Xiaoyang Zhang ، Caifang WU ، Teng LI ، تجزیه و تحلیل مقایسه ویژگی های فراکتالی برای ماسه سنگ های تنگ با استفاده از روش های مختلف محاسبه ، مجله ژئوفیزیک و مهندسی ، جلد 14 ، شماره 1 ، ژانویه 2017 ، صفحات 120–131 ، https://doi. org/10. 1088/1742-2140/14/1/120
چکیده
ساختار میکروپور یک ماسه سنگ تنگ عامل تعیین کننده در تعیین ویژگی های ذخیره و نشت آن است. توصیف دقیق ساختارهای منافذ و خصوصیات کامل نفوذپذیری گاز و آب هنگام کاوش برای گاز ماسه سنگ تنگ بسیار مهم است. یک روش ساده و مؤثر برای توصیف کمی ناهمگونی و پیچیدگی ساختارهای منافذ در یک مخزن نفوذپذیری کم ، بعد فراکتال است. در این مطالعه ، سه روش مختلف ، هر یک از داده های پروسیمتری نفوذ جیوه (MIP) ، برای تجزیه و تحلیل ابعاد فراکتال و منحنی های فراکتال ماسه سنگ ها از NO به تصویب رسید. 8 لایه از سازند شیایشیهزی (8 عضو) در بلوک لینکسینگ ، مورخ پرمین میانه. ویژگی های مورفولوژیکی منحنی های فراکتال ، خصوصیات ابعاد فراکتال و تفاوت های نظری بین این سه روش نیز مورد بحث قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که ابعاد فراکتال به دست آمده توسط روش I منعکس کننده ویژگی های منافذ باقیمانده است که توسط جیوه مورد تجاوز قرار نمی گیرند ، و آنها نشان می دهند که مقیاس منافذ درگیر جامع تر است. در حالی که در روش های II و III ، هر دو ابعاد فراکتال منافذ مورد حمله جیوه را بدست می آورند ، تفاوت بین آنها در انتخاب یک مدل شکل منافذ ساده است ، که منجر به ابعاد فراکتال با مقدار 1 بین آنها می شود. مهم نیست که کدام روش اتخاذ شده است ، ساختارهای منافذ مخازن ماسه سنگ تنگ در بلوک Linxing ویژگی های فراکتالی را نشان می دهد. با این حال ، ابعاد فراکتال به دست آمده با روش I برای توصیف پیچیدگی و خصوصیات پتروفیزیکی منافذ ماسه سنگ تنگ در عضو HE 8 بلوک Linxing مناسب تر است. منحنی های فراکتال به دست آمده توسط روش های مختلف از نظر تغییرات مورفولوژیکی تا حدی سازگار هستند. منافذ کوچک (rحداکثر) usually demonstrate more fractal characteristics, while large pores (>حرفحداکثر) عامل مهم مؤثر بر خصوصیات نشت مخزن است.
1. مقدمه
گاز ماسه سنگ تنگ یک منبع گاز طبیعی غیر متعارف است که در تخلخل کم و ماسه سنگ های نفوذپذیری کم جمع می شود (هولیچ 2006 ، Zou et al 2012 ، Guo et al 2016). ذخایر گسترده ای از گاز ماسه سنگ تنگ وجود دارد که به طور گسترده در سراسر چین توزیع شده است و یک مکمل مهم برای منابع فعلی نفت و گاز معمولی ارائه می دهد. میزان ذخایر قابل بازیابی فنی گاز ماسه سنگ تنگ در چین تخمین زده می شود 13 400 400 میلیارد متر 3 9200 (Xie et al 2014 ، Jiang et al 2015). گاز عمدتا در فضای منافذ ماسه سنگهای تنگ جمع می شود و ساختار میکروپور عامل تعیین کننده مؤثر بر خصوصیات مخزن و خصوصیات نشت است (LAI و Wang 2015). از آنجا که مخازن ماسه سنگ تنگ به طور کلی فرآیندهای پیچیده دیاژنز و تکتونیکی ، عمق عالی ، شدت دیاژنز بالا ، سنگ شناسی محکم ، ساختار منافذ پیچیده و ناهمگونی قوی را تجربه کرده اند ، همه ویژگی های معمولی این مخازن هستند. چنین ویژگی های پیچیده توصیف دقیق ساختار منافذ مخزن با استفاده از روشهای سنتی را دشوار می کند (موراد و همکاران 2010 ، کلارکسون و همکاران 2012 ، Zou et al 2012 ، Lai و Wang 2015 ، Xiao et al 2016).
