采用机器学习分割算法和扫描电镜分析页岩微观孔隙结构

以五峰-龙马溪组页岩样品为例,进行拼接扫描电镜(MAPS)和聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)测试,建立样品二维和三维灰度图像,采用机器学习分割算法划分为孔隙、有机质、矿物骨架和黄铁矿.根据孔隙周围矿物类型和形状,将孔隙细分为有机孔、无机孔和微裂缝,并统计含量和孔径分布.结果表明:与常规灰度阈值分割算法相比,该方法准...     

川北元坝地区大安寨段页岩微观孔隙空间定量表征

为了分析元坝地区大安寨段湖相页岩的天然气赋存特点,通过扫描电镜、氮气吸附、高压压汞等实验方法,研究了该区大安寨段页岩的孔隙类型与孔径分布,并探讨了页岩的孔隙结构对页岩气赋存状态的影响。结果表明:页岩中发育无机质孔隙(76.92%)、有机质孔隙(9.17%)与微裂缝(13.91%),其中无机质孔隙主要为蒙脱石伊利石化过程中形成的黏土矿物孔隙,有机质孔隙欠发育的原因与有机质类型以Ⅲ型为主且总有机碳含量低有关;页岩的全孔径分布中,微孔、中孔与宏孔分别贡献6.76%、76.92%与16.30%的孔体积。可见,元坝地区大安寨段页岩以无机孔为主,主要发育中-宏孔,与储层高温高压共同控制了该区页岩气的赋存方式以游离气为主。     

基于CT扫描的天然气水合物储层微观孔隙结构定量表征及特征分析

基于X射线CT技术对祁连山木里研究区水合物储层岩心样品进行扫描与成像,进而构建数字岩心三维模型,并将最大球算法应用于相应孔隙网络模型的提取,实现岩心孔隙结构的三维显示,应用数值模拟方法获取孔喉尺寸分布、配位数等岩心孔隙结构参数,最终实现水合物储层微观孔隙结构的定量表征。此外,对不同微观孔隙结构参数与储层物性的相关关系进行分析。结果表明:研究区水合物储层物性差、孔喉半径小;储集空间主要以粒内溶蚀孔隙、粒间溶蚀孔隙与微裂缝为主,以原生孔隙为辅;微观孔喉结构参数主要影响储层的渗透率,对孔隙度的影响相对较小。     

基于数字化孔隙模型的聚驱后微观剩余油定量表征

利用岩心压汞试验数据和CT扫描数据,构建波纹管状数字化孔隙模型,考虑聚合物溶液的黏弹性、不可及孔隙体积及吸附滞留特性,模拟不同驱油体系在该孔隙模型中的驱油过程,定量表征不同驱油体系的驱油效果及对不同类型剩余油的作用。结果表明：构建的数字化孔隙模型可以较好地模拟岩心孔隙度和渗透率,其相对偏差均小于5.0%;基于数字化孔隙模型计算的水驱及聚驱后采收率与岩心驱油试验结果的相对偏差分别为1.32%和0.97%;计算的聚驱后各类剩余油饱和度与岩石薄片荧光分析方法得到的结果接近,水驱后及聚驱后剩余油含量较高的为膜状剩余油和簇状剩余油,占剩余油比例超过85%。     

水化作用下页岩微观孔隙结构伤害特征

为明确压裂过程中水化作用对页岩微观孔隙结构的伤害特征,选取渝西地区龙马溪组页岩,通过扫描电镜、低场核磁共振和单黏土矿物水化实验,在对比蒙脱石和伊利石的单矿物水化特征的基础上,研究了页岩T2谱分布变化特征,并建立了水化伤害程度评价指标,定量分析了页岩水化过程中微观孔隙结构的伤害特征.研究结果表明,黏土矿物水化后,易于在晶...     

基于孔隙结构的页岩渗透率计算方法

采用修正表观渗透率的达西定律可描述气体在致密页岩中的运移机制。表观渗透率可用固有渗透率和孔隙度表示,而常规的试验方法无法准确测量页岩气藏的固有渗透率和孔隙度。提出一种基于孔隙结构图像的页岩固有渗透率、孔隙度和表观渗透率计算方法,首先基于X射线衍射和扫描电镜分析页岩岩心的矿物组成和孔隙结构,采用马尔科夫链蒙特卡洛方法构建页岩三维数字岩心,并应用格子Boltzmann方法计算数字岩心的孔隙度和固有渗透率,得到固有渗透率和孔隙度的关系式并计算页岩的表观渗透率。结果表明:页岩中孔隙主要为纳米级孔隙和微米级孔隙;努森数小于0.01时表观渗透率等于固有渗透率,此时达西定律仍然适用;努森数大于0.01时,数值越大,表观渗透率系数越大,此时达西定律不再适用;固有渗透率越小,压力越小,表观渗透率系数越大。     

