高压压汞法结合分形理论分析页岩孔隙结构

在页岩气勘探开发中,储层微观孔隙结构评价具有重要的意义。为了更有效地研究页岩储层微观孔隙结构特征,利用高压压汞实验结合分形理论对孔隙结构进行分析。高压压汞结果显示岩样孔隙半径主要分布在3~50 nm的中孔范围内,其中3~15 nm的孔隙占80%以上,该部分孔隙提供了大部分孔体积。研究岩样中孔的分形维数分析结果表明:页岩岩样中孔的分形分布可明显地分为2段,孔隙半径大于15 nm的孔隙分形维数接近3,说明该部分孔隙非均质性强,孔隙结构分布不均匀;孔隙半径小于15 nm的孔隙分形维数相对较小,该部分孔隙分布较为均匀。高压压汞曲线仅可对中孔和大孔进行分析描述,由于进汞压力大可能导致岩样遭到破坏,不宜利用高压压汞曲线对孔隙半径小于2 nm的微孔进行分析。     

不同成熟度页岩孔隙及其分形特征

为探究页岩孔隙随成熟度的变化特征,文中研究选取了华北地区12个不同成熟度(镜质体反射率Ro介于1.10%~2.83%)的页岩样品。通过低温液氮实验对样品进行孔隙表征,并依据FHH分形模型,计算了不同成熟度页岩孔隙分形特征。结果表明:随着成熟度的增大,页岩孔容呈现"减小—增大—减小"的趋势,分界点在Ro=1.50%和Ro=2.50%左右,而孔隙分形维数D与孔容变化趋势相反,呈现"增大—减小—增大"的趋势,这与压实减孔作用和有机质生烃过程中的增孔作用关系密切;不同成熟度页岩储层中,孔隙总比表面积与分形维数呈现正相关关系,而平均孔径与分形维数呈现出明显的负相关关系,这反映出储层孔隙分形维数越大,比表面粗糙性越强,可提供更多的吸附位置,更有利于页岩吸附气的存储。     

页岩纳米孔隙分形特征

以氮气分子为探测介质,采用氮气吸附分形分析方法研究了页岩孔隙结构及其不规则性,计算了页岩纳米孔隙分形维数,给出了分形维数与有机碳含量、页岩组成、孔隙结构参数之间的关系曲线,讨论了分形维数对气体吸附和渗流的影响。结果表明,页岩纳米孔隙具有明显的分形特征。分形维数与有机碳含量、微孔发育程度有关。有机碳含量越高,分形维数越大。分形维数反映了页岩微孔的发育程度,微孔越发育,平均孔径越小,比表面积越大,分形维数越大。分形维数对气体的赋存和运移有着不同的影响,分形维数越大,孔隙结构趋于复杂,这有利于气体吸附存储,但不利于气体渗流。     

富有机质页岩生烃阶段孔隙演化及分形特征

为明确富有机质页岩孔隙演化规律,以鄂尔多斯盆地三叠系延长组不同成熟度(RO值介于0.53%~1.09%之间)黑色页岩为研究对象,通过扫描电镜、氮气吸附和X-射线衍射等技术手段对页岩储层的纳米孔隙及热演化特征进行研究,并依据FHH分形模型探讨了页岩孔隙分形特征及热演化规律。结果表明：页岩孔隙总体积和比表面积主要受控于中孔(2~50nm)和大孔(＞50nm),并与TOC含量有较好的相关性;随着RO值的增加,页岩孔隙总体积先下降,再略微上升,比表面积先下降,再明显回升,这是压实作用和生排烃作用共同作用的结果。RO值与有机质孔发育程度密切相关,是中孔的最大贡献者。页岩孔隙的分形维数普遍较高,随着热演化程度的加深整体呈增大趋势,且与孔体积及平均孔径显著负相关,与比表面积正相关,表明页岩孔隙结构趋于复杂,吸附能力提升。     

蜀南双河龙马溪组页岩孔隙结构的分形特征

基于分形理论和方法,以页岩样品压汞数据为基础,对页岩孔隙结构进行定量化研究,计算了分维值D1和D2,探讨了页岩孔隙结构特征.根据页岩孔隙分形曲线的特征,将蜀南双河地区下志留统龙马溪组页岩孔隙结构划分为渗透孔隙、凝聚-吸附孔隙和吸附孔隙3大类,为页岩纳米级孔隙以及页岩气的赋存和运移机理研究提供新方法.     

