基于探针气体吸附等温线的矿物材料表征技术:Ⅱ.多孔材料的孔隙结构

含纳米孔的天然矿物岩石材料的吸附和催化性能对于表生地球化学过程、材料加工、应用及煤炭开发利用等方面均有着重要意义。本文对比分析了各种纳米孔表征技术,重点介绍了基于吸附等温线的纳米孔研究方法。对三个典型样品等温线数据的模型计算表明,应根据材料中孔的形态(平行板状孔、球形孔和圆柱形孔)选择模型,不同类型孔所对应的计算方法和参数有很大差别。表征材料表面能量均匀的样品可首先考虑采用DFT法;HK法一般只作为定性研究方法,BJH方法受样品本身性质参数的影响较小,且计算简单,可广泛应用于介孔材料的孔径分布的表征。     

基于探针气体吸附等温线的矿物岩石表征技术IV:比表面积的测定和应用

矿物的比表面积是决定矿物表面反应能力和吸附容量的重要参数,但因其测定方法多样、分析结果受多种因素影响,致使分析结果有时会偏离实际值.为全面认识和更好地利用比表面积数据,本文在对比表征矿物材料比表面积的几种常用技术的基础上,重点介绍了基于探针气体吸附等温线的比表面积测定方法.以方解石粉体、石英粉体、蒙脱石等常见矿物材料和铁锰结壳为例,根据各类材料的比表面积测定数据,研究了探针气体种类、脱气温度和吸附平衡时问等测试条件的影响.并从表面能量非均质性和孔隙结构的角度,提出了在应用测定结果时需要注意的问题.     

基于吸附等温线的表面分形研究及其地球科学应用

矿物岩石的表面微形貌和孔隙结构是影响其地球化学行为的关键因素，从纳米尺度上表征这一特征对地球化学动力学研究和材料研发有着重要的意义。重点介绍了基于吸附等温线的分形研究方法，以表征纳米尺度上矿物或岩石表面的不规则性和微孔隙结构。从该方法的物理化学原理出发，对比分析了其适用范围和样品限制。在综合当前煤岩学、土壤学、材料学等领域的应用研究成果的基础上，提出了该分形研究方法在地球科学研究中的应用前景和发展趋势。     

礁滩相储集层平面非均质性定量表征技术

受沉积、成岩、构造破裂等作用影响,礁滩相储集层平面非均质性较强,但由于储集层孔隙类型多样,孔—渗关系复杂,储集层渗透率定量预测难度大,加上目前多借用碎屑岩表征参数和表征方法,致使储集层平面非均质性难以定量表征。以普光气田为例,通过分析礁滩相碳酸盐岩储集层非均质性影响因素,运用统计学中的主因子分析方法,优选出颗粒岩厚度百分比、隔夹层个数、孔隙度、基质渗透率、裂缝渗透率五项评价参数;而针对具有复杂孔隙结构特征的礁滩相储集层基质渗透率参数的取值,则引入反映孔隙形态和连通性的"孔构参数",开展储集层渗透率的测井精细解释与地震预测;以四级层序为研究单元级次,优选综合指数法,对井点上储集层非均质参数进行计算;再在传统数理统计方法评价储集层平面非均质性基础上,进一步采用地震预测渗透率反演数据体震控、沉积微相相控的多级约束,运用地质建模技术,定量评价了气田平面非均质性。研究成果较好的指导了气田开发动态分析、措施方案制定等,对气田开发具有重要意义。     

基于非均质系数的裂隙岩体表征单元体研究

表征单元体（REV）是岩体力学中的一个基础性概念,其存在性是确定岩体等效参数和应用连续介质方法进行研究的前提条件。为综合反映裂隙大小、产状和密度对岩体REV的影响,本文提出采用岩体非均质系数HI来确定岩体的REV。首先,详细介绍了非均质系数的概念和含义。利用General Block软件建立了中等间距-中等延展性（MS1-MP1）裂隙的网络模型,并完成20次随机实现。从各模型中选取10个不同尺寸的岩体模型计算非均质系数,结果表明：非均质系数具有明显的尺寸效应,当岩体尺寸不小于8 m时,非均质系数的平均值和标准差分别为0.5和0.14,综合确定该岩体的REV为8 m。采用HI对三峡地下电站厂房围岩的研究表明,该岩体的REV为60 m,可作为非连续介质方法适用性的判断标准。HI是从岩体结构角度提出的新指标,适用于确定岩体的REV和统计范围,对岩体的统计分析和等效参数研究具有重要意义。     

基于精细三维地质模型的储层非均质表征方法探讨

储层非均质性研究是油藏描述的重要内容,传统的表征参数是基于少量离散观测值(井点)的统计。文章根据地质建模成果并结合地质规律,对曙光油田杜229区块兴隆台油组储层非均质性进行的研究表明:兴隆台油组层间非均质性严重,属不均匀型。兴I—兴V组储层为近源扇三角洲沉积,平面上由于河道摆动频繁,相变快,层与层之间渗透率差异性大;其中分流河口坝砂体非均质性最弱,分流间薄层砂微相最强。兴VI组为水下重力流沉积,岩性变化大,层间渗透率差异明显,非均质性更强。兴VI组辫状水道相非均质性最弱,水道间薄层砂微相非均质性最严重。隔夹层分布受沉积相带控制,在冲积扇分流河道内、边滩及心滩内等部位较发育,纵向上,隔夹层分布不均一,上部各油层组之间夹层分布相对稳定。     