柴东石炭系页岩微观孔隙结构与页岩气等温吸附研究

基于柴达木盆地东部石炭系泥页岩的孔隙结构分析,结合甲烷和二氧化碳在泥页岩中的高压等温吸附实验,对超临界条件下页岩气等温吸附特征进行研究,探讨页岩气的吸附机制。结果表明:柴达木盆地东部石炭系泥页岩具有多尺度孔隙结构,微孔比较发育,微孔比表面积对BET比表面积有较大的贡献;甲烷Langmuir吸附量随微孔比表面积或微孔体积的增加而增加,两者呈正相关性,同时受到微孔大小分布的影响;在超临界条件下,简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附的实验数据,而修改的微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R+K)超临界吸附模型对甲烷和二氧化碳吸附数据的拟合效果最好;吸附气可能主要以微孔充填的方式存在,而微孔为吸附气的主要储集空间。     

利用原子力显微镜表征页岩孔隙结构特征

页岩储层孔隙结构复杂,非均质性强,矿物组分多样,这些储层特性加大了页岩油的开采难度。为了更好地表征页岩孔隙结构,利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)技术,结合Gwyddion软件对大港、吉木萨尔和松辽盆地页岩的孔隙结构以及表面粗糙度进行了表征。结合快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)分析页岩的非均质性,采用分水岭法识别孔隙分布特征,分析不同地区页岩储层的孔隙结构差异。原子力显微镜可以对页岩的表面形貌进行表征,通过平均粗糙度、均方粗糙度、表面偏度和峰度系数等参数对表面粗糙度进行评价,可以准确表征页岩纳米级的孔隙结构,包括孔隙数量、孔隙大小、孔隙面积、孔隙体积和孔隙度等。结果表明：大港和吉木萨尔页岩的表面高度较高,松辽盆地页岩表面高度较低,大港页岩非均质性较强,孔隙主要以微孔为主,吉木萨尔页岩和松辽盆地页岩非均质性较弱,中孔和宏孔数量较多,孔隙发育较好。     

东营凹陷沙河街组页岩油储层微观孔隙结构研究

储层微观孔隙结构研究可为页岩油勘探开发提供依据。利用氩离子抛光扫描电镜实验和孔隙图像储层结构参数统计方法,分析了渤海湾盆地东营凹陷沙河街组18块岩芯样品的微观孔隙发育特征。结果表明,东营凹陷沙河街组页岩油层段的孔隙类型主要包括粒间孔、溶蚀孔、晶间孔和晶内孔,泥质粒间孔提供的面孔率贡献最大,溶蚀孔对有较高的面孔率贡献,晶间孔和晶内孔的面孔率贡献最低。页岩油储层孔隙的孔径属于纳米级和微米级,数量上纳米级孔隙占绝对优势,但储层面孔率主要由在数量上不占优势的微米级孔隙提供。因此,东营凹陷沙河街组页岩油层段的主要储集空间属于微米级孔隙。     

蜀南地区五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构及分形特征

南方上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组海相页岩是中国页岩气主力开发层位,页岩微观孔隙结构特征的研究对于页岩含气性和开发储量的评价有重要意义。采用场发射扫描电镜和低温氮气吸附实验方法对蜀南地区长宁区块五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构进行了定性评价和定量表征。实验结果表明,蜀南地区五峰-龙马溪组页岩以有机质孔隙为主,局部可见粒间孔和粒内孔发育。氮气吸附回滞环属于H4型,对应纳米级孔隙类型为狭缝型;五峰-龙马溪组页岩平均比表面积17.35 m~2/g,平均孔体积16.70 mm~3/g,平均孔径9.82 nm;页岩纳米级孔隙表面具有分形特征,分形维数平均值为2.681;有机碳含量的增加使得纳米级孔隙数量增多,页岩分形维数增大,孔隙表面粗糙程度增大,页岩比表面积增大,页岩吸附能力增强。     

四川盆地周缘牛蹄塘组页岩微观孔隙结构特征

以四川盆地周缘地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩为研究对象,通过X衍射全岩分析、低温液氮吸/脱附等实验方法技术对研究区页岩储层微观孔隙结构进行了系统研究;并探讨了控制纳米尺度微观孔隙结构的主要原因。结果表明:四川盆地周缘牛蹄塘组富有机质页岩矿物组分中石英、长石等脆性矿物含量较高,其次是黏土矿物;页岩微孔结构复杂,多为开放型空隙,以管状孔和平行壁的狭缝状孔为主;微观孔隙孔径主要分布在2~10 nm,以微孔为主。通过分析控制该区页岩储层微观孔隙结构的主要因素,认为有机碳含量是控制纳米级孔隙发育的主要因素,同时也是页岩气赋存的重要物质基础。     

