不同埋深珊瑚礁灰岩物理力学特性宏细观研究

文章针对中国南海不同深度珊瑚礁灰岩物理力学特性，利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线断层扫描（CT）技术，表征浅层和深层礁灰岩微细观形貌和内孔隙结构特征，建立纵波波速与孔隙率、密度的定量关系，开展干燥和饱水礁灰岩单轴压缩试验，探讨礁灰岩基本物理力学特性。试验结果表明，浅层礁灰岩疏松多孔，孔隙连通性较好，主要矿物成分为文石，属生物沉积岩；深层礁灰岩较为致密，孔隙连通性差，主要矿物成分为方解石，属变质岩。深层礁灰岩孔隙率约为浅层礁灰岩孔隙率的1/10，平均峰值抗压强度约为4.8倍，平均弹性模量约为4.5倍。礁灰岩属于极软岩或软岩，具有脆性破坏的特征，典型破坏模式为沿原生孔隙、生长线和弱胶结面等缺陷的多破裂面破坏，峰后残余强度较高。礁灰岩水岩作用效应显著，浅层礁灰岩软化性强于深层礁灰岩。浅层与深层礁灰岩物理力学性质存在较大差异，主要源于不同埋深下成岩胶结作用程度不同所导致的矿物组分、孔隙结构与岩性的差异。     

高温后花岗岩力学性质及微孔隙结构特征研究

采用MTS815液压伺服试验系统及9310型微孔结构分析仪对花岗岩在温度作用下（常温～1 300 ℃）的宏观力学性质及微孔隙结构特征进行了较为系统的研究。结果表明：①在800 ℃之前,岩样力学性质变化规律不明显;超过800 ℃,岩样强度迅速劣化;达到1 200 ℃,岩样基本失去了承载能力。②岩样孔隙率随温度升高而增大,孔隙率的阀值温度在800 ℃左右,与岩样在该温度点强度突然降低相一致。③岩样孔隙率较小,但连通性好,在阶段进汞曲线上显示为不同宽度微裂隙并存的特征,累计进汞曲线呈台阶状,温度超过800 ℃,超微孔逐渐向微孔隙转化,岩样连通性增强。④岩样孔隙分布分形维数随温度的升高反而降低。在高温作用下,岩样中的热损伤由初始非规则的裂隙结构逐渐向均匀化的孔穴结构转化,非均匀性弱化是导致岩样孔隙分布分形维数降低的根本原因。     

黔北地区牛蹄塘组海相页岩孔隙结构及其非均质性特征

马查拉煤系地层是昌都赋煤带主要煤系地层之一。为明确风化对西藏马查拉煤系地层孔隙结构特征的影响,本文以西藏早石炭世马查拉组剖面不同类型风化岩石为研究对象,利用氮气吸附试验及分形理论对微观孔隙结构及其复杂程度进行研究。试验结果表明：岩石的吸脱附等温线都呈现反“S”型,孔隙结构呈现同质化发展趋势。相对压力(P/P₀)可以根据岩样吸脱附曲线的上升趋势分为小于0.1、0.1~0.45及大于0.45 3个阶段。岩样孔径结构集中分布在1~5 nm范围内,其中泥质碎屑灰岩、粉矿质泥岩、粉砂岩、泥岩和灰岩在1~2 nm范围内孔隙体积较大,煤层的比表面积和孔体积与相邻岩层相比较低。风化煤岩大孔分形维数明显高于小孔,孔隙结构复杂程度更高,煤层及碳质泥岩的孔隙分形维数相较其他类型岩石更低。研究结果可服务于昌都地区开发和灾害防治。     

珊瑚颗粒孔隙结构及渗流特性分析

珊瑚砂的孔隙结构对珊瑚砂的力学性质和渗透特性影响显著,采用高分辨率计算机断层扫描仪（computed tomography,简称CT）对珊瑚砂颗粒进行了扫描,建立了珊瑚砂颗粒的三维孔隙结构模型,并对孔隙的直径、体积、紧密度、球度进行了定量分析,采用数值模拟方法探究了松散堆积珊瑚砂及单颗粒珊瑚砂内孔隙结构的渗透特性。试验结果表明：孔隙数量随着孔隙直径的增加显著减少,且微孔数量较多,大孔数量较少;孔隙的直径与紧密度之间为幂函数关系,与球度之间则表现为线性关系。渗流分析结果显示,松散堆积珊瑚砂的渗透能力显示出各向异性,Z方向的绝对渗透率小于X、Y方向。珊瑚砂颗粒内的孔隙渗流速度较慢,不同颗粒之间渗流能力差距较大,部分颗粒不能发生渗流,且颗粒内孔隙的绝对渗透率仅占总绝对渗透率的1.26%。     

