四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙结构的定量表征

页岩孔隙结构的定量表征可为页岩储层质量评价提供基础参数,但是利用常规方法很难准确表征页岩的微米-纳米级孔隙结构。 以四川盆地龙马溪组含气页岩为研究对象,综合对比常用的氮气（ N ₂）吸附法、高压压汞法、核磁共振法等页岩测试手段的原理及优缺点,提出利用低压氮气吸附法测得的累计孔径分布来拟合页岩核磁 T 2 谱相对应的累计孔径分布,优化页岩核磁 T 2 谱与孔径的转换系数 C ,进而应磁共振测试结果来表征页岩中不同尺度的孔隙分布。 该方法可以弥补传统的低压氮气吸附与高压压汞联合表征方法的不足,因为高压压汞法测试可能会导致页岩破裂,产生大量微米级裂缝,这些微裂缝很难与天然微裂缝区分开。 此外,核磁共振具有对岩样加工简单、人工破坏性小、测试不需外来压力等优点,因此推荐低压氮气吸附法与核磁共振法联合表征页岩的孔隙结构方法,它能科学、准确地表征页岩的孔喉分布。 研究表明,龙马溪组页岩孔径分布曲线具有双峰或三峰特征,主要孔径为 0.2～100.0 nm ,介孔和微孔占优势,孔隙体积百分比分别为 67.75% 和 25.33% 。 最终明确了该区页岩储层孔隙结构的定量表征方法。     

页岩吸附性能及孔隙结构特征——以四川盆地龙马溪组页岩为例

四川盆地昭通区块龙马溪组页岩的TOC含量和现场含气量测试显示,下段页岩含气性好,储层也具有可改造性。利用全岩及黏土矿物分析、等温吸附实验、比表面及孔径分布等实验研究,发现页岩中干酪根纳米级孔隙发育,孔径主要分布在2~60 nm,是页岩比表面的主要贡献者。页岩与干酪根的吸附-脱附曲线形态也说明了这一现象,两者基本相似,都具有明显的滞后环。而页岩中黏土也具有一定比表面积,其含量与页岩的比表面不存在相关性。因此,TOC含量增加,页岩的比表面积增大,吸附能力增强,饱和吸附量变大,使得含气量增加。     

川东南龙马溪组页岩孔隙分形特征

基于低温氮气吸附分形几何学研究方法,对川东南龙马溪组页岩储层进行了孔隙分形特征研究,并运用分形FHH模型计算了孔隙分形维数,讨论了分形维数与孔隙结构、有机碳含量、页岩矿物成分之间的关系。研究表明:川东南龙马溪组页岩以中孔为主,孔隙内部特征以墨水瓶状孔和狭缝状孔为主;页岩样品分形维数为2.629 2~2.898 0,反映了页岩孔隙结构复杂和非均质性强的特征;页岩平均孔径越小、微小孔隙越多,孔隙结构越复杂,孔表面越不规则,比表面积和分形维数则越大;有机碳含量和微孔发育程度对分形维数影响较大。通过分形维数可定量描述孔隙结构的复杂程度和不均一性,为研究页岩孔隙结构的分布特征提供了思路。     

昭通示范区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及吸附能力

为明确四川盆地南缘昭通示范区下志留统龙马溪组富有机质页岩储层微观孔隙结构特征及吸附能力,设计低温氮气吸附实验和高温甲烷吸附实验,获得富有机质页岩的孔隙结构参数,使用修正过的Langmuir-Freundlich模型对等温吸附线进行拟合,以评价页岩样品的甲烷吸附能力,并探讨微观孔隙结构对页岩吸附性能的影响。实验结果表明:研究区富有机质页岩纳米级孔隙主体为墨水瓶状和狭缝型,比表面积为9.429~27.742 m~2/g,孔体积为0.011~0.02 cm~3/g,平均孔径为8.546~10.982 nm,分形维数为2.552 2~2.725 5。使用Langmuir-Freundlich模型拟合高温甲烷吸附曲线,30℃甲烷吸附的Langmuir体积为1.397 32~4.076 61 m~3/t,不同页岩样品吸附能力差异明显。富有机质页岩中,随着有机质含量的增大,一方面有机质孔数量增多,页岩比表面积增大,甲烷吸附位点增多,页岩吸附能力增强;另一方面分形维数增大,孔隙表面非均质性增强,孔径减小,孔隙壁之间的吸附势能增强,页岩吸附能力增强。富有机质页岩中粘土矿物对吸附性能的贡献较小。     

