氮气吸附法和压汞法在测试泥页岩孔径分布中的对比

泥页岩比表面大，孔隙小，结构复杂，易吸水膨胀，一般方法很难准确描述其孔径分布情况。对泥页岩孔径分布的研究在石油钻井，完井，储层描述，泥页岩盖层封闭性等方面有着重要的意义。实验分别使用氮气吸附法和压汞法对同一泥页岩进行孔径分析。氮气吸附法中使用BJH 原理分析泥页岩的中孔径，使用DA原理分析泥页岩的微孔径；压汞法中使用Wasburn公式分析泥页岩整体孔隙，对两种方法实验结果进行对比。氮气吸附法在泥页岩微孔和中孔分析方面有优势，能分别对泥页岩的微孔和中孔进行详细的描述；而压汞法受泥页岩孔径分布不均一性影响相对较小，能弥补氮气吸附法在大孔分析方面的不足。把氮气吸附法和压汞法测得的孔径分布结果结合使用，可以得到泥页岩从微孔到大孔的孔径分布情况。     

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。     

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。     

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。     

鄂尔多斯盆地延长地区山西组页岩储层特征及影响因素

利用氩离子抛光片进行SEM观测，从微观尺度分析了鄂尔多斯盆地延长地区山西组页岩储层中的储集空间类型及其对应孔径发育情况；采用氦气膨胀法、压汞法、低压氮气吸附、二氧化碳吸附、核磁共振等定量化的测试手段，利用全孔径孔隙结构定量表征方法，对该储层物性和孔隙结构进行了测试分析，确定了不同岩石类型的孔隙结构特征；进一步结合储层的岩石矿物学特征和地化特征，从不同尺度讨论了影响山西组储层孔隙发育和保存的各种地质因素。结果显示:山西组泥页岩层系中不同类型岩石的孔隙类型、孔径和孔隙度等均存在差异，同一类型岩石中不同类型孔隙的孔径及发育特征也有所不同。粉砂质页岩有机质含量（沥青含量）是决定其孔隙度和中大孔发育的决定性因素。在低TOC页岩中，石英长石含量是影响孔隙度的最主要的因素，呈正相关性。有机质含量对于高TOC黏土质页岩孔隙度具有正向的影响，而刚性颗粒粒径和黏土矿物含量则表现出明显的负向影响。      

低阶煤储层微观孔隙结构多尺度联合表征

多尺度微观孔隙结构对低阶煤储层煤层气吸附/解吸过程的研究具有重要意义。以黄陇侏罗系煤田和陕北侏罗系煤田低阶煤为研究对象,采用压汞、液氮吸附和CO₂吸附等测试手段表征低阶煤储层的孔径分布、孔隙类型等参数,联合核磁共振测试定量分析低阶煤阶段孔径和多尺度孔径分布特征。结果表明,低阶煤孔隙以微孔为主,大孔次之。微孔、大孔、介孔对比表面积的贡献率依次减小。低阶煤储层孔隙类型以两端开口的“柱状孔”和“墨水瓶孔”为主,孔隙连通性较好。核磁共振法获取样品的T₂c截止值为1.4～155.2 ms,变化较大,束缚流体饱和度（BVI）为79.21%～96.96%,可动流体饱和度低。低阶煤储层的孔隙结构复杂多样,单一测试技术与联合计算表征方法在表征低阶煤储层的孔隙结构时差异较大。     

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。     

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。     

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。     

川东南彭水地区龙马溪组页岩孔隙结构特征

以单井分析评价为基础,运用氩离子抛光—扫描电镜对川东南彭水地区龙马溪组页岩的孔隙类型进行研究,将研究区层段页岩孔隙分为六大类(包括微裂缝、粒间孔、晶间孔、粒内孔、有机质孔隙和生物化石内孔隙);孔径大小及分布用液氮吸附法及高压压汞法测定,并对两种方法测得的孔径分布结果进行归一化,得到了目的层段页岩孔径的连续分布情况:2~10nm范围内的介孔最为发育。对脆性矿物含量、黏土矿物含量、有机质丰度和类型、成岩作用以及保存条件等5类影响研究区龙马溪组页岩孔隙结构的因素进行了探讨,分析结果显示有机质丰度为彭水地区龙马溪组页岩孔隙结构的主导内在因素。     

