心孔隙结构的定量化研究提供微观尺度上的证据。     

鄂尔多斯盆地苏里格地区下石盒子组致密砂岩储层微观孔隙结构及分形特征

通过铸体薄片、扫描电镜观察、物性测试及高压压汞实验等手段,对苏里格地区下石盒子组致密砂岩储层微观孔隙结构进行了精细刻画及分类表征,计算了各类致密储层的分形维数并阐明了分形特征对于研究致密储层渗流特征的意义。结果表明:鄂尔多斯盆地苏里格地区上古生界下石盒子组致密砂岩储层孔隙度普遍小于12%,渗透率大多小于1×10~(-3)μm~2,储层孔隙结构复杂,主要发育粒间溶孔及粒内溶孔,同时可见少量的原生粒间孔、黏土微孔和微裂缝;研究区储层孔隙结构组合可划分为3种:大孔隙主导的Ⅰ型孔隙结构、小孔隙主导的Ⅱ型孔隙结构及大孔隙和小孔隙共同控制的Ⅲ型孔隙结构;储层宏孔的分形维数为2.941 6～2.994 0,中孔的分形维数为2.546 8～2.921 1,微孔的分形维数为2.053 6～2.893 5,说明孔隙结构的复杂程度为宏孔中孔微孔;在计算致密砂岩储层宏孔分形维数时,应注意对孔隙形态进行合理的简化,以避免在计算过程中造成较大误差;微孔分形维数小于2.5的储层渗透率通常小于1×10~(-3)μm~2,说明微孔数量多的储层渗流能力通常较差,而形态规则、分布均匀、受胶结物与自生黏土矿物改造较弱的、宏孔发育的、致密储层有利于天然气的充注与储集。     

高煤阶煤孔隙结构及分形特征

高煤阶煤与中低煤阶煤在孔隙结构特征方面存在明显差异,分形理论为定量描述高煤阶煤储层孔隙特征提供了有效手段。基于扫描电镜、压汞实验和孔渗测试,以华北地区最大镜质体反射率(Ro,max)在19%~295%之间的9个煤样为研究对象,采用分段回归的方法对各样品进行不同孔径段分形维数计算,并讨论了孔隙结构分形维数与孔隙体积百分比、Ro,max、孔隙度和渗透率的关系。结果表明,高煤阶煤微小孔发育,半封闭孔含量较高,孔隙连通性一般,且孔隙结构具有明显的分段分形特征,同一煤样的超大孔(孔隙半径r＞5 μm)、大孔(05 μm＜r＜5 μm)、中孔(005 μm＜r＜05 μm)和微小孔(r＜005 μm)的分形维数依次减小;各煤样超大孔、大孔、中孔分形维数均随Ro,max增加而增加,随对应孔隙体积百分比增加而减小;孔隙度或渗透率与超大孔、大孔和中孔、微小孔分形维数分别呈二次相关、线性正相关、负相关;各分形区间分形维数分布的偏度和峰度与孔隙度或渗透率分别呈高度正相关和负相关,这为高煤阶煤孔隙度、渗透率提供了理想的线性方程(y=ax+b)预测模型。     

基于图像分析技术的页岩微观孔隙特征定性及定量表征

在有限的条件下,为了更经济有效地评价页岩微观孔隙特征,同时利用扫描电镜(SEM)、氩离子抛光场发射扫描电镜(FESEM)方法对四川盆地彭水地区龙马溪组页岩孔隙特征进行了定性观察,并借助专业的图像分析软件Iamge J2x提取页岩SEM和FESEM图像蕴含的孔隙定量信息,结合统计学方法分析页岩全孔径分布特征,计算页岩孔隙分形维数,探讨孔隙结构特征以及分析维数与有机碳含量、矿物成分、孔隙吸附能力等的相关性,研究发现:扫描电镜下,彭水地区龙马溪组页岩微米级孔隙发育,主要孔隙类型有粒间孔、黏土矿物层间孔、粒内孔以及微裂缝等;氩离子抛光场发射扫描电镜下,可见大量纳米级孔隙,主要发育有机质孔、无机矿物孔(黄铁矿晶间孔、粒内孔、黏土矿物层间孔、粒间孔等)和微裂缝,两者综合分析更有利于页岩孔隙定性表征;页岩孔隙全孔径分布特征呈4个主峰,主要分布区间为3~9 nm,10~40 nm,100~400 nm,1~4μm;页岩有机质孔隙形状系数分布区间为0.9~1,孔隙呈圆形、近圆形,无机矿物孔形状系数分布在0.5~0.7,多呈三角形、多边形、狭缝形等,孔隙形状较有机质孔复杂,主要受页岩孔隙成因不同所致;彭水地区龙马溪组页岩孔隙符合分形特征,有机质孔隙分形维数较无机矿物孔分形维数小,孔隙结构相对简单;分形维数与有机质含量、矿物成分、孔隙度及吸附气含量都有一定的相关性,随有机质含量的增加,孔隙分形维数增加,孔隙结构复杂化,随分形维数增加,页岩孔隙的最大吸附气含量也随之增加,孔隙吸附能力增强。     

