关键词： CO_(2)浸泡实验   VOF方法   两相流   数字岩心   PCFS技术   CO_(2)地质封存   油气开发   准噶尔盆地  

摘要： 准噶尔盆地玛湖凹陷具有巨大的油气开发潜力,但由于储层非均质性强、产量递减快。目前前置CO_(2)压裂-气驱-封存协同技术(PCFS)是砂砾岩储层强化开采的常用方法。为了研究前置压裂过程中CO_(2)-水-岩相互作用对孔隙结构的影响以及气驱过程中CO_(2)的运移规律,选取了玛湖凹陷砂砾岩岩心,开展了CO_(2)浸泡实验、高精度Mirco-CT扫描以及基于流体体积法(VOF)的3D数字岩心两相流数值模拟。研究结果表明:①CO_(2)-水-岩相互作用会导致砂砾岩孔隙结构发生溶蚀扩展,原本孤立的孔隙通道逐渐汇聚成为片状,从而扩大了CO_(2)团簇的波及范围。该过程也引发了二次矿物沉淀和膨胀,进而导致流动通道的堵塞或重组,改变流体在孔隙结构内的流动路径和速度,阻碍优势流道的形成。②CO_(2)浸泡导致孔隙空间溶蚀扩展所起到的积极作用要大于二次矿物沉淀和膨胀所引起的消极作用,增加渗透率,孔隙结构的渗流能力呈现出增强趋势。在不同流道中,CO_(2)团簇具有凸形和凹形等不同的驱替前缘形态。浸泡前、后代表性单元体(REV)模型无因次数(C_(a),θ,M)对驱替效率的影响程度不同。在浸泡后孔隙发育程度相对较高的REV模型中,驱替效率对无因次数(C_(a),θ,M)变化的敏感性较强,表明PCFS技术在孔隙发育程度较高的储层中具有更好的应用效果。

关键词： 宏观煤岩成分   低阶煤   孔隙特征   联合表征   分形维数  

摘要： 为探究低阶煤不同宏观煤岩成分孔隙特征差异,以黄陇侏罗纪煤田园子沟井田延安组低阶煤为研究对象,运用高压压汞试验、液氮吸附、二氧化碳吸附、核磁共振及扫描电镜等方法对比分析低煤阶镜煤和暗煤的孔隙特征差异。结果表明:镜煤微米级孔隙不发育,但是镜煤性脆,在内外应力作用下易发生破裂产生微裂隙,而暗煤微米级孔隙则相对发育,主要为原生纤维结构和胞腔孔,偶见原生屑间孔和气孔;暗煤的有效孔隙度明显大于镜煤,煤中部分孔隙是闭孔和不连通孔隙,暗煤孔隙的连通性优于镜煤;镜煤的孔隙体积和比表面积均大于暗煤,镜煤的微孔和裂隙发育,而暗煤的介孔较为发育;在相对压力小于0.5阶段,镜煤介孔的分形维数小于暗煤,镜煤孔隙表面比暗煤平滑;基于压汞法计算大孔的分形维数发现,在孔径50~1000 nm区间,镜煤大孔的分形维数大于暗煤,镜煤大孔结构更加复杂,在孔径>1000 nm区间,镜煤的平均分形维数小于暗煤,镜煤裂隙发育,渗流能力较强。研究成果对进一步认识煤的孔隙结构特征以及对煤层气的吸附解吸机理研究具有重要意义。

关键词： 相变储能材料   胶囊型   孔隙尺度   大涡模拟   堆积床  

摘要： 随着全球能源需求的增加和环境问题的日益严峻,开发高效储能技术尤为重要。基于孔隙尺度,应用大涡模拟对双层级联式胶囊堆积结构填充床系统的相变储热过程进行了模拟;探讨不同熔点和物理性质的相变材料在该结构中的温度、流线及涡量分布情况,分析了在不同入口速度下胶囊型堆积结构的热特性,并通过实验结果对模拟进行了验证。模拟结果表明:储热过程中,堆积结构间隙流场和涡量场表现出显著动态特征;在孔隙尺度下可观察到,相变导致流线弯曲和涡旋形成,使得局部速度升高;相变完成后,流场和涡量趋于稳定,低涡量区占据大部分区域;最后,引用Q准则分析流体中的涡结构,得出高强度涡旋主要集中在靠近罐壁处。

