氮气物理吸附法和压汞法表征FCC催化剂孔径分布研究

分别采用氮气物理吸附法和压汞法考察了同类型的FCC催化剂老化前后的孔径分布情况。结果表明,氮气物理吸附法应用BJH模型可以表征2~100 nm的孔,但对大于100 nm的孔计算不准确。压汞法使用Wasburn公式能弥补氮气吸附法在大孔孔径分析方面的不足,两者结合可以有效表征催化剂的中大孔孔径分布。     

页岩纳米孔隙分级量化评价方法研究

为了更好地评价页岩孔隙大小分布特征,通过高压压汞、液氮吸附以及低温二氧化碳吸附实验分别对页岩宏孔、介孔、微孔进行定量评价,并将实验测试结果有机结合起来,建立了页岩全尺度孔径分布评价方法,同时利用电镜扫描法描述页岩孔喉结构影响因素。研究结果表明,高压压汞法能准确获取大于20 nm的孔隙,液氮吸附法能准确获得2~50 nm大小的孔隙,低温二氧化碳吸附法能获取0.3~2 nm大小的孔隙,可最终获得页岩全尺度的孔径分布特征,页岩微孔和介孔比较发育,所占比例高达90%以上,大孔极少且比较分散,页岩微裂缝不发育,比较分散,连通性较差。此研究为评价页岩纳米孔隙中气体储集能力及可流动性提供了先进技术手段,从而指导页岩气水平井高效开发。     

水蒸气吸附法和氮气吸附法在表征页岩孔隙结构中的对比分析

为了给页岩孔隙结构的表征和研究提供新的思路,分别采用水蒸气吸附法和低温氮气吸附法对美国俄克拉荷马州伍德福德(Woodford)页岩区带的泥盆系富含有机质页岩样品的微观孔隙结构进行了实验研究,对比分析了页岩水蒸气吸附和氮气吸附机理,计算比较了页岩的比表面积、孔径分布等孔隙结构参数。结果表明：①页岩的水蒸气吸附和氮气吸附曲线具有相似的变化特征,都属于Ⅱ型曲线;②随着相对压力的增加,水蒸气和氮气吸附等温线上升缓慢,在页岩孔隙中出现了单层吸附、多层吸附和毛细孔凝聚现象;③水蒸气和氮气吸附解吸曲线均不重合,出现了滞后现象;④水蒸气吸附测得的页岩比表面积比氮气吸附测得的比表面积大,这是因为水蒸气分子较小可以进入更多的微孔隙,水蒸气具有极性很容易被吸附到页岩中黏土颗粒的表面,从而与黏土颗粒表面的阳离子形成结合水;⑤水蒸气吸附法计算的孔径分布主要在中孔和大孔范围内,而氮气吸附法的计算结果包含着微孔、中孔和大孔,另外,在计算孔径分布时还需要考虑吸附层的影响。     

四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙结构的定量表征

页岩孔隙结构的定量表征可为页岩储层质量评价提供基础参数,但是利用常规方法很难准确表征页岩的微米-纳米级孔隙结构。 以四川盆地龙马溪组含气页岩为研究对象,综合对比常用的氮气（ N ₂）吸附法、高压压汞法、核磁共振法等页岩测试手段的原理及优缺点,提出利用低压氮气吸附法测得的累计孔径分布来拟合页岩核磁 T 2 谱相对应的累计孔径分布,优化页岩核磁 T 2 谱与孔径的转换系数 C ,进而应磁共振测试结果来表征页岩中不同尺度的孔隙分布。 该方法可以弥补传统的低压氮气吸附与高压压汞联合表征方法的不足,因为高压压汞法测试可能会导致页岩破裂,产生大量微米级裂缝,这些微裂缝很难与天然微裂缝区分开。 此外,核磁共振具有对岩样加工简单、人工破坏性小、测试不需外来压力等优点,因此推荐低压氮气吸附法与核磁共振法联合表征页岩的孔隙结构方法,它能科学、准确地表征页岩的孔喉分布。 研究表明,龙马溪组页岩孔径分布曲线具有双峰或三峰特征,主要孔径为 0.2～100.0 nm ,介孔和微孔占优势,孔隙体积百分比分别为 67.75% 和 25.33% 。 最终明确了该区页岩储层孔隙结构的定量表征方法。     

