黔北地区下寒武统页岩孔隙结构特征及其含气性能

通过对黔北地区下寒武统牛蹄塘组和杷榔组页岩岩心样品的有机碳含量、矿物组成、孔隙结构及甲烷等温吸附容量等分析,探讨了页岩孔隙结构的发育特征、影响因素以及有机质对页岩甲烷吸附容量的影响。研究表明,下寒武统页岩具有低孔低渗的特征,页岩比表面积介于5.64~28.29cm²/g之间,NLDFT微孔及中孔体积分别为0.02~0.54cm³/100g及0.53~3.38cm³/100g。孔隙度、BET比表面积以及微孔体积与TOC含量均呈正相关,显示了页岩有机质对孔隙的控制作用;而过高的TOC含量对页岩有机质孔隙可能有一定的抑制作用。此外,黏土矿物对孔隙也有一定贡献。下寒武统页岩吸附量为0.30~3.71cm³/g(12MPa),Langmuir最大吸附量介于0.41~4.22cm³/g之间,吸附量与有机碳含量之间大体呈正相关,但高有机碳含量的页岩样品由于具有低的微孔体积及比表面积而表现出相对低的甲烷吸附量。     

低温氩气吸附实验在页岩储层微观孔隙结构表征中的应用

针对页岩储层微观非均质性强、孔径分布广泛的特点,使用氩气作为吸附质,通过87 K下的低温氩气吸附实验,研究蜀南地区五峰-龙马溪组富有机质页岩样品的微观孔隙结构特征,并探讨了有机碳含量对页岩微观孔隙结构的影响。结果表明:页岩孔隙呈狭缝型,富有机质页岩样品平均比表面积31.65 m2/g,平均孔体积0.062 2 cm3/g,小于50 nm的微孔和介孔贡献了页岩孔隙中90%以上的比表面积,2~100 nm的介孔和宏孔贡献了页岩孔隙中90%以上的孔体积。有机质含量是影响富有机质页岩微观孔隙发育的主要因素,随着页岩中有机碳含量的增高,页岩比表面积、孔体积增大,微孔占比增多,孔隙表面分形维数增大,孔隙结构非均质性增强,页岩的吸附能力增强。      

四川盆地东部华蓥山地区龙潭组页岩气储层特征

为了探讨四川盆地东部华蓥山地区龙潭组海陆过渡相富有机质泥页岩的储层特征及其主控因素,开展了有机地球化学、矿物组成、孔隙结构参数等分析测试。结果表明,研究区泥页岩普遍具有较高的总有机碳含量,平均为3.16%;干酪根类型以Ⅲ型为主,镜质体反射率平均为1.2%,达到中—高成熟阶段;矿物组成中黏土较为富集,平均含量为66.24%,主要由伊/蒙混层和伊利石组成;孔隙类型以黏土矿物层间孔和微裂缝为主,有机质孔不发育。泥页岩具有较高的比表面积和孔体积,均值分别为27.47m~2/g和0.042cm~3/g,与我国南方古生界海相龙马溪组页岩相当。通过相关性分析发现,泥页岩比表面积和孔体积与总有机碳含量呈负相关关系,而比表面积和孔体积与黏土矿物含量之间具有显著的正相关性,说明无机孔隙是该套泥页岩孔隙空间的主要贡献者,而并非有机质孔。伊/蒙混层中包含的微孔和中孔、以及伊利石中存在的中孔和大孔是泥页岩孔隙系统的主要构成。     

