鄂尔多斯盆地东缘煤储层渗流孔隙分形特征

基于压汞试验,分析了鄂尔多斯盆地东缘14个矿区56件煤样储层孔隙的分形特征,通过分维数与煤储层渗透性的比较,得出孔隙体积分维数与煤储层渗流孔隙的渗透性关系.结果表明,煤储层压汞孔隙分形尺度为孔直径86 nm～1 000μm,体积分维数2.75～3.24,在区域分布上呈自北向南降低的趋势,与煤变质程度、灰分、矿物含量呈负相关关系,与水分、中孔含量及视孔隙度(>5%)呈正相关关系.储层渗透性的分形表征与分形维数、分形尺度及分形孔隙的分布连通性多因素相关,但在储层孔隙率较低的情况下,分形孔隙的分布连通情况对渗透性起决定性作用.     

多孔结构孔隙特征的分形研究

基于Menger海绵体分形模型和压汞实验原理提出了多孔结构体的孔隙体积分形维数、表面分形维数的算法,在此基础上推导了多孔结构比表面积的计算公式.研究发现,孔隙比表面积与孔隙率和孔隙的表面褶曲粗糙程度有关,孔隙比表面积需要用体积分维和表面分维两个独立变量表示.鉴于孔隙比表面积的测量比较困难,给出了表面分形维数的间接算法.     

多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响研究

目的在分形理论的指导下,以压汞测孔为基础,探索混凝土结构形成条件与其分形特征,尤其是冻融循环后的混凝土孔隙分形特征.方法计算并分析了不同水化龄期下普通水泥和硫铝酸盐水泥孔隙分形特征的变化,研究了水泥熟料单矿物组成的孔隙分形维数.用压汞测孔的试验结果计算分析了混凝土冻融循环前后分形维数的变化.结果在180d以内水泥石的孔隙的分形维数随龄期增长而增大,在龄期为360d时,虽然总孔隙率最低,但由于水化物结晶度提高,凝胶孔含量降低,毛细孔增多,其分形维数变低;硫铝酸盐水泥水化3d～14d期间,分形维数不断增高,28d维数回落,与硅酸盐水泥长龄期的特征一致.结论在水泥熟料单矿物水化硬化孔分布特征评价中,其分形维数大小顺序为C3S>C2S>CF>C3A.C40强度等级的混凝土和C60非引气混凝土冻融循环200次后与受冻前孔隙分形维数相比有明显的变化,C100非引气混凝土冻融循环1200次后,其分形维数有明显的变化,而引气后的C60混凝土经1200次冻融循环后,其分形维数无明显变化.此外,养护条件对水泥石孔隙分形特征也有明显的影响.采用分形理论分析评价多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响是十分有效的.     

压汞测孔评价混凝土材料孔隙分形特征的研究

用混沌分形理论结合压汞测孔技术,直接测试评价了混凝土材料孔隙的显微结构特征,计算出了对应的分形维数,并对普通混凝土与掺超细粉煤灰的混凝土孔隙的分形特征进行了比较。研究表明,硬化后混凝土材料孔隙的显微结构的几何特征采用形理论分析评价是十分有效的掺超细粉煤灰的混凝土不仅具有粗孔细化的效果,而且,孔隙的分形特征也有了明显的改善。     

基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征

为研究页岩储层孔隙结构特征,以重庆南川三泉剖面泉浅1井、綦江观音桥剖面、涪陵B井和石柱打风坳剖面等龙马溪组页岩储层样品为例,通过低温氮吸附实验数据建立FHH分形模型,讨论分形维数与孔隙结构参数、TOC质量分数的相互关系.结果表明:样品孔隙以微孔为主,孔径分布集中在40nm以下,具有明显的分形特征,分形维数介于2.760~2.850之间,相关因数大多超过0.99,反映复杂的孔隙结构与较强的非均质性;部分样品显示明显的双重分形特征,以甲烷分子自由程为界可将纳米孔分为渗透孔隙和吸附孔隙,吸附孔隙阶段分形维数变化范围在2.881~2.917之间,渗透孔隙阶段分形维数变化范围在2.791~2.823之间;孔隙体积和平均孔径与分形维数具有负相关性,BET比表面积与分形维数呈明显的正相关关系,即平均孔径越小、孔隙体积越小、BET比表面积越大,分形维数越接近于3;TOC质量分数也与分形维数呈明显的正相关关系,是分形维数的重要影响因素.通过分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度,为储层评价和页岩气在纳米孔隙中的赋存和运移机理研究提供思路.     