四川盆地涪陵地区龙马溪组页岩微观孔隙结构定性定量研究

四川盆地涪陵地区龙马溪组页岩的孔隙结构复杂,常规单一测试技术已不能准确表征页岩的微观孔隙。运用氩离子抛光扫描电镜、压汞-吸附联测、核磁共振分析等多种方法,研究了涪陵地区龙马溪组页岩多尺度微观孔隙结构。结果表明,焦石坝页岩以灰黑色-黑色泥质粉砂岩及粉砂质泥岩为主,页岩发育有机质孔隙、无机孔隙和微裂缝3种孔隙类型;页岩孔隙大小分布是多尺度的,主要是微孔和中孔,孔隙直径小于20 nm的占总孔隙80%以上。核磁共振分析定量研究表明,龙马溪组页岩主力层孔隙半径明显大于非主力层,纵向上随井深增加,孔隙分布峰值向右偏移,页岩孔隙半径增大;平面上,主力层页岩孔隙直径峰值大于2 nm、孔隙度大于3%、含水饱和度低于40%的区块,储层保存条件好。      

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。     

页岩孔隙整合化表征方法——以四川盆地下志留统龙马溪组为例

页岩低孔隙度、强非均质性及纳米级孔隙发育等特征给其孔隙表征带来了诸多困难,而现今的孔隙表征方法各有其优缺点,且不同的表征方法往往适用干特定的孔隙尺寸范围,单独使用准确性往往不高。为此,基于前人的研究成果,通过开展实验并对各种表征方法进行针对性分析与比较,总结出了一套集气体吸附法、核磁共振法、高压压汞法、气体孔隙度法等多种孔隙表征方法优点于一体的"整合化"表征方法,并据该方法对四川盆地下志留统龙马溪组页岩孔隙进行了表征。结果表明:①该表征方法以核磁共振法测试结果作为基准孔径分布尺度,采用优化选取、分段及加权等措施,设置不同尺度区段及其比例系数以优化表征准确度,得到的数据其衔接部分契合度较为良好,孔隙分布结果符合相关规律;②四川盆地龙马溪组页岩"整合化"后的孔隙特征与其地质性质相符,证明该表征方法能够得到在全孔隙尺度上更具有代表性的数据,可对页岩孔隙的准确表征起到一定的技术支撑作用。     

四川盆地南部下志留统龙马溪组页岩孔隙结构特征

页岩的孔隙结构特征对页岩气的储集和运移有着显著的影响。不同的孔隙结构表征技术往往适用于特定的孔隙尺寸范围,而由于页岩孔径大小变化范围较大且发育大量的纳米级孔隙,对其孔隙结构进行合理的表征十分困难。为此,综合利用低压N_2吸附法、高压压汞法以及岩心核磁共振法对四川盆地南部下志留统龙马溪组页岩的孔隙结构特征进行了深入研究,探讨了影响孔隙发育的主要因素。结果表明:①该区龙马溪组页岩孔隙形状复杂,孔径分布普遍具有双峰或三峰特征,主要发育孔隙直径介于0~10 nm的微孔和中孔,也有少量大孔和微裂缝发育;②页岩样品的矿物成分以石英和黏土矿物为主,而后者是页岩微孔和中孔发育的主要贡献者,其含量与岩样微孔体积和中孔体积均具有正相关性;③此外,有机碳含量也是控制该区泥页岩孔隙发育的主要因素之一,主要通过有机质热演化生烃作用影响孔隙的发育;④目前的测试手段难以对直径小于2 nm的孔喉进行准确测试,这也是未来攻关的技术难点。     

江汉盆地潜江凹陷古近系潜江组盐间可动页岩油赋存空间多尺度表征

为更精细地刻画可动页岩油赋存的孔隙空间特征，通过对比抽提前后样品在低温氮气吸附实验的吸附量变化、高压压汞实验的进汞量变化以及场发射扫描电镜中的孔径变化特征，来表征可动页岩油赋存的孔隙空间。研究表明，江汉盆地潜江凹陷古近系潜江组Eq₃4-10韵律可动页岩油主要赋存在微、纳米级的白云石晶间孔、粒间孔以及黏土矿物层间孔中，纹层状发育的页岩可动页岩油较为富集。以孔径80 nm为界拼接低温氮吸附和高压压汞测试孔径，结果表明，可动页岩油主要赋存在孔径小于200 nm的范围内，微米级孔隙内也有赋存，90～200 nm孔径范围内可动页岩油赋存相对较多。黏土矿物含量较低的样品，在孔径小于等于5 nm的范围内抽提出可动页岩油。孔隙度越高，平均孔径越大，可动页岩油越富集。      

