四川盆地龙马溪组页岩的CH4和CO2气体高压吸附特征及控制因素

通过对四川盆地重庆地区下志留统龙马溪组的钻井岩心和野外露头等进行分析,利用高压吸附仪分析了页岩中CH₄、CO₂气体的吸附性能,并采用N₂吸附法、CO₂吸附法、场发射扫描电子显微镜(FE_SEM)和X-射线衍射(XRD)等技术,从孔隙结构、有机碳含量、矿物成分、温度和单位压力变化等方面探讨页岩吸附能力的影响关系。研究表明,龙马溪组页岩CH₄、CO₂吸附曲线具有Ⅰ型等温线特征,用Langmuir模型回归等温线能较好地拟合实验数据;页岩的总孔体积、比表面积与饱和吸附量体现良好的线性相关关系,且正相关;页岩有机质和矿物成分通过控制着微米_纳米级孔隙的相对丰度影响着气体的吸附和储存,微孔、中孔孔体积及孔隙度均随总有机碳含量(TOC)值增加而增大;TOC值越大,页岩的饱和吸附量就越大,二者具有良好的正相关性;吸附气量与黏土矿物含量呈正线性相关,与脆性矿物含量呈现相反的变化规律。温度升高会加快气体解吸速度,降低吸附量;此外,页岩对CO₂吸附能力高于CH₄。     

陆相页岩热演化与甲烷吸附性实验研究

为揭示热演化过程中地质因素演变对页岩甲烷吸附能力的影响,选择鄂尔多斯盆地东南部延长组长7段张家滩页岩为研究对象,经过热模拟实验获得7个不同模拟埋深的模拟样品,对各样品的有机地球化学参数、矿物组成、孔隙结构以及甲烷吸附量进行测试分析。研究发现,热演化过程中影响页岩甲烷吸附能力的地质因素可以分为比表面积和孔隙等物性因素、TOC值和成熟度等有机地球化学因素以及黏土矿物和伊/蒙混层含量等矿物成分因素等3类。地质因素对于页岩吸附能力的影响是复杂的,综合考虑各因素会增加其与吸附量的相关性。微孔是影响页岩甲烷吸附能力的最重要的因素,两者呈正相关。由于有机质热演化产生的微孔增加了吸附空间,所以吸附量随TOC值的降低而增加。此外,页岩埋深与其吸附能力负相关,且埋藏越深吸附能力下降越快。     

扬子地区古生界泥页岩吸附性及控制机理

扬子地区古生界地层为富气泥页岩层系,是我国页岩气勘探开发的主战场。吸附态是页岩气最主要的赋存方式之一,该区泥页岩吸附性及控制机理的研究较为重要。采集了扬子地区古生界泥页岩样品,对其进行TOC测试、Rock-Eval、XRD及含水量分析、等温吸附实验、超高压等温吸附实验。结果表明,不同地区、不同时代泥页岩吸附性能产生差异的原因是有机碳含量、矿物成分及组成等主要因素综合作用的结果。实验过程中TOC含量与泥页岩甲烷吸附量并未呈现前人提出的正相关关系,这与泥页岩样品数量有限、且处于高-过成熟阶段的影响因素较多有关。古生界干酪根甲烷吸附曲线显示出时代越老的干酪根甲烷吸附能力越强的特征。去除有机质丰度和成熟度的影响,Ⅲ型干酪根的吸附量要高于Ⅱ型干酪根。在有机质丰度及类型相同的情况下,高成熟干酪根比低成熟干酪根具有更高的甲烷吸附量。可溶有机质具有较强的溶解吸附特征,能够增强原岩对甲烷的吸附能力。黏土矿物含量与经TOC含量归一化后的甲烷吸附量的相关关系并不明显,这主要与样品中普遍含水有关,同时样品的成熟度、孔隙度、渗透率等对其最大甲烷吸附量可能也会有影响。高压范围内的甲烷吸附特征与低压相比具有一定的延续性,影响因素较多,需要更深入的研究工作来揭示各单一因素对页岩高压吸附特性的影响。      