川南龙马溪组页岩孔隙结构综合表征及其分形特征

为了科学评价川南地区龙马溪组页岩孔隙发育特征对页岩气赋存与流动过程的影响,综合采用压汞、液氮吸附及二氧化碳吸附等测试方法,对页岩孔隙结构进行全尺度表征,并对不同尺寸的孔隙进行分形拟合,计算综合分形维数,最后结合地球化学和矿物组成对综合分形维数的影响因素进行探讨。结果表明：页岩样品孔径分布呈多峰态,各阶段孔隙均对总体积有一定贡献,而孔隙比表面积主要由微孔和介孔贡献。龙马溪组页岩孔隙符合分形规律,具有自相似性,宏孔孔隙结构较介孔、微孔更为复杂。以2个孔径段的孔体积比为加权值,计算获得综合分形维数为2.491～2.623,平均为2.560,孔隙结构较为复杂。有机碳含量和矿物组成对综合分形维数具有明显控制作用,有机碳含量越高,综合分形维数越大。孔隙结构复杂程度与综合分形维数呈正相关关系,脆性矿物含量与综合分形维数呈负相关关系,有机质成熟度和黏土矿物对孔隙综合分形维数有积极影响。     

孔隙结构特征参数的分形表征

储层岩石的孔隙结构具有分形特征,孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的复杂程度和变化规律.应用分形几何的原理,根据储层岩石孔隙分布和毛细管压力曲线的分形几何模型,建立了孔隙结构特征参数的分形表征方法.根据毛细管压力曲线资料,应用该方法计算了孔隙结构的分形维数和各种特征参数值.计算结果表明,孔隙结构的分形维数在2到3之间,用该方法计算得到的储层岩石孔隙结构特征参数的变化规律与传统统计参数的变化规律是一致的.该方法不仅简单易行,精度很高,并且使孔隙结构的特征参数从传统的定性描述转变为定量计算,对油田开发具有实际意义和参考价值.     

陆相页岩储层孔隙分形特征——以四川盆地三叠系须家河组为例

基于氮气等温吸附、高压压汞测试结果,研究四川盆地三叠系须家河组陆相页岩孔隙结构的分形特征。分析结果表明:须家河组页岩孔隙结构复杂,基质孔隙以纳米级孔隙为主,孔径分布在2~100nm之间;须家河组页岩孔隙具有显著分形特征,分形维数在2.6~2.75之间,平均值为2.66;须家河组页岩分形维数与有机碳含量、微孔孔隙体积、比表面积正相关,与矿物含量相关性不强;页岩分形维数随热演化程度增加具有“先降后增再降”阶段性变化特征。探索性提出页岩优质储层孔隙分形维数分布范围在2.6~2.8之间,为我国陆相页岩储层定量表征及页岩气有利区评价提供新思路和手段。     

沁水盆地太原组—山西组页岩孔隙分形特征

基于沁水盆地太原组—山西组页岩样品的总有机碳含量、镜质体反射率和矿物组成分析资料,利用高压压汞实验进行测试,获取孔隙直径、孔隙体积、比表面积、孔隙度等孔隙结构参数,并在此基础上利用Sierpinski地毯模型对页岩孔隙结构进行分形处理.结果表明,太原组—山西组页岩样品压汞分形曲线可以分为AB段、BC段和CD段,其中BC...     

确定孔隙结构分形维数的新方法

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征。将分形几何学的原理运用于储层岩石的孔隙结构研究,能建立毛细管压力曲线、相对渗透率、孔喉大小分布等的分形模型。但这些模型只有在求取了孔隙结构分形维数D的基础上,才可能对孔隙结构作出预测。本文提出了在建立毛细管压力分形模型的基础上,运用毛细管压力资料预测分形维数D.通过实测检验证明,该方法不仅简便易行、精度高,而且能直接得到三维空间的信息,值得研究和推广应用。     

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。     

页岩储层孔隙结构与分形特征演化规律

为了研究页岩储层演化对其分形维数的影响,以鄂尔多斯盆地延长组低成熟度陆相页岩、松辽盆地沙河子组高成熟度陆相页岩、川南地区龙马溪组高—过成熟度海相页岩为例,利用X射线衍射分析、地球化学分析、氮气吸附实验等手段,结合FHH与热力学模型,研究不同分形维数的演化特征,利用灰色关联系数法分析不同演化阶段分形维数的控制因素。结果表明：低成熟度陆相页岩分形维数较低,高成熟度海相、陆相页岩具有较高的分形维数。高—过成熟度海相页岩中,较高的孔表面积与孔体积会造成孔隙复杂程度明显增高,但这种关系在低成熟度陆相页岩并不明显,可能是滞留烃造成微孔阻塞或覆盖孔隙表面,使分形维数下降。随着演化程度的增加,页岩储层分形维数的主要影响因素逐渐从矿物组成变成总有机碳含量。     

