榆神府矿区富油煤多尺度孔隙结构特征

利用富油煤提油炼气是弥补我国油气供给不足的重要措施,而富油煤的孔隙发育特征及其渗透能力等方面的研究是开发利用富油煤的基础工作。以榆神府矿区富油煤为研究对象,采用低温液氮吸附法、压汞法、核磁共振法以及气渗透法等多元手段对富油煤多尺度孔隙结构进行分析,并开展富油煤全段孔隙表征研究。基于富油煤多尺度孔隙结构测试结果,开展富油煤孔隙特征与传统低阶煤样差异性讨论。结果发现:榆神府矿区富油煤微小孔隙极为发育,占比高达70%以上,大孔、中孔发育相对不足,仅占总孔隙的25%~30%;核磁共振结果与低温液氮吸附法、压汞法联合表征结果对比发现,联合低温液氮吸附法与压汞法可较好地表征煤样全段孔隙;相较于传统低阶煤,富油煤具有较大的孔比表面积与低温氮吸附量,分别为27.48 m2/g、40~50 cm3/g,具备富油煤提油炼气的良好物性条件。      

低温氮吸附法判识构造煤的实验研究

煤体结构是煤与瓦斯突出防治和煤与瓦斯共采的重要地质因素之一。为了区分煤体结构在地应力作用下的破坏程度,采集了淮北矿业股份有限公司桃园煤矿8283采煤工作面煤样,基于自相似原理和实验室内对煤样的加压模拟实验,通过煤基质纳米级孔隙在低温氮吸附-解吸曲线上的响应对比分析,建立了低温氮吸附法判识煤体结构的方法,并对淮北矿业股份有限公司桃园煤矿10号煤层内1026和1035工作面煤体宏观结构及微观孔隙发育特征进行了对比研究。结果表明,煤体微观孔隙结构变化与构造煤发育程度密切相关;随着煤体破坏程度的提高,在吸附-解吸曲线上表现为吸附量明显增大,纳米级孔隙的比表面积和比孔容明显增加,平均孔径略有增加;构造煤解吸曲线上有明显的陡降点,而原生结构煤的解吸曲线不具有这个特征。     

陆相页岩微观孔隙结构特征及对甲烷吸附性能的影响

页岩的微观孔隙结构对其甲烷吸附性能及页岩油气潜力具有重要影响,前人研究主要集中在海相页岩。该文以四川 盆地川西坳陷上三叠统须家河组五段为例,开展了陆相页岩的探索研究。首先通过低温氮气吸附实验对页岩样品的微观孔 隙结构特征进行了研究,计算了页岩的比表面积、孔径分布、孔体积和平均孔径等孔隙结构参数;然后通过高压甲烷等温 吸附实验,研究了页岩样品的甲烷吸附特征;最后探讨了页岩微观孔隙结构特征对甲烷吸附性能的影响。结果表明,须五 段页岩平均孔径为7.81~9.49 nm,主体孔隙为中孔,也含有一定量的微孔和大孔,孔隙形状以平行板状孔为主,含有少量 墨水瓶形孔。页岩比表面积高出常规储层岩石许多,有利于气体在页岩表面吸附存储,孔径在2~50 nm的中孔提供了主要 的孔体积,构成了页岩中气体赋存的主要空间。在85℃条件下,页岩甲烷吸附的兰氏体积为1.21~4.99 m3/t,不同页岩样品 之间的吸附性能差异明显。页岩的兰氏体积与比表面积之间呈现良好的正相关关系,比表面积与黏土矿物含量呈正相关, 而与总有机碳含量关系不明显。页岩的兰氏体积与微孔和中孔体积之间都具有良好的正相关关系,微孔体积和中孔体积与 总有机碳含量之间存在一定的正相关关系,但是正相关性的程度没有微孔体积和中孔体积与黏土矿物含量之间的关系强 烈。陆相页岩有机质热演化程度相对较低,因此有机孔发育有限：但另一方面同时黏土矿物含量较高,所以其内部发育大 量微孔和中孔,从而构成可观的比表面,影响甲烷吸附能力。     

