液氮冷冲击作用对煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的影响

液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层气储层改造效率技术提供理论依据,基于CT扫描和原子力显微镜研究了液氮冷浸前、后煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的变化,揭示了液氮冷冲击作用对煤岩渗流能力的影响机制。研究结果表明:(1)液氮冷浸后,煤岩孔隙数量和孔隙尺度均增大,本次实验条件下孔隙度增大2倍,微裂缝占主导,微裂缝体积占比由液氮冷浸前的7.7%增至90.0%;(2)基于CT三维孔隙结构重构模型,液氮冷浸后,煤岩喉道数量、总长度、总体积均显著增加,较之于液氮冷浸前,分别增加了1.7倍、1.4倍、1.3倍,煤岩孔隙连通性得以明显改善;(3)液氮冷浸后,煤岩的绝对渗透率显著提高,在实验条件下为液氮冷浸前的77倍,热应力形成的微裂缝成为液氮冷浸后煤岩的主要渗流通道;(4)液氮冷浸后,煤岩基质区域和矿物区域均有孔洞及裂缝形成,煤岩表面粗糙度增加,与此同时煤岩基质区域和矿物区域的弹性模量均有所下降,弹性模量平均值分别降低81%、91%。结论认为,液氮冷冲击作用使得煤岩微观缺陷增多、力学性质劣化;液氮压裂有望成为一种高效、绿色的新型煤层气储层改造技术。     

基于压汞法无烟煤孔隙结构的粒度效应

不同粒度对压汞法孔隙结构测定结果的影响称为粒度效应,其可影响煤孔径分布的测定。结合粒度测试和扫描电镜观察等方法,通过开展2组无烟煤5个不同粒度系列的压汞实验,分析不同粒度孔隙结构的差异。结果显示：①随着粒度变小,总孔容增量不断增大,中-大孔的孔容和孔比表面积增量最显著,孔容和孔比表面积的展布特征由单峰态变为双峰态;②随着粒度变小,退汞率显著降低。研究认为,煤颗粒的大孔增量并非真实存在的煤中孔隙,主要为颗粒间空隙所贡献。粒度变小导致孤立形式的封闭胞腔孔和气孔得到有效释放。煤颗粒退汞结束后大部分水银仍滞留于颗粒间空隙,由此造成低退汞率的假象,煤颗粒的退汞率不能指示孔隙连通性。当煤粒径大于3mm时,基于压汞法孔隙结构的粒度效应才可忽略不计。     

二氧化氯对煤储层孔隙结构的影响

在煤储层低温条件下,二氧化氯（ClO₂）不仅实现了煤层气井水力压裂时高黏压裂液的快速破胶和返排,还降低了煤的亲甲烷能力,但其强氧化性对煤储层孔隙结构的影响问题却还没有搞清楚。为此,采集了3种不同煤阶煤样（样品分别来自河南省义马市千秋矿井、焦作市中马村矿井和山西省柳林县沙曲矿井）,将其粉碎（筛选粒径为2 mm左右）,采用浓度为4 000 μg/g的ClO₂溶液浸泡72 h,利用压汞法分析ClO₂溶液处理前后煤样的孔隙度、孔径分布、孔容、比表面积等孔隙结构的变化特征。实验结果表明：①处理后煤样的孔隙度、孔容得到不同程度的提高,大孔和中孔的孔容比增加;②进-退汞曲线的滞后现象消失及张开度变小,孔隙的连通性增强;③孔隙比表面积值降低,其中,小孔和微孔的比表面积比有所减小。结论认为：二氧化氯对煤储层具有氧化刻蚀增透作用,能够改善煤储层的孔隙结构,一定程度上增大了煤储层的渗透率,有利于煤层气的运移和产出,值得在煤层气行业进行推广应用。     

注水开发对储集层孔隙结构的影响

为了查明注水开发多年后,储集层孔隙结构的变化情况,对注水开发前的取心井胡12－20井和注水开发后检查井胡检1井的资料进行了对比分析,并对驱替试验结果作了综合研究,结果发现,喉道均直径和喉道中值增大,喉道分选性变差,流动主孔喉增大,退出效率降低,该项工作为提高驱油效度及提高采收率提供了基础资料。     

微孔隙对碳酸盐岩岩石声波速度的影响

控制岩石弹性模量的因素主要有三个：孔隙流体、岩石骨架和孔隙空间。对于碳酸盐岩而言,后两个因素与岩石的沉积环境和成岩历史有关系。胶结、重结晶和溶蚀作用可以改变岩石的矿物成分及其原始骨架的结构,从而改变原始颗粒间的接触关系和／或堵塞孔隙空间。溶蚀作用可以扩大粒间孔隙空间或完全溶解颗粒,从而增加孔隙度。在特定孔隙度下,成岩蚀变及其相关的岩石骨架和孔隙结构的变化会导致声波速度的变化范围很大。     

