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盐岩细观孔隙结构特征研究

作　者: 陈飞
导　师: 陈剑文
学　校: 中国地质大学
专　业: 地质工程
关键词: 盐岩细观结构渗透率分形几何理论模型重建
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

盐岩作为国际上公认的能源储存的最理想介质,其内部孔隙网络的改变是盐岩储气库泄露的重要因素之一,细微的变化就会引起气体渗透率的大幅度增加。为了更好的为盐岩储气库的设计提供理论基础,提高储气库的安全性,对盐岩内部微观孔隙结构的研究显得尤为重要。本文利用(恒速)压汞、气体吸附(N2)等试验手段对盐岩进行细观结构测试,结合分形几何理论,推导平均孔喉比、平均孔隙半径、孔隙大小及分布几何形态、渗透率贡献率以及微观均质系数等参数分布规律,表征盐岩内部孔隙细观结构特征。而后根据试验参数,结合压汞毛管压力曲线,推导盐岩孔隙结构和渗透率之间的数学关系模型,并采用数值模拟和理论方法进行孔隙三维模型重建,论文主要内容如下：(1)采用常规压汞研究盐岩细观结构特征,可知盐岩以小于1μm的亚孔隙为主,然后分析了盐岩孔隙物性特征和与孔喉分布密切相关的孔喉特征参数之间的关系。(2)基于分形几何理论,用恒速压汞对盐岩孔隙细观结构进行了实验研究,分析了孔道和喉道的分布特征。推导了用分形维数表征的单个喉道渗透率贡献率、平均喉道半径以及微观均质系数的表达式。结果表明,盐岩中孔道与喉道分布分属2个不同的体系,其中喉道分布符合分形结构,而孔道不符合,且喉道分布的分形维数与渗透率相关性较差,小喉道对盐岩孔隙渗透率的贡献率较大,绝大部分盐岩试样喉道分形维数越大,其非均质性越强。(3)基于圆筒等效模型理论,结合气体吸附方法分析了盐岩孔隙细观结构,利用BET算法计算了孔隙的比表面积,BJH算法计算了孔径,并和压汞实验进行比较。表明喉道半径范围在10-50nm之间,呈正态分布。绘制了三个试样的吸附-脱附等温线,为Ⅳ类曲线,证明脱附不完全,说明存在比较大的孔,存在脱附滞回曲线。但是试样之间的曲线形态不一样,说明孔隙复杂,存在差异性。(4)对比分析常规压汞、恒速压汞和气体吸附三种实验方法,可知较之常规压汞来说,恒速压汞更加精确,而气体吸附则可以测得压汞实验无法测得的孔径,两者来说存在一个补充关系。(5)分别利用毛管压力曲线、Wall公式对盐岩的渗透率进行了估算,然后在分形几何理论的基础上,建立了盐岩渗透率和孔隙度的理论关系模型,随后基于Carman-Kozeny模型,除了考虑盐岩孔隙细观孔喉特征之外,还考虑了孔隙的连通情况、弯曲度对渗透率的影响,并建立了渗透率估算模型和渗透率分形模型,并用其验证试验结果。结果表明所建理论模型和实验数据都较为合理,并且根据渗透率和孔隙度模型得知,盐岩的渗透率是由孔隙弯曲度和孔喉细观结构共同控制的,弯曲度和渗透率,或者孔喉细观结构和渗透率之间并不存在简单的递增递减关系,三者之间的存在一种复杂的解析关系,共同作用,影响渗透率的大小。(6)利用压汞实验研究了盐岩的孔隙结构,并利用分形几何理论表征了孔隙结构特征。利用实验数据对盐岩孔隙分布的各个参数进行了分析定位,而后用mat-lab软件构建Voronoi图,建立了二维的孔隙网络模型。随即利用前期实验资料和相关理论得出用于可视化三维模型建立的盐岩孔隙细观结构建立的参数,主要包括孔隙数量、孔喉半径、配位数等,分析出盐岩孔隙的分布规律,利用ADINA和VB编程建立了可视化的盐岩孔隙三维模型。

