基于壓汞法構(gòu)造煤基質(zhì)壓縮特性及其對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)影響

利用巖心觀察、普通薄片、鑄體薄片、掃描電鏡分析和壓汞曲線等多種手段，研究了蓬萊地區(qū)須二段儲(chǔ)層成巖相和孔隙結(jié)構(gòu)特征。依據(jù)成巖作用和成巖礦物劃分出強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相、強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相2種成巖相。通過(guò)不同成巖相與孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)應(yīng)關(guān)系探討，結(jié)合試氣結(jié)論，認(rèn)為強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相對(duì)應(yīng)孔隙結(jié)構(gòu)最好，強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相中的硅質(zhì)膠結(jié)次之，伊蒙混層再次之，鈣質(zhì)膠結(jié)最差。最后選取聲波時(shí)差、電阻率、自然伽馬、密度、中子5條對(duì)成巖相較敏感的測(cè)井曲線，建立了2種成巖相的測(cè)井識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，并以px1井為了實(shí)現(xiàn)了成巖相的剖面劃分，由此可利用成巖相的縱向展布連續(xù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)在二維剖面上的特征和變化規(guī)律。此研究為該區(qū)下一步油氣勘探工作提供了地質(zhì)依據(jù)。

溶蝕巖體具有明顯的多相復(fù)合性質(zhì),其細(xì)觀溶蝕孔隙與微裂紋會(huì)對(duì)巖體宏觀力學(xué)特性產(chǎn)生顯著影響,而針對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)溶蝕巖體力學(xué)影響的研究并不多見(jiàn).首先基于巖體溶蝕損傷演化機(jī)制研究的文獻(xiàn)資料,將溶蝕巖體孔隙結(jié)構(gòu)分為蟲(chóng)洞型與蜂窩型,采用顆粒流模擬手段,建立具有不同孔隙結(jié)構(gòu)特征的溶蝕巖體的顆粒流模型;從細(xì)觀力學(xué)角度分析孔隙結(jié)構(gòu)特征及其發(fā)育程度對(duì)巖體力學(xué)行為特性的影響;分析孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)溶蝕巖體受載損傷演化、巖體破壞模式及破壞機(jī)理的影響.數(shù)值模擬結(jié)果表明,溶蝕巖體孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)巖體力學(xué)行為特性存在較大影響.對(duì)于具有不同孔隙結(jié)構(gòu)特征的溶蝕巖體而言,其力學(xué)特性對(duì)巖溶發(fā)育程度的敏感性不同.實(shí)際工程中僅以孔隙率這一宏觀等效指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)溶蝕巖體并不完善,應(yīng)進(jìn)一步考慮孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)巖體受載過(guò)程中力學(xué)特性的影響.

溶蝕巖體具有明顯的多相復(fù)合性質(zhì),其細(xì)觀溶蝕孔隙與微裂紋會(huì)對(duì)巖體宏觀力學(xué)特性產(chǎn)生顯著影響,而針對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)溶蝕巖體力學(xué)影響的研究并不多見(jiàn).首先基于巖體溶蝕損傷演化機(jī)制研究的文獻(xiàn)資料,將溶蝕巖體孔隙結(jié)構(gòu)分為蟲(chóng)洞型與蜂窩型,采用顆粒流模擬手段,建立具有不同孔隙結(jié)構(gòu)特征的溶蝕巖體的顆粒流模型;從細(xì)觀力學(xué)角度分析孔隙結(jié)構(gòu)特征及其發(fā)育程度對(duì)巖體力學(xué)行為特性的影響;分析孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)溶蝕巖體受載損傷演化、巖體破壞模式及破壞機(jī)理的影響.數(shù)值模擬結(jié)果表明,溶蝕巖體孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)巖體力學(xué)行為特性存在較大影響.對(duì)于具有不同孔隙結(jié)構(gòu)特征的溶蝕巖體而言,其力學(xué)特性對(duì)巖溶發(fā)育程度的敏感性不同.實(shí)際工程中僅以孔隙率這一宏觀等效指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)溶蝕巖體并不完善,應(yīng)進(jìn)一步考慮孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)巖體受載過(guò)程中力學(xué)特性的影響.