孔隙结构对水驱油机理影响研究

水驱油过程是在孔隙介质中进行的.孔隙介质中的毛管性及流动现象是由介质的孔隙结构和固体及液体的物理化学性质决定的.然而,不管是天然的还是人造的孔隙介质,其孔隙结构都十分繁杂,难以进行数学表达,使孔隙结构对水驱油机理影响的定量研究增加了较大的困难.我们考虑将孔隙结构特征与沉积环境和砂岩的宏观参数联系起来,通过物理模型水驱油实验,用统计方法探寻影响驱油效率和渗流规律的特征参数,研究这些参数对水驱油过程的影响和水驱过程中岩石孔隙结构发生的变化,为今后深入研究微观油水运动规律及影响驱油效率的因素提供一定的实验资料,与一套切实可行的研究方法,并给出孔隙结构影响水驱油过程的定量指标.     

基于CT三维重构的无烟煤孔隙结构及连通性特征对比表征

碳中和背景下,促进煤层气开发与利用有重要能源安全战略意义,我国高煤级煤层气资源储量丰富,但存在显著的“产能瓶颈”问题,需要开展针对性的储层研究。利用CT技术,以沁水盆地阳泉矿区新景矿区无烟煤样品为例,对高煤级煤孔隙结构和连通性进行精细表征与三维重构分析。研究发现：无烟煤样品孔体积大多不超过8 000μm³,孔表面积大多不超过2 000μm²,孔径大多不超过10μm。无烟煤样品的渗流孔隙相对较为发育,但空间分布相对分散;对其空间连通性进行表征分析,并与低中煤阶煤的孔隙结构连通性进行对比,认为高煤级煤孔隙间相对孤立、不连通,难以构成连通域,造成储层虽具有良好吸附能力但渗流能力较差,从而影响基质中煤层气的渗流、运移和开发。     

微多孔介质迂曲度与孔隙结构关系

采用四参数随机生成（QSGS）、随机堆积和随机裂缝生成等算法,构建了各向异性、非均质性和不同孔隙形状的二维多孔介质;并改进QSGS算法,构建了二维裂缝—孔隙双重介质。结合标准反弹边界条件,运用多弛豫时间格子Boltzmann（MRT-LB）模型研究了微多孔介质迂曲度与孔隙结构的关系。结果表明：现有迂曲度模型均不适用于复杂多孔介质;多孔介质迂曲度与孔隙度、各向异性、非均质性、孔隙形状和裂缝等有关,其中孔隙度、各向异性、孔隙形状和裂缝的影响更显著;圆形孔多孔介质的迂曲度普遍大于裂缝性多孔介质,粒间孔多孔介质的迂曲度居于二者之间;裂缝开度和裂缝走向均显著影响裂缝—孔隙双重介质的迂曲度。最后,基于模拟结果,分别建立了多孔介质迂曲度与孔隙度和各向异性的关系式。该研究有助于进一步认识多孔介质迂曲度。     

原油组分、孔隙结构对自吸的影响

自吸是裂缝性油藏采油的一个特别重要的现象。自吸过程取决于许多复杂的因素相互作用。主要研究了原油组成,孔隙结构对自吸的影响。研究中使用的多孔介质有两种类型：分别为砂岩和石灰岩。研究结果表明,原油组分、孔隙结构对自吸速度及最终采收率有较强影响。对砂岩体系,在不同束缚水饱和度条件下,自吸最终采收率变化不大,而对石灰岩体系,最终采收率与束缚水饱和度有限大关系。原油组分对自吸的影响表现为润湿性改变而产生的毛管力变化。     

注水开发对砂岩储层孔隙结构的影响

以中国东部某油田为例,讨论了注水开发对砂岩储孔浊结构的影响,孔隙结构参数表明,注水后砂岩储层的喉道平均直径和喉道直径中值明显增加,孔喉分布的峰态表明,由于注水开发的影响,喉道的分选程度降低,注水后,砂岩储层的退出效率降低,最小可流动孔喉直径增大,这表示流动主孔喉向大孔喉方向移动,而且流动主孔喉控制的孔隙体积也增加了,从而导致渗透率提高,注水后砂岩储层的孔隙结构和非均质性均发生了极大的改变,这项研究结果对提高采收率,尤其是对制订三次采油方案具有十分重要的意义。     