南华北盆地下二叠统泥页岩孔隙特征及控制因素

泥页岩孔隙特征研究是评估页岩气储集能力和评价页岩气开采可行性的关键一步。以南华北盆地MY1井下二叠统山西组和太原组泥页岩样品为研究对象,通过场发射扫描电镜（FE?SEM）、低温氮气吸附、X?射线衍射、等温吸附、有机碳（TOC）含量和镜质体反射率（R_O）等实验手段,对南华北盆地下二叠统泥页岩孔隙特征及其控制因素进行了研究。结果表明：南华北盆地下二叠统泥页岩孔隙类型包括粒间孔、晶间孔、有机孔、黏土矿物聚合孔、矿物颗粒表面溶孔和微裂缝,其中黄铁矿粒间孔和黏土矿物聚合孔、有机-黏土矿物复合孔和有机质收缩缝比较发育,表面溶孔不发育;孔体积在0.004 0~0.052 8 cm³/g之间,平均值为0.019 6 cm³/g,比表面积在1.198 9~26.525 7 m²/g之间,平均值为9.506 2 m²/g。平均孔径在2.35~14.38 nm之间,平均值为8.68 nm。泥页岩孔体积和比表面积同步增加,但不同孔径段孔隙对孔体积和比表面积贡献有差异,比表面积主要由孔径小于10 nm的孔隙贡献,而孔径主要由孔径大于10 nm的孔隙贡献,孔体积和比表面积随孔径的增量曲线呈单峰分布。有机质含量和矿物类型及其含量共同制约着孔隙的发育。     

基于氮气吸附实验的页岩孔隙结构表征

页岩储层微观孔隙结构研究对页岩含气性评价具有重要意义。为此,采用低温氮气吸附法,对宁夏六盘山盆地下白垩统乃家河组页岩样品的微观孔隙结构进行了实验研究,计算了页岩的比表面积、孔径分布、孔体积和平均孔径等孔隙结构参数,并探讨了页岩孔隙发育的控制因素及孔隙结构对页岩气存储的意义。实验结果表明：①页岩平均孔径为3.6~4.3 nm,主体孔隙为中孔,也含有一定量的微孔和大孔,孔隙形状以平行板状和墨水瓶孔为主,同时具有无定形孔特征;②页岩比表面积和孔体积远大于常规储层岩石,孔径小于50 nm的微孔和中孔提供了主要的比表面积和孔体积,构成了页岩中气体吸附存储的主要空间;③页岩微孔、中孔的发育与有机质有关,有机碳含量与微孔、中孔的比表面积、孔体积呈正相关性,页岩大孔的发育与黏土矿物含量有关,黏土矿物含量增加,大孔的比表面积和孔体积都增大。     

高演化湖相页岩储层特征及其主控因素--以普光地区中侏罗统千佛崖组千一段为例

为了探讨川东北普光地区中侏罗统千佛崖组千一段湖相页岩储层特征及其主控因素,开展了有机地球化学、矿物组成、孔隙结构参数等分析测试。研究表明:普光地区千一段④小层中发育黑色页岩段,具有较高的有机质丰度(总有机碳质量分数平均为1.46%),干酪根类型以Ⅱ1型为主,镜质组反射率介于1.9%~2.0%,达到高成熟阶段,黏土质量分数介于44.57%~62.24%,石英质量分数介于22.1%~38.6%;孔隙类型以有机质孔为主,比表面积和孔体积均值分别为7.88 m2/g和0.0012 cm3/g,孔隙度均值为4.54%,孔隙结构以锥形孔及四面开放的尖壁孔为主。分析相关性后发现,页岩比表面积和孔体积与总有机碳质量分数的相关性呈先下降后上升趋势,说明随着总有机碳质量分数增加,有机质孔成为页岩孔隙空间的主要贡献者,无机质孔对孔隙发育影响减弱。黏土矿物与充足有机质的混合输入是千一段优质储层形成的基础,中—高碳黏土质页岩是普光地区千一段湖相页岩的关键储集岩相。     

黏土矿物甲烷吸附性能与微孔隙体积关系

为了揭示黏土矿物在含气页岩储层中所扮演的角色,选择以不同黏土矿物为主的黏土岩进行了孔隙—表面积测量和甲烷等温吸附实验。测量显示,黏土矿物以3~100nm微孔隙为主,并出现3~6nm和20~70nm 2个主要分布区。其中,蒙脱石黏土以小孔占优势,伊/蒙混层黏土以小孔和中—大孔同时发育为特征,高岭石、绿泥石和伊利石黏土均以中—大孔为主。蒙脱石、伊/蒙混层和高岭石黏土为孔隙发育类型,总孔隙体积和表面积分别达到0.04mL/g和11.47m2/g以上。不同类型黏土岩的甲烷吸附能力有较大差异,利用朗格缪尔方程拟合计算的蒙脱石黏土、伊/蒙混层、高岭石黏土、绿泥石黏土、伊利石黏土、粉砂岩及石英岩小于270目试样的最大甲烷吸附容量分别为8.12mL/g、3.66mL/g、2.70mL/g、2.28mL/g、1.72mL/g、0.97mL/g和0.70mL/g。黏土岩的表面积不仅取决于总孔隙体积和孔隙率,而且与孔隙尺寸的分布关系更为密切。黏土岩中小于100nm微孔隙体积与甲烷最大吸附量显示良好的线性关系,因此,页岩微孔隙体积的大小反映其天然气的吸附能力,而气体吸附能力的大小受其内孔隙,特别是小于20nm微孔隙发育程度的控制。不同黏土矿物由于形态结构、孔隙大小和孔隙率的不同,导致其气体吸附性上的差异,而这种差异不仅与黏土的类型有关,而且受岩石成因和成岩作用的影响。     