珊瑚颗粒孔隙结构及渗流特性分析

珊瑚砂的孔隙结构对珊瑚砂的力学性质和渗透特性影响显著,采用高分辨率计算机断层扫描仪（computed tomography,简称CT）对珊瑚砂颗粒进行了扫描,建立了珊瑚砂颗粒的三维孔隙结构模型,并对孔隙的直径、体积、紧密度、球度进行了定量分析,采用数值模拟方法探究了松散堆积珊瑚砂及单颗粒珊瑚砂内孔隙结构的渗透特性。试验结果表明：孔隙数量随着孔隙直径的增加显著减少,且微孔数量较多,大孔数量较少;孔隙的直径与紧密度之间为幂函数关系,与球度之间则表现为线性关系。渗流分析结果显示,松散堆积珊瑚砂的渗透能力显示出各向异性,Z方向的绝对渗透率小于X、Y方向。珊瑚砂颗粒内的孔隙渗流速度较慢,不同颗粒之间渗流能力差距较大,部分颗粒不能发生渗流,且颗粒内孔隙的绝对渗透率仅占总绝对渗透率的1.26%。     

基于CT扫描数字岩心的岩石微观结构定量表征方法

岩石微观结构是决定储层宏观物理属性的关键参数,CT扫描数字岩心技术能够实现岩石微观结构的三维可视化和精细化定量表征。以东海盆地西湖凹陷中央反转带北部花港组储层岩样为例开展研究,首先通过CT扫描图像处理建立三维数字岩心,再利用图像处理算法、"最大球"算法分别对样品的粒度分布和孔隙结构两方面进行空间可视化和定量分析。研究结果表明:研究区花港组储层岩石颗粒直径主要分布区间为100～300μm,属于细砂岩类型,颗粒直径大小不同导致孔隙结构存在差异。不同物性储层的孔隙连通性与孔隙结构参数差异较大,非连通孔隙主要以孤立孔隙为主。孔隙半径主要分布范围为20～60μm,喉道半径主要分布范围为3～15μm,喉道长度分布范围为15～45μm。孔喉配位数差异较大,主要分布区间为0～4,孔隙和喉道截面形状主要以三角形为主。本研究有助于储层微观参数的定量评价,为岩石微观结构的可视化、定量化表征提供技术支撑。     

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。

     

植被发育斜坡土体大孔隙三维重构模型渗流场的LBM数值模拟

以云南昭通头寨植被发育斜坡土体为研究对象,结合CT扫描试验与数字图像处理技术实现了其三维大孔隙空间结构模型的重构。然后基于格子Boltzmann方法（LBM）的D3Q19模型,将固体土骨架视为渗流场边界,并设置反弹格式的边界条件模拟土骨架与水分间的相互作用,从细观角度研究了水在植被发育斜坡土体大孔隙中的渗流特性。研究结果表明：土体渗流过程中,在大孔隙纵向连通的通道内形成了优先流,且通道中的流速远超其他部位;而在封闭或者连通性差的大孔隙中导水率极小,流速几乎为0。土体中大孔隙通道内的流速由孔壁至通道中心逐渐增大,且流速与至通道中心的距离近似呈二次抛物线的分布特征。沿深度方向土体切片大孔隙率大的截面平均渗流流速Uz也较大,从整体变化趋势来看,截面大孔隙率与平均渗流流速有相似的变化规律,这充分说明植被发育斜坡土体内的大孔隙分布对土壤沿深度方向的渗流特性有重要影响。     

靖边油田乔家洼地区长6段储层孔隙结构特征

鄂尔多斯盆靖边油田储层岩性致密,成为制约勘探开发的主要因素,开展储层孔隙结构特征研究有利于该地区油气生产。通过扫描电镜、铸体薄片、压汞等分析测试方法对长6段储层的微观孔隙结构特征进行分析。结果表明:靖边油田田乔家洼地区长6段储层为低孔、低渗储层,且非均质性较弱;储层孔隙类型主要为粒间孔和粒内孔;储层孔喉半径普遍较小,孔喉分选较好,孔隙喉道分布均匀,孔喉连通性较好。据储层物性和孔隙结构参数将研究区储层分为4种类型,但研究区以Ⅱ类储层和Ⅲ类储层为主。研究认为沉积作用和成岩作用是鄂尔多斯盆地靖边油田乔家洼地区长6段储层砂岩低孔、低渗的主要控制因素。     