红层软岩遇水作用的孔隙结构多重分形特征

红层软岩内部孔隙具有随机、多样化的分布特点,孔隙结构的变化是影响其宏观力学性能的关键所在。由SEM扫描电镜获取岩样不同饱水时间下的细观结构图像,根据盒维数法计算出孔隙的分形维数,发现随着饱水时间的加长,孔隙的分形维数呈现增大趋势。同时对孔隙的数量、大小进行统计分析,得出不同饱水时间下岩样内部孔隙的分布特征。基于多重分形理论,采用统计矩的方法对孔隙结构进行定量表征。结果表明,孔隙结构的分配函数与q阶次趋于线性关系,验证了该结构的自相似性与无标度性,由广义分形维数D(0)>D(1)>D(2)说明了孔隙具有多重分形特征,由多重分形谱参数分析了孔隙结构的不规则性与复杂程度,更好地表征孔隙大小各异的分布情况。结合孔隙结构的多重分形特征与岩样抗压强度,建立起孔隙结构变化与其力学性能的关联性,对研究红层软岩的损伤过程具有一定的指导意义。     

辽河东部凸起太原组页岩孔隙分形特征

页岩孔隙结构具有良好的分形特征,孔隙结构的分形维数能定量描述孔隙结构的复杂程度。以辽河东部凸起为例,应用高压压汞方法研究了页岩孔隙结构及其不规则性,计算了页岩孔隙分形维数。研究结果表明,辽河东部凸起太原组页岩孔隙分形无标度区为0.09~60μm,孔隙分维数为2.378~3.007,随着分形维数的增大,页岩的非均质性增强,压汞实验得出的页岩孔径分布特征也证明了页岩的孔隙分形维数可以用来定量描述页岩储层岩石孔隙结构的微观非均质性;数学拟合表明分形维数与有机质含量相关性差,反映页岩中无机孔隙为主体孔隙类型;分形维数与石英含量呈较弱的正相关而与黏土矿物含量呈较强的负相关性,表明黏土矿物含量对页岩孔隙结构影响明显。分形维数与页岩的渗透率和孔隙度均具有很好的负相关性,分形维数越大,岩心的渗透率和孔隙度越小,表明分形维数越大,孔隙结构越趋于复杂,不利于气体的渗流和产出。     

陆相页岩热演化过程中孔隙分形特征

分形维数可定量表征储层孔隙结构的复杂性,为页岩储层评价提供思路。以热模拟获得的不同热演化阶段的鄂尔多斯盆地长7段页岩为研究对象,应用场发射扫描电镜观察了各演化阶段孔隙变化特征,并通过低温液氮吸附实验,研究各个演化阶段页岩孔隙分形特征,运用FHH模型计算页岩孔隙分形维数,探讨了分形维数与有机碳、矿物成分、孔隙结构参数的关系。研究结果表明:低成熟阶段页岩中纳米级有机质孔发育有限,随着成熟度的增加,在有机质内部开始逐渐发育孔隙,同时黏土矿物颗粒间的有机质也开始分解,出现纳米级层间孔,主要发育墨水瓶状孔和少部分的平行板状孔;孔径峰值主要在2~4 nm和40~50 nm,随着成熟度增加,上述2个孔径段的孔隙相对数量增加,分形维数依次增大,分形维数为2.592~2.717,孔隙非均质性增强。分形维数随着有机碳含量的减少而增加,而与石英、黏土矿物含量相关性不明显;随着成熟度增加,微孔和中孔比例增加,平均孔径减小,孔隙表面越复杂,比表面积和分形维数增加;分形维数与总孔隙体积、微孔体积、中孔体积具有很好的正相关性,而与大孔体积相关性较差。      