关键词： 多孔介质   颗粒滞留   时空分布   流场   可视化  

摘要： 油气田开发是典型的多相渗流过程,在长期并持续的开发过程中,注水、气驱、化学驱及压裂等技术都会导致携带来的矿物颗粒及储层内原有喉道的砂体颗粒逐渐松散并脱落,造成储层孔隙中的迁移及堵塞,继而影响储层的动用及最终采收率.因此,研究悬浮颗粒在多孔介质中迁移与滞留过程及流场特征有重要意义.然而,现有针对悬浮颗粒在多孔介质中迁移与滞留的研究主要关注颗粒的迁移和滞留对渗透率的损害,没有体现颗粒运移的过程,也不能反应孔隙网络中颗粒堵塞和流场变化的关系.为探究悬浮颗粒在多孔介质内的流场特征,本研究利用微观可视化模型及微观粒子图像测速技术(MicroParticle image velocimetry,简称为Mirco-PIV)分析了在二维孔隙网络中悬浮颗粒的滞留特征及相互关系,并揭示了流场的变化规律.实验结果表明,初期主通道流速更高,但由于主通道颗粒滞留量(6.5μg·μm^(-2))比边界区更多(2.4μg·μm^(-2)),颗粒续注入导致主通道流速降低,扰乱原有流场导致“斑”状流场出现,也使主通道(110μm·s^(-1)降低至41μm·s^(-1))在中期流速低于边界区(67μm·s^(-1)降低至45μm·s^(-1)).这也表明高流速区更有效的输运了颗粒.滞留的分布特征观察到主要滞留在了边壁附近,较高浓度条件下还会在主通道内产生聚集现象,这些都导致了对孔隙的有效封堵.本文首次提供了颗粒和流场互动过程,给出二维孔隙条件下可视化的直接的证据.此外,本文还得出了颗粒分布特征,并总结出滞留靠近边壁、流动有效半径变窄及主通道高浓度的聚集问题,是导致封堵的核心机理,为进一步颗粒滞留理论的完善提供参考.

关键词： 超临界CO_(2)   页岩   微观孔隙结构   多尺度分形   低温气体吸附   核磁共振   CCUS  

摘要： 为明确超临界CO(2 ScCO_(2))对页岩微观孔隙结构的影响机制,以鄂尔多斯盆地延长组73亚段(长73亚段)页岩为研究对象,在有机地球化学和矿物组成分析的基础上,采用低温气体(CO_(2)、N2)吸附实验和核磁共振(NMR)扫描方法,结合多尺度分形理论,全面分析了页岩微观孔隙结构的变化规律及多尺度分形特征,详细阐明了ScCO_(2)对页岩孔隙结构的微观作用机制。研究结果表明,ScCO_(2)作用后,页岩样品的总有机质(TOC)含量下降,石英含量增加,而黏土矿物和长石含量减少。相比于温度变化,TOC及矿物组分对压力变化的敏感性更高。此外,页岩孔隙主要分布在对比表面积贡献较大的微孔(0~2 nm)和中孔(2~50 nm)范围内,大孔(>50 nm)的数量较少,但其对总孔体积的贡献显著。ScCO_(2)作用后,页岩样品的总比表面积减少,而总孔体积、平均孔径和有效孔隙度均增大。其中,总比表面积和平均孔径对温度变化较为敏感,而总孔体积和有效孔隙度则受压力影响显著。同时,页岩孔隙表现出多尺度分形特征:微孔具有较高的分形维数,而中、大孔的分形维数较低。ScCO_(2)作用后,各尺度分形维数均呈下降趋势,表明页岩样品孔隙结构的复杂性得到改善。微孔分形维数与TOC含量呈显著正相关,而中大孔分形维数与石英、黏土矿物含量的相关性更强。由此可知,页岩矿化特性的变化是影响微观孔隙结构的内在因素,ScCO_(2)作用条件则是重要的外在因素,两者共同作用决定了页岩孔隙结构的演变过程。研究成果为碳捕集、利用与封存的优选层段提供了重要的科学依据和实际指导。

关键词： 海陆过渡相   山西组   页岩储层   煤岩储层   全尺度孔隙结构  

摘要： 海陆过渡相页岩与煤岩的储层孔隙结构差异性对非常规油气勘探开发具有重要意义。以鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区山西组山23亚段为例，系统开展了页岩与煤岩储层全尺度孔隙结构的表征与对比分析。利用FE-SEM、高压压汞、N2及CO2吸附实验，并结合TOC与XRD分析，探讨了有机质与无机矿物对不同尺度孔隙结构的控制作用。研究结果表明：页岩TOC平均值为4.69%，有机孔、无机孔及微裂缝均发育，其中，有机孔最常见，多以密集、成群发育；煤岩TOC平均值为74.22%，有机孔是最主要的孔隙类型，直径显著大于海陆过渡相页岩和海相页岩。页岩的微孔、介孔和宏孔对总孔体积均有贡献，有机质是微孔发育的物质基础，黏土矿物的相互转化对介孔和宏孔发育具有重要促进作用；煤岩中以微孔和宏孔为主，有机质是影响孔隙发育的最主要因素，且较高的TOC承载了直径更大有机孔。本研究从微观尺度全面揭示了海陆过渡相页岩与煤岩储层孔隙结构的异同，为非常规油气资源的精准评价与开发提供了科学依据。