上扬子区下寒武统牛蹄塘组页岩气基本特征研究——以贵州丹寨南皋剖面为例

上扬子区下寒武统牛蹄塘组是我国页岩气最具勘探潜力的目的层位之一,因此,以贵州丹寨南皋剖面为例,通过野外测量、薄片鉴定、地球化学分析、X-衍射矿物分析、孔隙度测量、扫描电镜观察和等温吸附模拟实验等多种方法,研究牛蹄塘组页岩气地质、地球化学、储层和含气性特征,并讨论有机质发育与矿物相关性,以及吸附气量的控制因素。下寒武统牛蹄塘组下部为深水陆棚相泥岩沉积,上部为浅水陆棚相粉砂质泥岩和钙质泥质粉砂岩沉积。微量元素比值表明黑色页岩形成于缺氧还原沉积环境,且具有明显的热水沉积特征。黑色页岩有机质类型好,属Ⅰ型干酪根;有机质丰度高,TOC值为0.38%~15.31%,平均为5.2%;RO值为1.60%~4.15%,平均为2.80%,属过成熟阶段。矿物成分主要为黏土(伊利石和少量绿泥石)、石英、长石、重晶石和石膏等。石英含量相对较高且剖面向上降低,平均值为53%;黏土含量较低且剖面向上增加,平均值为34%;碳酸盐矿物较少,仅在顶部可见。泥岩和硅质岩孔隙度一般在0.99%~4.66%之间,平均为2.39%;密度为1.99~2.62g/cm3,平均为2.47g/cm3。黑色页岩孔隙主要发育粒内孔、粒间孔、裂缝和有机质孔等4种类型,前两者较为常见。有机质含量与矿物相关性分析表明石英含量过高或过低以及黏土过低均不利于有机质的富集。等温吸附实验表明吸附气量为1.71~2.62m3/t,平均为2.33m3/t,吸附能力整体较强。吸附量与TOC呈正相关,与最高热解温度(Tmax)呈负相关,与石英呈正相关,与黏土呈不相关,与纳米孔分布频率呈正相关,其中有机质丰度和纳米孔对页岩对气吸附能力的影响占主导作用。     

南方古生界页岩吸附特征及主控因素

南方古生界巨大的页岩气潜力近年来受到广泛关注。重点研究了南方古生界页岩的吸附特征及其控制因素。对采集的19件页岩样品,主要进行了矿物组成分析及等温吸附实验,并对典型样品开展了热模拟实验,研究了不同温度点的等温吸附容量,探讨了很高成熟度阶段页岩的吸附性能。结果表明,上二叠统页岩最大吸附量范围在0.21～5.63cm³/g之间,下志留统-下寒武统页岩最大吸附量范围在1.66～3.32cm³/g之间。页岩TOC含量是控制页岩吸附容量的主要因素。TOC含量越高,页岩的吸附容量越大。黏土矿物的吸附能力弱,其对页岩吸附容量的贡献一般被有机质所掩盖。成熟度是影响页岩吸附能力的另一关键因素。对于EqR_O或R_O<3.6%的样品,其吸附容量随着成熟度的增加而增加,但当EqR_O或R_O>3.6%,进一步增加成熟度,页岩的吸附容量有降低的趋势。     

四川盆地涪陵地区五峰-龙马溪组解吸气特征及影响因素分析

页岩气主要以吸附气和游离气的方式赋存在页岩中，通过对页岩气的解吸气特征及影响因素分析，可以更好地指导页岩气的勘探开发。通过对四川盆地涪陵地区五峰-龙马溪组页岩气的现场解吸实验，分析了解吸速率变化、解吸气量大小变化及碳同位素的差异性。解吸气量是指将岩心装入解吸仪之后一定时间范围内所解吸出的天然气数量，主体反映岩石中的吸附气数量及部分游离气量。通过与页岩自身品质的比较分析，解吸气量与总有机碳含量呈正相关的关系，与脆性矿物含量呈一定的正相关性；与黏土矿物中的伊蒙混层含量具有一定的正相关性，与伊利石的含量相关性不大，与绿泥石含量具备一定的负相关性。解吸气量与微孔的孔容具备一定正相关性，与介孔的孔容具备较好的正相关性，与大孔的孔容不具备相关性。      

