黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形特征

在黔西北地区海陆过渡相龙潭组页岩低温氮气吸附实验基础上,利用FHH模型研究了其孔隙分形维数,得到其分形维数D_1和D_2,整体数值较大,平均值分别为2.718 6和2.782 4,反映龙潭组泥页岩孔隙非均质较强,结构较为复杂。将分形维数与页岩其他地质参数进行相关性分析,结果表明:分形维数与泥页岩的比表面积、TOC呈正相关关系,与平均孔径、石英含量、石英/黏土呈负相关关系,与镜质体反射率、黏土矿物含量呈"先正后负"的相关关系,拐点分别出现在Ro为2.5%以及黏土矿物含量为50%处。综合研究认为:D_1能够较为综合反映泥页岩孔隙的大小、体积、比表面等特征,可以综合表征泥页岩孔隙的结构特征,数值越大越有利于页岩气富集,而D_2对于孔隙结构复杂程度的表征更为明显,可以专用于研究泥页岩孔隙结构的复杂程度,数值需在一定范围内,不宜过大,并认为黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形维数D_1的有利分布范围为大于2.60,而D_2的有利分布范围为2.50~2.80,当D_22.80时需要系统进行可采性评价及压裂开采设计。     

黔西地区龙潭组煤系泥页岩孔隙结构及分形特征研究

为了研究煤系泥页岩微观孔隙结构特征,以黔西地区龙潭组煤系泥页岩为研究对象,基于扫描电镜及低温氮气吸附实验测试手段,定性和定量表征页岩孔隙特征,同时运用分形理论分析了其分形特征,并探讨了孔隙结构影响因素。结果表明:黔西地区龙潭组煤系泥页岩扫描电镜下观察到粒间孔、粒内孔、微裂缝及有机质孔4类,微裂缝大量发育,为烃类气体运移提供通道,仅见少量有机质孔隙;泥页岩氮气吸附等温线与Ⅳ型等温线相近,曲线均呈反"S"型,反映出主要为中孔,在高比压区(0.45P/P_01.0)形成滞后回线,表现为H2型的细颈广体的墨水瓶孔和H4型的狭缝型孔;孔径平均值为8.36 nm,以中孔为主,比表面积较大,平均为12.03 m~2/g,总孔体积较大,平均为0.017 379 m~3/g;采用FHH模型对低比压区(0P/P_00.45)和高比压区(0.45P/P_01.0)2个阶段进行计算分形维数(D_1、D_2),分形维数较大,D_1平均为2.576 3、D_2平均为2.703 2;总有机碳含量对泥页岩BET比表面积和平均孔径影响较小,与BJH总孔体积呈一定的负相关性;矿物成分对泥页岩的孔径和比表面积有较大的影响,黏土矿物含量越低、石英含量越高,平均孔径越大,石英含量越高,比表面积越小;泥页岩比表面积越大、平均孔径越小,泥页岩黏土矿物含量越高、石英含量越低,分形维数越大,煤系泥页岩孔隙结构复杂,连通性较差,非均质性较强。     