以不同水泥摻量的水泥黏土為研究對(duì)象,進(jìn)行核磁共振試驗(yàn)研究水泥摻量對(duì)微觀孔隙分布的影響,進(jìn)行變水頭滲透試驗(yàn)研究水泥摻量對(duì)滲透性的影響,在此基礎(chǔ)上調(diào)查水泥摻量對(duì)滲透性影響的微觀機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn):水泥土的滲透系數(shù)隨水泥摻量的增大而減小,其中在低水泥摻量(4%~12%)范圍內(nèi)急劇減小,在高水泥摻量(15%~25%)范圍內(nèi)呈現(xiàn)相對(duì)緩慢減小趨勢(shì)；水泥土t2分布曲線均呈現(xiàn)三峰分布,三峰分別對(duì)應(yīng)于小孔、中孔、大孔,隨著水泥摻量增加,t2分布曲線總面積呈現(xiàn)減小趨勢(shì),其中在低水泥摻量范圍內(nèi),第2峰、第3峰峰面積減小明顯,在高水泥摻量范圍內(nèi),第1峰峰面積顯著減小。分析可知,在水泥摻量較低時(shí),水泥水化作用優(yōu)先堵塞大孔和中孔,導(dǎo)致滲透系數(shù)隨水泥摻量增加而顯著減小；在水泥摻量較高時(shí),水泥摻量的增加主要減少小孔隙面積,大孔和中孔面積變化不大,此時(shí)增加水泥摻量對(duì)減小水泥土滲透系數(shù)的效果相對(duì)較差。

以遼河盆地西部凹陷某試驗(yàn)區(qū)為例,綜合7口取心井巖心、鏡下薄片、分析測(cè)試以及400口井測(cè)井精細(xì)解釋儲(chǔ)層物性等多種資料,從微觀和宏觀角度對(duì)稠油熱采儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究.研究區(qū)儲(chǔ)層為高孔高滲,平均孔隙度31.25％,平均滲透率1829.3md.從微觀成因角度,將研究區(qū)目的層孔隙結(jié)構(gòu)劃分為原生孔隙和次生孔隙等2大類(lèi),同時(shí)迸一步細(xì)分為粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、基質(zhì)內(nèi)微孔、解理縫、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？?、特大溶蝕粒間孔、構(gòu)造縫和溶蝕縫等10種亞類(lèi),其中以粒間孔隙和粒間溶孔為主.宏觀上,基于精細(xì)測(cè)井解釋資料,繪制了不同單層孔隙結(jié)構(gòu)分布特征圖.高孔隙度的區(qū)域主要呈北西-南東向條帶狀分布與水下分流河道主流線部位,指示孔隙度主要受沉積微相控制.在蒸汽吞吐轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)方式轉(zhuǎn)換時(shí),應(yīng)該充分考慮儲(chǔ)層孔隙度的影響作用,在保證注汽井和采油井位于孔隙度高值區(qū)與的同時(shí),應(yīng)該盡量使得同一井組位于高孔隙度連片區(qū)域,已取得最好的注采對(duì)應(yīng)效果.同時(shí)應(yīng)該適當(dāng)控制注入壓力,防止蒸汽沿著高孔隙度發(fā)育條帶突進(jìn),從而降低波及體積和提高石油采收率.

針對(duì)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)識(shí)別常用的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)法價(jià)格昂貴和研究成果具有區(qū)域性的問(wèn)題,提出一種利用測(cè)井曲線預(yù)測(cè)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型的方法。首先,利用過(guò)程神經(jīng)元建立雙層過(guò)程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型;其次,結(jié)合文化算法和混合蛙跳算法的優(yōu)勢(shì)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)模型;最后優(yōu)選8條測(cè)井曲線作為模型輸入來(lái)預(yù)測(cè)孔隙結(jié)構(gòu)類(lèi)型。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明所提方法具有很好的識(shí)別效果。