基于低温氮气吸附和高压压汞表征潜江凹陷盐间页岩油储层孔隙结构特征

为了更全面地表征潜江凹陷潜江组页岩油储层孔隙结构特征,系统选取了距物源不同距离的A井和B井多块页岩样品进行了分析测试,通过场发射扫描电镜、低温氮气吸附和高压压汞实验综合分析了页岩孔隙结构特征;通过对比抽提前后场发射扫描电镜图像、低温氮气吸附和高压压汞实验数据,进一步研究了页岩中滞留烃的赋存空间特征;通过对典型页岩样品的二次压汞实验,探讨了页岩中连通孔隙的孔径分布特征。结果显示:潜江凹陷潜江组页岩油储层孔隙大小为纳米-微米级,孔径2～180 nm的黏土矿物层间孔和白云石晶间孔是该区发育最主要的两种孔隙类型;A井页岩中的滞留烃主要赋存在孔径2～20 nm的黏土矿物层间孔中,滞留烃含量较低,连通孔径主要集中在3～15 nm范围内,B井页岩中的滞留烃赋存在孔径8～100 nm的白云石晶间孔中,滞留烃含量多,连通孔径主要分布在10～130 nm范围内;白云石和黏土矿物的存在都有利于页岩储层储集空间的发育,但远离物源的生物成因的白云石更有利于滞留烃的赋存和可动性。研究成果可以为潜江凹陷页岩油的勘探和开发提供一定的理论支撑。     

基于氮气吸附法和压汞法的玄武岩孔隙结构特征及其对储层渗透性的影响

微观孔隙结构特征是评价储层潜力的关键参数之一,玄武岩作为一种非常规储层,研究该类储集层岩石学特征、岩石孔隙特征及差异性,对油气、地热资源开发及二氧化碳地质封存等都具有重要意义。基于华北地区三地(河北省张北县、山东省昌乐县及山西省左权县)玄武岩野外考察和岩芯样品,采用大面积视域拼接矿物扫描、低温氮气吸附实验和高压压汞实验,定量评价玄武岩样品孔隙大小与分布,同时对比不同玄武岩样品的孔隙分布特征,探讨不同测试方法的孔隙孔径联合表征方法、孔隙孔喉大小分布对渗透率贡献与测试孔径的影响,以及孔隙类型及连通性对孔径测试的影响。研究结果表明,不同玄武岩样品均发育微纳尺度孔隙结构,低温氮气吸附法和高压压汞实验法得到的平均孔隙体积分别为0.0037 cm³/g和0.0073 ml/g,其中,汉诺坝玄武岩样品和临朐群玄武岩样品介孔(2~50 nm)相对比较发育,孔隙体积占比分别为52.71 % 和48.77 %,而左权玄武岩样品次微米级孔隙(100~1000 nm)比较发育,孔隙体积占比达54.54 %。通过高分辨率扫描电镜分析发现,样品微观储集空间类型中发育一定量的粒间孔和晶内孔,孔隙间连通性差,但是粒缘缝及构造微裂缝相对比较发育,局部连通性较好。受不同成岩背景和构造环境影响,玄武岩微观孔隙结构存在一定差异性,不同样品测试计算的孔隙率为0.38 % ~4.82 %,变化范围较大,但总体孔容较低,孔隙发育度较差。在样品孔隙结构中,对流体流动起到关键作用的孔喉分布范围最小为4~7 nm,最大为358~552 nm,对应的渗透率贡献值分别达49.46 % 和61.91 %。可见孔吼尺寸小、孔隙连通性差是导致玄武岩微观渗透性较差的重要原因。本文微观测试尺度上的玄武岩储集空间为致密型,与现场出露岩体宏观储集空间的结构特征有明显不同,反映了天然裂缝系统对储层改造和储集空间的贡献比较突出,因此加强宏观裂缝系统特征的研究对认识玄武岩的储集空间具有重要意义。

     

黏土岩孔隙内表面积对甲烷吸附能力的影响

黏土矿物是气页岩储层中天然气吸附的重要孔隙介质。孔隙测量显示,蒙脱石以3~6 nm的小孔占优势,高岭石以20~80 nm中-大孔为主,伊蒙混层矿物中两类孔隙都很发育。绿泥石和伊利石孔隙率较低,均以中-大孔为主。虽然6 nm以下的微-小孔不一定是黏土矿物孔隙的主要构成,但它们是孔隙内表面积的主要贡献者,20 nm以下的孔隙是吸附气的主要储存场所。各种黏土岩、粉砂岩及石英岩的内表面积与其甲烷吸附性能具有相同的大小次序:蒙脱石伊蒙混层高岭石绿泥石伊利石粉砂岩石英岩,而它们的内表面积与最大甲烷吸附量显示良好的正相关关系,指示黏土矿物的气体吸附能力受其孔隙内表面积的控制。研究表明,页岩储层天然气吸附能力主要决定于小于20 nm,特别是小于6 nm微孔隙的发育程度,岩石类型及成因间接地影响其孔隙特征和吸附能力。     

