四川盆地龙马溪组页岩孔隙度控制因素及演化规律

为查明四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙控制因素及演化规律,利用场发射扫描电子显微镜和氮气吸附实验等方法对页岩储层孔隙类型及孔隙结构进行研究。页岩储层孔隙类型包括有机孔、晶间孔、晶内溶孔和粒间孔,有机孔是主要孔隙类型之一,且有机孔中微孔所占的孔体积和比表面积大,是页岩气储集的主要空间。通过对有机质丰度(TOC)、有机质成熟度(Ro)、成岩作用和构造作用对页岩孔隙度的影响研究,结果表明:1有机质丰度对孔隙度的影响可以分为4个阶段:快速增大(TOC为0%~2%)、缓慢减小(TOC为2%~3%)、快速增大(TOC为3%~4%或6%)、快速减小(TOC4%或6%);2四川盆地页岩成熟度对孔隙度的影响可分为3个阶段:快速减小(Ro为1.5%~2.2%)、快速增大(Ro为2.2%~2.7%)、快速减小(Ro2.7%);3高热演化阶段有机成岩作用强于无机成岩作用;4构造作用对孔隙度影响较大,构造作用越强烈的区域孔隙度越小。四川盆地龙马溪组页岩孔隙度演化经历5个阶段:未熟快速压实阶段(Ro0.7%)、成熟生烃溶蚀阶段(Ro为0.7%~1.3%)、高成熟孔隙封闭阶段(Ro为1.3%~2.2%)、过成熟二次裂解阶段(Ro为2.2%~2.7%)、过成熟缓慢压实阶段(Ro2.7%),其中成熟生烃溶蚀阶段和过成熟二次裂解阶段是最有利的页岩孔隙发育阶段。     

四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙及伊利石甲烷吸附特征

为探究页岩中龙马溪组储层孔隙结构及伊利石对甲烷的吸附能力,基于等温吸附实验、压汞、液氮及低温二氧化碳等实验,研究了龙马溪组页岩孔隙结构及伊利石的分布特征,利用巨正则蒙特卡洛法模拟了不同孔径的伊利石狭缝孔的吸附特征。结果表明：页岩中孔容与比表面积主要由小于2nm的孔隙提供;伊利石为龙马溪组页岩中黏土矿物主要成分之一,常构成平行或近平行板状孔隙;303.15K(30℃),8MPa条件下,孔径在0.5~0.9nm之间时,甲烷分子受范德华力和静电力的共同作用,甲烷过剩吸附量较大;孔径大于0.9nm之后,随着孔径增大孔壁表面电荷的静电力对甲烷分子作用减小,甲烷吸附主要受范德华力控制,甲烷过剩吸附量表现出先减小后基本保持不变的特征,游离气含量表现出随孔径增大而增加的特征;平均等量吸附热反映出伊利石对甲烷的吸附方式属于物理吸附。吸附过程中,孔径介于0.5~1.2nm之间时,随着孔径增大,平均等量吸附热迅速减小;孔径大于1.2nm时,甲烷分子与伊利石狭缝孔间的吸附强度基本稳定,平均等量吸附热为6.72kJ/mol;孔径介于0.5~0.8nm之间时,甲烷分子单层吸附于伊利石晶间处,甲烷局部密度表现出单峰的特征;孔径介于0.8~1.2nm之间时,吸附方式由单层吸附向双层吸附逐渐转变,局部密度曲线由单峰向双峰变化;孔径大于1.2nm时,可供甲烷分子吸附的自由体积较大,局部密度曲线表现为双峰特征。     

异常高压对四川盆地龙马溪组页岩气藏的影响

四川盆地下志留统龙马溪组黑色页岩主要为浅海—深水陆棚相沉积,分布面积广,厚度大。龙马溪组页岩气高产层段地层压力均为异常高压,研究认为,欠压实增压、矿物成岩作用、构造挤压和有机质热演化增压,是造成该层异常高压的主要因素。异常高压对页岩气藏的影响,一方面,能够全面抑制烃源岩热演化,使生气镜质体反射率下限上移;另一方面,能减缓压实等成岩作用,使储集层保存相对较高的孔隙度和渗透率,并通过诱导有机酸的溶蚀和岩石有效应力的减小,形成次生孔隙和微裂缝,提高了储集层的渗流能力,但对压裂改造提出了更高的要求。此外,随着地层压力的增高,吸附气的含量也会随之增加,使得页岩气藏含气性更佳。总体来说,异常高压有利于页岩气的富集。     