延长组页岩储层纳米级孔隙特征及影响因素——以鄂尔多斯盆地柳坪171井为例

运用压汞法和氮气吸附法分别对延长组页岩储层纳米级孔隙进行测定,通过等温吸附线和氩离子抛光扫描电镜照片描述,对孔隙结构特征分类表征并结合页岩样品岩石矿物组分、成熟度和有机碳含量测试讨论控制纳米级孔隙结构的主因。结果表明:延长组页岩储层孔隙主要为纳米级孔隙,并以中孔为主,占总孔体积的66%~84%,孔径主要分布在1~25 nm。其中长7段、长8段页岩的比表面积主要是由孔径小于5 nm的孔隙所提供的,长9段页岩的比表面积主要是由孔径小于10 nm的孔隙所提供的。延长组页岩吸附回线特征表明纳米级孔隙多以开放型为特征,主要包括有机质内部孔隙、黄铁矿莓状体粒间孔和黏土矿物粒间孔,以及部分长石溶蚀孔,此外页岩中还存在大量微裂缝。其中有机质内部纳米级孔隙和黄铁矿莓状体粒间孔是筒柱状孔,锥形孔、楔状孔及细颈瓶状或墨水瓶状孔的主要来源;长石溶蚀孔大多为半球形孔;黏土矿物粒间孔可贡献一端封闭或两端开口的筒状孔;微裂缝以平行壁狭缝状、弯曲波浪状、夹板形楔状为特征。有机碳含量是控制延长组页岩储层中纳米级孔隙体积及其比表面积的主要内因,页岩成熟度、黏土矿物含量和脆性矿物含量对纳米级孔隙控制作用不明显,但莓状体黄铁矿的增加有助于页岩中孔隙的增加。     

有机质页岩孔隙分形模型的适用性研究

为了深入研究分形理论模型计算不同尺度孔隙分形维数的适用性,以焦页1井龙马溪组页岩与慈页1井牛蹄塘组页岩的钻井岩心样品为研究对象,采用CO_2和N_2等温吸附试验,获得了2组页岩微孔与介孔的吸附数据,并分别结合微孔分形模型和FHH分形模型计算了微孔与介孔的分形维数,讨论了2种模型的有效性。研究结果表明:微孔分形模型适用于计算CO_2吸附数据,可有效表征页岩微孔的分形维数;而选FHH分形模型适用于计算N_2吸附的高压段数据,可有效表征页岩介孔的分形维数。微孔与介孔可具有不同的分形结构,页岩孔隙结构的评价应综合考虑两类孔隙的分形维数。     

四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数及其甲烷吸附效应

四川盆地陆相页岩的孔隙结构、分形维数和甲烷吸附能力认识不清,制约了陆相页岩气选区和评价。针对川西新场须五段陆相页岩,开展了超低压氮气吸附、高压甲烷吸附测试,基于低压氮气吸附Frenkel-Halsey-Hill（FHH）模型计算得到分形维数D₁和D₂（相对压力在0～0.5和0.5～1.0条件下）,分析了须五段陆相页岩的分形维数与基质组分（TOC和矿物组分）、孔隙结构（平均孔径,比表面积,总孔体积）的相关关系,揭示了页岩分形维数对甲烷吸附能力的控制。结果表明,须五段陆相页岩分形维数D₁为2.495 0~2.574 4,分形维数D₂为2.657 8~2.841 2,D₁代表页岩孔隙表面分形维数,而D₂表示孔隙体积的分形特征。须五段页岩的基质组分对分形维数D₁和D₂产生不同的影响。分形维数D₁和D₂与甲烷吸附量呈正相关。研究表明分形维数可以作为评价页岩气储层的关键参数。     

煤系沉积岩多重分形维数计算及影响因素分析

为表征煤系沉积岩的孔隙结构与分形特征,选取中侏罗统页岩、泥岩和砂岩3种典型沉积岩进行了X射线衍射(XRD)分析、核磁共振(NMR)实验,运用分形理论讨论了NMR分形维数与矿物组成、物性参数之间的相互关系。结果表明:①基于弛豫时间截止值T_2C,可将页岩、泥岩NMR分形维数划分为吸附孔隙分形维数D_A(T₂≤3 ms)和渗流孔隙分形维数D_S(T₂>3 ms)。②储层物性方面,NMR分形维数D_f与孔隙率、渗透率、储层质量指数呈良好的线性负相关关系,说明NMR分形维数能够作为衡量岩石物性的重要指标。③矿物成分方面,石英、长石含量与分形维数D_f呈弱负相关关系,黏土矿物由于受到沉积环境、理化性质和矿物本身含量等多因素作用,对分形维数的影响差异较为显著。     