基于分形理论的页岩储层微观孔隙结构评价

页岩储层微观孔隙结构评价对页岩气勘探开发具有重要的意义,为了更有效地研究页岩储层微观孔隙结构特征,利用高压压汞实验结合分形理论对孔隙结构进行分析。高压压汞结果显示岩样孔径主要分布在3~18nm范围内,岩样孔隙以微孔和过渡孔为主,微孔和过渡孔提供了大部分孔体积。岩样比表面积主要由微孔贡献,微孔和过渡孔提供了页岩气主要的吸附空间。分形维数分析结果表明:页岩岩样的分形分布可明显的分为2段,过渡孔、中孔和大孔的分形维数接近3,说明该部分孔隙非均质性强,体现出较强的分形特征;微孔的分形维数小于1,分析原因可能是压汞实验仅可以描述微孔的一部分,对孔径3nm的微孔描述不到,因此对微孔的孔隙结构评价不够全面,使分形维数的计算结果超出理论范围。     

渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组富有机质页岩孔隙分类及孔径定量表征

页岩微观孔隙特征分析和孔径定量表征是页岩油气储层评价和开发的关键。通过岩心观察、薄片鉴定、X-衍射、扫描电镜、氮气吸附等实验手段,分析了渤海湾盆地沾化凹陷富有机质页岩的矿物组成和微观孔隙类型,并对微观孔径进行了定量表征。结果表明：沙河街组页岩具有碳酸盐矿物含量高、粘土矿物含量较低的特征。根据发育位置、成因及产状,将储集空间分为孔隙与裂缝两大类,并制定了孔隙和裂缝的尺度评价标准。孔隙包括矿物基质孔隙和有机质孔隙;裂缝包括构造、层间、超压破裂、成岩和有机质收缩裂缝。氮气吸附等温曲线主要存在3种类型,分别反映了样品中微孔、中孔及宏孔的分布差异。通常氮气吸附实验能更好地表征中孔的发育特征,而扫描电镜所测孔隙更好地表征了宏孔的发育。需要进一步采用二氧化碳吸附、纳米CT及压汞实验定量表征页岩的微孔和宏孔的大小及分布。     

渤海湾盆地东濮凹陷沙三段泥页岩储层孔隙微观特征及其对油气滞留的意义

结合基础地化特征,对渤海湾盆地沙三段泥页岩进行XRD全岩矿物测试、镜下薄片鉴定和扫描电镜观察、低温氮气吸附实验,分析泥页岩储层孔隙空间的微观结构特征,并在此基础上研究沙三段泥页岩储集空间发育的影响因素,阐述孔隙发育对泥页岩油气富集的意义。结果表明：东濮凹陷沙三段泥页岩可划分为粉砂质泥页岩、灰质泥页岩和膏质泥页岩,其地化特征非均质性很强,显示出油气在沙三段泥页岩中的富集特征十分复杂。沙三段泥页岩中发育有粒间孔隙、粒内孔隙、有机孔及裂缝,不同岩性中的主要孔隙类型及孔隙分布存在差异。低压氮气吸附实验显示出沙三段泥页岩孔径分布体系可分为微孔主导、大孔主导和多孔径共控3种孔隙结构。沉积作用及成岩作用对沙三段泥页岩孔隙网络的发育均有影响,沉积环境为不同类型孔隙在各个岩性中的发育奠定基础,成岩作用在泥页岩埋藏过程中对孔隙网络起改造作用,大孔隙和微裂缝为液态烃及游离气的主要富集场所,微孔及介孔能够为吸附气提供吸附位,溶解气对于页岩油的开发具有重要意义。     

四川盆地长宁龙马溪组页岩赋存空间及含气规律

四川盆地长宁地区下志留统龙马溪组页岩广泛发育,该地区页岩储层的微观孔隙结构及全尺度孔径分布特征尚不明确,运用聚焦离子束扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附及低温CO₂吸附等实验技术,以宁203井为例,研究了龙马溪组下部页岩储层的孔隙结构特征,并建立了一套页岩纳—微米全尺度孔径分布测试分析方法。该方法利用气体吸附法和高压压汞法获得第1孔径分布数据和第2孔径分布数据,通过对2种方法获得的重复部分孔径分布数据进行差异性分析,并根据分析判断结果获取处理后的孔径为3.7～200.0 nm的分布数据,再结合2种方法获得的不重复部分的孔径分布数据,从而可以计算微孔、介孔和宏孔在整个岩石样品中的占比,获得岩石样品全尺度孔径分布数据。结果表明：该区龙马溪组下部页岩孔隙结构复杂,“墨水瓶”状细颈孔隙大量存在,微孔与中孔、大孔相互连通,但孔喉细小,连通性较差;介孔和微孔占比超过80%。直径> 15 nm的孔喉中主要为游离气,直径< 2 nm的孔喉中主要为吸附气。     