腐泥煤孔隙结构特征研究

采用压汞测试、低温氮吸附实验方法开展了腐泥煤孔隙特征研究。根据压汞数据分析了不同成熟度腐泥煤的孔隙结构发育情况,揭示了随成熟度增高腐泥煤孔隙结构的变化规律。发现在无烟煤阶段之前,腐泥煤的孔隙结构以微孔、小孔居多;至无烟煤阶段,微孔、小孔比例降低,大孔、中孔含量增加。与同煤阶腐殖煤相比,腐泥煤整体孔隙度较低,且孔径偏小,大孔不太发育。低温氮吸附实验显示,腐泥煤中孔径3.6nm和1.5nm的2种孔隙特别发育,呈现明显峰值,其他孔径孔隙分布较少;液氮吸附滞后回环分析表明,腐泥煤的微孔、小孔形态多样,主要为一端封闭的不透气孔、墨水瓶型孔、平行板状狭缝孔、倾斜板状狭缝孔。上述腐泥煤孔隙结构特征研究成果,对于同样以腐泥型有机质为主的页岩气储层孔隙结构研究具有重要参考价值。     

高阶煤的孔隙结构特征及其对煤层气解吸的影响

以沁水盆地高阶煤3^#煤层为研究对象,借助高压压汞实验对高阶煤的孔隙参数进行测试,研究了高阶煤的孔隙结构特征,采用解吸速率实验对高阶煤的解吸速率和解吸量进行分析,并探讨了孔隙结构对煤层气解吸产出的控制规律。结果表明:3^#煤层的孔隙半径较小,煤层孔隙结构复杂;煤层主要以气体吸附孔和气体扩散孔为主,气体渗流孔占比很少,煤层的吸附气体体积大、吸附性能强、气体的扩散、渗流条件差。3^#煤层孔隙结构分形特征曲线呈"两段型",孔径大于940.7 nm时,不具有分形特征;孔径小于940.7 nm时,分形维数介于2.67~2.76之间,具有很好的分形特征。高阶煤的煤层气解吸特征具有快速解吸和慢速解吸2个阶段,快速解吸时间短,解吸量占比低;慢速解吸时间长,解吸量占比高,煤层气解吸困难。煤层的孔隙结构对煤层气的解吸具有重要影响,高阶煤较差的孔隙结构控制着煤层气解吸速率慢、解吸量低、产出程度低,煤层气井生产实践中表现为开始阶段产气量增长快,产气高峰时间短,稳产气量低、生产时间长,煤层气开发难度大。研究结果为高阶煤的煤层气抽采效果评价提供参考依据。     

煤的多尺度孔隙结构特征及其对渗透率的影响

煤中孔隙大小分布不均且分布范围较广,因而利用单一的方法难以对煤的多尺度孔隙结构进行有效地表征。为此,综合运用扫描电镜、低温液氮吸附、高压压汞、恒速压汞等实验方法,对煤的多尺度孔隙结构特征进行综合分析,并揭示变质作用对煤孔体积、孔比表面积的影响,以及煤岩渗透率与孔隙结构特征参数的关系。研究结果表明:(1)随煤变质程度增强,煤中纳米孔体积及孔比表面积均呈现先减小后增大的趋势,并且在R_(o,max)为1.8%左右时达到最小值;(2)煤样孔隙半径、喉道半径整体均呈现正态分布,并且随着煤变质程度的增加,最大分布频率对应的孔隙半径增大;(3)低煤阶烟煤煤样的喉道半径分布范围最宽,最大连通喉道半径及喉道半径平均值均最大;(4)无烟煤煤样的喉道半径分布范围最窄且最大连通喉道半径最小;(5)低、中煤阶烟煤煤样的孔喉比分布存在着单一主峰,并且主峰对应孔喉比相对较小;(6)煤岩渗透率与孔隙度、喉道半径平均值表现出了较好的正相关关系,其与孔喉比平均值呈负相关关系,而与孔隙半径平均值的关系则不明显。     

The impact of cleats on hydraulic fracture initiation and propagation in coal seams