渝东南龙马溪组页岩储层特征及吸附影响因素分析

页岩的天然气吸附能力对储层含气性评价和资源储量预侧至关重要。文中通过低温氮气吸附实验,对渝东南地区下志留统龙马溪组页岩岩心样品的微观孔隙结构进行了研究,计算了纳米孔隙结构参数;综合运用等温吸附实验侧量岩心样品的甲烷吸附能力,分析饱和吸附量与孔隙结构、有机碳质量分数、矿物组成的相关性,探讨了页岩吸附能力的主控因素。结果表明,孔径小于50 nm的微孔和中孔是主要的孔隙类型,为吸附气提供了有效储存空间;有机碳质量分数控制了纳米孔隙体积和比表面积的发育,是影响页岩吸附能力的决定性因素,而拈土矿物成分对页岩的吸附性贡献不大.     

川南龙马溪组页岩孔隙分形特征

以川南长宁—兴文地区龙马溪组页岩为对象,基于压汞实验测试结果研究其分形特征。对压汞法实验结果进行分析,采用Menger海绵模型和基于热力学关系的分形模型,计算得到川南地区龙马溪组页岩的分形维数。研究结果表明基于热力学关系的分形模型比较恰当地反应了川南长宁—兴文地区龙马溪组页岩的孔隙结构;龙溪组页岩具有明显的分形特征及较大的分形维数,分形维数在2．9337～2．9941;页岩孔隙的分形维数与TOC含量、脆性矿物含量呈正相关,而与黏土矿物含量、碳酸盐岩含量及长石呈负相关,其中黏土矿物中高岭石和绿泥石、碳酸盐岩中方解石及脆性矿物的石英对页岩孔隙结构分布特征影响较大。     

深层页岩伊利石孔隙中甲烷吸附相密度特征

页岩纳米孔隙中超临界甲烷的吸附相密度特征是明确页岩真实含气量的基础。基于伊利石纳米孔隙中甲烷吸附相的分子模拟数据,在温度333.15～423.15 K和压力0～90 MPa区间内,分别利用Langmuir三元模型法、过剩吸附曲线截距法、密度剖面积分法计算了甲烷吸附相的密度和绝对吸附量,分析温度、压力和孔径对甲烷吸附相的影响规律,系统检验甲烷吸附相密度计算方法的合理性。研究表明：1）温度的升高减弱了甲烷受到的孔壁吸引作用,降低了甲烷吸附相的密度和绝对吸附量;2）甲烷吸附相的密度和绝对吸附量随压力增大而增加,深层页岩中地层高压对甲烷吸附相的密度和绝对吸附量仍有重要影响;3）受甲烷吸附相扩展和孔壁耦合吸引作用影响,甲烷在2 nm和4 nm孔隙中的吸附相密度和绝对吸附量更大;4）基于分子模拟的积分法适用于深层页岩纳米孔隙中甲烷吸附相密度的确定和绝对吸附量的校正。研究结果对页岩气储量准确评价具有重要意义。     

甲烷在暗色页岩纳米孔隙中微观吸附规律

页岩的吸附能力依赖于其孔隙结构、矿物组成、气体压力及储层温度等。采用蒙特卡洛法,对6种主要页岩成分纳米孔隙中的甲烷吸附行为进行了分子模拟,研究了压力、温度对甲烷吸附量的影响规律,对比了甲烷在有机质、石英、蒙脱石、高岭石、伊利石中的吸附差异,分析了甲烷分子在纳米孔隙中的分布特征和吸附比例。分子模拟结果表明,虽然甲烷吸附量随着温度的升高而线性降低,并随着压力的增大而逐渐提高,但其增加速率会逐渐放缓,其依赖关系可以采用联合的幂函数进行描述。甲烷分子在纳米孔隙中同时表现为吸附态和游离态,吸附态所占比例随着压力的增大而逐渐降低。主要页岩成分的吸附比例存在较大差异,其大小关系为高岭石>伊利石>蒙脱石>有机质（C₅H₄O₂、石墨烯）>石英。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩储层成岩作用