缝洞型碳酸盐岩气藏多类型储集层孔隙结构特征及储渗能力——以四川盆地高石梯-磨溪地区灯四段为例

为全面表征缝洞型碳酸盐岩气藏多类型储集层的孔隙结构特征及储渗能力,借助多种测试技术对四川盆地高石梯-磨溪地区灯四段储集层样品进行分析与研究。首先利用铸体薄片和扫描电镜技术定性刻画了储集层的岩性、物性、储集空间和喉道特征,然后根据高压压汞得到的毛管压力曲线对储集层进行分类,最后基于多尺度CT扫描定量表征了3类样品的二维、三维孔隙结构特征。结果表明：研究区储集空间既有受组构控制的粒间溶孔、粒内溶孔和晶间溶孔等,又有不受组构控制的溶洞、溶缝和构造缝;喉道以缩颈、片状和管束状为主;根据毛管压力曲线特征,储集层可划分为缝洞型、孔洞型和孔隙型;缝洞型大孔隙与溶洞发育,分布均匀且连通性好,喉道粗大且数量较多,微裂缝与溶洞串接呈串珠状分布,沟通了孤立的储集空间,具有最好的储渗能力;孔洞型多尺度孔隙与溶洞发育,储集能力强,喉道粗大但数量较少,连通性较差,各储集空间无法有效沟通,渗流能力受限;孔隙型细小孔隙发育且分布不均,大部分区域被岩石骨架占据,喉道数量少且连通性极差,储渗能力弱。     

基于纳米CT及数字岩心的页岩孔隙微观结构及分布特征研究

通过对四川盆地龙马溪组页岩样品进行纳米CT扫描及三维数字岩心分析,对样品内黄铁矿、有机质及孔隙进行了三维重构。在此基础上,分析了岩石组分的空间展布和孔隙结构特征,探讨了孔隙的连通性,并获得了孔隙数量及体积差分分布曲线。研究表明:1当前尺度内,岩石各组分如黄铁矿、有机质等的分布呈现非均质性,孔隙分布也具有微观非均质性;2孔隙多分布在有机质内以及不同矿物之间,孔隙大小从纳米级到微米级,孔隙形状从近球形到复杂多边形均有呈现,以不规则椭球形为最多见;3孤立孔隙占有较大的比例,而流动通道的形成主要依赖大孔隙的相互连接;4孔隙数量分布呈幂律分布,即随着孔隙半径减小,孔隙数量按幂级数规律增长;孔隙体积在log(R)=2.0左右达到波峰,在log(R)高于2.350时,孔隙体积分布趋于平稳,可以通过体积差分分布曲线覆盖面积大小来直观比较不同取值范围内的孔隙总体积大小。     

伊拉克X油田上白垩统Kh2段碳酸盐岩孔隙结构及其对原油动用的影响

论文以伊拉克X油田上白垩统Khasib组Kh2段碳酸盐岩储层为研究对象,主要探讨碳酸盐岩储层孔隙结构特征及其对原油动用的影响。论文使用铸体薄片、扫描电镜、高压压汞、恒速压汞、数字岩芯等多种技术手段相结合,定性、定量分析了Kh2段储层微观孔喉特征;通过对储层润湿性测试、低场核磁共振、两相相对渗透率测试等评价了Kh2段的原油动用特征。综合对比分析孔隙特征和原油动用特征,本文取得如下认识：① Kh2段主力产层的储层岩性为砂屑灰岩和生屑藻屑泥晶灰岩。其中,砂屑灰岩孔隙分布的非均质性强,优势通道显著,渗透性极佳,注水易发生“水窜”,生屑藻屑泥晶灰岩中孔隙分布相对均匀但孔隙之间连通性差,注入水难以波及,这是目前制约该油田提升原油采收率的重要微观地质因素;② 岩样测试的润湿性结果表明,Kh2段的样品大多显示亲油～强亲油的特性,这会导致注水开发过程中,毛管力成为驱油的阻力,进一步加剧注水开发的难度;③ 通过对Kh2段的砂屑灰岩和生屑藻屑泥晶灰岩进行油—水、油—气两相相对渗透率测试发现,在水驱油的情况下,它们的残余油饱和度较高,而采用氮气驱油可以显著降低残余油饱和度。因此,对于渗透性好但孔隙结构非均质性强、局部存在“优势通道”和孔隙结构较为均质但孔隙之间连通性差的碳酸盐岩储层,宜慎用注水开发,采用注气开发是较为合理的选择。     

