页岩气储层微观孔隙结构特征及发育控制因素——以川南—黔北XX地区龙马溪组为例

利用扫描电镜以及比表面积分析仪产生的试验数据、吸附脱附曲线对页岩气储层储集空间类型、微观孔隙结构的系统研究表明,川南—黔北XX地区龙马溪组页岩气储层储集空间多样,包括残余原生粒间孔、晶间孔、矿物铸模孔、次生溶蚀孔、黏土矿物间微孔、有机质孔以及构造裂缝、成岩收缩微裂缝、层间页理缝、超压破裂缝等基质孔隙和裂缝类型。发现研究区龙马溪组泥页岩比表面积和孔体积都较大且具有良好的正相关性,并认为微孔隙越发育,泥页岩的比表面积和孔体积越大,越有利于泥页岩对页岩气的吸附储集。建立了泥页岩的孔隙模型,并利用吸附脱附曲线分析了研究区龙马溪组泥页岩的微观孔隙结构特征,指出研究区龙马溪组泥页岩以极为发育的微孔为主,其中为泥页岩提供最大量孔体积和表面积的孔隙主要为Ⅲ类细颈瓶状(墨水瓶状)孔和Ⅰ类开放透气性孔。认为有机碳含量、伊/蒙间层矿物含量以及热演化程度是控制研究区龙马溪组页岩气储层微观孔隙结构的主要因素。     

渝东南地区彭页1井泥页岩微观孔隙结构特征

针对渝东南地区泥页岩储层微观孔隙结构认识不清的状况,应用氩离子剖光扫描电子显微镜、压汞、低温N₂ 吸附解吸等方法,对渝东南地区下志留统龙马溪组海相泥页岩储层微观孔隙类型及其特征进行研究。结果表明：泥页岩样品中主要发育微裂缝、微孔道、絮状物孔隙、晶间孔、晶内孔、有机质孔隙和生物化石内孔隙等孔隙类型,其中微裂缝、微孔道和絮状物孔隙等微观孔隙相互连通,构成了页岩气储层主要的渗流运移通道;龙马溪组海相泥页岩样品孔隙形态多变,具有平行壁的狭缝状孔隙特征,且具有裂缝性孔隙特征,以开放型孔隙为主;其孔径分布范围广,从纳米级到微米级均有发育,纳米级孔隙和微米级孔隙分别提供0.95和1.60％的孔隙度。该研究结果为下一步研究页岩气的赋存状态以及储集性能提供依据。     

渤海湾盆地沾化凹陷页岩微观孔隙特征实验研究

页岩的微观孔隙结构是影响页岩油气富集与渗流机理的关键。利用氩离子抛光扫描电镜、低温CO₂吸附、低温N₂吸附、高压压汞及核磁共振等实验方法，对沾化凹陷沙河街组陆相页岩的微观孔隙特征进行了研究。页岩主要发育有机孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔和微裂缝等6类孔隙。其中微孔、中孔和宏孔均有发育，微孔比表面积约占总比表面积的61.52%，提供了页岩油气吸附的主要空间，而中孔和宏孔则提供了大部分孔体积，分别占比49.99%和41.19%，对页岩油气的储集和运移起主要作用；页岩孔隙度为4.08%~7.04%，有效孔隙度为0.11%~0.64%，孔隙连通性差。      

渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组页岩油微观储集特征

页岩油储层微观孔隙储集特征是勘探开发的重要基础资料。采集渤海湾盆地沾化凹陷罗69井沙河街组三段页岩油层段18块岩心样品,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜实验,研究页岩油储层孔隙发育特征。沾化凹陷沙三段页岩油层段为泥岩和灰岩的过渡岩性,以灰质泥岩、泥质灰岩和含泥灰岩为主,夹少量灰岩薄层。页岩油层段主要孔隙类型包括泥质碎片间微孔和碳酸盐矿物的溶蚀孔、晶间孔和晶内孔。页岩油层段的储层孔隙主要由泥质部分提供,泥质粒间孔提供的面孔率贡献最大,方解石溶蚀孔对面孔率有一定贡献,晶间孔和晶内孔的面孔率贡献最低。页岩油储层孔隙的孔径属于纳米级和微米级,纳米级孔隙数量占绝对优势,然而储层孔隙面积主要由数量较少的微米级孔隙提供,即页岩油开发的储集空间应该以微米级孔隙为主要对象。      