应力路径试验前后不同黄土的孔隙分形特征

为了解不同黄土孔隙形状复杂程度的差异和应力路径对孔隙形状复杂程度的影响,对两种黄土应力路径前后孔隙分形特征进行了研究。首先比较了3种分维模型所得孔隙分形维数的可靠性,然后选用热力学关系模型,由进汞、退汞试验得到地裂缝区黄土、充填黄土初始样和三轴应力路径试验后的孔隙分布,据此分析了两种土体进汞孔隙和退汞孔隙分形维数的差异和受载后的分形维数变化,根据退汞过程仅管形孔内的汞流出及孔隙由管形孔和球形孔组成的假定,得到了应力路径试验前后孔隙形状的改变。结果表明,热力学关系模型得到的孔隙分形维数合理、可靠。初始状态,原状和重塑充填黄土的孔隙形状比原状和重塑黄土复杂;常规三轴试验后试样孔隙比减少,孔隙分形维数增加,球形孔向管形孔转变;相对于常规三轴压缩试验,减围压三轴压缩试验后试样的孔隙分形维数较小,管形孔占总孔隙的体积比例较少;总体上管形孔的分形维数比球形孔大,且基本不受应力路径的影响,其占总孔隙的体积比例随着试样宏观孔隙比的减少而增加。     

碳封存砂岩储层的孔隙迂曲度分形特征研究

目前“双碳”减排的背景下,砂岩咸水层是最具潜力的二氧化碳封存介质,其孔隙结构特征决定了流体的运移及封存效率,对其进行研究具有重要的科学意义。分形维数常用于定量表征砂岩孔隙结构在三维空间中的分布规律,但以往对砂岩孔隙迂曲度分形特征进行研究时,多依赖于孔隙率、平均孔隙半径、平均迂曲度等特征值计算分形维数,并不能很好的反映岩石孔隙排列分布及孔隙连接的非均质性。文章将砂岩孔隙结构概化为具有迂曲度的毛细管,首先通过核磁共振成像（MRI）技术获取岩石片层图像,以盒维数法获得孔径分布分形维数;随后以孔径分布分形维数为目标值,结合不同迂曲度下的毛细管数量与孔径的分形标量关系,迭代计算迂曲度分形维数。与传统的分形维数计算方法相比,该研究确定的迂曲度分形维数更能体现岩石内部不同孔隙排列方式引起的迂曲度差异。     

矿物微观结构的多重分形

分形与多重分形已广泛地应用于不同领域, 不同尺度下的各种分布特征研究更是受到广泛关注.以云南个旧松树脚矿田中2件含矿矽卡岩样品中黄铁矿颗粒为研究对象, 通过分形与多重分形方法研究了黄铁矿颗粒在二维空间上的分布特征.结果显示, 黄铁矿在微观尺度空间上的分布不均一, 具有明显的分形与多重分形分布特征.所选研究区外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩和接触带矽卡岩型块状硫化物矿石显微照片分析结果显示, 前者黄铁矿颗粒分布的盒子维数D₀、信息维数D₁、关联维数D₂及广义多重分形维数D_q的变化范围均较小, 而后者较大; 前者外接触带黑绿色含硫化物矿石矽卡岩含矿性相对较弱, 而后者矿石矿物相对富集.从这个意义上说, 分形与多重分形维数与样品含矿性有一定的对应关系, 因此, 分形与多重分形分析有望进一步为岩石含矿性的定量化评价提供微观尺度上的证据.      

山西省域煤系泥页岩孔隙分形特征

为定量化表征山西省域煤系泥页岩储层孔隙结构复杂程度,以山西省域140件海陆交互相煤系泥页岩实测低温液氮吸附数据为基础,利用FHH模型分别计算了孔径小于4 nm孔隙分形维数D_1与孔径大于4 nm孔隙分形维数D_2,结合XRD衍射、吸附甲烷、有机质丰度、类型等实验成果,讨论了孔隙结构、饱和吸附量、黏土矿物含量及有机质丰度与分形维数的关系。结果表明:山西省域煤系泥页岩发育有机质孔与无机孔,页岩有机质孔不及海相页岩发育,无机孔以黏土矿物层间孔与粒间孔为主,孔隙形态结构复杂,存在较多墨水瓶状、狭缝状孔;孔隙分形维数随BET比表面积、黏土矿物含量增高呈现出增大趋势,随有机质丰度、平均孔径及石英含量增高呈现出减小趋势;D_1与微孔及孔径为2～4 nm的介孔比孔容呈正相关关系,D_2与孔径为4～50 nm的介孔比孔容呈正相关关系,而与宏孔比孔容呈负相关关系;饱和吸附量与分形维数呈正相关关系;山西组泥页岩中黏土矿物含量比太原组高,分形维数与矿物含量的相关性比太原组好,太原组泥页岩w(TOC)高,但有机质孔发育不如山西组,D_1与w(TOC)的负相关关系比山西组更明显。     