关键词： 煤储层   孔裂隙分析系统   多尺度孔隙   多重分形   条湖—马朗凹陷   三塘湖盆地  

摘要： 三塘湖盆地侏罗系西山窑组中下部巨厚煤层分布广泛,然而目前对于巨厚煤层孔隙特征的研究较少。为精细表征盆地条湖—马朗凹陷煤储层孔隙特征,以西山窑组9-1和9-2煤为研究对象,通过高压压汞、低温液氮吸附、核磁共振、CT扫描、扫描电镜等实验手段和孔隙—裂隙分析系统(PCAS)探究其孔隙发育特征。结果表明,两煤分层煤样表面形貌差异较大,9-1煤表面含有大量矿物晶体颗粒,气孔、角砾孔、摩擦孔以及微裂隙发育,孔裂隙拓扑结构明显,9-2煤具有明显的原生纤维结构,裂隙规模小而分散。两煤层孔隙结构分形特征差异明显,9-1煤比9-2煤非均质性更强,液氮吸附曲线属于Ⅱ型,存在H4型曲线滞后环。9-2煤微孔和小孔分维值分别为2.53和2.63,复杂程度更高,渗流孔连通性更强。煤样多重分形特征表明,小孔径孔隙分布较集中,分布范围较小,该孔径段非均质性更强,其中9-1煤孔径分布集中性更强,孔径分布间隔相对更均匀。采用联合表征煤样全尺度孔径分布特征,9-2煤总孔容大于9-1煤,大孔体积占比最大,分别为47.97%和44.48%,其次为中孔和小孔,微孔占比最少;微孔对两煤层孔比表面积贡献最大,分别为62.67%和58.43%;9-1煤各孔径的孔容贡献率与孔径大小呈正相关,而孔比表面积与孔径大小呈负相关。

关键词： 高通量水洗   岩心驱替实验   微流控实验   孔隙尺度   微观剩余油   赋存机理  

摘要： 东濮老区注水开发近40 a,已进入高含水剩余油高度分散阶段,因此需明确不同渗透率储层高通量水洗后微观动用规律及机理,以指导高含水油田开发策略调整。文中综合高通量水洗油岩心实验、微流控实验及微观流动模拟,明确了不同渗透率储层高含水阶段的驱替特征,揭示了高通量水洗中剩余油的微观赋存状态及动用机理。结果表明:渗透率大于50×10^(-3)μm^(2)的储层在高通量水洗阶段(岩心尺度30~1000 PV)驱油效率可进一步提高7.50百分点以上,微观波及范围变化不大,主要通过水力冲刷、润湿剥离动用水驱流线控制孔喉内的膜状、滴状等剩余油类型;而对于渗透率低于50×10^(-3)μm^(2)的储层,受孔喉尺寸以及连通性的影响,进入高含水阶段水驱微观波及范围有限,高通量水洗难以有效动用剩余油,宜在主流线达30~50 PV时转变注水开发方式。

关键词： 注水压力   临界孔隙尺度   沟通孔隙率   视密度   水分增量  

摘要： 为研究不同注水压力下煤层注水水分增量,基于压汞实验测定的沟通孔隙率及孔径分布规律,结合接触角及表面张力测定结果,对鲁中地区某煤矿煤样的临界孔隙尺度进行计算,基于临界孔隙尺度推导出不同注水压力下的水分增量计算公式。研究表明:该煤矿煤样沟通孔隙率为4.2117%,微孔所占总孔隙体积比例较大,占49.40%,注水较为困难;推导出水分增量与煤样沟通孔隙率、视密度及大于临界孔隙尺度孔隙的累计体积相关的函数;实测表明,水分增量与基于临界孔隙尺度的计算结果基本一致,说明利用临界孔隙尺度来计算一定压力下的煤层注水的水分增量是可行的。

关键词： 颗粒半径   三相流动   孔隙尺度   滞留水   油水交互驱替  

摘要： 为研究介质结构及油水交互驱替对多孔介质中多相流动的影响,本研究在孔隙尺度下对不同颗粒半径多孔介质三相流动以及水位波动进行模拟。研究表明:(1)不良级配多孔介PCE驱替速度大于良好级配多孔介质驱替速度。颗粒粒径均值越大,驱替结束时PCE的饱和度也越大,但PCE体积分数受其影响程度越来越小。(2)颗粒平均粒径越大,滞留在多孔介质中的水相和气相由附着在圆形颗粒表面转变为滞留在孔隙喉道中,滞留相的形状变得更加规则。(3)随着油水交互驱替次数的增加,油驱结束时多孔介质中油相体积占比不断增加,水相和气相体积占比不断减少,滞留在多孔介质中的水相也变得更加分散。本研究从微观尺度揭示了多孔介质三相流动的微观机理,为后续研究提供参考。