辽河坳陷沙三、沙四段泥页岩微观孔隙特征及其成藏意义

为深入研究辽河坳陷次级凹陷沙河街组三、四段泥页岩储层孔隙特征及成藏意义,选取了5口泥页岩钻井岩心样品进行了氩离子抛光-扫描电镜（FIB-SEM）、氦气吸脱附、X-衍射全岩分析、干酪根镜检及配套有机地化等实验,从微观孔隙结构到成藏意义进行了深入探讨。结果表明,研究层段共存在粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔、有机孔、微裂缝6种孔隙类型。孔隙发育不仅与沉积压实、胶结、溶解作用相关,另外还与页岩岩性、矿物组构、有机质类型、有机地化等因素密切相关。粘土矿物集合体粒间孔和层间微孔缝对页岩油气的赋存和运移贡献最大,且是页岩储层各向异性（渗透率）的主要控制因素;溶蚀孔及晶间孔次之;有机孔因相对不发育,对页岩油气的渗透贡献较小,但仍然是吸附态页岩油气的主要场所;微裂缝的影响不容忽视,是沟通宏孔与中孔的主要微通道。另外,低熟条件下粘附-结合态有机质中有机孔的大量发现表明粘土矿物对有机质的早期催化生烃起到重要作用,同时,有机质与矿物（主要是粘土矿物）紧密共生的保存特点,也反映了有机质保存形式与油气生成之间的密切关系。实验同时表明无定形体是研究层段生成页岩油气的主要贡献者。     

长6致密砂岩油藏储层孔隙结构特征及孔缝组合模式

为了研究致密油孔隙结构特征及与石油渗流关系,利用F200场扫描电镜对鄂尔多斯甘谷驿油田致密油样品进行微观分析,建立该样品储层的微观孔隙裂缝体系,进一步通过压汞实验了解孔喉分布及不同孔径孔、缝对渗透率的贡献率,结合样品电镜扫描观察结果推断孔隙、裂缝储集渗流油气有效性。研究结果表明,该区致密油储层主要孔隙有原生孔、粒内溶孔、粒间基质溶蚀孔及晶间孔4种类型,油气主要储存在粒内、粒间溶孔中,原生粒间孔仅为次要储油空间,大量纳米级孔隙成为储油主体。而裂隙主要为微裂缝,由方解石解理缝、溶蚀缝及成岩收缩缝构成,其中方解石解理缝和溶蚀缝构成渗流运移主要通道,微裂缝与人工裂缝结合形成裂缝网络。微孔(小于2 nm)对油气储存有效,对油气渗流则不起作用。因此该区致密油储油渗流孔隙结构总结为“纳米溶孔储油,微裂缝人工压裂缝渗流”。据此将不同孔缝组合划分为3种模式:溶蚀孔缝组合模式、方解石解理缝+溶蚀孔组合模式、裂缝或孔隙单独存在模式。其中溶蚀孔缝组合模式和方解石解理缝+溶蚀孔组合模式流体渗流阻力小,在甜点区选择时应重点关注。     

鄂尔多斯盆地延长组长7油层组页岩-致密砂岩储层孔缝特征

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组是富有机质页岩和致密砂岩共生发育的富油层位,富有机质页岩既是生油层又是储层,并为致密砂岩提供油源。揭示页岩储层和致密砂岩储层之间的孔缝特征,对认识页岩油和致密油赋存空间和运移机理具有重要意义。综合岩心描述、场发射扫描电镜、激光共聚焦显微镜、核磁共振实验、高压压汞和低温吸附实验等手段,定性描述和定量表征相结合,刻画了富有机质泥页岩和致密砂岩储层中的孔隙类型和孔径大小。富有机质泥页岩孔隙类型包括粒间孔、粒内孔、有机质孔,页岩中孔隙的孔径范围总体分布在50 nm以下。页岩中的裂缝包括水平缝、低角度缝、高角度缝和近直立缝。致密砂岩储层孔隙类型包括剩余原生粒间孔、晶间孔和次生孔,且次生孔是主要的孔隙类型。致密砂岩孔隙直径多在2 μm以上,孔喉半径多集中在73.5 nm以下,但对渗透率起贡献作用的孔喉半径区间为73.5~735 nm,致密砂岩中同样发育微裂缝和高角度裂缝。页岩和致密砂岩孔隙的形成和演化均受沉积作用和成岩作用的影响,成岩作用流体和烃类流体的运移和充注将页岩和致密砂岩构成了有机整体。延长组长7油层组页岩-致密砂岩系统中存在3类孔缝网络和石油运移路径：①页岩内纳米-微米级孔隙-裂缝网络,形成页岩油的存储空间和石油源内运移的路径;②致密砂岩内纳米级喉道和微米级孔隙的孔隙网络系统,形成致密油的存储空间;③页岩和致密砂岩间差异孔喉结构-微裂缝-裂缝孔喉网络系统,构成源内石油向源外运移的路径。     