孔隙結(jié)構(gòu)是混凝土的基本特征,與混凝土的宏觀性能密切相關(guān)。通過(guò)氣體吸附法試驗(yàn),得到了機(jī)制砂混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo),研究分析了材料因素對(duì)機(jī)制砂混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的交互影響。研究表明:當(dāng)水膠比固定時(shí),降低水泥用量同時(shí)合理提高機(jī)制砂替代率,有利于優(yōu)化混凝土的孔隙結(jié)構(gòu);合理增加機(jī)制砂或礦摻用量均可優(yōu)化混凝土的孔隙結(jié)構(gòu),但二者之間存在一定的耦合負(fù)作用。

孔隙結(jié)構(gòu)是混凝土的基本特征,與混凝土的宏觀性能密切相關(guān)。通過(guò)氣體吸附法試驗(yàn),得到了機(jī)制砂混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo),研究分析了材料因素對(duì)機(jī)制砂混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的交互影響。研究表明：當(dāng)水膠比固定時(shí),降低水泥用量同時(shí)合理提高機(jī)制砂替代率,有利于優(yōu)化混凝土的孔隙結(jié)構(gòu);合理增加機(jī)制砂或礦摻用量均可優(yōu)化混凝土的孔隙結(jié)構(gòu),但二者之間存在一定的耦合負(fù)作用。

通過(guò)采用鑄體薄片、掃描電鏡、鑄體圖像分析、壓汞分析等多種技術(shù)手段,對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地白家海地區(qū)侏羅系三工河組儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)分析與研究。三工河組儲(chǔ)層以次生溶蝕孔隙為主,喉道類(lèi)型以片狀、彎片狀及管束狀為主,主要是ⅱ類(lèi)較大喉道,其次是ⅲ類(lèi)中喉。儲(chǔ)層評(píng)價(jià)結(jié)果為三工河組儲(chǔ)層很好,ⅰ、ⅱ、ⅲ類(lèi)都發(fā)育。沉積作用和成巖作用是影響孔隙結(jié)構(gòu)的主要因素,成巖作用中的膠結(jié)作用和溶蝕作用的影響最大。

北黃海盆地中生界為殘留盆地,油氣勘探難度大、程度低,勘探工作主要集中于盆地東部。根據(jù)砂巖鑄體薄片、掃描電鏡、x射線衍射、陰極發(fā)光、流體包裹體測(cè)溫等多種分析測(cè)試手段,對(duì)中生界儲(chǔ)層砂體的巖石學(xué)特征、成巖作用及對(duì)孔隙的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,該區(qū)中生界砂巖巖性以長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖為主,成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用,膠結(jié)物有黏土礦物、碳酸鹽和硅質(zhì),成巖作用階段已達(dá)到中成巖a期,結(jié)合盆地構(gòu)造演化建立了成巖演化模式。早期的機(jī)械壓實(shí)作用和膠結(jié)作用使原生孔隙大量喪失,長(zhǎng)石及碳酸鹽的溶蝕能夠部分改善儲(chǔ)層物性。原生孔隙的大量喪失和次生孔隙發(fā)育程度較低是造成本區(qū)儲(chǔ)層低孔、低滲的主要原因。

采用壓汞試驗(yàn)來(lái)研究水泥-膨潤(rùn)土固結(jié)體的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征,有助于從影響因素和機(jī)理上認(rèn)識(shí)固結(jié)體的強(qiáng)度和滲透系數(shù)等宏觀特性。試驗(yàn)研究結(jié)果表明:固結(jié)體的總孔隙體積、最可幾孔徑、各級(jí)孔隙分布以及臨界孔徑等孔結(jié)構(gòu)特征與膨潤(rùn)土和水泥的用量密切相關(guān)。其中固結(jié)體的較大孔隙應(yīng)主要由水泥水化產(chǎn)物構(gòu)成,膨潤(rùn)土水化后會(huì)形成固結(jié)體的微小孔隙,并充填一部分大孔隙。