مطالعات قبلی نشان داده اند که از بعد فراکتال می توان برای نشان دادن زبری یک سطح جامد یا یک دیوار منافذ استفاده کرد. به عنوان یک پارامتر ساده و مؤثر ، از بعد فراکتال به طور گسترده ای برای توصیف کمی از پیچیدگی ساختار منافذ مخازن نفوذپذیری کم ، مانند مخازن ماسه سنگ ، زغال سنگ و شیل استفاده شده است (Krohn 1988a ، 1988b ، Angulo و Gonzalez 1992 ، Fu et al2005 ، یائو و همکاران 2009 ، لی 2010 ، یانگ و همکاران 2014). از آنجا که برای اولین بار هندسه فراکتال Mandelbrot ، بسیاری از محققان ثابت کرده اند که منافذ مخازن نفوذپذیری کم دارای ویژگی های فراکتالی هستند که می توان با تئوری فراکتال توصیف کرد. Katz و Thompson (1985) از میکروسکوپ الکترونی اسکن و داده های نوری استفاده کردند تا نشان دهند که فضاهای منافذ چندین ماسه سنگ هندسه های فراکتال بودند. وونگ و همکاران (1986) ریزساختار رسوبی را از طریق پراکندگی نوترون با زاویه کوچک مورد مطالعه قرار دادند و شخصیت های فراکتالی سطوح منافذ را یافتند.
در حال حاضر ، ساختار منافذ یک مخزن معمولاً با پوروسیمتری نفوذ جیوه (MIP) مشخص می شود. MIP می تواند پارامترهای مربوط به ساختار منافذ ، مانند حداکثر اشباع جیوه مزاحم ، فشار جابجایی ، راندمان جیوه جیوه و شعاع گلوی منافذ را بدست آورد (León y León 1998 ، Ziarani و Aguilera 2012 ، Gao و Hu 2013 ، Zhuو همکاران 2015). با توجه به داده های MIP و نظریه هندسه فراکتال ، روشهای مختلفی برای محاسبه ابعاد فراکتال وجود دارد. Friesen و Mikula (1987) بعد فراکتال را با استفاده از داده های حجم منافذ و فشار مویرگی تعیین کردند (فرمول محاسبه آنها مطابق با روش III در زیر است). برای ذغال سنگ ، سه رژیم فشار با مقادیر مشخصی از بعد فراکتال نشان داده شد ، و بعد فراکتال برای سطوح متخلخل از 2. 6-3 متغیر بود (فریزن و میکولا 1987). Pérez Bernal و Bello López (2000) همچنین از این روش برای تجزیه و تحلیل ویژگی های فراکتال برای ساخت سنگ استفاده کردند. نشان داده شده است که سطح منافذ در قطر منافذ از 0. 012-100 میکرومتر فراکتال بود ، و بعد فراکتال در سنگهای فرسوده از 2. 44-2. 62 افزایش یافت. او و هوآ (1998) با استفاده از داده های اشباع جیوه مزاحم جیوه و فشار مویرگی از MIP ، یک روش محاسبه (روش I ، در زیر مشاهده می کنند) به دست آوردند. آنها نشان دادند كه توزیع منافذ در ماسه سنگ ها از نظر آماری از نظر آماری از نظر خودی بود كه شعاع منافذ از 0. 2-50 میکرومتر و بعد فراكال از 2. 41-2. 63 متغیر بود. علاوه بر این ، با توجه به ساختارهای فراکتال و خواص منافذ مخزن ، آنها همچنین فرمولهای هندسی فراکتال را توصیف می کردند که نفوذپذیری نسبی فاز مرطوب کننده و فاز غیر خیس را بر اساس مدل Burdine توصیف می کند (Burdine 1953) ، که به یک تبدیل آسانتر بین تبدیل آسانسمنحنی فشار مویرگی و منحنی نفوذپذیری نسبی. لی و هورن (2003) برای محاسبه ابعاد فراکتال و توصیف ناهمگونی برای Geysers Rock و ماسه سنگ Berea ، یک مدل (روش دوم را ببینید) ارائه دادند. مقادیر محاسبه شده بعد فراکتال برای همه نمونه ها در محدوده 2-3 بود. لای و وانگ (2015) دریافتند که بعد فراکتال عمدتاً با ریزگردها برای ماسه سنگهای گازی محکم همراه است ، و منافذ کوچک تمایل به داشتن مقادیر ابعاد فراکتال کمتر از 2. 5 داشتند ، در حالی که منافذ بزرگ دارای مقادیر بزرگتر از 3 بودند.