在大量岩石薄片鉴定、扫描电镜、X-射线衍射等分析实验基础上,对四川盆地志留系龙马溪组页岩储层成岩作用进行了研究。共识别出压实作用、胶结作用、黏土矿物转化作用、交代作用、溶蚀作用、有机质热成熟作用以及构造破裂作用共7类成岩作用。其中胶结作用又包括了硅质、碳酸盐和硫化物胶结,总结了硅质胶结物的物质来源以及钙质胶结物发育的主控因素。在N3井单井分析的基础上,指出龙马溪组优质页岩储层段、次优页岩储层段与非页岩储层段经受了不同成岩事件的改造,其中优质页岩储层段经历的主要无机成岩作用除压实作用外,均与有机质热成熟作用存在明显联系。通过多项成岩指标综合分析认为,龙马溪组页岩储层现今处于中成岩B亚期—晚成岩阶段。无机矿物成岩作用对于页岩储层具有重要的影响,它控制了储层孔隙的保存、发展和演化,同时也影响着岩石的力学性质和页岩储层的吸附能力;有机质热成熟过程中排出的天然气是页岩气的物质来源,同时其在热成熟过程中生成的大量有机质纳米孔隙增大了储层孔隙度并提高了储层吸附能力。     

川南龙马溪组页岩储层微观孔隙结构及其对吸附能力的影响

页岩气以吸附态为主赋存于有机质和页岩矿物颗粒表面,为强化对龙马溪组一小层一亚段页岩纳米级微、介孔孔隙结构的认识,并对比2类孔隙结构对页岩气吸附能力的影响,采用氩离子抛光-场发射扫描电镜、低压N₂/CO₂吸附、CH₄等温吸附实验,分析了不同页岩岩相微孔、介孔孔隙结构和孔径分布的差别,建立微孔、介孔孔隙结构和页岩气吸附能力的关系,对比了2类孔隙对页岩气吸附能力的贡献。研究表明：龙马溪组页岩主要发育微孔,优势孔径范围为0.4～0.6 nm、0.8～1.0 nm,介孔相对发育程度差;泥质页岩微孔孔隙比表面积最大,钙质页岩介孔比表面积最大,泥质页岩的微孔、介孔孔体积均为最大;泥质、硅质、碳酸盐质和混合质页岩孔隙结构均具有分形特征,硅质页岩微孔分形维数最大,钙质页岩介孔分形维数最大;随着TOC增大,页岩微孔的分形维数、比表面积、孔体积和介孔孔体积均相应增加;TOC、微孔和介孔的比表面积、分形维数、孔体积对页岩气吸附能力均为正贡献,且微孔对吸附能力影响作用更强;高TOC、最大微孔比表面积和孔体积的泥质页岩是页岩气吸附能力最强的岩相。研究结果对川南龙马溪组页岩气勘探与开发具有重要的指导意义。     

地层元素测井仪器结构参数的蒙特卡罗数值模拟

建立地层元素测井的蒙特卡罗方法数值模拟模型,分别对仪器的屏蔽体、硼套、源距等仪器参数对测井响应的影响进行数值模拟研究。单一屏蔽体材料中钨镍铁屏蔽率最高,组合材料中钨镍铁+硼砂和钨镍铁+聚乙烯的屏蔽率比相同厚度钨镍铁的屏蔽率略高一些,钨镍铁+聚乙烯的效果更明显。实际仪器模型中11cm厚的钨镍铁屏蔽率大于0.9;硼套为10B与氟橡胶混合材料时其10B含量达到10%以上,达到降低仪器内部元素影响的效果;仪器外壳材料均可以采用沉淀不锈钢或铜,其对地层元素的解谱几乎没有影响。这些模拟结果可以为优化仪器结构参数提供参考。     

蒙特卡罗方法在补偿中子测井仪器设计中的应用

运用蒙特卡罗方法对双源距补偿贴壁中子测井进行了数值模拟计算,得到了测井仪器中源和探测器结构条件发生变化导致计数结果变化的相关结论。这些结论丰富了中子测井仪器自身条件变化对计数影响的相关理论,为仪器优化设计提供了理论依据和有效工具。     

阵列子中测井蒙特卡罗模拟中降低方差的方法

用蒙特卡罗方法模拟点通量深穿问题时,存在计算费用高、计算效率低的缺陷,针对阵列中子测井这个点通量深穿透问题,除了合理利用ＭＣＮＰ３．０Ｂ提供的降低方差技巧外,提出了效率卷积方法来降低方差。效率卷积方法就是把直接跟踪中子历史的过程分解为两个步骤来完成：第一步计算从源出发,达到探测器镉片处的中子面流;第二步计算探测器效率一面流和探测器效率进行卷积得以探测器的响应。计算结果表明效率卷积方法在降低方差方面     