基于测井资料定量表征页岩储层非均质性

为了解决页岩储层非均质性影响因素多以及难以综合定量表征页岩储层非均质性的问题,基于洛伦兹曲线理论计算页岩宏观非均质性的总有机碳含量、微观非均质性的矿物组分和有效孔隙度以及岩石力学参数非均质性的杨氏模量和泊松比等影响因素的洛伦兹系数,结合运用层次分析法确定影响因素权重,建立综合定量表征页岩储层非均质性方法。研究表明:该方法表征结果与预测布缝方式和压裂施工曲线吻合较好。该方法为页岩储层非均质性表征提供了一种思路,同时对威远地区压前预测和压后评价具有一定参考价值。     

利用微观孔隙结构参数对辽河大民屯凹陷页岩储层分级评价

依据全岩XRD衍射、低温氮气吸附实验获取平均孔径、比表面积、绿泥石相对含量等微观储层评价参数,对辽河大民屯凹陷页岩储层分级评价。研究表明:3个微观参数彼此之间存在明显的线性关系;平均孔径与绿泥石含量呈线性关系,绿泥石相对含量越高,平均孔径越大,其主要原因是绿泥石富集化学性质活泼的Fe元素,可吸附大量有机质,有机质在成熟演化阶段可生成大量的有机酸而形成溶蚀孔,并增加储层的平均孔径;平均孔径与比表面积之间也呈现明显的线性关系,且具有明显的三分性,当平均孔径大于10 nm时比表面积均小于1 m2/g,当平均孔径为5~10 nm时,比表面积介于1~6 m2/g,当平均孔径小于5 nm时比表面积均大于6 m2/g;比表面积和绿泥石相对含量两个微观参数之间也呈现出线性关系,且各个拐点之间的参数具有一致性,绿泥石相对含量为5%和9%时,对应的平均孔径为5和10 nm、比表面积为6~1 m2/g,可利用该拐点对页岩储层分级评价。     

基于核磁共振T2谱的页岩岩心孔隙分布量化表征方法

由于类固体信号的干扰,导致直接从流体饱和页岩的核磁共振T2谱（NMR-OS）中得到的孔隙分布结果不准确,通过采用Beta峰模型统一描述类固体和流体的横向弛豫峰分布,结合六阶导分析和最小二乘法,提出了一种简单、快速、准确分析页岩孔隙分布的核磁共振-反褶积方法（ND）,并对其验证和开展实例应用,分析结果表明：1)该方法可同时拟合对称峰和非对称峰,且峰的衰减速率高,能有效避免基线远离峰情况;2)无需洗油、烘干等复杂的样品预处理过程,可简单、快速得到峰的个数以及各峰参数的估计和约束条件,进而将类固体干扰信号分离出来;3)孔径小于10 nm时,ND方法得到的孔径分布与低温液氮吸附方法（LTNA）和洗油烘干后的T2谱曲线相减反演方法（NMR-O）的结果具有很好的一致性,当T2<1 ms时,ND方法测得的孔隙分布相对误差绝对值（<15%）明显小于通过NMR-OS方法得到的孔隙分布结果（>135%）。     

渝东北地区龙马溪组页岩储层微观孔隙结构特征

为了系统描述渝东北地区下志留统龙马溪组海相页岩的微观孔隙结构,应用氩离子抛光聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)、低温N2吸附及高压压汞实验定性和定量测试WX-1井岩心样品的孔喉形态、连通性、比表面积及孔径分布.通过对比分析不同实验测试的孔径分布,实现对页岩样品从微孔到宏孔的精细描述,并探讨了影响孔隙发育的控制因素.研究结果表明,龙马溪组页岩储层主要发育有机质孔、黏土矿物层间孔、黄铁矿晶间孔、颗粒边缘溶蚀孔及微裂缝等5种孔隙类型.受到后期压实作用的影响,有机质孔隙发育具有微观非均质性.纳米孔隙类型复杂、形态多样,主要为开放透气性孔,但存在细颈状墨水瓶孔及少量一端封闭的不透气性孔等影响页岩气的渗流;孔径分布具有“双峰”特点,纳米孔主要孔径为2～10 nm、30～90 nm,即直径＜100 nm的孔隙提供了大部分总孔体积,为页岩储层主要发育的孔隙类型.孔隙发育受多种因素的控制,直径≤50 nm微孔、中孔的发育与有机质有关,有机碳含量与微孔、中孔的孔体积呈正相关性;直径＞50 nm宏孔的发育与黏土矿物含量有关,随着黏土矿物含量的增加,宏孔的体积、比表面积也随之增大.     