四川盆地东南部龙马溪组页岩微-纳米孔隙结构特征及控制因素

以四川盆地东南部重庆地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过场发射扫描电镜、CO₂及N₂低温低压吸附实验,探讨海相页岩储层微-纳米孔孔隙结构特征及其控制因素。结果表明:龙马溪组页岩发育有机孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔和微裂缝6种孔隙类型,其中有机孔、黏土矿物层间粒内孔最为发育,由于热演化程度高也发育大量的溶蚀孔隙;龙马溪组页岩BET比表面积介于3.5~18.1 m²/g,BJH总孔容介于0.00234~0.01338 cm³/g,DA微孔比表面积介于1.3~7.3 m²/g,DA微孔孔容介于0.00052~0.00273 cm³/g。页岩微孔比表面积占总比表面积的23.1%~80.2%,平均占比50.3%,微孔孔容占总孔容的12.1%~48.5%,平均占比32.3%,微孔提供比表面积的能力远大于中孔和宏孔,是页岩储层中甲烷吸附的主要场所;泥页岩孔径分布复杂,孔径分布曲线存在多个不同的峰值,在0~100 nm范围内主要呈现双峰或三峰特征,偶见四峰特征;有机碳含量与泥页岩微孔、中孔+宏孔及总孔的孔隙结构参数均呈现非常好的线性关系,表明TOC是泥页岩中微-纳米孔隙结构最重要的控制因素,将孔隙结构参数对TOC进行归一化处理后,总孔和中孔+宏孔孔隙结构参数与黏土矿物含量呈正线性关系,与脆性矿物含量呈负线性关系,表明黏土矿物和脆性矿物主要控制页岩的中孔和宏孔的发育。     

陕南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及吸附能力

为揭示陕南地区下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其吸附能力,采用场发射扫描电镜观察、有机地球化学分析、全岩X射线衍射、氮气吸附和等温吸附实验等方法,通过定性观察和定量表征相结合的方式,来研究该组页岩的孔隙结构类型,并探讨页岩孔隙结构和吸附能力的主控因素。结果表明：陕南地区牛蹄塘组页岩主要发育有机质孔、粒内孔、粒间孔和微裂缝等4种孔隙类型,页岩孔径为1.8～316.7 nm,BET比表面积为1.34～13.20 m²/g,平均值为6.83 m²/g,BJH吸附总孔体积为0.003～0.011 cm³/g,平均值为0.006 cm³/g;影响页岩孔隙发育的直接因素包括总有机碳含量和热演化成熟度,二者与孔隙体积和比表面积均呈正相关性;影响页岩孔隙发育的间接因素包括汉南古隆起周缘的构造运动和沉积环境,二者对牛蹄塘组页岩热演化成熟度、埋藏深度、厚度和岩性变化均具有较大影响,从而间接控制着页岩孔隙结构的发育特征;页岩吸附能力主要受有机碳含量、孔隙体积和比表面积等因素的影响,三者与甲烷吸附气量均呈正相关性。该研究结果对陕南地区寒武系页岩气资源潜力评价及选区评价均具有重要意义。     