软土孔隙微观结构的分形研究

根据分形模型的构造方法，提出了孔隙度分维、孔隙分布分维及孔隙边缘形状分维，用以描述软土微结构SEM图像中孔隙的变化情况．利用数字图像处理与分析的方法研究了软土加固前后3种分形维数的变化趋势，发现软土加固后3种分形维数随深度增加有减小趋势，说明软土加固后孔隙的分布面积减少，结构单元体之间排列紧密，孔隙尺寸分布趋于均匀，孔隙边缘趋于光滑．结果表明：软土中孔隙分布及其形状具有分形特征，不同的分形维数可以从不同角度反映土体的加固效果及力学特性变化，为由微观结构反映土体的宏观力学性能提供了桥梁．     

颚尔多斯盆地煤储层孔隙分形特征研究

在分析颚尔多斯盆地煤储层压汞孔隙分布的基础上，定量计算了各煤样的分维数，并分析了煤的孔容分维数特征，研究结果表明，煤储层孔容分维数在3.0741-3.4371之间，随着分维数的增加，煤变程度和压汞效率减小，而储层孔隙率的增加，储层渗透率变大，提出孔隙分维数可作为煤层气储层渗透性评价的指标之一。     

不同煤级煤样的孔隙综合表征方法研究

煤的孔隙特征对于研究煤的吸附解吸特性、扩散性、渗透性以及瓦斯突出事故的发生机理具有非常重要的意义。为研究不同煤级煤样的孔隙综合分形特征,利用ASAP2020比表面积及孔径分布测定仪,在低温液氮的环境下,对不同变质程度的煤样进行孔隙测定,并利用FHH分形维数计算模型对实验数据进行拟合,得到各煤样不同孔径段的分形维数;同时利用各孔径段的孔隙体积比作为权值,对各个煤样不同孔径段的分形维数进行加权求和,得到各煤样的综合分形维数。将煤样的综合分形维数与其总孔隙体积进行比较分析,可知不同煤级煤样的孔隙具有明显的分形特征,其总孔隙体积越大,综合分形维数越大,孔隙表面越粗糙,孔隙分布则相对复杂。     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D＋DT〈3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D＋DT〉3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D＋DT=3是特殊点,令D＋DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

沁水盆地东南部高阶煤孔隙分形特征及意义

为研究有利于煤层气勘探开发的煤储层孔隙结构特征,以沁水盆地东南部寺河矿和赵庄矿的晚古生代高阶煤为研究对象,基于低温氮吸附数据,运用孔隙分形研究方法,揭示高阶煤中综合分形维数与孔径分布、镜质组反射率、兰氏体积与兰氏压力之间的关系。研究表明,沁水盆地南部高阶煤在不同孔径段内的孔隙具有明显的分形特征,煤样综合分形维数分布在2.47~2.97;煤样的综合分形维数与煤镜质组反射率具有正相关性,即煤样孔隙的粗糙度随着镜质组反射率的增高而变得更加粗糙;综合分形维数随着比表面积、总孔容、微孔及过渡孔孔容所占比例增加而增大,而随着中孔孔容所占比例的增加而减小。综合分形维数可以反映高阶煤的煤层气开发状况,即高阶煤中煤的综合分形维数越高,越有利于煤层气的开发。     

Effect of Steel Slag and Granulated Blast-furnace Slag on the Mechanical Strength and Pore Structure of Cement Composites