湘鄂西地区五峰组——龙马溪组页岩孔隙结构特征

页岩储层的孔隙结构对页岩的含气性评价和勘探开发具有重要意义。采用氩离子抛光结合扫描电子显微镜(FIB-SEM)、低温氮气吸附实验和高压压汞实验对湘鄂西地区五峰组—龙马溪组页岩储层的微观孔隙结构进行了定性及定量分析。研究结果表明,湘鄂西地区页岩储层孔隙为纳米量级,孔隙类型主要为有机孔隙、粒内孔隙和次生溶蚀孔隙,局部可见少量矿物层间收缩缝。页岩孔径分布复杂,既含有大量的中孔,又含有一定量的微孔和大孔。微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,是气体吸附和存储的主要场所。     

多峰孔径分布拟合模型在页岩孔隙结构分析中的应用

孔径分布(Pore Size Distribution,PSD)作为孔隙结构的重要表征,对页岩的渗流及储气能力具有重要影响。采用数学表达式来拟合页岩孔径分布,能以数学形式刻画孔隙结构,还能为建立渗流和储量计算模型提供孔隙结构信息。首先介绍了多峰孔径分布拟合模型的理论依据和建模过程,其次选取6个页岩岩样,应用模型分析了采用压汞法和氮气吸附法实验获得的孔径分布结果,拟合了孔径分布函数f(r)并预测了累计孔隙体积v(r)。针对拟合得到的页岩孔径分布规律与实验结果做了对比,提出了该模型预测页岩渗流和储气能力的应用方法。研究发现,氮气吸附比压汞实验的f(r)更接近正态分布,应用模型的拟合度较高。通过分析基于多峰拟合孔径分布函数f_M(r)预测的累计孔隙体积v(r),发现脆性矿物含量越高,中孔越发育;TOC含量越高,黏土含量越低,微孔越发育。     

海相页岩气储层孔隙表征、分类及贡献

以渝东南彭水地区五峰组-龙马溪组页岩气为例,开展低温二氧化碳吸附（LTCA）、氮气吸附（LTNA）、核磁共振（NMR）、压汞、扫描电镜以及氦测孔隙度等孔隙表征实验,全面刻画页岩孔隙结构,建立全孔径表征及分类方法,研究它们在页岩气赋存和渗流等方面的差异贡献。结果表明,氦测孔体积最大;其次为LTNA和NMR,两者分别在刻画较小孔（<10nm）和较大孔方面优势明显,联合二者可表征页岩全孔径分布。全孔径分布揭示页岩气孔隙分布范围宽,但70%孔体积集中在孔径小于25 nm。结合分形特征,以5,25和100 nm为界,将其划分为微孔、小孔、中孔和大孔。微孔、小孔和中孔主要受有机质含量和粘土矿物含量的影响;此外,中孔还受粒内溶蚀孔的影响,而大孔主要由粒间孔和粘土层间缝构成。微孔和小孔分别为页岩吸附气、游离气提供主要场所;小孔和中孔相互连接,为页岩气在基质中渗流提供通道。研究成果对页岩气储层分类、渗流机理认识等具有指导意义。     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组富有机质泥页岩储层特征

富有机质泥页岩储层特征研究对认识页岩油气勘探潜力具有重要意义。为确定延长组富有机质泥页岩储层特征,开展了岩石薄片、扫描电镜、X-射线衍射、物性、比表面积孔径分析和有机碳含量等分析测试工作,揭示了泥页岩岩相、矿物含量、成岩作用、孔隙类型、物性和孔隙结构等特征。延长组泥页岩可划分为泥岩岩相、含粉砂泥岩岩相和粉砂质泥岩岩相3种岩相类型。泥岩岩相的有机碳含量最高,粘土矿物含量高(>50%),成岩作用较弱;粒间孔和粒内孔是中生界泥页岩储层主要的孔隙类型;微孔主要集中在0.4~1 nm,中孔主要集中在3~5 nm,中孔对孔隙体积和比表面积的贡献好于微孔。根据现有资料认为,延长组富有机质泥页岩塑性矿物含量高,成岩作用弱,对储层后期改造提出了严峻挑战。     