全文目录

作者简介  7-8
摘要  8-10
ABSTRACT  10-14
第一章绪论  14-21
  1.1 研究目的及意义  14-15
  1.2 研究现状  15-18
    1.2.1 盐岩细观结构特征研究现状  15-16
    1.2.2 盐岩孔隙结构三维模型重构研究现状  16-17
    1.2.3 孔隙结构和渗透率关系研究现状  17-18
  1.3 本论文主要研究工作  18-21
第二章盐岩细观孔隙结构特征  21-61
  2.1 盐岩细观孔隙喉道类型  21-27
    2.1.1 物性特征  21-23
    2.1.2 孔隙类型  23-24
    2.1.3 喉道类型  24
    2.1.4 孔隙喉道类型对盐岩物性特征的影响  24-25
    2.1.5 孔隙率和有效孔隙率  25-26
    2.1.6 孔隙率、结构和排列  26-27
  2.2 常规(高压)压汞技术研究盐岩孔隙细观结构特征  27-39
    2.2.1 压汞技术原理  27-28
    2.2.2 实验过程  28
    2.2.3 孔隙划分  28-31
    2.2.4 孔喉特征参数与物性相关性分析  31-38
    2.2.5 结论  38-39
  2.3 恒速压汞技术研究盐岩孔隙细观结构特征  39-49
    2.3.1 恒速压汞原理  39-40
    2.3.2 分形几何理论  40-41
    2.3.3 盐岩孔隙结构孔喉分布的分形特征  41-49
    2.3.4 结论  49
  2.4 气体吸附法对盐岩孔隙细观结构的表征  49-56
    2.4.1 气体吸附原理  49-51
    2.4.2 圆筒等效模型理论  51-52
    2.4.3 盐岩细观孔隙结构特征  52-56
    2.4.4 结论  56
  2.5 压汞实验和气体吸附试验的对比分析  56-60
    2.5.1 常规压汞和恒速压汞对比分析  56-59
    2.5.2 压汞法和气体吸附法汞对比分析  59
    2.5.3 结论  59-60
  2.6 本章小结  60-61
第三章盐岩细观孔隙结构对渗透率的影响分析  61-79
  3.1 利用毛管压力曲线估算渗透率  61-65
  3.2 基于Wall公式的孔隙分级理论估算渗透率  65-67
    3.2.1 基本的Wall公式  65-66
    3.2.2 改进后的Wall公式  66-67
  3.3 基于分形理论的盐岩渗透率与孔隙度理论关系模型  67-70
    3.3.1 模型建立  68-69
    3.3.2 模拟结果  69-70
  3.4 考虑连通孔隙物理特征的渗透率估算模型  70-73
    3.4.1 基本的Carman-Kozeny模型  70-71
    3.4.2 改进后的Carman-Kozeny模型  71-73
  3.5 基于弯曲度分形维数的渗透率分形模型建立  73-77
    3.5.1 盐岩毛细管的分形模型  73-74
    3.5.2 渗透率的分形模型  74-75
    3.5.3 模拟结果  75-77
  3.6 本章小结  77-79
第四章盐岩细观孔隙模型重建  79-95
  4.1 盐岩二维孔隙模型的建立  79-84
    4.1.1 分形盐岩孔隙网络模型构建参数确定  79-80
    4.1.2 分形孔道模型的构建  80-81
    4.1.3 模型中孔隙分形维数的确定及合理性分析  81-83
    4.1.4 结论  83-84
  4.2 盐岩孔隙可视化三维模型重构  84-92
    4.2.1 盐岩孔隙三维可视化模型建立思路  84-85
    4.2.2 孔隙分布规律  85-86
    4.2.3 导出均匀分布坐标  86-89
    4.2.4 三维可视化模型的建立  89-92
    4.2.5 结论  92
  4.3 本章小结  92-95
第五章结论及展望  95-97
  5.1 结论  95-96
  5.2 展望  96-97
致谢  97-99
参考文献  99-103

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