浙江煤山上二叠统龙潭组页岩气储层矿物成分特征

为了研究页岩气储层的矿物特征,分析浙江煤山地区不同矿物对页岩气储层的影响,采用X射线衍射(XRD)技术,对煤山地区上二叠统龙潭组17个泥页岩矿物样本进行了定性和定量分析,并探讨了矿物不同组成可能造成的储层性能差异。结果表明,龙潭组泥页岩矿物成分以黏土矿物和石英为主,平均含量分别为49.1%和30.6%,其次是方解石,平均含量为3.5%,此外还含有少量长石、黄铁矿、菱铁矿等矿物。黏土矿物有利于页岩气吸附,石英和方解石等脆性矿物有利于开发过程中压裂造缝,其对页岩气藏的形成和开发都具有一定的积极作用。页岩气储层矿物成分的研究为其吸附储存、裂缝评价、压裂造缝等研究提供了坚实的基础。     

基于低温氮实验的页岩吸附孔分形特征

以低温氮吸附实验数据为基础,分析了重庆綦江观音桥剖面下志留统龙马溪组页岩样品吸附孔的吸附特征,采用FHH分形模型,计算了吸附孔分维值D,定量研究了分维值对页岩孔隙参数的变化规律。结果表明:脱附支得到的孔径分布曲线呈双优势峰,其中3.2~3.8 nm为假峰,页岩储层孔隙富含0.4~0.8 nm的微孔且分布集中,2~25 nm的中孔分布相对均匀。页岩吸附孔分形特征明显,分维值介于2.760~2.879,分维值与平均孔直径、孔隙体积呈较好的负相关,与埋深呈弱的正相关,而与比表面积无直接关系。     

鱼卡凹陷石门沟组上段泥页岩地球化学及储层特征

鱼卡凹陷位于柴达木盆地北缘中部,为青海省陆相页岩气勘探的重点区域。中侏罗统石门沟组上段为半深湖-深湖相沉积,暗色泥页岩厚度10～170 m,平均为55 m;为页岩气勘探的主力层系。运用液氮吸附、有机碳含量、有机质成熟度、干酪根元素、全岩、黏土矿物X衍射、能谱扫描电镜等测试方法,对泥页岩样品的有机地球化学及储层特征进行了研究,结果表明:中侏罗统石门沟组泥页岩TOC含量为1. 34%～12. 84%,均值为5. 3%;干酪根H/C和O/C比范式图解上显示有机质类型主要为Ⅱ2型; Ro为0. 45%～1. 00%,总体热成熟度表现为凹陷西部高于东部。黏土矿物含量为34%～58%,平均46. 1%;石英含量42%～55%,平均48. 3%。泥页岩孔隙结构复杂,根据吸附回线及孔径分布曲线划分为两类:第1类以一端不透气性孔和四边开放的板状狭缝孔为主,孔径主要集中在3～5 nm,呈单峰状分布;第2类以一端不透气性孔和开放性倾斜板狭缝孔为主,孔径主要分布在3～5 nm和6～45 nm,呈双峰状分布。由于泥页岩成熟度较低,有机质纳米孔隙不发育,TOC含量与介孔、总孔体积具有弱正相关性,与微孔体积相关性不大;脆性矿物含量与孔隙度成正相关,黏土矿物含量与微孔体积相关性不大,与介孔、总孔体积呈正相关。黏土矿物是石门沟组上段泥页岩纳米孔隙的主要提供者,是孔隙发育的主要控制因素;孔隙结构及孔径分布和沉积环境有关,TOC含量及热演化程度也会影响泥页岩孔隙发育的程度。     