Reuse of solid industrial wastes is an effective approach to develop low-carbon construction materials. This paper examines how two materials, steel slag(ST) and granulated blast-furnace slag(SL) impact the mechanical performance and pore structure of cement-based systems. Analysis was done on the variations of the porosity, pore size, and pore volume distribution with the curing age and replacement content, and the fractal dimensions of pore surfaces. The results suggested that systems with both supplementary materials had lower early strengths than pure cement, but could generally surpass pure cement paste after 90 d; higher SL content was particularly helpful for boosting the late strengths. The addition of ST increased the porosities and mean pore sizes at each age, and both increased with ST content; SL was helpful for decreasing the system's late porosity(especially harmless pores below 20 nm); The lowest porosity and mean pore size were obtained with 20% SL. Both systems had notably fractal characteristics on pore surfaces, with ST systems showing the highest dimensions at 10% ST, and SL systems at 20% SL. Compressive strength displayed a significant linear increase with fractal dimension.     

基于NMR和SEM技术研究陆相页岩孔隙结构与分形维数特征——以松辽盆地长岭断陷沙河子组页岩为例

为了表征陆相页岩的孔隙结构和分形特征,选取松辽盆地长岭断陷沙河子组陆相页岩作为研究对象,通过X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)图像分析、核磁共振(NMR)实验,运用分形维数理论,讨论NMR分形维数与矿物组成、地球化学参数、物性参数之间的相互关系,并且通过SEM图像提取技术定量化研究页岩储层孔隙特征。结果表明:沙河子组陆相页岩具有多种孔隙类型、孔径分布复杂、非均质性较强的特点。基于弛豫时间截止值,可将NMR分形维数划分为束缚流体孔隙分形维数(0.060 9～1.420 4)和可动流体孔隙分形维数(2.964 0～2.986 9)。矿物组成与分形维数的关系显示石英含量与束缚流体孔隙分形维数成负相关关系,黏土矿物含量与束缚流体孔隙分形维数成正相关关系; NMR分形维数与有机质含量呈线性相关,与成熟度不存在明显相关性; 这说明矿物组成和有机质含量对NMR分形维数起明显的控制作用。储层物性方面,NMR分形维数与孔隙率成线性负相关关系,而与渗透率成正相关关系,说明NMR分形维数能够作为衡量物性的重要指标。总体来说,SEM图像分形维数可以用来反映孔隙形态的多样性和页岩孔隙的发育程度; NMR分形维数与储层物性之间的关系可用于评价页岩储层质量。     

矿物掺和料-水泥浆体电学特性与其微结构的关系

采用循环伏安法和交流阻抗法系统研究了粉煤灰、矿渣粉和石灰石粉水泥浆体的电学特性,通过等效电路对电学测试结果进行拟合,并将拟合所得浆体电学参数与浆体化学结合水和压汞所测孔结构之间的相关性进行比较。结果表明：浆体的化学结合水与其电阻率具有较好的正相关性,即化学结合水越多,水化程度越大,浆体电阻率越高;粉煤灰和矿渣粉可以提高浆体电阻率,而石灰石粉在5%掺量下对浆体电阻率无影响;随着水化龄期的延长,浆体孔溶液电阻增大,其变化规律与浆体电阻率一致;浆体凝胶电容和凝胶电阻与C-S-H凝胶含量有关,二者有很好的负相关性;随着水化龄期的延长,浆体孔结构曲折程度提高,交流阻抗法所测得常相角指数减小,压汞测得的分形维数增大。     

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明：决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质（水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向）的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。     

中低煤阶煤层气储层孔隙结构分段分形特征

为明确韩城、保德区块煤岩孔隙结构分形特征,基于火柴棍模型,推导了新的分形特征表征方法,并利用扫描电镜实验和压汞实验数据对新方法进行验证,在此基础上研究了中、低煤岩孔隙结构分形特征。结果表明,火柴棍模型更能精确表征中、低煤阶煤岩的双重孔隙结构特征。在双对数坐标中,进汞饱和度与毛管压力成双线性关系,即以半径1 μm为界,中低阶煤岩孔隙结构具有分段分形特征,孔隙和裂缝具有不同的分形区间和分形维数。韩城、保德区块裂缝分形维数和孔隙分形维数分别在2.80~2.98和2.17~2.33,且裂缝分形维数随孔隙分形维数增加而增加,两类分形维数均随平均孔隙半径、孔隙度和渗透率的增加依次降低。表明煤岩分形维数可以作为储层评价的关键指标,分形维数越小,储层物性越好。煤岩分形维数能够表征其孔隙结构的非均质性,分形维数越大,孔隙结构非均质性越强。韩城、保德区块割理、裂缝的分形维数远远大于孔隙分形维数。     