基于图像处理的矿石颗粒三维微观孔隙结构演化

采用高精度显微CT技术及三维图像分析方法研究氧化铜矿石颗粒在酸浸前后内部微观孔隙结构特征及其演变,考察孔隙率、孔隙尺寸分布、孔隙连通度、孔隙分维等参数的变化规律。结果表明：酸浸后矿石颗粒的孔隙率明显增加,孔隙尺寸分布范围更广,出现一定比例的大孔隙,平均孔隙直径增加2~3倍;孔隙连通度在酸浸前基本为零,酸浸后明显增加,并在各方向上呈现空间变异性;孔隙分维数在浸出结束后也有所增大,且在一定范围内与孔隙率及平均孔隙直径呈指数增长关系。借助三维图像分析可实现矿石浸出过程中内部微观孔隙结构的定量描述,从而揭示矿石颗粒孔隙结构的演化规律。     

页岩油水平井产量变化定量表征模型

页岩油水平井生产动态变化规律复杂,常规方法难以实现全生命周期的生产动态预测。为此,以吉木萨尔页岩油水平井为例,通过分析一口典型水平井自喷期生产动态曲线,将生产过程划分为焖井阶段、快速上产阶段、产量快速递减阶段和低产稳产阶段等4个阶段,并以此为基础,引入见油时刻、峰值产油量、峰值时间及平均递减率4个特征参数,推导建立页岩油水平井定量化表征模型,结合SPSA算法,实现全生命周期生产动态曲线的拟合、预测与参数解释反演。研究结果表明,峰值产油量和平均递减率对生产动态曲线影响较大,而见油时刻和峰值时间影响较小。运用提出的定量化表征模型及曲线拟合优化算法,进行了实例应用,证明了模型的适用性,也表明该模型可作为一种切实可靠的方法为现场提供页岩油水平井生产动态预测。     

基于热模拟实验探讨湘鄂西地区黑色页岩孔隙结构演化

利用湘鄂西地区低成熟度龙马溪组富有机质页岩制备不同热演化梯度的热模拟样品,分别进行低温N_2吸附等实验定量表征其孔隙结构,分析在有机质生烃过程中,页岩孔隙结构的变化规律,并将模拟样品与自然样品的实验结果进行对比分析,研究有机质成熟度对页岩孔隙结构的影响。结果表明:区内以发育有机质内孔隙为主的黑色页岩的热演化过程分为3个阶段:①有机质内部孔隙遭受压实和破坏作用(2%Ro3%),能够进行热解生烃的有机质消耗殆尽,部分生烃产物未能从页岩孔隙中及时排出,造成部分孔隙被堵塞;②有机质内部孔隙广泛发育阶段(3%Ro4%),有机质热解生烃导致微孔和介孔孔隙数量增多,页岩孔隙结构的非均质性增强,分形维数不断增大;③有机质热解消耗殆尽阶段(Ro4%),页岩中有机质逐渐被热解消耗殆尽,内部生烃作用残余的较小孔隙孔径增大,孔隙结构趋于简单。在有机碳含量较高的页岩中,甲烷分子的吸附空间主要由有机质生烃作用形成的孔隙提供,随着热成熟度不断提高,有机质热解生烃导致其自身含量减少,从而不利于甲烷分子的吸附。     

基于孔隙特征的天津滨海软粘土微观结构研究

利用真空冷冻干燥法,制得天津滨海新区软土不同固结压力下代表性样品,并利用扫描电子显微镜(SEM)对样品进行扫描观察.在此基础上系统地分析了样品SEM图像在不同固结压力下孔隙结构参数的变化规律及运用平面分形维数Dp对样品不同固结压力下土中孔隙分布状况的整体性、平均性进行了分析,且提出能够综合反映土中孔隙的大小、形态、分布、定向性等微观特征的结构性参数孔隙结构因子(pore structure factor).分析表明,土体内部孔隙的结构性参数与外部荷载之间有着良好的对应关系,在结构屈服压力前后,土体内部孔隙特征存在明显的差异.     

黏土矿物微观孔隙结构的分形特征

以深部软岩中黏土矿物为研究对象,运用Image-proplus专业图像分析软件,对黏土矿物微观结构SEM图像进行处理,提取孔隙信息,结合分形理论,对微观孔隙结构进行分形数值分析。研究表明：软岩中黏土矿物微观孔隙结构分布具有分形特征,试样的分形维数在1~2。具有不同微观结构形态的相同类型黏土矿物和具有同种微观结构形态的不同类型黏土矿物,其分形维数均有差异。孔隙分布均匀程度与分形维数成反比。