研究了水泥砂漿后期水化過(guò)程中孔隙結(jié)構(gòu)的演變情況。采用了壓汞法測(cè)量了水泥砂漿孔結(jié)構(gòu)的變化。研究結(jié)果表明:在水泥砂漿后期水化的過(guò)程中,總孔容隨著水化時(shí)間增加而變小,并且兩者之間的關(guān)系可以用指數(shù)函數(shù)表征。

對(duì)現(xiàn)有孔隙水對(duì)混凝土靜力特性影響的試驗(yàn)和理論研究成果進(jìn)行綜述。總結(jié)目前的試驗(yàn)研究方法和結(jié)論,分析濕度梯度、孔隙水壓力以及液體表面張力等因素對(duì)混凝土彈性模量和強(qiáng)度的影響機(jī)理,指出孔隙水對(duì)混凝土特性的影響應(yīng)是多種因素共同作用的結(jié)果。

固結(jié)條件下軟黏土微觀孔隙結(jié)構(gòu)的演化及其分形描述——利用掃描電鏡(sem)研究軟黏土固結(jié)前后的微觀結(jié)構(gòu)，采用數(shù)字圖像技術(shù)研究軟黏土固結(jié)過(guò)程中微孔隙的大小、數(shù)量及其分布的演化規(guī)律?；趕ierpinski地毯的分形概念，結(jié)合量測(cè)數(shù)據(jù)給出了描述孔隙結(jié)構(gòu)的sierpins...

通過(guò)壓汞試驗(yàn)探究了混凝土在滲透孔隙水壓作用前后,孔隙的孔隙率、總孔隙面積、平均孔徑、最可幾孔徑、臨界孔徑、孔徑分布的演化規(guī)律,并計(jì)算不同狀態(tài)下混凝土孔體積分形維數(shù),進(jìn)一步分析滲透孔隙水壓對(duì)混凝土不同位置孔隙結(jié)構(gòu)以及混凝土滲透性能的影響.結(jié)果表明,受滲透孔隙水壓后混凝土孔隙結(jié)構(gòu)與孔徑分布都發(fā)生變化,其中對(duì)毛細(xì)孔改變最大;混凝土外側(cè)孔隙特征改變要比內(nèi)部顯著;滲透率和孔隙率與大孔階段的分形維數(shù)d1呈正相關(guān)關(guān)系,定性分析了混凝土滲透率與孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系.

孔隙率及孔隙特征對(duì)建筑材料性能的影響

采用粉末冶金法制備316l不銹鋼多孔透氣材料,研究了不同不銹鋼粉料粒度（d50=2.5μm,39.2μm,64.3μm）對(duì)多孔材料氣孔率、孔徑尺寸和透氣性的影響。結(jié)果表明：隨著粉料粒度的增加,多孔材料的氣孔率和最大孔徑增大,透氣性降低,其中d50=2.5μm不銹鋼粉料所制備的多孔材料透氣性最高,達(dá)到4.79m~3/（h·kpa·m~2）。分析認(rèn)為隨著粉料粒度的增加顆粒在混料、成型和燒成工藝中的外形變化是導(dǎo)致多孔材料透氣性反而隨著粒度增加呈下降趨勢(shì)的主要原因。

采用粉末冶金法制備316l不銹鋼多孔透氣材料,研究了不同不銹鋼粉料粒度(d50=2.5μm,39.2μm,64.3μm)對(duì)多孔材料氣孔率、孔徑尺寸和透氣性的影響。結(jié)果表明:隨著粉料粒度的增加,多孔材料的氣孔率和最大孔徑增大,透氣性降低,其中d50=2.5μm不銹鋼粉料所制備的多孔材料透氣性最高,達(dá)到4.79m~3/(h·kpa·m~2)。分析認(rèn)為隨著粉料粒度的增加顆粒在混料、成型和燒成工藝中的外形變化是導(dǎo)致多孔材料透氣性反而隨著粒度增加呈下降趨勢(shì)的主要原因。