泌阳凹陷页岩油储层孔隙发育特征与测井定量评价

利用岩石薄片、扫描电镜、高分辨率扫描电镜、氩离子抛光高分辨率扫描电镜、比表面实验等分析技术，对泌阳凹陷页岩孔隙进行了量化表征。泌阳凹陷页岩粒间孔隙发育相对较少，尺寸几百纳米至几微米；黏土矿物晶间孔尺寸多位于几十纳米到几百纳米、重结晶晶间孔孔径在1~3 μm；溶蚀孔隙发育尺寸与溶蚀的程度有关，尺寸相对较大，多在几百纳米以上；有机质孔隙以条带状的边缘孔隙发育为主，尺寸变化较大。泌阳凹陷页岩有机质和黏土矿物与吸附油含量正相关，其分布产状主要呈分散状、层状、纹层状等状态，而游离油分布状态主要受其赋存的储集空间类型的影响，在构造缝、层间缝及基质孔隙内较丰富。在此认识的基础上，利用常规测井曲线建立了泌阳凹陷页岩孔隙定量评价模型，明确了泌阳凹陷脆性矿物、黏土和有机质三者单位质量内的微孔隙体积值，为下步定量评价页岩储层孔隙提供了依据。     

北大巴山逆冲推覆带鲁家坪组泥板岩微孔隙结构表征

北大巴山逆冲推覆带发育大量富有机质泥板岩,为研究该区极浅变质泥板岩的微观孔隙结构,通过低温氮气物理吸附、高压压汞、氩离子抛光-场发射扫描电镜(Ar-FESEM)、X-射线衍射(XRD)等试验,定量、定性表征下寒武统鲁家坪组富有机质泥板岩微观孔隙结构特征和影响因素。试验结果表明,鲁家坪组泥板岩微观孔隙结构具有强烈的非均质性,孔径范围分布广且组合形式多样。紫阳地区鲁家坪组泥板岩的微孔、介孔、大孔发育程度相当或更偏向于介孔-大孔;岚皋地区以微孔发育为主导,辅以发育介孔和大孔。鲁家坪组泥板岩孔隙大小和类型与岩石矿物组分密切相关,石英、长石、碳酸盐岩等脆性矿物相关孔隙类型以粒内溶蚀孔、边缘孔缝、粒间孔为主且多被黏土矿物、有机质充填,脆性矿物颗粒挤压黏土矿物和有机质内部微孔、介孔,致使其改造甚至是闭合,约束孔隙体积发育;黏土矿物相关孔隙类型以层间孔缝为主,孔径大小以介孔为主,是提升鲁家坪组孔隙体积的主要孔隙类型;有机质孔是鲁家坪组微孔孔隙主要类型,提供了大量比表面积,是气体吸附的主要场所。鲁家坪组泥板岩的微观孔隙结构利于天然气吸附保存,但总体孔喉细小、连通性较差,不利于游离气运移。     

沉积环境对页岩气储层的控制作用——以中下扬子区下寒武统筇竹寺组为例

以“沉积控相,相控储层”为研究思路,基于野外露头实测、室内试验测试以及结合前人研究成果,探讨中下扬子区下寒武统筇竹寺组沉积环境对页岩气储层的控制作用。研究表明：中下扬子区下寒武统筇竹寺组富有机质泥页岩主要发育于陆棚相和深海-次深海滞留盆地相中,沉积中心页岩厚度可达100～180 m,有机碳含量（TOC）最高可达18.7%,平均达到5.07%;静水缺氧还原沉积环境岩石类型主要以富含有机质的炭质页岩、硅质页岩、粉砂质页岩以及钙质页岩为主,页岩矿物成分以石英（平均达64.97%）和黏土矿物（平均达23.66%）为主;缺氧还原环境下沉积的大量黄铁矿形成的黄铁矿晶间孔、有机质生烃形成的微孔隙、黏土矿物层间微孔隙以及脆性矿物控制的微裂缝为页岩气提供了良好的储集空间。沉积环境控制下储层发育特征的研究可为页岩展布、有机质丰度、储集空间以及后期有利区评价等研究提供基础。     