利用纳米透射X射线显微成像技术研究页岩有机孔三维结构特征

页岩纳米级孔隙的三维结构特征直接决定页岩气微观渗流机理,是完善页岩储层流动模型亟需解决的核心问题。本文以龙马溪组页岩有机孔样品(直径约7μm)为研究对象,分别利用同步辐射纳米CT和实验室纳米CT重建有机孔三维空间结构,针对两个装置获得的孔隙结构参数进行对比研究,结果表明:(1)龙马溪组页岩有机孔样品呈蜂窝状,孔隙度约60%,连通性较好;孔径分布呈双峰模式,集中于60~150nm和500~1400 nm;孔径大于500 nm的孔隙对样品的总孔隙度贡献较大。(2)同步辐射纳米CT与实验室纳米CT结果相较,孔隙度和孔隙总数两参数基本一致,喉道总数和喉道半径偏差较大;孔径分布和配位数分布规律虽然类似,但具体数值存在明显差异,值得进一步深入比较分析和研究。(3)纳米CT方法在页岩纳米孔隙三维结构表征方面存在阈值划分难度大与扫描视场过小的问题,可从切片重构算法、三维数据处理、表征单元体三方面进行改进。     

松科二井深层沙河子组泥岩三维显微CT成像及对深部油气预测的启示

为深化认识松科二井深层页岩气垂向变化规律,选取沙河子组3500~5700 m层段开展了X射线三维计算机断层扫描（X-ray 3D Computed Tomography,简称CT）成像实验。对19块直径2 cm的柱状岩心进行X射线CT扫描,获取了无损岩心扫描数据,并将其转化为灰度值信息。灰度值信息反映了样品中不同的组分,灰度高值代表骨架和矿物,灰度低值代表孔隙和裂缝。在此基础上,建立分辨率高达15 μm的岩心三维图像空间结构,对重建岩心孔隙模型的孔隙形态、空间展布和配位数进行了对比,对样品孔隙度和连通性在垂向上的分布规律进行了统计分析。结果表明,等效孔隙直径大的区域孔隙度高,配位数大的区域连通性好,孔隙度和连通性的垂向分布规律与传统认识相符,与测录井信息可以相互印证。实验证明,基于三维CT成像的数字岩心技术具有数据分辨率高、信息丰富的优势,可作为今后深部油气预测与评价的重要辅助手段。     

不同埋深马兰黄土孔隙结构试验

本文采用"注胶法"制得用以观察分析和定量研究的黄土微观结构试样,借助扫描电子显微镜和数字化图像分析系统,观察并讨论黄土孔隙结构特征及其随黄土埋深增加的变化规律。结果表明,不同埋深马兰黄土依据孔隙率或孔隙面积率分类均属于疏松多孔性土。黄土孔隙连通性随埋深增加逐渐减弱;埋深由小到大,马兰黄土孔隙的主要结构特征由相对不稳定的大、中架空孔隙,过渡为相对稳定的微、小镶嵌孔隙,定量表现为大、中孔隙面积率之和随黄土埋深的增加减小约63.04%,而小孔隙面积率增加约40.57%,微孔隙面积率增加约22.47%。通过对孔隙形状分布的分析,上述不同类型孔隙面积率的增加或减少主要源于细长形和不规则形孔隙面积的改变。此外,不同埋深马兰黄土中细长孔隙的面积在微、小、中、大孔隙的面积中均占主导地位。就孔隙数量而言,马兰黄土中微、小、中、大孔隙的数量随深度增加依次急剧减少,此现象主要由4种孔隙中圆孔数量的显著差异引起,表明圆孔的孔径多偏小。     

基于复杂网络理论的页岩纳米孔隙连通性表征

页岩孔隙结构的表征是页岩气储层评价的基础性工作。钻取岩芯,采集鄂尔多斯盆地上三叠系延长组页岩。使用纳米CT观测10 μm3、20 μm3、30 μm3、39 μm3空间内页岩的孔隙结构,获取孔隙、喉道数量,以及连通性数据,重构孔隙结构三维模型。将孔隙结构抽象为球-棍物理模型,采用复杂网络理论建立关于孔隙结构连通性的结点-边数学模型。依据无标度网络的数学特性,使用Matlab软件生成10 μm3空间内孔隙连通性网络。引入网络连通熵的概念,用于计算不同空间范围内孔隙连通性网络的网络连通熵,评价孔隙结构的异质性。结果表明:10 μm3、20 μm3、39 μm3空间内孔隙连通性网络度分布符合幂律分布;30 μm3空间内孔隙连通性网络度分布符合指数分布;网络连通熵增加,孔隙和喉道网络的连通性减小。该方法可用于评价页岩孔隙的连通性,进而评价页岩气储层的孔渗特性。     