不同煤体结构煤的孔隙-裂隙分形特征及其对渗透性的影响

煤的孔隙-裂隙结构特征是研究储层渗透性的关键问题。为了定量描述孔隙-裂隙结构的复杂程度,以黄陇侏罗纪煤田永陇矿区郭家河井田原生结构煤和碎裂结构煤为研究对象,基于压汞实验数据和扫描电镜（SEM）图像,采用Menger分形模型和计盒维数方法,分别计算不同煤体结构煤的孔隙-裂隙分形维数;同时采用不同孔径段的孔隙体积比作为权重值,计算得到孔隙综合分形维数,探讨孔隙-裂隙结构分形维数和渗透率之间的关系。研究结果表明,脆性构造变形作用对孔隙整体复杂性,裂隙孔、渗流孔复杂性以及微观裂隙复杂程度均具有积极改造作用,对吸附孔结构复杂性具有均一化作用;微观裂隙分形维数与渗透率具有较高非线性关系,脆性构造作用改造下形成的碎裂煤,其具有的孔隙-裂隙结构优势配比是决定储层高渗透性的关键。因此,建议优先考虑弱脆性变形的碎裂结构煤为主体的断层、向斜和背斜区域进行煤层气抽采。     

南堡地区碳酸盐岩储层孔隙结构特征及对物性的影响

利用数字图像分析法对南堡地区碳酸盐岩储层的孔隙结构参数进行定量求取,明确了不同类型孔隙的孔隙结构参数特征,分析了孔隙结构特征对储层物性的影响,并应用优选出的孔隙结构参数建立碳酸盐岩储层物性预测模型。结果表明:研究区内碳酸盐岩储层的储集空间以次生孔隙为主,为一套典型的孔隙型储层。应用孔隙结构参数可以较好的区分铸模孔、粒间孔、粒内孔和晶间孔等孔隙类型,其中铸模孔呈较低的平均等效直径与高的宽纵比,粒间孔以高等效直径25%为特征,粒内孔对应最低的比表面、最高的等效直径标准差,晶间孔比表面较高且宽纵比分布范围局限。等效直径、形状因子、球度和宽纵比等参数对储层物性的影响显著。分别针对孔隙度和渗透率,在提取的28项孔隙结构参数中优选出6种相关性高的参数,并应用多元线性回归方法分别进行拟合。验证结果显示拟合公式具有较高的可信度,且渗透率(R^2=0.916)优于孔隙度(R^2=0.778)。该方法可为研究区及其他地区的孔隙型碳酸盐岩储层评价研究提供参考。     

淮南谢一矿煤的孔隙性研究

从淮南谢一矿Ｃ１３，Ｂ１１ｂ，Ｂ１０，Ｂ４ｂ和Ａ３煤中精选出镜煤，壳质暗煤，惰性暗煤及构造煤，采用压汞法，分别测定它们的孔径特征，研究煤的孔隙性。     

低温氮吸附法测试煤中微孔隙及其意义

用低温氮吸附法测试了26个煤样的微孔隙,并对结果作了分析,得出以下认识:低温氮吸附法测出的最小孔的直径只有0.6nm,有利于更深入地了解煤的微孔隙特征;超微孔比微小孔所占比表面积大得多,占主要地位;煤层中吸收状态的甲烷应引起重视,游离、吸附状态的甲烷比通常认为的要少。     