页岩储层微观孔隙结构特征

为了研究页岩储层的微观孔隙结构特征,应用场发射环境扫描电子显微镜观察了页岩表面纳米级孔隙微观形态,并通过低温氮吸附法测定了页岩的氮气吸附等温线,同时结合高压压汞实验对页岩储层孔隙结构进行了深入研究。研究结果表明：页岩储层孔隙处于纳米量级,孔隙类型可分为有机质纳米孔、黏土矿物粒间孔、岩石骨架矿物孔、古生物化石孔和微裂缝5种类型,其中有机质纳米孔和黏土矿物粒间孔发育最为广泛;页岩孔径分布复杂,既含有大量的中孔（2～50nm）,又含有一定量的微孔（<2nm）和大孔（>50nm）;孔径小于50nm的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,是气体吸附和存储的主要场所;页岩阈压非常高,孔喉分选性好,连通性差,退汞效率低,中孔对气体渗流起明显贡献作用,微孔则主要起储集作用。     

川南龙马溪组页岩孔隙结构综合表征及其分形特征

为了科学评价川南地区龙马溪组页岩孔隙发育特征对页岩气赋存与流动过程的影响,综合采用压汞、液氮吸附及二氧化碳吸附等测试方法,对页岩孔隙结构进行全尺度表征,并对不同尺寸的孔隙进行分形拟合,计算综合分形维数,最后结合地球化学和矿物组成对综合分形维数的影响因素进行探讨。结果表明：页岩样品孔径分布呈多峰态,各阶段孔隙均对总体积有一定贡献,而孔隙比表面积主要由微孔和介孔贡献。龙马溪组页岩孔隙符合分形规律,具有自相似性,宏孔孔隙结构较介孔、微孔更为复杂。以2个孔径段的孔体积比为加权值,计算获得综合分形维数为2.491～2.623,平均为2.560,孔隙结构较为复杂。有机碳含量和矿物组成对综合分形维数具有明显控制作用,有机碳含量越高,综合分形维数越大。孔隙结构复杂程度与综合分形维数呈正相关关系,脆性矿物含量与综合分形维数呈负相关关系,有机质成熟度和黏土矿物对孔隙综合分形维数有积极影响。     

鄂西黄陵背斜南翼下寒武统水井沱组页岩孔隙结构与吸附能力

以鄂西黄陵背斜南翼秭地2井下寒武统水井沱组海相富有机质页岩为研究对象，在水井沱组一段和二段选取代表性页岩样品，利用CO₂和N₂物理吸附、高压压汞、氩离子抛光-场发射扫描电镜（FE-SEM）等多尺度孔隙结构测试技术和观察手段以及有机质孔统计分析方法，结合甲烷等温吸附实验以及其他测试手段，描述了页岩地球化学、矿物组成和岩相特征，研究了页岩孔隙类型、孔隙形态、孔径分布和比表面积等孔隙结构参数，分析了页岩甲烷吸附能力，讨论了页岩孔隙发育和孔隙结构的影响因素。研究表明：秭地2井水井沱组一段和二段富有机质黑色页岩成熟度R_o约为2.5%，页岩岩相主要有硅质页岩、混合质页岩和黏土质页岩；页岩有机质孔隙形状多样、边界不规则，孔径偏小，大多孔径<50 nm；无机质孔/缝丰富，成因类型多，孔隙形状多变；页岩微孔（孔径为0.3~2.0 nm）中的有机质微孔十分发育，孔径在2~5 nm介孔中的有机质介孔占有较大比例；孔径>5 nm的介孔+宏孔中的无机质孔隙占优势；页岩比表面积大、对甲烷的吸附能力强；硅质页岩的孔隙结构和吸附能力相对较好；页岩有机碳含量、碳酸盐矿物和黏土矿物含量以及页岩岩相等因素对页岩孔隙发育和孔隙结构有重要影响。     

鄂西黄陵背斜南翼下寒武统水井沱组页岩孔隙结构与吸附能力

以鄂西黄陵背斜南翼秭地2井下寒武统水井沱组海相富有机质页岩为研究对象,在水井沱组一段和二段选取代表性页岩样品,利用CO₂和N₂物理吸附、高压压汞、氩离子抛光-场发射扫描电镜(FE-SEM)等多尺度孔隙结构测试技术和观察手段以及有机质孔统计分析方法,结合甲烷等温吸附实验以及其他测试手段,描述了页岩地球化学、矿物组成和岩相特征,研究了页岩孔隙类型、孔隙形态、孔径分布和比表面积等孔隙结构参数,分析了页岩甲烷吸附能力,讨论了页岩孔隙发育和孔隙结构的影响因素。研究表明:秭地2井水井沱组一段和二段富有机质黑色页岩成熟度Ro约为2.5%,页岩岩相主要有硅质页岩、混合质页岩和黏土质页岩;页岩有机质孔隙形状多样、边界不规则,孔径偏小,大多孔径<50nm;无机质孔/缝丰富,成因类型多,孔隙形状多变;页岩微孔(孔径为0.3～2.0nm)中的有机质微孔十分发育,孔径在2～5nm介孔中的有机质介孔占有较大比例;孔径>5nm的介孔+宏孔中的无机质孔隙占优势;页岩比表面积大、对甲烷的吸附能力强;硅质页岩的孔隙结构和吸附能力相对较好;页岩有机碳含量、碳酸盐矿物和...     