四川威远地区九老洞组页岩微观非均质性

目前,国内外对于页岩非均质性的研究刚刚起步,相关理论还不成熟。文中利用X射线衍射手段,结合观察九老洞组页岩样品的薄片和扫描电镜,在微米级—纳米级的尺度下,从矿物组分、微观孔隙和微裂缝3个方面来评价页岩的微观非均质性。从矿物组分的角度来看,主要矿物为石英,其次为斜长石和黏土矿物,样品矿物组分和含量上没有明显的差异性。在厘米以上尺度,页岩岩性和矿物组分纵向非均质性较弱;而在微观尺度下,矿物组分对孔隙发育和分布状态影响较大,非均质性明显,而且随着观测倍数增大,页岩微观非均质性将会越来越明显。从微观孔隙的角度来看,主要发育粒间孔、粒内孔、晶间孔和有机质孔等类型。在微观尺度下,页岩孔隙类型、分布和孔径大小差别较大,非均质性明显。从微裂缝的角度来看,在2 711~2 815 m的页岩岩心,下部裂缝较上部发育,表明在毫米级—厘米级的裂缝非均质较为明显。微米级—纳米级的微裂缝尺度变化较大,微裂缝可分为黏土转化缝、成岩收缩缝和异常高压缝,微裂缝形态多样,其发育特征和配置关系在微观尺度下具有强非均质性。     

四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及其控制因素

页岩储层岩石的孔隙结构是影响页岩气藏储集能力和页岩气开采效果的主要因素。为此以四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,运用氩离子抛光扫描电镜技术、低温氮气吸附脱附法和高压压汞实验对该区页岩储层的微观孔隙结构进行了系统研究。结果表明:①焦石坝地区龙马溪组页岩孔径主要为纳米级,孔隙类型可分为有机质孔、无机孔(粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔)、微裂缝(矿物颗粒内构造缝、层间滑动缝、成岩收缩缝、有机质演化异常压力缝),以有机质孔和黏土矿物粒间孔为主,其中有机质孔分布最为广泛;②TOC与有机质孔含量存在着明显的正相关性,在底部优质泥页岩段(TOC2%)有机质孔最为发育,含量高达50%;③微观孔隙结构复杂,多呈开放形态,以两端开口的圆筒状孔及四边开放的平行板状孔为主,孔径大小主要分布在2~30nm,以中孔为主。在此基础上,分析了该区页岩储层微观孔隙结构的控制因素,结论认为,有机质丰度和热演化程度为其主控因素,黏土矿物含量对其影响相对不明显。     

陆相页岩孔隙类型、特征及油气共聚过程探讨——以辽河坳陷西部凹陷为例

借助岩心描述、氩离子抛光扫描电镜对以辽河坳陷西部凹陷为代表的陆相页岩中不同尺度储集空间类型、特征进行了研究,并探讨了页岩油气的聚集过程。结果表明,研究层段发育溶蚀孔缝、构造缝等有利于页岩油聚集和运移的大孔径孔洞和裂缝。扫描电镜下,研究层段发育无机矿物孔、有机质孔及微裂缝3种微观孔隙类型,其中低成熟度条件下大孔径有机质孔的形成主要与有机酸的溶蚀改造有关。对微裂缝的研究表明,有机质边缘和内部可以发育多种形态裂缝,而有机质内部生排烃裂缝的大量发育则是陆相低成熟度页岩与南方高成熟度页岩的重要区别。研究区陆相页岩有机质正处于生油气高峰阶段,油气共存,聚集机理较为复杂。吸附态页岩气主要赋存于有机质和黏土矿物内外表面,溶解态页岩气则主要在原油的携带下逐渐在整个页岩段的宏观、微观孔隙中富集,并将油气在页岩层段的聚集过程分为以生物气聚集、油气微观聚集、油气宏观聚集和页岩层段富集为特征的4个阶段。     