Cleats are systematic, natural fractures in coal seams. They account for most of the permeability and much of the porosity of coalbed methane reservoirs and can have a significant effect on the success of hydraulic fracturing stimulation. Laboratory hydraulic fracturing experiments were conducted on coal blocks under true tri-axial stress to simulate fracturing stimulation of coal seams. Fractures were initiated by injecting a water gel with luminous yellow fluorescent dye into an open hole section of a wellbore. The impact of cleats on initiation and propagation of hydraulic fractures in coal seams is discussed. Three types of hydraulic fracture initiation and propagation pattern were observed in this study: 1) The hydraulic fracture initiated and then grew along the cleat. 2) The hydraulic fracture initiated along a butt cleat or a fracture(natural or induced by drilling) oriented roughly in the minimum horizontal stress direction, then turned to propagate along the first face cleat that it encountered or gradually turned towards the maximum horizontal stress direction. 3) The hydraulic fracture initiated perpendicular to the minimum stress and, when it encountered a face cleat, tended to propagate along the cleats if the extension direction does not deviate greatly(20° as determined in this paper) from the maximum horizontal stress direction. When a coal seam is hydraulically fractured, the resulting fracture network is controlled by the combined effect of several factors: cleats determine the initiation and extension path of the fracture, the in-situ stress state dominates the main direction of the fracture zone and bedding planes impede fracture height growth.     

利用Aspen Plus对粉煤气化与水煤浆气化过程的模拟分析

基于Aspen Plus模拟软件,建立了粉煤气化和水煤浆气化过程模拟的模型,选择反应平衡模型以及合适的反应模块,应用Gibbs自由能最小化方法分别对宁夏宁东矿区的三种煤进行气化模拟,参照实际生产指标建立模型,将模拟计算的结果与实际生产中所产粗煤气组分进行比较,结果吻合较好。故该模型对于指导实际生产及预测煤种气化产物具有一定的意义。     

陆相与过渡相煤系页岩孔隙结构及分形特征对比——以鄂尔多斯盆地东北缘延安组与太原组为例

基于低温氮气吸附分形几何学研究方法,对鄂尔多斯盆地东北缘陆相延安组及海陆过渡相太原组富有机质煤系页岩进行孔隙结构和分形特征研究,运用分形FHH模型计算了大孔隙(4.34~100nm)和小孔隙(4.34nm)对应的分形维数D_1与D_2,对比讨论了孔隙结构参数与分形维数的关系,以及TOC、矿物含量对两者的影响。研究结果表明:(1)延安组孔径分布在1.8~59nm,呈"双峰型",以墨水瓶状、狭缝状和平行板状孔为主;太原组孔径主要分布在3~4.5nm,呈"单峰型",以墨水瓶状孔为主。(2)煤系页岩具有双重分形特征,D_1与D_2正相关,且D_1D_2,表明大孔隙空间结构更加复杂。延安组两类孔隙空间结构均比较复杂,太原组大孔隙空间结构非常复杂,而小孔隙均质性强。(3)煤系页岩平均孔径越小,微小孔隙越多,比表面积越大,总孔体积越大,分形维数越大,即孔隙结构越复杂,孔表面越不规则;延安组D_1、D_2和太原组D_1均可反映各自孔隙结构特征。(4)太原组孔隙结构参数和分形维数受TOC及矿物成分含量影响较延安组明显。(5)延安组页岩储层优于太原组,更利于煤系页岩气的吸附、赋存、扩散和渗流。     

两种介质注入对原油物性的影响

注入介质对原油高压物性影响的研究是注气提高采收率的室内评价手段之一,注富烃气和氮气后原油高压物性参数变化规律的研究是分析注气后沿混相及前沿混相和非混相驱替过程室内评价的基础。在对一实际轻质原油高压物性分析的基础上,分别进行了富烃气注入和氮气注入实验及多次接触实验,对比研究了注入这两种气体后轻质原油的相态、饱和压力、粘度、容胀特性、气油比和脱气原油密度等特性的变化规律,分析了氮气抽提作用对原油PVT特性的影响。结果表明,在一次接触混相条件下,注富烃气和氮气后轻质原油的高压物性参数具有相似变化规律,但是氮气对原油粘度、体积系数、密度等参数的改善不如富烃气注入明显,氮气将引起原油饱和压力急剧上升;在氮气驱过程中后沿地层原油很快变重,若不能达到和保持前沿混相,氮气驱效果将很差。     

甲烷吸附前后高煤级煤孔隙结构粒径效应

针对3种不同粒径的高煤级煤开展了甲烷高压等温吸附测试,并对不同粒径煤样甲烷吸附前后的孔隙结构特征进行了对比研究.结果 表明,不同粒径煤样的等温吸附曲线没有显著的差异,随着煤岩粒径的减小,煤岩的吸附速率和最大过剩吸附量呈逐渐增加的趋势.甲烷吸附前后,不同粒径煤样的孔隙结构发生了不同的变化.甲烷等温吸附前,随着煤岩粒径的减...