محققان قبلی معمولاً معتقد بودند كه ریزگردها از مخازن ماسه سنگ دارای خصوصیات آشکار فراکتالی هستند كه توسط بعد فراكال اعم از 2-3 شرح داده شده است. ابعاد فراکتال 3 فوقانی مربوط به یک سطح کاملاً نامنظم یا خشن است (Pfeifer and Avnir 1983 ، Li 2010 ، Lai and Wang 2015). ابعاد فراکتال بیشتر نشان داده شده است که با سطوح گلوهای سخت تر منافذ ، مرتب سازی فقیرتر ، توزیع اندازه منافذ پیچیده تر ، عملکرد حفظ فقیرتر و ناهمگونی قوی تر در مخازن مطابقت دارد (شن و لی 1995 ، لی و هورن 2006 ، لی 2010).
پس از خلاصه مطالعه دانشمندان قبلی ، سه روش اصلی (روش I ، روش II و روش III ، در زیر مشاهده می کنید) برای به دست آوردن بعد فراکتال با استفاده از تکنیک های نفوذ جیوه وجود دارد. بیشتر مطالعات فقط یک روش را برای تجزیه و تحلیل ویژگی های فراکتال ساختارهای منافذ انتخاب کردند. به ندرت مطالعه ای در مورد شباهت ها و تفاوت های محاسبه بعد فراکتال با روش های مختلف انجام شده است. در این مقاله ، بر اساس داده های MIP از ماسه سنگهای تنگ عضو HE 8 در بلوک Linxing در حاشیه شرقی حوضه Ordos ، ویژگی های منافذ مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و ساختارهای منافذ با سه روش مختلف طبقه بندی شده اند. ابعاد فراکتال و منحنی های فراکتال به دست آمده توسط این روش ها مقایسه می شوند. تفاوت نظری ذاتی در بین سه روش مورد بحث قرار گرفته است ، و رابطه مربوطه بین تغییرات مورفولوژیکی منحنی های فراکتال سپس مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.
2. مواد و روشها
2. 1روش شناسی
در حال حاضر ، بعد فراکتال را می توان از داده های آزمایشی MIP با سه رویکرد محاسبه کرد ، که در این مقاله به روش I ، روش II و روش III گفته می شود.
According to the theory of fractal geometry, if the pore size distribution displays fractal characteristics, the pore number N (>r) منافذ با شعاع بزرگتر از R می تواند به این صورت بیان شود:
جایی که rحداکثرحداکثر شعاع منافذ در مخزن است ، P (R) تابع تراکم توزیع اندازه منافذ ، A یک ثابت متناسب و D بعد فراکتال است.
ادغام معادله (2) منجر به حجم منافذ انباشته منافذ با شعاع کمتر از R در مخزن ، v (r) می شود ، همانطور که در معادله (3) بیان شده است:
جایی که A ″ = A ′ α / (3 - D) ، α یک ثابت است که با شکل منافذ و R همراه استحداقلحداقل شعاع منافذ در مخزن است.