页岩气储层孔隙特征差异及其对含气量影响

运用氩离子抛光+扫描电镜和氮气吸附法对渝东南地区龙马溪组的24个页岩样品和川东南地区须家河组10个页岩样品孔隙进行测试,探讨页岩的孔隙特征差异及其对含气量的影响。研究发现,其孔隙类型主要包括有机质孔、矿物粒间孔、溶蚀孔、晶间孔、矿物层间解理缝和微裂缝等;孔隙形态多为不规则,多呈开放状态;孔隙结构较复杂,纳米级有机质孔丰富,主孔位于2~10 nm。须家河组页岩样品以无机中大孔和微裂隙为主。有机质孔发育差异原因可能是由页岩的有机质类型本身化学分子性质差异造成,也可能是具有催化生气作用的无机矿物或元素与有机质赋存关系差异造成。数理统计结果显示,孔隙类型并不是含气量大小的主控因素,TOC是页岩气藏最本质因素。须家河组页岩中孔隙结构主要受无机矿物影响;龙马溪组页岩样品的TOC是比表面积和孔径为2~10 nm孔发育的本质因素,提供页岩气主要的储存空间。伊利石是孔径为2~10 nm孔发育的重要影响因素,也是提供页岩气存储空间的重要物质。     

构造变形作用下页岩孔裂隙结构演化特征及其模式——以四川盆地及其周缘下古生界海相页岩为例

构造应力能够使页岩发生变形或破坏,从而不同程度地影响页岩的宏微观结构。采用川东南下志留统龙马溪组和川东北下寒武统鲁家坪组海相页岩样品,运用聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）、气体吸附和压汞法等手段,分析了构造类型和变形机制对页岩孔裂隙结构的改造和控制作用。结果表明：单斜岩层页岩中以有机质孔隙结构为主,而褶皱或断层等强烈构造部位页岩矿物粒间孔、溶蚀孔和裂隙结构占主导;相对于单斜岩层页岩,褶皱部位页岩的微孔略占优势,而断层部位页岩的大孔占绝对优势;不同构造类型页岩孔裂隙结构特征的差异与局部构造应力分布的不均一性相关;脆性变形页岩以发育微米级孔隙和裂隙结构为主,有利于页岩气的运移和聚集;韧性变形页岩以发育纳米级孔隙结构为主,有利于页岩气的吸附和赋存;总孔体积随脆性变形作用的增强而增加,随韧性变形作用的增强而减少;孔隙总比表面积与脆性变形作用的相关性不明显,而随韧性变形作用的增强而增加。在此基础上,探讨了构造变形过程中页岩孔裂隙结构的控制因素和演化模式,认为构造应力对页岩孔裂隙结构的影响首先体现在对页岩组分的改造,进而控制孔裂隙结构的演化,最终制约着页岩气的微观赋存和运移。     

吉木萨尔凹陷芦草沟组混积型页岩油可动性实验

为确定吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油藏储集层孔喉结构及其原油可动性,利用薄片、扫描电镜、高压压汞等划分储集层;通过驱替与核磁共振联测实验,开展页岩油可动性评价,揭示可动油占比、孔径变化规律及其控制因素,建立页岩油可动性定量评价模型。芦草沟组发育粒间孔型、粒间-溶蚀-晶间孔型、溶蚀孔型、溶蚀-晶间孔型和晶间孔型5类储集空间。粒间孔型发育在粉—细砂岩相和砂质白云岩相中,可动性最好;溶蚀孔型主要发育在白云质粉砂岩相中,可动性中等;其他类型主要发育在泥岩相、泥质白云岩相和石灰质砂岩相中,可动性稍差。厘定页岩油可动孔喉下限为20 nm,可动性明显提高的孔喉界限为60 nm和150 nm,试油产能与之对应较好。页岩油赋存特征和孔喉结构共同影响页岩油可动性,粉—细砂岩相和白云质粉砂岩相的孔喉及页岩油赋存均最佳,为芦草沟组页岩油最有利开发岩相。     

