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。

关键词： 多相反应   传递过程   多孔介质   固体溶解   格子Boltzmann方法  

摘要： 多孔介质中多相流-溶质输运-化学反应-固相演变的多场耦合反应输运过程对于许多科学和工程问题至关重要。建立孔隙尺度多相反应输运模型,研究了优势通道对多孔介质中多相反应输运过程的影响。结果表明,相比于单相反应输运过程形成沿优势通道扩展的虫洞,两相流的存在会改变传质路径,当非反应流体增多时,会封堵优势通道,抑制横向传质,导致虫洞溶解消失,固体溶解突破延后。此外,两相流的存在会使可供反应界面长度减小,平均反应物浓度在溶解突破后显著增大。

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   鄂尔多斯盆地  

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2～3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，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。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： Fractal dimension  

摘要： The geological structure of coal seams in China is remarkably varied and complex, with coalbed methane reservoirs marked by significant heterogeneity and low permeability, creating substantial technical challenges for efficient extraction. This study systematically investigates the impact of Liquid Nitrogen Immersion (LNI) on the coal’s pore structure and its mechanism of enhancing permeability with a combination of quantitative Nuclear Magnetic Resonance (NMR) analysis, nitrogen adsorption experiments, and fractal dimension calculations. The results demonstrate that LNI can damage the coal’s pore structure and promote fracture expansion through thermal stress induction and moisture phase transformation, thereby enhancing the permeability of coal seams. The T2 peak area in the NMR experiments on coal samples subjected to LNI treatment increases by an average of 15%, the BET specific surface area decreases to 6.02 m2/g, and the BJH total pore volume increases to 14.99 mm3/g. Furthermore, changes in fractal dimensions (D1 rising from 2.804 to 2.837, and D2 falling from 2.757 to 2.594) indicate a notable enhancement in the complexity of the pore structure. With increasing LNI cycles, the adsorption capacity of the coal samples diminishes, suggesting a significant optimization of the pore structure. This optimization is particularly evident in the reconstruction of the micropore structure, which in turn greatly enhances the complexity and connectivity of the sample’s pore network. In summary, the study concludes that LNI technology can effectively improve the permeability of coal seams and the extraction efficiency of coalbed methane by optimizing the micropore structure and enhancing pore connectivity, which offers a potential method for enhancing the permeability of gas-bearing coal seams and facilitating the development and utilization of coalbed methane. © Central South University 2025.

关键词： LBM   海上低渗油藏   孔隙尺度   混相程度   烃气驱  

摘要： 海上低渗油藏水驱后孔隙中仍存在大量剩余油,采用烃气驱可进一步提高采收率,但动用机理尚不明确。以南海北部湾海域涠洲12-1油田为研究对象,根据铸体薄片实验结果抽提孔隙特征,利用格子玻尔兹曼微观孔隙尺度模拟方法,开展了水驱后烃气驱微观模拟,探究水驱后剩余油分布特征、烃气驱对剩余油的动用机理及不同气驱方式对驱油效果的影响。结果表明:水驱后孔隙中剩余油主要以并联孔道、膜状、盲端孔隙、小孔喉盲端孔隙等形式赋存;注入烃气可通过溶解萃取、原油膨胀、改善流道等动用剩余油,提高波及系数;烃气与原油混相时,气体突破时间延后25.29%,波及系数提高24.87%;不同注气方式中水气交替驱替效果最好,注入水可有效封堵高渗通道,提升注入气利用率,以1:1的水气段塞时注入气利用率可提升41.43%。该研究对海上低渗油藏水驱后烃气驱开发具有理论指导意义。

关键词： CO_(2)驱油   多孔介质   孔隙结构特征   混相   采收率  

摘要： CO_(2)混相驱替是低渗透油藏开发的重要方式,明确多孔介质的复杂结构、流体物性及注入参数对驱替效果的影响是低渗透油藏CO_(2)开发的理论基础。耦合流体运动方程与对流扩散方程,建立混相驱替数学模型。利用随机四参数生长法建立2种不同结构的岩心孔隙,开展复杂多孔介质内CO_(2)混相驱替模拟研究。通过对比不同孔隙结构下CO_(2)浓度变化规律、剩余油的形成及分布情况,分析黏度差异、密度差异、注入速度对两相渗流行为的影响,得出了黏度影响下不同孔隙结构的产量图版以及不同注入速度下浓度、黏度变化趋势图版,明确了孔隙尺度下CO_(2)混相驱替特征。研究结果表明:①混相驱替过程受孔隙结构影响,产生4种类型的剩余油:盲端剩余油、簇状剩余油、隔断剩余油、岩石骨架尾部剩余油及油膜。②不同孔隙结构下CO_(2)黏度对驱油效果的影响程度不同,其中孔隙内剩余油的含量约为78%,而大孔道多孔介质中剩余油的含量约为56%,且2种孔隙结构存在各自所适应的优势黏度。③随着所注入的CO_(2)密度逐渐增大,波及范围发生变化,具体表现为CO_(2)在孔隙中的分布范围缩小,在大孔道中的分布范围增大。对比不同黏比对数下的混合物密度变化,最大黏比对数下混合物密度是最小黏比对数下的1.12倍;含大孔道多孔介质内的最高浓度比约为260,不含大孔道多孔介质内的最高浓度比达450。④提高注入速度会改变原有的驱替压力系统,增大驱动能力,有效减少剩余油的分布,进而改善驱油效果。

关键词： 页岩   气水分布   甲烷吸附   格子玻尔兹曼法   储量评价  

摘要： 页岩原始储层含水,影响甲烷吸附能力,对页岩气储量精确评估带来困难。目前的主流研究方法具有一定的局限性,例如,吸附实验法缺乏直观性、分子动力学模拟法(MD)研究尺度较小、解析建模法相对理想等。基于格子玻尔兹曼方法(LBM),通过修正原始Shan-Chen模型考虑分子间作用力、耦合真实状态方程表征吸附热力学行为,建立了页岩水蒸气吸附和甲烷吸附的LBM模型,从介观孔隙尺度可视化展现了页岩三维孔隙网络中的含水分布及其对甲烷吸附的影响。结果表明,若将无机孔和有机孔的润湿角分别设为0°和120°,受亲水吸引力的影响,无机质呈现“小孔隙充填水、大孔隙附着水膜”的特征,而受疏水排斥力的影响,有机质不含水。不同含水饱和度下,孔喉配置关系和有机孔分布方式对有效流通路径的影响极大。原始页岩储层含水导致甲烷仅能吸附在有机质孔隙壁面,甲烷吸附位的数量大大降低。当压力较低和含水饱和度较高时,不考虑含水对甲烷吸附影响会导致计算的储量被高估(该研究算例可达到30%),特别对于黏土含量较高的陆相/海陆过渡相页岩,需要考虑含水对甲烷吸附的影响。