鄂尔多斯盆地杭锦旗地区盒1段致密砂岩孔隙结构分形特征及其与储层物性的关系

基于物性、铸体薄片、电镜扫描和高压压汞等测试分析资料,利用汞饱和度法和含水饱和度法对杭锦旗地区盒1段致密储层孔隙结构分形维数进行了计算,并分析其与储层物性的关系.结果表明:盒1段储层平均孔隙度、渗透率分别为9.83％、1.03×10-3 μm2,储集空间以粒间溶孔、粒内溶孔和残余粒间孔为主.汞饱和度法计算的整体分形维数...     

基于岩石CT图像的碳酸盐岩三维孔隙组构的多重分形特征研究

碳酸盐岩微观孔隙的空间组构研究是储层性能研究的核心问题之一.近年来,基于二维图像进行碳酸盐岩孔隙空间组构研究的工作层出不穷,基于三维图像进行碳酸盐岩孔隙空间组构三维重建和基本统计特征表征的研究也引起了国内外的广泛关注.拟以四川盆地三叠系飞仙关组和震旦系毛田组碳酸盐岩为研究对象,通过三维高分辨率微纳米CT扫描,结合图像识别等计算技术,运用多重分形理论,对不同类型储层的孔隙在三维立体空间上的几何形态、非均质性与复杂度等特性进行定量表征,刻画了孔隙组构的空间展布规律.研究显示,2个样品孔隙组构在三维空间上分布不均一,具有明显的分形与多重分形分布特征;所得多重分形参数能定量刻画孔隙空间上大小孔隙的相对分异情况,能为孔渗性能提供参考.     

湖相混积岩储层孔喉组合特征多尺度表征及评价

以渤海海域石臼坨凸起陡坡带沙河街组混积岩储层为研究对象,利用高压压汞、二维大面积背散射扫描电镜成像技术（Maps）、矿物成分定量分析技术（QEMSCAN）及微米CT等实验手段,对研究区沙河街组湖相混积岩储集空间的宏观特征到微观特征、二维平面特征到三维空间特征、微米级到亚微米级的孔喉分布特征进行多尺度的定量表征.结合孔喉分形特征,对研究区沙河街组湖相混积岩储层孔喉结构进行了分类评价.研究结果表明:研究区湖相混积岩储层岩石类型多样,非均性质强,孔喉结构复杂.毫米-微米级孔喉网络主要发育在高孔、中-高渗的亮晶生屑云岩中,溶蚀孔、生物体腔孔是其重要的储集空间类型,孔喉分形维数最低;亚微米-微米级、微米级孔喉主要发育在中-高孔、中-低渗的云质生屑砂岩、陆屑白云岩等岩性中,主要储集空间类型为粒间溶孔、铸模孔、晶间孔等,孔喉分形维数中等;纳米-亚微米级孔喉主要分布在泥晶砂屑云岩、钙质粉砂岩中,晶间孔是其主要的储集空间类型,孔喉分形维数最高.湖相混积岩储层孔喉组合特征多尺度表征及评价为渤海海域混积岩储层流体识别和有效开发提供了依据.      

利用高压压汞实验研究致密砂岩孔喉结构分形特征

微观孔喉结构是影响砂岩油藏特征的重要因素,但致密砂岩孔喉复杂,非均质性强,常规测试难以对其进行有效表征,需要利用分形理论对致密砂岩孔喉结构进行深入研究。以鄂尔多斯盆地姬塬地区长7段致密砂岩为研究对象,通过高压压汞和分形理论研究了致密砂岩孔喉结构和分形维数特征。讨论了分形曲线转折点与孔喉结构关系,并结合铸体薄片和扫描电镜,分析了孔喉分形特征形成原因。结果表明:致密砂岩分形曲线具有明显转折点。转折点为孔喉分布峰值,代表连通性好的大尺度孔喉向连通性差的小尺度孔喉的转换。致密砂岩小尺度孔喉分形维数平均值为2.24,大尺度孔喉半径分形维数平均值为4.65。大尺度孔喉非均质性明显强于小尺度孔喉。小尺度孔喉分形维数与孔喉结构相关性较好。致密砂岩小尺度孔喉主要为喉道和晶间孔,这部分孔喉连通性差,半径较小,受成岩作用影响微弱,因此分形维数小。致密砂岩大孔喉主要为剩余粒间孔和溶蚀孔隙,该类型孔喉半径较大,受成岩作用改造明显,因此分形维数大。     

