N₂吸着に基づく単一および多重フラクタルモデルの比較―四川盆地ロンマシ層頁岩の事例

CUI CHUANZHI ,  

ZHANG ZIYUN ,  

WU ZHONGWEI ,  

摘要

フラクタル理論は、頁岩貯留層の孔隙構造の不均一性を定量的に記述する重要な方法です。四川盆地のロンマシ層頁岩貯留層を例に、本研究はN₂吸着実験に基づき、この層系から採取した7つの頁岩試料の単一フラクタル特性と多重フラクタル特性を体系的に比較し、複雑な孔隙構造の表現における多重フラクタルの利点を重点的に検討しました。研究結果は以下の通りです。①ロンマシ層頁岩の孔隙構造は複雑で、狭い裂け目状の孔が主であり、円錐形孔、円錐形平行板孔、インクボトル孔などの複合的特徴を含みます。孔隙体積は主に約35nm径の孔から寄与され、比表面積は主に約3nm径の孔から提供されます。②Frenkel-Halsey-Hill(FHH)、Neimark、Wang-Liの三つの単一フラクタルモデルを用いて得られたフラクタル次元には差異があり(D_FHH:2.6100~2.8149、D_Neimark:2.8751~2.9846、D_Wang-Li:2.6061~2.7787)、Wang-Liモデルの適合度が最も高かった(R²>0.999)ものの、各モデルはいずれも理論的仮定およびスケール範囲に制約があり、異なるスケールにおける頁岩孔隙の複雑な構造を完全に表現することは困難でした。③全ての試料は顕著な多重フラクタル特性を示し、低確率領域(モーメント次数q ≤ -1)では孔隙構造の不均一性が強く、高確率領域(q ≥ 1)では比較的均一でした。多重フラクタルパラメータ(D_-q/D_q、D_-q - D_q、α_min - α_max、α_min/α_max)は比表面積と負の相関を示し、平均孔径と正の相関を示しており、本手法は異なるスケールにおける孔隙構造の不均一性を効果的に描写できることを示しています。本研究はロンマシ層頁岩貯留層を例に、単一フラクタル法と多重フラクタル法を体系的に比較し、多重フラクタルが頁岩の複雑な孔隙ネットワークを量的に評価する優位性を明らかにし、N₂吸着に基づくフラクタル表現に新たな解析視点と理論的参考を提供しました。

关键词

フラクタル;N₂吸着;孔隙構造;ロンマシ層;頁岩

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