液氮溶浸对不同煤阶含水煤样渗流特性的影响

中国包含多种煤阶煤层,由于煤质、地质条件等差异,不同煤层中的水分赋存情况也具有较大差异性。煤阶、饱水度作为影响液氮低温致裂效果的两个重要因素,有必要对其进行深入研究。为此,分别选择褐煤、烟煤与无烟煤3种煤阶煤样,并制备得出饱水度分别为0%、33%与99%的煤样进行液氮溶浸处理,使用摄像机定点拍摄、观察煤样表面宏观裂隙处理前后的演化规律,并对煤样进行氮气渗流试验。试验结果表明：液氮溶浸后褐煤因产生的一条与多条贯穿裂隙发生整体结构上的断裂,烟煤表面有新裂隙产生,原生宏观裂隙有一定的扩展与延伸,无烟煤表面宏观裂隙无明显发育;煤样饱水度越高,液氮的致裂增透效果越显著;液氮溶浸对3种煤阶煤样的致裂增透效果关系为：褐煤>烟煤>无烟煤,在完全干燥状态下,由于热应力不足以破坏颗粒间链接,烟煤与无烟煤的增透效果近似相等;对于褐煤,液氮溶浸处理对完全干燥状态下的煤体即产生有效致裂,渗透率平均增幅高达559.35%,对于烟煤,在饱水度为33%和99%的状态下,液氮溶浸对煤体具有明显致裂效果,渗透率平均增幅分别为330.60%和448.77%,对于无烟煤,在饱水度为99%的状态下液氮溶浸处理才能对煤体产生有效致裂,渗透率平均增幅为185.53%。     

孔隙压力对煤岩基质解吸变形影响的试验研究

煤层气开采过程中,伴随着煤层气不断地吸附、解吸和渗流,煤体产生变形,极易导致煤和瓦斯突出事故。以晋城天地王坡煤矿为例,通过实验室内试验,模拟煤层气在复杂地层漫长的形成和逐渐开采过程,得到了孔隙压力与解吸量、应变的变化关系,并拟合得出其相应关系表达式,揭示了一些新的规律:(1)初期解吸速度较快,解吸量随时间的增长而不断增加,后期解吸速度减缓,解吸量逐渐趋于稳定;(2)孔隙压力与解吸量、应变呈现抛物线曲线关系,随孔隙压力的升高,吸附和膨胀变形占主导,其值均在增大;(3)存在最小孔隙压力值,随孔隙压力的增大,解吸时间增长,孔隙压力越小,吸附解吸规律越不明显,对于晋城天地王坡煤矿3#煤样,该值在1.0MPa左右;(4)不同加载方式对解吸量和变形量影响较大,先部分加载吸附后全部载荷解吸结果同比加全部载荷吸附解吸结果高13%～77%。试验结果可为煤层气(CBM)抽放安全和煤与瓦斯突出防治提供理论依据。     

基于压汞分形的高变质石煤孔渗特征分析

研究石煤（腐泥煤）的孔渗特征,对于深入了解页岩气的吸附/解吸特征具有重要意义。基于分形几何原理,推导出煤岩不同类型孔隙和毛细管压力曲线的分形几何模型,并将孔隙分形维数分为渗透分维数和扩散分维数分别计算。根据压汞实验数据分析,利用双对数图计算了安康地区石煤孔隙结构的分形维数。研究结果表明：石煤渗透分维数D_s介于2.524~2.917,其与挥发分产率、水分含量、灰分产率和迂曲度呈正相关关系,与变质程度及平均孔径呈负相关关系;扩散分维数D_k介于2.488~2.931,其与变质程度、挥发分产率、水分含量和平均孔径呈正相关关系,与灰分产率和迂曲度呈负相关关系;在物性方面,渗透分维数随孔隙度增大而减小,渗透性的分形表征与扩散分维数呈负相关关系,这说明渗透孔越不均一,煤岩孔隙度就越大,而扩散孔的均一化程度可以为评价石煤储层物性提供重要依据。     

致密砂岩高围压和高孔隙水压下渗透率演化规律及微观机制

深部岩石工程具有高地应力和高水头压力的特点。为了研究岩石在高围压和高孔隙水压条件下渗透率演化规律,选取致密砂岩开展不同围压条件下变孔隙水压的渗流试验。研究结果表明:(1)在所研究的围压范围内(0~50 MPa),随孔隙压力增加,渗透率依次呈现3种不同的变化趋势,即快速增长阶段(围压为10~20 MPa)、缓慢增长阶段(围压为30~40 MPa)和保持恒定阶段(围压为50 MPa);在围压卸载时,由于高围压作用使试样内部产生不可逆变形,导致渗透率具有明显的不可恢复现象,且随围压降低,渗透率恢复存在滞后效应。(2)渗流试验过程中,体积应变和渗透率演化具有较好的一致性。(3)在围压加卸载过程中,高孔隙水压力条件下渗透率对应力的敏感程度和恢复程度均大于低孔隙水压力。(4)偏光显微镜图像从微观角度揭示了试样在围压加卸载过程中产生不可逆变形的内在机制:骨架颗粒相互挤压、错动导致原有微裂隙压缩、孔隙减小甚至坍塌,引起渗透率不可恢复。渗流试验后,纵波波速增大,说明岩石致密性提高,与试样内部微观结构变化具有较好的一致性。     

