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有效应力下多孔介质微观结构的分形特征

2013-08-01徐艳坤王茂盛张红卫

成都理工大学学报(自然科学版) 2013年2期
关键词:变形结构模型

李 玮,徐艳坤,闫 铁,王茂盛,张红卫

(1.东北石油大学 石油工程学院,黑龙江 大庆163318;2.大庆油田勘探开发研究院,黑龙江 大庆163712)

多孔介质广泛分布在地壳的浅层及深层,如地表的土壤、深层的岩石等。在结构上是由相互连接的固体颗粒和颗粒间的孔隙组成。多孔介质微观结构的复杂性、非均质性受到国内外学者的广泛研究,研究发现孔隙结构的空间分布具有统计自相似性。Pfeifer等首先用分子吸附法研究了多孔介质的孔隙结构,并得出其微观结构具有分形性的结论[1]。Katz等利用扫描电镜(SEM)对不同类型的砂岩进行研究,结果表明砂岩孔隙空间具有分形特征[2]。Friesen等用压汞仪测试了煤的孔隙结构,并根据测试得到的毛管压力数据计算了煤颗粒分布的分形维数[3]。

通常情况下,多孔介质会受到外部应力和内部应力的共同作用,其自身的微观孔隙结构在有效应力作用下发生变化。这种变化直接影响孔隙介质的大小、形状、分布、孔隙度和渗透率等。Terzaghi首先研究了多孔介质骨架中有效应力和孔隙中流体压力对总应力的分配问题,给出了经典的有效应力原理[4]。为了更好地解释多孔介质自身结构与有效应力之间的关系,少数学者提出了对Terzaghi方程的修正[5-8]。黄远智等研究了不同岩样的渗透率随有效压力的变化规律,并给出有效围压与岩样渗透率关系的经验公式[9]。郑玲丽等研究发现有效应力系数与围压和孔隙流体压力有关,且表现出明显的非线性特征[10]。……

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