修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩孔隙特征

通过孔隙度实验、低温N₂吸附法和CO₂吸附法,对修武盆地RDZ01井下寒武统荷塘组页岩孔隙发育特征进行定量表征,结合总有机碳含量、矿物组成及有机质的热演化程度,讨论孔隙发育特征主控因素。结果表明：孔隙形态以楔形孔为主,并发育墨水瓶形孔及狭缝形孔。页岩孔隙度为1.24%~2.91%,具低孔隙度特征;微孔、中孔和大孔3类孔隙分别占总孔体积的35.45%、44.54%和20.01%。页岩总孔体积为5.33×10^-3 ~20.10×10^-3 cm³/g,其中低温N₂吸附法和CO₂吸附法平均孔体积分别为7.40×10^-3 cm³/g和2.24×10^-3 cm³/g;总比表面积为7.62~17.84 m²/g,其中低温N₂吸附法和CO₂吸附法平均比表面积分别为5.23 m²/g和7.41 m²/g。孔径分布的主峰值小于10.00 nm,微孔的结构复杂,0.30~0.70 nm的孔隙较为发育,大的比表面积为页岩气提供更多的吸附位。总有机碳含量是微孔发育的主控因素,同时促进中孔发育,对大孔的影响较弱;黏土矿物增多会降低页岩的孔隙度;高石英含量为总孔体积和总比表面积增大的有利因素。修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩和鄂西地区下侏罗统自流井组页岩储集层特征相似,呈现良好的储集能力。     

黔西地区石炭系页岩气成藏地质特征及含气性影响因素

石炭系旧司组是贵州省发育的一套重要富有机质页岩层系,尚未取得页岩气勘探开发突破。为深入研究旧司组页岩气成藏地质特征,分析其含气性影响因素,选取黔西地区旧司组钻井岩心及野外露头样品为研究对象,综合运用有机地球化学、X-射线衍射、覆压孔渗、场发射扫描电镜、液氮吸附、现场解吸、高压等温吸附等实验手段开展系统研究。旧司组泥页岩有机质类型以Ⅱ型为主,有机碳含量较高,处于过成熟早期阶段;矿物组成以石英和黏土矿物为主,脆性矿物含量高,有利于后期压裂改造;储层为特低孔、特低渗,微观孔隙类型包括粒间孔、粒内孔、有机质孔及微裂缝4类,微观孔隙孔径较小,纳米级孔隙非常发育,比表面积和总孔体积较大,具备较好的页岩气富集与保存条件;现场解吸总含气量较高,平均为1.95 m3/t,吸附能力较强,吸附气量平均为3.10 m3/t,显示出良好的含气性;泥页岩吸附气量与TOC、R_o、黏土矿物含量、孔隙度、比表面积及总孔体积呈较好的正相关性,与平均孔径呈负相关。      

川南地区二叠系龙潭组页岩储层特征及勘探潜力

二叠系龙潭组是目前四川盆地页岩气勘探开发的新热点层位。通过偏光显微镜鉴定、场发射扫描电镜分析、X射线衍射测试、有机碳含量测定及高压压汞分析、现场解析气实验等手段和方法,对川南地区二叠系龙潭组页岩储层进行了综合研究。研究结果表明: ①川南地区二叠系龙潭组为一套陆相曲流河沉积,河漫沉积的页岩发育,其矿物成分主要为石英和黏土矿物,含少量碳酸盐矿物。②研究区页岩储层主要发育粒间 (缘) 孔与微裂缝,局部发育粒内孔与溶蚀孔,偶见有机质孔隙,其中黏土矿物层间微裂缝最为发育。孔隙结构表现为以微孔为主,介孔 (孔径为2～50nm) 次之,孔径普遍较小,分选较差,孔隙和喉道半径差异较大,非均质性强。③研究区页岩储层中煤岩含气量最高,炭质泥岩与泥岩次之,泥质粉砂岩、粉砂岩与细砂岩含气量最低。与龙马溪组页岩储层相比,龙潭组泥岩孔隙度与总含气量更好,渗透率较差,其中炭质泥岩的孔隙度和总含气量最佳。④研究区二叠系龙潭组勘探潜力较大,烃源岩中有机质类型主要为Ⅲ型,其次为Ⅱ₂型;其R_o值平均约为2.8%,达到高熟阶段;TOC含量变化范围大,炭质泥岩中的TOC一般大于15%。⑤川南地区二叠系龙潭组发育河漫平原沉积,富有机质泥页岩分布稳定,具备良好的页岩气形成条件,估算其天然气资源量约为2.4×10¹²m³,有利勘探区主要位于川南古蔺-叙永地区。     