岩土体孔隙结构研究中的CT图像处理方法比较

为了更深入地揭示岩土体的力学特性及内在规律,对黏性土、岩石和泡沫混凝土等材料的CT扫描图像,分别采用灰度法和二值化法计算孔隙分形维数,研究了岩土体孔隙率与孔隙分形维数间的关系,对比讨论了这两种方法在孔隙结构分形特性研究的特点和适用性。结果表明:二值化法的处理效果取决于阈值的选择,并且采用以试样原始孔隙率为基准进行试算校核的阈值计算方法简单并且有效;而灰度法则较好地保留了更多的原始图像信息。对于不同的岩土体材料,其孔隙率与二值化法所得孔隙分形维数间均呈较好的幂函数关系。采用灰度法时,岩土体孔隙分形维数随其孔隙率的增大呈现微弱增大趋势,近似线性关系。总体来看,两种处理方法均可用于岩土体孔隙结构分形特性研究但各有优劣,应根据研究对象去选择适用的方法。     

渝东南地区海相页岩有机质孔隙发育特征

有机质孔隙是高—过成熟海相页岩主要的气体储集空间。基于四川盆地东南部(渝东南地区)五峰组—龙马溪组页岩研究,将有机质划分为干酪根和沥青两种基本类型,其中,干酪根可进一步划分为无结构型干酪根和结构型干酪根两种类型,沥青可划分为固体沥青和复合有机质; 根据有机质孔隙的分布和发育特征,将其划分为干酪根内孔隙、海绵状孔隙和气泡状孔隙3种类型。通过扫描电镜实验和ImageJ软件提取有机质孔隙,结合圆度、凸性、伸长率、分形维数等孔隙形态参数分析不同类型有机质孔隙发育特征。结果表明:①随总有机碳的增加,有机质面孔率逐渐增加; ②当总有机碳低于2%时,随总有机碳的增加,平均孔径、分形维数逐渐减小,有机质孔隙趋于均一; 当总有机碳高于2%,随总有机碳的增加,平均孔径、分形维数逐渐增大,有机质孔隙趋于复杂; ③无结构型干酪根有机质孔隙以微孔(孔径小于25 nm)和小孔(孔径为25～100 nm)为主,发育少量中孔(孔径为100～1 000 nm); 结构型干酪根有机质孔隙以微孔为主,小孔其次,中孔发育较少; 沥青有机质孔隙以小孔为主,发育部分中孔和大孔(孔径大于1 000 nm); ④与沥青有机质孔隙相比,干酪根有机质孔隙圆度、凸性较大,伸长率较低; 但由于干酪根有机质孔隙的平均孔径较小,小孔含量高,分形维数相较于沥青偏高。     

三轴剪切过程中软黏土的微观结构及分形特征

土的物质组成和内部结构是决定土物理力学性质的主要因素;当土性质变化时,土中孔隙大小和形状变化最直观.为研究三轴剪切过程中软黏土微观结构变化特征,利用扫描电子显微镜获取了软黏土在不同应变速率和不同应变阶段的三轴固结不排水剪切试验后土试样的SEM图像;计算得到了软土的等效孔径和孔隙（颗粒）分维值.研究表明,该软黏土具有团粒-絮凝结构.试验前后软黏土中的孔隙均以小孔径、中孔径为主,大孔径孔隙分布较少;大孔隙主要存在于原状土和剪切破坏后土样中.剪切过程中存在一个影响孔隙分布随应变速率变化的应变阈值.软黏土具明显分形特征,孔隙分维值为1.891~1.750,颗粒分维值为1.825~1.908;在剪切过程中,颗粒分布分维值增大,孔隙分布分维值减小,孔隙大小和形状变化最显著.