沁水盆地南部高煤级煤储层孔隙分形特征

以沁水盆地南部的20个高煤级煤样品的压汞实验和煤岩煤质分析的结果为依据,探讨了孔隙分形维数的计算方法,分析了盆地南部地区高煤级煤孔隙分形特征。研究表明,高煤级煤孔隙分形无标度区为50nm~100μm,孔隙分维数在2.94~3.21,孔隙分维数与煤变质程度、孔隙度、大孔含量、体积中值孔径呈负相关关系,与中孔含量、吸附孔含量、退汞效率、灰分产率呈正相关关系,而固定碳含量、镜质组质量分数、挥发份产率、兰氏体积则以孔隙分维数3.05为拐点呈双U形或倒双U形变化。孔隙分维数可以作为反映高煤级煤储层吸附能力和解吸能力的一个重要参数,并依据孔隙分维数划分出该区富气易解吸区、富气难解吸区及含气解吸区。     

晋中盆地西南缘石炭-二叠系煤储层孔隙结构及分形特征

以晋中盆地西南缘石炭-二叠系煤储层为研究对象,基于高压压汞试验,分析研究了煤储层的孔隙结构及分形特征,运用Washburn方程和海绵模型计算了大孔(100nm)分形维数D_M,对比讨论了孔隙结构参数与分形维数的关系,以及煤岩工业分析、煤化程度及煤岩显微组分对分形维数的影响。研究结果表明:本区孔径分布在6～10 000nm,以"双峰型"为主,墨水瓶状孔发育。孔隙结构以微孔、小孔为主,中孔与大孔次之,其中微孔和小孔对总孔容贡献率最大,吸附孔和渗流孔比表面积贡献率相当,反映本区煤层有利于煤层气的储集、扩散及渗流。本区中变质程度煤储层渗流孔(100nm)具有分形特征,煤岩总孔容越小、总比表面积越大、分形维数D_M越大,即孔隙结构非均质性越强,分形维数D_M可以有效反映孔隙结构特征。分形维数D_M与R_(o,max)、水分、镜质组含量呈正相关,与灰分、惰质组含量呈负相关,本区中煤阶烟煤分形维数受煤岩热演化程度影响明显。     

宁武盆地山西组过渡相页岩孔隙特征及影响因素

为了研究宁武盆地山西组过渡相页岩的孔隙特征和影响因素,对宁武盆地山西组过渡相页岩进行了系统采样,并针对性地进行了扫描电镜分析、低温氮吸附实验、TOC含量测试、有机质成熟度（R_max）测试、全岩矿物X衍射分析和孔隙度测试,探讨了页岩孔隙类型、孔隙特征及影响因素。结果表明:研究区页岩孔隙类型主要以粒间孔、晶间孔、有机质气孔、有机质原生孔、溶蚀孔及裂缝为主,大小以2~50 nm的介孔为主,孔隙形态包括开放的尖壁形孔、平行壁孔、锥型管状孔、墨水瓶孔等;页岩平均孔隙度为3.64%,平均孔径为7.78 nm,BET比表面积平均为11.70m2/g,总孔体积平均为0.022 2 cm3/g,具有较强的储集性和吸附性;页岩孔隙具有分形特征,分形维数为2.61~2.77,分形维数与微孔体积分数表现出良好的正相关性;页岩孔隙发育受TOC含量、成熟度（R_max）和矿物组成的影响。      

储层砂岩孔隙分形性质的研究

根据统计特征体测量分形维数的测试原理，用砂岩断面的扫描电镜图片半自动分析方法，对砂岩孔隙的分形维数和分形孔隙度进行了测试，得到了储层砂岩隙的分形性质与砂岩的成分结构及作岩作用的关系，文章还对分形范围，分形维数，分形孔隙度及分形孔隙度与总孔隙度之比值作了评述。