山东兖州煤矿区侏罗纪红层孔隙测试及其影响因素分析

在山东兖州煤矿区,侏罗纪红层含有较为丰富的地下水,赋水空间以孔隙为主。综合利用宏观岩芯观察和微观形态分析对红层的孔隙类型进行了较为详细地论述,主要有粒间溶蚀扩大孔隙、粒间缩小孔隙、胶结物溶蚀孔、粒内孔隙和晶间孔隙。指出岩石颗粒组分、颗粒分选磨圆程度、胶结方式及胶结程度等是影响红层中孔隙发育的主要因素,对照扫描电子显微镜（SEM）观察和压汞试验曲线对它们的影响方式和程度作了详细的论述。通过对比具近似孔隙率岩样的压汞测试结果,认为相同孔隙率的岩样可具有不同的孔隙结构形态,结构形态对赋水性能具有决定作用,孔隙结构形态的差异决定了红层储水空间内在结构特征的不同。     

基于MIP的压实作用对"微膨胀性"重塑泥岩微观结构影响分析

泥岩的物理力学特性在很大程度上取决于土体内部微观孔隙结构特征及其变化规律,进而影响其工程特性,为探讨压实作用对高速铁路微膨胀性泥岩微观孔隙的影响,制备6种不同干密度的重塑泥岩试样,采用冷冻干燥机对饱和后的试样进行干燥,进而通过压汞试验对不同压实状态下的重塑泥岩微孔隙形状、孔隙体积、孔隙面积进行分析研究。结果表明,重塑泥岩中除了存在圆柱形孔外,还含有大量瓶颈孔;参照shear提出的孔隙划分方法对孔径不同的孔隙进行了分类,发现重塑泥岩中的孔隙多分布于颗粒间及团粒内,压实作用在微观上表现为对大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化;压实度不同的泥岩孔隙总面积几近相同且孔隙面积多存在于颗粒内,压实作用越大,团粒内孔隙面积越小;对压汞法实测孔隙率小于理论计算孔隙率这一现象进行了合理的分析及说明,应用线性回归分析了实测孔隙率与计算孔隙率的关系;确定了通过压汞法测定泥岩微孔隙结构的科学性及合理性。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对同类工程建设具有借鉴意义。     

孔隙裂隙双重介质的三维逾渗数值模拟研究

基于三维孔隙介质的逾渗模型,首次把裂隙这一重要的渗透通道引入到三维逾渗研究中,提出了孔隙裂隙三维逾渗的研究方法,并建立了孔隙裂隙双重介质三维逾渗模型,这一模型的建立使得逾渗理论的研究成果可以被应用到更多的领域中,如煤体、岩体等。基于VC++6.0开发了孔隙裂隙双重介质三维逾渗模拟软件,模拟研究了双重介质的逾渗规律,模拟研究表明：裂隙的存在在很大程度上提高了介质的逾渗概率,使孔隙裂隙双重介质的逾渗规律明显不同于孔隙介质;随孔隙率、裂隙分形维数、裂隙数量分布初值由小到大逐渐增长,必然发生逾渗转变的自然现象。     

准中4区块致密砂岩孔隙结构特征研究

致密砂岩孔隙结构是影响储层物性、储集性能和渗流特性的主要因素,准确表征岩石的孔隙结构特征是储层评价的重要内容之一。为此通过岩心观察、CT扫描成像及其图像处理等对准噶尔盆地中部4区块董11井致密砂岩储层孔隙结构特征进行了定性及定量综合研究。研究结果表明,采用USM锐化、阈值选取及中值滤波法对微CT扫描灰度图像进行图像处理,可以更好地区分岩石内部骨架和孔隙的边界,提高了图像的分割精度;当数字岩心立方体模型边长在450体素时,孔隙度趋近定值;研究区致密砂岩储层储集空间主要以粒间孔隙和微裂隙为主,伴有少量的解理裂隙,孤立孔隙较多,孔隙形状复杂,分布不均匀;研究区致密砂岩连续截面面孔率分布不均匀,离散性强,在连续截面上面孔率频繁出现极大值与极小值（跳跃性较大）,容易在流体流动的过程中产生压降过大,造成部分孔隙喉道堵塞;研究区致密砂岩储层孔隙大小分布不均匀,孔隙直径在15~35 μm之间,占总孔隙数的60%左右,其面积占18%;直径在50~200 μm的孔隙数量占总孔隙数的20%,其面积占比达60%,为油气赋存提供了有利的储集空间。