页岩孔隙中气—水赋存特征研究——以川东南地区下志留统龙马溪组为例

以川东南地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,借助重量法水蒸气吸附仪、重量法甲烷等温吸附仪以及页岩组成和孔隙结构等分析手段,开展束缚水、吸附气赋存定量研究,并探讨了微纳米孔隙中气—水赋存特征及主要影响因素。研究表明,不同类型页岩束缚水赋存能力差异较明显,可以利用水蒸气吸附—脱附和GAB模型比较准确地定量描述束缚水特征。页岩最大单层水分子吸附量与黏土矿物含量呈显著的正相关,表明黏土矿物为水分子提供了主要的活性吸附位。页岩对水分子的吸附能力要整体高于甲烷分子,而甲烷分子则主要以单层吸附形式在孔隙中赋存。不同页岩中束缚水、吸附气和游离气赋存的孔隙空间存在差异。2 nm以下孔隙均被吸附气和孔隙水所占据;有机碳（TOC）含量小于2.5%的页岩中游离气主体赋存空间约为5 nm以上孔隙,而TOC含量大于2.5%的页岩中游离气赋存空间主体约为3 nm以上孔隙;有机碳含量越高,游离气赋存的空间占比越高。      

四川盆地焦石坝地区页岩吸附特征室内实验

页岩含气量对页岩气田储量计算至关重要,直接关系到页岩气的产量、递减规律等。页岩气以游离气和吸附气形式赋存,有重量法等温吸附、容量法等温吸附、现场含气量测试等不同方法测试吸附气、游离气。通过测试页岩气降压解吸过程中气体体积变化来测量吸附气量,首次建立了同时测试页岩吸附气、游离气的方法。该方法采用柱状页岩岩心,模拟不同温度、压力、含水、真实孔隙结构等条件,消除了等温吸附曲线的负吸附异常;分析了有机质含量、压力、温度、含水、气体组成等因素对页岩吸附量的影响。实验结果表明,页岩的甲烷吸附量随压力增加而增加,压力大于12MPa后达到吸附/解吸动态平衡,吸附量不再增加;有机质含量TOC增加时吸附量增加;温度增加时吸附量降低;页岩含水后吸附量降低;甲烷吸附量高于氮气吸附量;焦石坝龙马溪组主力层页岩在温度20℃、压力30MPa下页岩气吸附气量介于1.8~3.1m~3/t之间,总含气量介于5.1~6.5m~3/t之间,吸附气占总气量40%左右。     

海相页岩和陆相页岩等温吸附特性及控制因素

以海相、陆相页岩等温吸附测试数据为基础,探讨其等温吸附特性及与各控气因素的关系,详细论述了它们的异同之处。结果表明,海相页岩的等温吸附曲线形态变化较小,而陆相页岩明显分为2部分,即含有煤岩成分的页岩,其最大吸附量远高于海相,不含煤岩的则较低;海相、陆相页岩最大吸附量与总有机碳（TOC）、比表面积均呈正相关,另外,海相页岩与镜质组反射率（R_O）、石英含量呈正相关,与黏土含量呈负相关,而陆相页岩的这一特点却不甚明显;海相页岩虽处在过成熟阶段,但最大吸附量和TOC依然呈正相关,陆相页岩的变质程度低于海相,与最大吸附量的关系呈现出2段式变化模型,R_O<1.30%时,即在成熟阶段前,最大吸附量随R_O值的升高而增大,R_O>1.30%时,即达到成熟阶段之后,则变小。分析认为,海相、陆相页岩的沉积环境、沉积演化史及有机质类型是形成这些特征的重要因素。     

龙马溪组页岩高压等温吸附规律研究

页岩储层微纳米孔隙中赋存着大量吸附气,针对储层高压条件下页岩等温吸附规律认识不清的现状,采用国外引进的高温高压（69 MPa,177 ℃）等温吸附设备,并首次考虑了含水饱和度,研究了长宁—威远地区下志留统龙马溪组页岩样品的静态吸附规律,探讨了页岩过剩吸附量与绝对吸附量的关系,对其主控因素进行了敏感性分析,并建立了高压过剩吸附量模型。研究结果表明,等温吸附曲线随压力变化存在极值,即临界解吸压力,通常介于10～15 MPa。压力大于临界解吸压力,过剩吸附量随着压力的增加而降低,对现场开发而言,储层压力低于临界解吸压力,吸附气开始供给。页岩的最大过剩吸附量与表面积、TOC含量呈正相关,与孔隙半径、温度呈负相关。含水的存在极大地降低了页岩的吸附量,含水饱和度达到46%,含气量最大值降低40%,需要对储层含水页岩的吸附作进一步的研究。基于吸附相体积理论建立了修正Langmuir高压等温吸附模型,能够拟合与表征高温高压吸附等温规律。页岩的高压吸附规律研究对含气量计算、储量评价、吸附气动用规律和生产递减分析方法提供理论支持。     