基于PFC2D模拟的矿物粒径非均质效应研究

岩石作为矿物颗粒的集合体,矿物粒径非均质性对其宏观力学特性影响比较明显。基于颗粒流程序PFC2D,通过设置不同种类粒径组合及粒径比来体现粒径非均质性,研究了粒径非均质性对岩石材料宏观力学特性（弹性模量、峰值强度、泊松比）的影响。研究中设计了6种粒径组合方案,粒径种类数分别为:连续粒径、10种、8种、5种、3种、2种,每种方案下设置5种平均粒径及4种粒径比,进行单轴压缩试验。结果表明,岩石内部存在颗粒尺寸效应和粒径非均质效应,岩石弹性模量和峰值强度随粒径增大均呈减小的趋势,随粒径非均质性的提高整体上也呈减小的趋势,但局部变化阶段受模型中细颗粒含量及数量的影响会呈增大的趋势。粒径对弹性模量的作用机制主要是通过影响模型孔隙率实现的。研究结果揭示了岩石宏观特性的变化是模型内颗粒尺寸效应和粒径非均质性效应共同作用的结果,为掌握矿物粒径对岩石强度及变形特性的影响提供了一定依据。     

利用神经网络技术在储层非均质性上的研究

储层非均质性对油气田的勘探和开发效果影响很大。结合测井资料二次解释的孔隙度(φ)、泥质含量(Vsh)、粒度中值(Md)、束缚水饱和度(Swi)等资料,借助BP网络算法,对渗透率进行预测。BP网络算法是人工神经网络算法中的一种,采用的是误差逆传算法,即把网络输出的误差归纳为各连接权的过程,通过把输出层的误差逐层向输入层逆向传播以分摊给各层单元,从而获取各层单元的参考误差,以便调整相应的联接权。如此反复,直至网络输出与期望输出之间的误差减少到允许误差为止。通过这样学习过程,消除了系统误差,提高了渗透率预测的精度,并为定性定量描述储层非均质性打下了坚实的基础。通过对萨尔图油田中部葡萄花油层组的非均质性进行了定量半定量的研究,认为萨尔图油田中部葡萄花油层组PI2小层层内非均质性最严重,与沉积微相密切相关。单砂层垂向上渗透率的变化以正韵律和复合式韵律为主,局部发育反韵律模式。经对葡萄花油层组PI1~PI4系统研究,层内非均质性强弱依次为PI2a、PI3、PI2b、PI1、PI4;层间非均质性在PI3和PI4间表现得最强,其他相对要弱;各小层平面非均质性相差无几,整体表现为较强的非均质性。     

基于核磁共振表征渝西地区五峰组-龙一1亚段页岩储层孔隙结构及非均质性

选取渝西地区五峰组-龙一₁亚段富有机质页岩开展场发射扫描电镜、核磁共振和X射线衍射等实验,在图像处理和多重分形理论的基础上,分析了页岩储层孔隙结构特征及非均质性.结果表明:（1）扫描电镜分析认为,研究区有机孔平均孔径偏小, < 50 nm的有机孔数量占比82%,>100 nm的有机孔面孔率占比52%;（2）依据核磁T₂谱峰形态划分为Ⅰ~Ⅲ类,分别为单峰、双峰和三峰3种类型,Ⅲ类页岩储层孔径、孔隙度较大,具备更优越的储集条件和渗流能力;（3）基于多重分形理论表征储层非均质性,石英含量越高,黏土含量越低非均质性越弱,进而控制着孔隙度和渗透率的大小.多重分形参数与矿物组分、物性参数的联系有效表征了储层孔隙结构,并为其非均质性的评估提供了新的视角.      

微观非均质性对砂砾岩储层致密化的影响机理: 以准噶尔盆地东道海子凹陷DN8井区上二叠统梧桐沟组为例

为研究砂砾岩储层微观非均质性特征,了解微观非均质性与储层致密化的关系,建立储层致密化评价标准,定量评价储层致密化程度.通过铸体薄片、扫描电镜、矿物XRD分析、高压压汞等资料,结合前人研究成果,对盆内东道海子凹陷DN8井区上二叠统梧桐沟组储层进行研究.结果表明,储层微观非均质性包括岩石学非均质性、孔喉非均质性及裂缝非均质性.岩石学非均质性中,岩石结构成熟度差异导致的岩石结构非均质性制约储层的初始物性;砾石、同沉积填隙物中塑性岩屑、胶结物类型及其含量的差异影响储层压实及胶结后的致密程度.溶蚀作用后,成岩-孔隙演化过程差异导致的孔喉非均质性及裂缝发育密度决定的裂缝非均质性影响了储层现今的致密程度.提出以成岩综合指数与地层脆性指数综合表征储层致密化程度,并将致密化程度分为3级.Ⅰ级致密化程度成岩综合指数大于4.0、地层脆性指数大于0.8;Ⅱ级致密化程度成岩综合指数介于3.0~4.0、地层脆性指数介于0.3~0.8;Ⅲ级致密化程度成岩综合指数小于3.0、地层脆性指数小于0.3.Ⅰ级致密储层孔喉结构最好、物性最高、微观非均质性最弱,为研究区有利储层.