页岩气储层类型和特征研究——以四川盆地及其周缘下古生界为例

通过对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统—下志留统41块黑色页岩的野外观察、显微薄片、扫描电镜及X衍射等实验分析,对页岩储层特征、裂缝特征和孔隙特征等进行了研究。认为页岩气藏的储集类型主要有裂缝和孔隙2类。根据页岩气藏特征、裂缝对页岩气成藏的控制作用及裂缝的性质,按裂缝的发育规模分为巨型裂缝、大型裂缝、中型裂缝、小型裂缝和微型裂缝等5类;按孔隙类型将孔隙分为有机质(沥青)孔和/或干酪根网络、矿物质孔(矿物比表面、晶内孔、晶间孔、溶蚀孔和杂基孔隙等)以及有机质和各种矿物之间的孔隙。不同的裂缝类型、裂缝规模、孔隙类型和孔隙大小对页岩储能、产能的贡献不同,作用也不同。孔隙是页岩气藏中气体的储存空间,很大程度上决定着其储能,而裂缝是页岩气藏中气体渗流的主要通道,决定着其产能,由于页岩基质的低孔低渗性,裂缝的发育规模决定着页岩气藏的品质。      

中国南方海相页岩孔隙结构特征

我国南方古生界页岩成熟度高,页岩储层孔隙、裂隙类型多样,微米—纳米级孔隙发育。正确认识页岩孔隙特征是研究上述地区页岩气赋存状态,储层性质与流体间相互作用,页岩吸附性、渗透性、孔隙性和气体运移等的基础。为此,采用观察描述和物理测试两类方法对南方海相页岩孔隙特征进行了研究:前者通过手标本、光学显微镜、扫描电镜、核磁共振光谱学法、小角度X射线散射法等手段直观描述页岩孔隙的几何形态、连通性和充填情况,统计孔隙优势方向和密度,拍摄照片等,以确定页岩成因类型;后者通过He孔隙率测定、压汞实验、低温液氮吸附、低温CO2吸附等方法定量测试页岩孔容、孔径大小及其分布、孔隙结构、比表面积等,以评价页岩含气性。结果表明:该区古生界页岩储层中纳米级孔隙以干酪根纳米孔、颗粒间纳米孔、矿物晶间纳米孔、溶蚀纳米孔为主,喉道呈席状、弯曲片状,孔隙直径介于10～1 000nm,主体范围为30～100nm,纳米级孔隙是致密储层连通性储集空间的主体;按孔径大小,将页岩储集空间分为5种类型:裂隙(孔径大于10 000nm)、大孔(孔径介于1 000～10 000nm)、中孔(孔径介于100～1 000nm)、过渡孔(孔径介于10～100nm)、微孔(孔径小于10nm)。     

黔北凤冈地区牛蹄塘组页岩气勘探与开发潜力

黔北凤冈地区为页岩气重要目的层——下寒武统牛蹄塘组的典型分布区块之一,为分析其页岩气储集与开采条件,以该组页岩样品为研究对象,采用X射线衍射、扫描电镜、液氮低温吸附和核磁共振等方法进行实验测试。结果表明:(1)黔北凤冈地区下寒武牛蹄塘组页岩矿物组成以石英为主,脆性矿物含量高,黏土矿物含量低,黏土矿物以伊利石为主;(2)页岩孔隙以有机质纳米级孔、矿物溶蚀孔、矿物晶间孔、铸模孔为主,大量发育闭合—半闭合微裂隙;(3)液氮吸附实验表明页岩的比表面积和孔体积都较大,吸附脱附曲线存在H_2型滞后环,页岩内部存在大量"墨水瓶"形孔隙,微孔是页岩比表面积和孔体积的主要贡献者;(4)核磁共振实验反映页岩孔隙的连通性差,所测的页岩孔径分布与液氮吸附实验孔径分布具有一致性,即页岩孔径主要分布在3~10 nm之间。结论认为,黔北牛蹄塘组储层条件有利于页岩气储集与压裂,页岩气开采条件较好。