延安地区延长组长7段陆相泥页岩孔隙类型及其吸附特征研究

鄂尔多斯盆地东南部延安地区延长组长7段泥页岩是一套重要的富有机质页岩层系,尚未取得页岩气勘探开发重大突破。为了深入研究泥页岩孔隙类型及其吸附特征,分析含气性影响因素,以延安地区延长组长7段陆相泥页岩为对象,综合运用有机地球化学、X衍射分析、场发射扫描电镜、氮气吸附和高压等温吸附等实验手段开展系统研究。结果表明：长7段泥页岩厚度较大(平均厚度为70～80 m),有机质丰度高(平均TOC为4.89%),泥页岩热演化成熟度属于成熟阶段(平均R_o为0.90%),有机质以Ⅱ型为主。泥页岩矿物组成以黏土矿物和石英为主,黏土矿物较高(质量分数为30%～63%,平均值为47.52%),石英质量分数较低(平均值为27.56%);长7段泥页岩孔隙以粒间孔和粒内孔为主,其次是晶间孔、溶蚀孔、有机质孔和微裂缝,为页岩气赋存提供了储集空间。泥页岩在不同温度下甲烷最大吸附量为0.71～6.49 m³/t,平均吸附量为3.325 m³/t,显示出较强的吸附能力。长7段泥页岩吸附气量与黏土矿物含量、比表面积、总孔体积TOC及R_o、...     

川南地区龙马溪组页岩岩相对页岩孔隙空间的控制

页岩的孔隙类型、孔隙结构的定量化表征以及孔隙空间的控制因素是页岩储层研究的重要问题。川南地区龙马溪组的页岩岩相按矿物组分可分为硅质页岩、混合质页岩和黏土质页岩。利用扫描电镜矿物定量评价（QEMSCAN）技术、低温N₂和CO₂吸附实验以及高压压汞实验对川南地区龙马溪组不同页岩岩相的孔隙类型、结构特征及孔隙空间的控制因素开展了分析。研究结果表明,黏土质页岩多发育黏土矿物片状粒内孔且多被迁移有机质充填;混合质页岩多发育有机质孔和碳酸盐矿物溶蚀宏孔;硅质页岩多发育有机质孔。页岩的总面孔率主要由孔径为0~500 nm的孔隙提供,矿物（除碳酸盐矿物与长石外）及有机质中的孔隙均以粒内孔为主,有机质的面孔率高达32.37%,为矿物颗粒的8~16倍。页岩的中孔是孔体积的主要贡献者,微孔是孔比表面积的主要贡献者。混合质页岩的总面孔率、孔体积与孔比表面积的平均值与硅质页岩相近,具有良好的储集能力。高TOC含量的混合质页岩与硅质页岩的孔隙空间主要受有机质孔控制,TOC含量较低的黏土质页岩的孔隙空间则主要受有机质孔和伊利石相关孔隙共同控制。     

冯子齐_鄂尔多斯盆地东南部山西组富有机质泥页岩储层特征及其主控因素

为探索富有机质泥页岩的储层特征,利用全岩 X-射线衍射、比表面—孔径分布、等温吸附、有机碳、有机质成熟度等测试方法,对鄂尔多斯盆地东南部山西组泥页岩储层的矿物组成、孔隙体积和孔隙结构进行了综合研究。结果表明：泥页岩矿物组成主要为黏土矿物和陆源碎屑矿物石英、长石,含少量黄铁矿和菱铁矿等矿物;有机碳含量平均为 3.03%,有机质成熟度平均为 2.55%,CH4饱和吸附量平均为 1.91m3/t;泥页岩孔隙结构以中孔隙为主,泥页岩储层中主要是黏土矿物控制着中孔、宏孔的发育,TOC 含量与微孔体积呈微弱的正相关关系;饱和吸附量与黏土矿物（尤其是伊利石）和有机碳含量呈正相关性。     