高岭石甲烷吸附规律的分子模拟研究

高岭石作为黏土矿物的主要吸附载体,其对甲烷吸附的贡献不可忽略。考虑高岭石独特的1∶1型双层晶体结构,建立高岭石双层吸附空间模型。采用巨正则系综下的蒙特卡洛方法研究甲烷分子与高岭石超晶胞的定位吸附模拟和高岭石对甲烷的等温吸附模拟,分析高岭石的晶体结构、温度和含水率对甲烷吸附行为的影响。研究结果表明:高岭石硅氧四面体层(硅氧烷化面)对甲烷的吸附作用强于铝氧八面体层(铝氧羟基化面),甲烷优先吸附于硅氧烷化面;吸附的甲烷分子呈聚集态分布于硅氧四面体六元环空穴上方位置,且以正三角锥构型吸附最为稳定;在280～400 K温度下,高岭石吸附甲烷符合Langmuir等温吸附类型,且属于物理吸附;甲烷吸附量和吸附热均随温度升高而呈线性降低,证实可以利用低温条件下的吸附量预测高温条件下的吸附量;高岭石吸水饱和前,水分子的存在不会改变高岭石对甲烷的吸附趋势和类型,仅降低甲烷吸附量,当含水率由0增至20.94%,甲烷吸附量下降35.06%。     

Monte Carlo方法在核测井中的新应用

用 Monte Carlo方法研究核测井问题具有节省经费、考察范围广和可以重复利用等优点。从 2 0世纪 80年代中后期开始 ,其应用已遍及核测井机理研究、优化仪器设计、测井仪器刻度和校正、新应用方法和算法研究、测井解释、图版制作等全部核测井研究和生产领域。阐述了 Monte Carlo方法在核测井中的几个应用方面     

综合测井和地震资料描述岩性的蒙特卡洛法

考虑了测井纵向分辩率高但横向分辩率低的特点，利用地震资料作为测井岩性上推过程的约束，对地下岩性进行描述。利用地震资料时，该方法考虑地震信息的不确定性和模糊性，将地下生分布看作随机场的一个特定实现，利用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法以 孔以外的央进行横向模拟，能够给出储层岩性多种可能的图象。     

活性炭表面官能团对苯吸附性能影响的分子模拟

利用Material Studio(MS)软件构建了具有氢基、羟基、羰基和羧基不同官能团的活性炭结构模型,并使用巨正则蒙特卡洛方法,在微观层面上分析了活性炭吸附苯分子的吸附等温线、等量吸附热、吸附作用能以及吸附构型.结果表明:活性炭中引入羧基和羰基官能团有利于提高其对苯分子的吸附量和吸附速率,且羧基的影响程度要高于羰基...     

简单分子三元混合物汽液平衡的分子模拟计算

采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ分子模拟及Ｇｉｂｂｓ系统方法计算了用于天然气工业的两个三元体系（Ｎ２－ＣＯ－ＣＨ４、２２０Ｋ、６ＭＰａ和ＣＨ４－Ｃ２Ｈ６－ＣＯ２、２３３Ｋ、４ＭＰａ）的汽液平衡。乙烷当作两个ＣＨ３基因组成的线性分子，其它组分均当作异向同性的球形分子。获得了两相平衡组成、共存相密度、构型位能和压缩因子。分子模拟的结果与文献中的实验数据能很好地吻合。     

基于强度的钢框架可靠性分析与计算

以有限元程序ANSYS为计算平台,以一多层钢框架结构为研究对象,分别进行了平面和空间结构的可靠性分析,并运用蒙特卡罗法、响应面法进行了结构整体可靠性的计算。通过对比可得出：以空间结构为计算模型,运用基于响应面的蒙特卡罗法进行数值模拟计算可得出较好的计算效果。     

Molecular Reconstruction of Crude Oil

Molecular reconstruction methods allow creating mixtures of molecules from partial analysis data. Suitable properties estimation equations for hydrocarbons are selected through verification. Then virtual molecules of crude oil are obtained through Monte Carlo random sampling method. With the mixing rules of hydrocarbon properties, objective function is obtained by comparing with analytical properties. Appropriate optimization algorithm is selected to minimize the objective function, and the content of virtual molecules is further adjusted according to the actual fraction distribution of crude oil. Verification results showed the reliability of this method and further application on other crude oils proved its practicality.