用混沌分形理論結(jié)合壓汞測(cè)孔技術(shù),直接測(cè)試評(píng)價(jià)了磷渣-水泥漿體材料孔隙的顯微結(jié)構(gòu)特征,計(jì)算出了對(duì)應(yīng)的分形維數(shù),并對(duì)普通水泥漿體與摻磷渣的水泥漿體孔隙的分形特征進(jìn)行了比較;同時(shí)探討了孔體積分維數(shù)與孔隙率、孔表面積、孔分布及磷渣摻量的關(guān)系.研究表明,磷渣-水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)具有明顯的分形特征,孔體積分形維數(shù)在2.4~2.8之間;摻磷渣的水泥漿體不僅具有粗孔細(xì)化的效果,而且孔隙的分形特征也有了明顯的改善;在磷渣摻量大于30%時(shí),其分維數(shù)、孔隙率與小于20nm的微孔數(shù)有明顯的突變性.

混凝土養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)混凝土彈性模量和和孔隙結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生重要影響,通過(guò)研究橋梁用c50高性能混凝土的彈性模量隨齡期增長(zhǎng)的發(fā)展規(guī)律,利用壓汞測(cè)試儀對(duì)齡期為5、28d混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試,并引入分形理論分析了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu),進(jìn)而分析了養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)彈性模量和孔隙結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)混凝土性能和孔隙結(jié)構(gòu)有較大的影響,混凝土表觀性能與孔隙結(jié)構(gòu)之間存在密切關(guān)系;隨著混凝土養(yǎng)護(hù)齡期的增大,混凝土彈性模量不斷增大,混凝土孔隙率不斷減小,同時(shí)孔徑分布更加均勻,混凝土更加致密。分形維數(shù)和孔隙率變化趨勢(shì)相反,分形維數(shù)隨孔隙率增大而減小,混凝土的孔體積分形維數(shù)隨彈性模量的提高而變大。

混凝土養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)混凝土彈性模量和和孔隙結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生重要影響,通過(guò)研究橋梁用c50高性能混凝土的彈性模量隨齡期增長(zhǎng)的發(fā)展規(guī)律,利用壓汞測(cè)試儀對(duì)齡期為5、28d混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試,并引入分形理論分析了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu),進(jìn)而分析了養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)彈性模量和孔隙結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)混凝土性能和孔隙結(jié)構(gòu)有較大的影響,混凝土表觀性能與孔隙結(jié)構(gòu)之間存在密切關(guān)系;隨著混凝土養(yǎng)護(hù)齡期的增大,混凝土彈性模量不斷增大,混凝土孔隙率不斷減小,同時(shí)孔徑分布更加均勻,混凝土更加致密。分形維數(shù)和孔隙率變化趨勢(shì)相反,分形維數(shù)隨孔隙率增大而減小,混凝土的孔體積分形維數(shù)隨彈性模量的提高而變大。

為解決昆北油田切12區(qū)e13油藏在開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的問(wèn)題,綜合利用巖心、薄片、掃描電鏡、物性以及壓汞分析等資料,對(duì)該區(qū)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)及物性特征進(jìn)行了綜合研究。結(jié)果表明：切12區(qū)e13油藏以礫巖沉積為主,粒徑較大;儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖;儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型主要為原生粒間孔隙,其次為裂縫（構(gòu)造縫）以及各類(lèi)次生孔隙;壓汞實(shí)驗(yàn)表明該區(qū)孔喉半徑礫巖最粗,滲透性最好,根據(jù)壓汞曲線形態(tài)可將孔隙結(jié)構(gòu)分為4種類(lèi)型：粗喉大孔型（?。⒋趾硇】仔停áⅲ?、細(xì)喉大孔型（ⅲ）和細(xì)喉小孔型（ⅳ）,其中細(xì)喉大孔型（ⅲ）、細(xì)喉小孔型（ⅳ）在區(qū)內(nèi)最發(fā)育;研究區(qū)儲(chǔ)層物性較差,屬于低孔特低滲儲(chǔ)層,但儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性較好,儲(chǔ)層物性受沉積、成巖及構(gòu)造作用的多重控制。