鄂西来凤地区上奥陶统—下志留统龙马溪组富有机质页岩储层特征——以龙潭坪剖面为例

在野外观测的基础上,通过薄片鉴定、地球化学分析、X-衍射分析、物性测量、扫描电镜观察和等温吸附模拟等多种方法,对鄂西来凤地区龙潭坪剖面龙马溪组富有机质页岩储层特征进行研究。研究表明,龙潭坪龙马溪组富有机质页岩厚度较大,达51.8 m,有机碳含量高,介于0.80%~6.55%,平均值为2.70%,热演化程度高,处于高—过成熟阶段;脆性矿物含量丰富,平均值为59.0%;多种孔隙类型及裂缝发育;等温吸附实验表明吸附气量为1.83~3.54 m~3/t,平均值为2.68 m~3/t,气体吸附能力强。综合认为,鄂西来凤地区龙马溪组富有机质页岩储层条件好,具有良好的页岩气勘探前景。     

龙马溪组下部页岩储层孔隙结构特征与评价方案

运用场发射扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附、薄片观察等实验技术手段,以重庆南川泉浅1井为例,探究了龙马溪组下部页岩储层的孔隙特征,结果表明：泉浅1井龙马溪组页岩孔隙度小、喉道细,孔隙较发育,类型多样,结构复杂,小孔和微孔是主要的孔隙,占据了主要的储集空间与比表面积;发育晶间孔、粒间孔、粒内孔、溶蚀孔隙、有机质纳米孔、微裂隙等孔隙,有机质纳米孔是气体吸附的主要场所。以TOC含量-孔径-脆性指数分别作为储层孔隙性、渗透性、脆性的评价指标,建立TOC含量-孔径-脆性指数评价方案,可以实现对储层基础物性经济有效、简便快捷的评价。     

龙马溪组下部页岩储层孔隙结构特征与评价方案——以重庆南川三泉剖面泉浅1井为例

运用场发射扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附、薄片观察等实验技术手段,以重庆南川泉浅1井为例,探究了龙马溪组下部页岩储层的孔隙特征,结果表明:泉浅1井龙马溪组页岩孔隙度小、喉道细,孔隙较发育,类型多样,结构复杂,小孔和微孔是主要的孔隙,占据了主要的储集空间与比表面积;发育晶间孔、粒间孔、粒内孔、溶蚀孔隙、有机质纳米孔、微裂隙等孔隙,有机质纳米孔是气体吸附的主要场所。以TOC含量-孔径-脆性指数分别作为储层孔隙性、渗透性、脆性的评价指标,建立TOC含量-孔径-脆性指数评价方案,可以实现对储层基础物性经济有效、简便快捷的评价。     

沁水盆地中东部海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征

为探究沁水盆地石炭二叠系海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征,运用扫描电镜、低温氮吸附实验和高压压汞实验等手段,分析了海陆过渡相页岩储层的孔隙类型、形态、孔径分布等特征。结果表明:研究区海陆过渡相页岩纳米级孔隙广泛发育,孔隙类型以有机质孔为主,同时亦发育大量的矿物粒间孔和部分粒内孔;孔隙形态以平行板状居多,还包括一定量的狭缝型孔,以及少量墨水瓶型孔和一端封闭的孔隙;页岩孔径分布范围跨度较大,介孔(2~50 nm)是研究区页岩纳米级孔隙的主体,提供的比表面积和孔体积均达到60%以上,微孔对比表面积的贡献同样值得重视。有机质孔以微孔为主,其发育程度对页岩气的吸附存储有重要影响,TOC含量是BET比表面积和BJH孔体积的重要控制因素;黏土矿物提供了大量介孔,其含量对比表面积和孔体积同样具有控制作用。     