鄂西下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及影响因素

利用低温CO₂和N₂吸附测试以及场发射-扫描电镜观察、有机碳（TOC）含量测定、X衍射矿物成分分析，对鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层的孔隙结构特征及不同岩相页岩的孔隙发育影响因素进行了研究和探讨。鄂西地区牛蹄塘组页岩的有机碳含量较高，孔隙类型以有机孔和粒内孔为主，且孔隙形态较为复杂；页岩的矿物组分主要以石英和黏土矿物为主。CO₂和N₂吸附实验显示，页岩孔径分布呈多峰型，介孔多数分布在2~25 nm；页岩的孔隙体积和比表面积主要由微孔和介孔提供。页岩按岩相可分为硅质页岩、混合质页岩和泥质页岩。不同岩相页岩的孔隙发育受TOC和矿物组分的控制机制不同，硅质页岩的孔隙结构主要受TOC和生物硅质含量的影响；混合质页岩的孔隙结构主要受TOC和黏土矿物含量的影响。      

基于氩气吸附的页岩纳米级孔隙结构特征

为了研究页岩储层微观孔隙结构特征,以川南地区龙马溪组页岩为研究对象,应用场发射扫描电镜（FE-SEM）定性描述页岩镜下孔隙形态及确定其类型,创新使用低温氩气（Ar）吸附实验测量页岩样品的比表面积、孔体积以及孔径分布,实现了页岩小于100 nm（纳米级）孔隙的连续测量,并根据FrenkelHalsey-Hill（FHH）模型研究了页岩孔隙结构的分形特征,探讨了有机质对页岩孔隙结构及分形特征的影响。结果表明：川南地区龙马溪组页岩储层主要发育有机质孔、粒间孔及粒内孔,并以有机质孔为主。Ar吸附等温线表明,纳米级孔隙以狭缝型为主,孔径主体分布在10 nm以下的微孔和介孔中,呈“三峰”特征,微孔主要集中在0.6～0.9 nm以及1.8～2.0 nm,介孔主要集中在4.0～5.0 nm。纳米级孔隙分形维数为2.55～2.64,表现出较强的非均质性。有机碳（TOC）含量控制了页岩纳米级孔隙的发育,TOC含量的增加使得页岩中微孔及其所占比例增高,分形维数增大,孔隙结构趋于复杂,有利于页岩储层吸附能力的增强。该研究成果对川南地区龙马溪组页岩储层纳米级孔隙结构特征研究具有重要意义。     

生物蛋白石早期成岩相变特征及对硅质页岩孔隙发育与孔径分布的影响

为研究生物成因硅质页岩成岩演化以及在该过程中页岩物性和孔隙结构变化特征,选取松辽盆地嫩江组蛋白石硅质页岩和四川盆地东部上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组硅质页岩,利用X射线衍射、氦气孔隙度、氮气吸附和高压压汞等手段,开展了页岩矿物相变化、孔隙发育和孔隙结构特征等综合分析。结果显示,生物蛋白石发生脱水和重结晶作用较早,在早成岩阶段即完成了向准晶态蛋白石-CT和晶态石英的转变过程。在蛋白石-A向蛋白石-CT转化过程中,页岩总孔隙度从75%以上快速降低至30%附近,在继续向石英转化过程中孔隙损失速率迅速降低,降幅减小,仅降低了约5%,呈快速和缓慢两段式变化特征。同时,不同类型孔隙的孔体积分布也发生较明显变化,大孔损失较多,微孔损失较小,孔隙组成从初始以大孔和介孔为主逐渐向以介孔和微孔为主转变。生物成因硅质页岩早期成岩阶段机械压实和化学压实(压溶)作用近乎同步进行,对页岩改造作用强,造成页岩孔隙减小的同时,又使页岩的硬度增大,支撑和抗压实能力增强,从而使早期成岩中后期及后续成岩作用的改造和破坏减弱。生物成因硅质页岩早期快速成岩定型是其在成岩中后期与晚期仍然能够保持高孔隙特征的重要原因。