蜀南地区富有机质页岩孔隙结构及超临界甲烷吸附能力

以蜀南地区龙马溪组下部富有机质页岩为研究对象,通过场发射扫描电镜（FE-SEM）、低压氩气吸附实验和重力法高压甲烷吸附实验,研究页岩孔隙结构特征及超临界状态下页岩储层的甲烷吸附能力,并讨论了页岩孔隙结构对甲烷吸附能力的影响。研究表明,蜀南地区龙马溪组富有机质页岩主要发育有机质孔隙,页岩孔隙结构非均质性强,比表面积为16.846~63.738 m²/g,孔体积为0.050~0.092 cm³/g,微孔和介孔贡献页岩90%以上的比表面积,介孔和宏孔贡献页岩90%以上的孔体积。甲烷在地层条件下处于超临界状态,过剩吸附曲线在约12 MPa时出现极大值,随后开始下降。使用修正过的四元Langmuir-Freundlich （L-F）方程拟合高温甲烷过剩吸附曲线,拟合效果较好,相关系数大于0.997。页岩饱和吸附量为0.067 0~0.220 2 mmol/g,不同页岩样品吸附能力差异明显。海相富有机质页岩中,随着有机质含量的增大,有机质孔隙数量增多,且页岩中微孔比例增大,微孔的吸附能力远大于介孔和宏孔,故页岩吸附能力增强。有机质含量是影响蜀南地区海相富有机质页岩孔隙结构和甲烷吸附能力的主要因素。     

川南地区龙马溪组页岩高压甲烷等温吸附特征

准确测定页岩吸附气含量对于页岩气储层的评价和开发都具有重要的意义,但目前国内外学者在页岩甲烷等温吸附实验中对模型选择、吸附模式及吸附特征参数的认识上存在着差异,并且对于高压等温甲烷吸附特性的研究较少。为此,在利用N_2/CO_2气体低压等温吸附实验对四川盆地南部地区下志留统龙马溪组页岩孔隙结构特征进行分析的基础上,采用重量法高压甲烷等温吸附实验,选取SDR、Langmuir、BET等3种不同的吸附模型对吸附态甲烷含量进行计算,并对样品甲烷吸附特征进行研究。研究结果表明:①页岩在0～50 nm孔径区间内比表面积分布具有双峰特征,孔体积分布具有三峰特征,较之于中孔,微孔比表面积发育较好,而其孔体积和非均质性均弱于中孔(D_1D_2);②3种模型中SDR和Langmuir模型的计算结果与实测值平均误差均小于6%,甲烷分子主要以单分子层与微孔充填吸附模式共存于页岩孔隙内;③在高压深埋藏情况下,温度是影响吸附态甲烷吸附量和密度值的主要因素,但热力学参数、孔隙结构、非均质性等也会对吸附态甲烷密度造成一定的影响;④低压阶段甲烷分子优先以单分子层形式吸附于吸附能较高、比表面积较大的孔径介于0.4～0.8 nm的微孔中,随后大部分甲烷分子以微孔充填与单分子层共存的形式吸附于孔径介于1.4～8.0 nm的微孔与中孔中,高压阶段极少部分甲烷以多分子层形式吸附于中孔及宏孔中。     

利用核磁共振技术确定有机孔与无机孔孔径分布——以四川盆地涪陵地区志留系龙马溪组页岩气储层为例

页岩有机孔隙具有强烈亲油性,无机孔隙具有强烈亲水性。基于页岩孔隙润湿性差异,利用核磁共振技术（NMR）确定有机孔隙和无机孔隙孔径分布。步骤如下：将页岩岩心分别在饱和油与水条件下进行核磁共振观测,确定有机孔隙和无机孔隙横向弛豫时间（T₂）分布谱,再利用高压汞注入与液氮吸附联测实验,建立T₂时间与孔径大小定量关系（r_d=52T₂）,以此为基础确定有机孔和无机孔孔径分布。将这一方法应用于四川盆地涪陵地区志留系龙马溪组页岩孔隙评价中,页岩有机孔直径集中分布在2～50 nm,峰值为10 nm,少量有机孔直径分布在200～500 nm。无机孔直径分布范围较宽,分布在2.5～500 nm,峰值为50 nm。微裂缝尺寸较大,分布在4～10 μm,峰值为5 μm。应用FIB-SEM识别孔隙类型及其孔径分布,并检验NMR确定的孔径分布,两者具有一致性。核磁共振技术可以进行岩心全直径测量,能较真实地反映地下页岩气储层有机孔与无机孔孔径分布,而且测量成本低,具有良好应用前景。