湘中南中奥陶统烟溪组页岩储层特征及勘探潜力

中奥陶统烟溪组作为湖南下古生界一个新的勘探层系广泛受到能源地质学家的重视。运用偏光显微镜、高分辨率扫描电镜、X射线全岩衍射、有机碳含量及低温液氮和二氧化碳吸附脱附等检测手段,对湘中南地区中奥陶统烟溪组页岩储层进行了综合研究。结果表明：湘中南地区中奥陶统烟溪组为斜坡—盆地相沉积,深水陆棚和深水盆地相页岩发育;矿物成分主要为石英和黏土,其次是黄铁矿和长石;脆性指数较高,有利于压裂开采;页岩储层主要发育有机质孔、生物结构孔、粒间孔、片间孔、晶间孔、溶蚀孔和黏土矿物层间微裂缝及矿物破裂缝;孔隙度中等,渗透率较好。研究区发育2种类型的孔隙结构,以介孔和微孔发育为主的孔隙结构,总孔容和微孔总孔容相对较大,比表面积也非常大,其储集性能和吸附能力相对较强,可作为烟溪组重点勘探的层段。中奥陶统烟溪组页岩孔隙发育主要受热演化程度的影响,其次受矿物组成和有机质丰度的控制。研究区中奥陶统烟溪组具有良好的生烃物质基础,有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ₂型为主,TOC含量介于0.05%~5.6%之间,R_O值介于2.72%~3.82%之间,已达到高成熟或过成熟阶段,有利于页岩气的大量生成。湘中南地区中奥陶统烟溪组埋藏深度适中,储层物性较好,有机质丰富,具有较大的勘探潜力,有利勘探区主要位于零陵凹陷的东安—永州—祁阳一带。     

鄂尔多斯盆地延安地区山西组泥页岩孔隙表征

以鄂尔多斯盆地延安地区上古生界二叠系山西组泥页岩储层为研究对象,通过核磁共振、扫描电镜、高压压汞、氮气吸附以及二氧化碳吸附等实验,对泥页岩储层进行了详细的全孔隙表征。研究区山西组主要发育粒间孔、粒内孔、裂缝及有机质孔四类孔隙类型,以粒内孔和有机质孔居多。核磁共振T₂谱曲线多以单峰分布,离心后曲线几乎无变化,说明样品中含有较多的纳米级孔隙,并且连通性较差。高压压汞、氮气吸附、二氧化碳吸附实验表明,孔隙体积以中孔和宏孔为主,二者占孔总体积的85%左右,微孔仅占总孔体积的15%;而比表面积主要由微孔和中孔提供,微孔占总比表面积的51.94%,中孔占47.98%,二者占总比表面积的99%以上,宏孔可以忽略不计;样品孔隙形态以两端开孔或狭缝型的平行板孔为主。      

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。     

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。     

黔西地区上二叠统龙潭组海陆交互相页岩气储层特征

为研究上二叠统龙潭组海陆交互相页岩气储层发育特征,基于黔西地区龙潭组参数井钻井资料,系统采集泥页岩样品,运用X-衍射分析、有机地化、扫描电镜、氮吸附、含气量测定及等温吸附等实验手段,开展储层特征研究。该区龙潭组泥页岩具有单层薄、层数多、总厚大的特点,矿物成分主要为黏土矿物和石英,黏土矿物含量较高;干酪根显微组分主体上为镜质组,均为Ⅲ型干酪根,有机碳含量整体上大于3.0%,镜质体反射率(R_o)平均为1.01%,有机质成熟度偏低;储层整体上为超低孔、超低渗,孔隙类型为粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝,发育大量纳米级孔隙,以中孔为主,主要为细颈广体的墨水瓶型孔和狭缝型孔,比表面积和总孔体积较大,孔隙分形维数大,相关系数高,表明泥页岩表面粗糙程度大,连通性差,非均质性强。泥页岩现场解吸总含气量较高,吸附性能较强,且互层的煤层含气量高,资源潜力较大;具备良好的页岩气发育地质条件和富集空间,可选取有效的储层改造技术进行合层开采。