页岩吸附性能及孔隙结构特征——以四川盆地龙马溪组页岩为例

四川盆地昭通区块龙马溪组页岩的TOC含量和现场含气量测试显示,下段页岩含气性好,储层也具有可改造性。利用全岩及黏土矿物分析、等温吸附实验、比表面及孔径分布等实验研究,发现页岩中干酪根纳米级孔隙发育,孔径主要分布在2~60 nm,是页岩比表面的主要贡献者。页岩与干酪根的吸附-脱附曲线形态也说明了这一现象,两者基本相似,都具有明显的滞后环。而页岩中黏土也具有一定比表面积,其含量与页岩的比表面不存在相关性。因此,TOC含量增加,页岩的比表面积增大,吸附能力增强,饱和吸附量变大,使得含气量增加。     

四川盆地下志留统页岩含气性及其影响因素研究

在对四川盆地东南部下志留统区域地质背景及主要页岩地质特征分析基础上,通过对焦页1井现场解吸测试和室内岩心实验对页岩的含气性进行分析,并结合测井解释结果,得出了气体纵向分布及含气规律;再选取了4口关键井:焦页1井、彭页1井、黄页1井、河页1井,研究分析其孔喉半径、有机质面孔率、Smin最小非饱和孔隙体积百分数等对页岩气含气性的影响。研究表明,焦页1井在2 370 m界面以上,含气量以吸附气为主,界面之下含气量以游离气为主,吸附气和游离气呈正相关关系,其中游离气主要受孔隙度、脆性矿物、TOC和纳米孔孔隙度的影响,吸附气主要受TOC控制,二者均受保存条件影响。     

页岩吸附与解吸气量实验研究

页岩气主要以游离气和吸附气形式存在于富含有机质页岩中,含气量的大小受页岩储集层压力、温度等多种因素影响。页岩吸附气量是评价页岩气资源量的关键性参数,也是评价页岩气是否具有开采价值的一项重要标准。在分析页岩气吸附与解吸机理的基础上,开展F页岩气田龙马溪组-五峰组岩心等温吸附、解吸实验研究,实验结果表明:利用等温吸附线法是获得朗氏体积(VL)和朗氏压力(pL)的有效途径;钻井现场页岩快速解吸获得的总含气量主要为吸附气量,游离气量占比较小;页岩朗氏体积(VL)与样品的有机碳含量(Cto)成正相关,达到饱和吸附后温度升高,吸附能力明显下降。     

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。      

温度对页岩等温吸附/解吸特征影响

采用川南地区龙马溪组页岩样品,设计页岩吸附/解吸实验,研究不同温度下页岩的等温吸附/解吸特征。不同温度下页岩吸附/解吸特征实验结果表明,温度影响页岩的吸附量以及解吸量,温度升高,页岩的吸附量减少;页岩的吸附曲线和解吸曲线不重合,解吸曲线滞后,其热力学原因在于页岩吸附过程的等量吸附热大于解吸过程的等量吸附热;Langmuir模型与解吸式模型分别能很好地描述等温吸附和解吸过程。利用等量吸附热曲线可以预测不同温度下的页岩等温吸附和解吸曲线,理论计算结果与实验结果误差较小。页岩气在生产过程中为解吸过程,页岩气的解吸规律直接影响页岩气井的产量,页岩气产能预测以及数值模拟中应该考虑用解吸模型。     

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。     

鄂尔多斯盆地延长组页岩孔隙结构特征及其控制因素

以鄂尔多斯盆地延长组长 7 油层组富含有机质灰黑色页岩为例,利用低压氮气吸附测试方法,分析 了页岩的孔隙形态、比表面积及孔容,并研究了页岩孔隙结构特征影响因素。 研究表明：鄂尔多斯盆地 延长组长 7 油层组页岩孔隙形态复杂,主要发育狭缝形和墨水瓶状孔;页岩的矿物组成以石英和黏土矿 物为主,前者体积分数为 17.10%～72.33%,与 TOC 含量呈明显的负相关性,后者体积分数为 12.37%～ 61.55%;页岩的 BET 比表面积为 0.380～3.030 m2/g,BJH 总孔体积为 0.696～6.575 mm3/g,且中孔孔隙提 供了主要的孔容并贡献了主要的比表面积;页岩的孔容和比表面积主要受 TOC、黏土矿物及石英等含量 的影响,同时也受碳酸盐矿物及长石含量的影响,其与 TOC、黏土矿物及长石等的含量呈正相关性,而与 石英及碳酸盐矿物的含量呈负相关性;TOC 和黏土矿物是延长组页岩微孔孔容和中孔孔容的主要贡献 者,而石英是延长组页岩大孔孔容的主要贡献者。