延长探区山西组陆相页岩储层孔隙结构及孔隙发育主要影响因素

储层的孔隙特征对页岩气含气性和产能评价具有重要作用,为研究延长探区山西组页岩气储层孔隙特征,通过应用氩离子抛光-场发射扫描电子显微镜、岩芯观察、薄片鉴定、全岩X射线衍射和压汞实验等测试方法,对孔隙类型和孔隙结构进行了详细探究。结果表明山西组页岩气储层矿物组成以黏土矿物和石英为主,黏土矿物含量较高,且变化范围较大,在43.5%~98%之间。储层发育大量的微裂隙和微孔隙,孔径主要在0.5~20μm之间,以微小孔隙为主,喉道较小且孔喉分选性较差,显微镜下观察发现储层泥页岩微裂缝极为发育,裂缝面密度达到108.8/m2,这些缝隙构成网状结构,既可以为页岩气提供储存空间,又是页岩气渗流的主要通道。有机碳含量高,有机质孔数量相应增加,碎屑含量降低,减小了对有机质的挤压程度,有利于有机质孔的保存。热演化程度增高,有机质生烃转化和生气膨胀作用增加了有机质孔。进一步,黏土矿物在脱水转化过程中形成了微裂缝,对孔隙发育均具有促进作用。     

米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组页岩矿物组分与微观孔隙的关系

利用米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组暗色泥页岩样品,进行X射线衍射、低温氮气吸附、氩离子抛光-场发射扫描电镜等实验,结合有机地球化学参数,探讨矿物组分对微观孔隙结构的影响。研究结果显示,米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组页岩矿物组分复杂,以石英和黏土矿物为主,平均含量分别为41.35%和31.55%,其次为长石、碳酸盐矿物、黄铁矿,脆性指数集中分布在0.6~0.8,具有良好的脆性和可压性。石英、长石等脆性矿物提供纳米级粒边缝隙、少量粒间孔和溶蚀孔;黏土矿物提供了大量的顺层缝隙、泥粒孔和片间缝隙;有机质中普遍发育气孔、边缘缝隙、铸模孔等多种孔隙类型。比表面积、孔体积与黏土矿物含量具有良好正相关性,而与石英、长石含量关系不明显,有机质含量与孔比表面积具良好正相关性,而与孔体积关系较差。结果表明,黏土矿物对牛蹄塘组页岩微孔-介孔-大孔发育有主控作用,而有机质则主要是微纳米孔发育的载体;黄铁矿通过自身孔隙结构特征及其与有机质相互影响,对页岩微观孔隙发育起到先促进后抑制的作用,作用转换阈值可能为2.8%左右。     

页岩孔渗特性的分维特征及储层预测意义

以重庆南川地区龙马溪组页岩为研究对象,基于分维分析理论,运用压汞实验等测试手段,分析了页岩孔渗特性的分维特征,结果表明:分形维数、孔隙度、渗透率、毛管压力中值、孔喉半径中值和退汞效率具有较好的相关性,分形维数与各参数描述孔隙结构的性质相一致;以分形维数表征储层孔隙结构特征,以孔隙度、渗透率表征储层物性特征,建立基于分形维数-孔隙度-渗透率的三维储层预测方案,依据三维预测指标对储层产气性能贡献度的高低,可将龙马溪组页岩储层分为3类,并以此为依据预测了南川地区龙马溪组页岩气储层的分布规律。     

煤层注水对原煤孔隙及甲烷吸脱附性能的影响

煤层注水对防突具有显著效果,而煤层孔隙特性是影响瓦斯吸脱附及渗流的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对原煤体甲烷吸脱附性能的影响。选取首山矿己15-12070工作面进行煤层注水现场实验,使用氮吸附法得出各煤样孔隙特性并用分形理论计算孔隙粗糙度,使用静态容量法测出各煤样吸脱附参数。结果表明:注水后各孔径段孔隙量均有所增加,注水压力与比表面积、孔容及分形维数呈线性正相关关系;孔隙特征参数与甲烷吸脱附性能呈线性正相关关系;各煤样均出现甲烷吸脱附迟滞现象,且注水压力越高,甲烷吸附能力越强,脱附迟滞程度越大。煤层注水压力越大,煤的孔裂隙数量会增多且粗糙度增大,煤体倾向于保留更多的瓦斯。