陕南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及吸附能力

为揭示陕南地区下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其吸附能力,采用场发射扫描电镜观察、有机地球化学分析、全岩X射线衍射、氮气吸附和等温吸附实验等方法,通过定性观察和定量表征相结合的方式,来研究该组页岩的孔隙结构类型,并探讨页岩孔隙结构和吸附能力的主控因素。结果表明：陕南地区牛蹄塘组页岩主要发育有机质孔、粒内孔、粒间孔和微裂缝等4种孔隙类型,页岩孔径为1.8～316.7 nm,BET比表面积为1.34～13.20 m²/g,平均值为6.83 m²/g,BJH吸附总孔体积为0.003～0.011 cm³/g,平均值为0.006 cm³/g;影响页岩孔隙发育的直接因素包括总有机碳含量和热演化成熟度,二者与孔隙体积和比表面积均呈正相关性;影响页岩孔隙发育的间接因素包括汉南古隆起周缘的构造运动和沉积环境,二者对牛蹄塘组页岩热演化成熟度、埋藏深度、厚度和岩性变化均具有较大影响,从而间接控制着页岩孔隙结构的发育特征;页岩吸附能力主要受有机碳含量、孔隙体积和比表面积等因素的影响,三者与甲烷吸附气量均呈正相关性。该研究结果对陕南地区寒武系页岩气资源潜力评价及选区评价均具有重要意义。     

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。     

沁水盆地太原组—山西组页岩孔隙分形特征

基于沁水盆地太原组—山西组页岩样品的总有机碳含量、镜质体反射率和矿物组成分析资料,利用高压压汞实验进行测试,获取孔隙直径、孔隙体积、比表面积、孔隙度等孔隙结构参数,并在此基础上利用Sierpinski地毯模型对页岩孔隙结构进行分形处理。结果表明,太原组—山西组页岩样品压汞分形曲线可以分为AB段、BC段和CD段,其中BC段对应的孔隙直径为21~6 035 nm;利用Sierpinski地毯模型进行分形处理时,BC段孔隙结构表征性最好;在21~6 035 nm孔隙直径范围内,黏土矿物含量越高的页岩,其孔隙结构的非均质性越强,孔隙结构的复杂程度也越高;孔隙体积、比表面积和孔隙度与分形维数均呈负相关关系,三者之中孔隙体积和孔隙度与分形维数相关性较好,可以作为间接判断孔隙结构复杂程度的依据。     

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。     

对马新仿等《用分形方法研究水驱前后岩石的孔隙结构》一文的置疑

马新仿等在《新疆石油地质》2003年第3期发表《用分形方法研究水驱前后岩石的孔隙结构》一文，该文的主要数学模型及其推导，是文章的最重要的核心部分，是文章的关键所在。但是这些数学模型及其推导，与以前发表过的两篇文献中所建立的数学模型及其推导，几乎完全相同。这是罕见的巧合还是抄袭痕迹的表现，马新仿先生应作出必要的解释。对这问题，相信广大细心的读者也会做出自己的判断。     

渝东南地区海相页岩有机质孔隙发育特征及演化

页岩气在储层内的有效赋存及渗流由有机质孔隙决定。由此,以渝东南地区下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组高—过成熟度典型富有机质黑色海相页岩为研究对象,使用电子显微镜观察2套页岩层位的有机质孔隙结构。结果表明：龙马溪组页岩有机质孔隙主要发育在焦沥青内部,而固体干酪根内仅发育少量直径较小的有机质孔隙;牛蹄塘组页岩的焦沥青和固体干酪根均不发育有机质孔隙;2套页岩的总有机碳含量、全岩矿物组成及干酪根类型均具有相似特征,但牛蹄塘组页岩的热成熟度要远高于龙马溪组页岩,且已达到变质期,其固体干酪根和焦沥青的物理化学性质均趋近于石墨,导致其有机质内部不发育孔隙。过高的热成熟度不利于页岩中有机质孔隙的保存,所以渝东南地区下寒武统牛蹄塘组高—过成熟度海相页岩气的勘探开发应重点寻找热成熟度低于3.5%的地区。     

川东北牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其控制因素

海相页岩气勘探在四川盆地周缘取得重要进展。通过X射线全岩衍射、氩离子抛光扫描电镜、二氧化碳和氮气吸附实验及有机地化实验等,对川东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩的孔隙发育特征及其控制因素进行了研究。结果表明:川东北地区牛蹄塘组页岩有机质丰度较高,石英矿物和黏土矿物是主要造岩矿物;孔隙类型主要为有机质孔隙、脆性矿物粒间孔隙、黏土矿物层间缝等,有机质孔隙呈蜂窝状,在有机质内部发育,有机质孔数量较少,无机矿物孔隙以孔状、夹板状等μm级孔径为主;页岩孔容与比表面积随着有机质和黏土矿物含量的升高而变大。