水浸干燥后煤的孔隙结构及瓦斯吸附特性变化规律

在富含水煤系或水力措施后的煤层中,受水溶液的浸泡,煤的孔隙结构及吸附特性发生改变,为了深入研究其变化规律,在实验室利用蒸馏水对2种不同变质程度煤样进行了长时间（60 d）浸泡,采用低温N₂吸附实验和CO₂吸附实验测试水浸前后煤样的孔隙结构变化规律,采用高压容量法测试水浸前后煤样的瓦斯吸附特性。结果表明,水浸干燥后煤体孔容和比表面积总体呈降低趋势。其中,低温N₂吸附实验结果表明,煤体中大中孔的比表面积最高可降低48.9%;CO₂吸附实验结果表明,水浸干燥后2种煤样的微孔孔容和比表面积也呈不同程度的降低趋势。将水浸煤样孔隙结构变化分为3个阶段,即矿物质溶出“增孔”阶段、煤基质局部膨胀变形“缩孔”阶段和煤基质整体溶胀变形“扩孔”阶段。此外,水浸干燥后煤对瓦斯的吸附能力下降,主要是由于水浸促使煤体产生膨胀变形,且导致微孔隙相互连通,从而降低了煤体微孔孔容和比表面积,降低瓦斯吸附能力。研究成果对进一步掌握富含水煤系或水力化措施后煤层的瓦斯抽采具有指导意义。     

生物地层格架下湘西北地区五峰组—龙马溪组孔隙结构特征

为探究生物地层格架下五峰组—龙马溪组孔隙结构特征,在笔石带划分的基础上结合孔隙结构特征及其影响因素将SY-3井五峰组—龙马溪组划分为LM5—LM7、WF4—LM4、WF2—WF3三个笔石带,并基于扫描电镜、低温氮气吸附实验、高压压汞实验等技术手段,分别对这三个笔石带进行孔隙结构特征的研究和对比。结果表明:LM5—LM7富集黏土矿物,主要发育较大孔径孔隙,以黏土矿物粒间孔为主;WF4—LM4富集有机质,主要发育较小孔径孔隙,以有机质孔为主;WF2—WF3富集石英,主要发育小孔径孔隙,以石英粒间孔为主,但大部分石英粒间孔被黏土矿物和有机质充填。LM5—LM7孔隙发育主要受TOC含量和矿物含量的影响,WF4—LM4孔隙发育主要受TOC含量影响,而WF2—WF3受矿物组分、有机质赋存特征及成岩作用等因素共同影响。不同笔石带由于沉积环境的差异导致其具有不同的有机质丰度及矿物组分,从而导致了孔隙结构的差异。     

煤基质中甲烷扩散动力学特性研究

甲烷在煤基质中的质量传递过程可用费克第一定律或费克第二定律来模拟。本文通过等温吸附-解吸实验的动力学数据,以费克第二定律为理论基础,对煤基质球形单元模型建立了试验求取扩散特性的方法。晋城煤样等温吸附及解吸实验的数据处理结果表明,吸附-解吸速率均随压力及煤样气含量的增加而增加;吸附速率与解吸速率随压力的变化曲线基本相同。     

砂-黏土混合物高压压实性能试验研究

利用自行设计高压固结仪对5种不同含砂率的饱和砂-黏土混合物开展一系列高压压缩试验,研究砂-黏土混合物压缩性和渗透性演化规律及其对矿物组分的依赖性。试验结果表明,饱和砂-黏土混合物的孔隙比-压力(e-lgP)曲线随着含砂率增高呈现出指数函数模式向双曲线函数模式转化,而e-P曲线在压力高于8.1 MPa则呈线性变化,其斜率依赖于含砂率。最优含砂率随固结压力的增大而逐渐从75%移向30%。不同含砂率的砂-黏土混合物的孔隙率、固结压力和含砂率存在统一的幂函数关系。渗透系数与含砂率有关,渗透系数与孔隙率符合指数函数关系。从砂-黏土混合物骨架结构和孔隙类型的角度出发,从本质上分析含砂率、固结压力对混合物压缩性和渗透性的作用规律。结合SEM微细观结构观测结果,验证砂-黏土混合物骨架结构与含砂率之间的相关性。