渝东南地区龙马溪组页岩吸附特征及其影响因素

页岩的吸附气含量是页岩气量的主要组成部分,不同地区页岩具有不同的吸附特征,其影响因素也有较大差异,因此进一步研究页岩吸附气量,对预测页岩含气量、进行资源评价具有重要意义。渝东南地区发育了较好的下志留统龙马溪组富有机质页岩,具有成熟度高、埋深浅及分布广等特点,为了研究该套页岩的吸附能力和影响因素,选取了该地区2口页岩气井的岩心进行有机碳含量测定、热成熟度测定、X-衍射岩矿分析、氮气吸附实验、扫描电镜实验以及等温吸附实验等一系列分析测试,进一步分析了页岩吸附能力与孔隙结构、有机碳含量、矿物成分、含水率和压力的影响关系,研究过程中发现,该套页岩中有机质丰度高低是影响页岩吸附气量的关键因素,而有机质中发育的大量孔隙,其丰富的比表面积是增强页岩吸附能力的根本因素。     

四川盆地龙马溪组富有机质页岩形成主控因素

四川盆地龙马溪组富有机质页岩是重要的烃源岩和页岩气储层。为了明确富有机质页岩形成控制因素,采用多种地球化学指标分析其沉积时的氧化还原条件、古生产力条件和陆源碎屑供给情况。结果表明:龙马溪组页岩具有高的有机碳含量,龙马溪组下部硅质页岩形成于贫氧环境,龙马溪组上部粉砂质页岩和黏土质页岩形成于氧化环境,由下至上还原环境逐渐遭受破坏;龙马溪组沉积时期古生产力为中—高等,下部硅质页岩段陆源供给较少,中部粉砂质页岩段陆源碎屑供给相对多,粗碎屑颗粒含量相对高,上部黏土质页岩以陆源黏土矿物为主;龙马溪组沉积物中埋藏有机碳含量与氧化还原环境指标、古生产力指标呈良好的相关性,与陆源碎屑供给参数相关性较差。龙马溪组富有机质页岩的形成主要受控于氧化还原条件和古生产力。     

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。     

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。     

四川盆地龙马溪组页岩吸水特征及3种页岩孔隙度分析方法对比

为研究分析页岩的吸水特征,有效测量页岩孔隙度,选取四川盆地黔浅1井龙马溪组5件页岩岩心样品开展吸水实验,分别从每件岩心样品中钻取一组不同直径（或不同长度）的页岩柱体,测量和计算每组各个小柱体的饱和绝对吸水量及骨架体积,建立二者的线性关系,由斜率K值表征各页岩样品单位体积的饱和吸水量,再据此计算出各页岩样品的有效孔隙度为3.51%~8.90%。为评价该方法所确定吸水孔隙度的准确性,又测定了样品的氮气吸附孔隙度和氦孔隙度,三者进行对比分析。结果显示：样品氮气吸附孔隙度为2.38%~7.04%,全部小于吸水孔隙度,二者相差0.54%~1.96%不等,这可能是由于氮气吸附实验无法探测泥页岩中孔径大于350 nm的宏孔,导致测定结果不包含这部分孔隙所贡献孔隙度而偏低。样品氦孔隙度为4.55%~8.09%,与吸水孔隙度相差仅为0.23%~0.81%,二者具有良好的一致性和可对比性,特殊地,QQ?45号样品的氦孔隙度比吸水孔隙度大2.65%,这是由于页岩柱体含微裂缝所导致的误差,而吸水实验可快速识别出含有微裂缝的柱体,能有效避免测量误差。由此可见,页岩柱体吸水实验法在有效保留页岩原生孔隙结构的前提下,通过统计分析多个页岩小柱体孔隙度测定结果而获得了页岩样品整体的吸水孔隙度,受页岩非均质性影响小,更接近页岩实际孔隙度。龙马溪组页岩孔隙度的变化与TOC含量具有良好的正相关性,与黏土及脆性矿物的相关程度不等,表明有机质是控制龙马溪组页岩孔隙度变化的主要因素。     

渝东南龙马溪组页岩储层特征及吸附影响因素分析

页岩的天然气吸附能力对储层含气性评价和资源储量预侧至关重要。文中通过低温氮气吸附实验,对渝东南地区下志留统龙马溪组页岩岩心样品的微观孔隙结构进行了研究,计算了纳米孔隙结构参数;综合运用等温吸附实验侧量岩心样品的甲烷吸附能力,分析饱和吸附量与孔隙结构、有机碳质量分数、矿物组成的相关性,探讨了页岩吸附能力的主控因素。结果表明,孔径小于50 nm的微孔和中孔是主要的孔隙类型,为吸附气提供了有效储存空间;有机碳质量分数控制了纳米孔隙体积和比表面积的发育,是影响页岩吸附能力的决定性因素,而拈土矿物成分对页岩的吸附性贡献不大.     

四川盆地志留系龙马溪组页岩气气体地球化学特征及意义

四川盆地威远地区和川南长宁地区志留系龙马溪组页岩气化学组成以及碳、氢和氦同位素组成分析表明,该区页岩气CH4含量占绝对优势(94.0%~98.5%)、湿度低(0.3%~0.6%)、非烃气体含量较低(以CO2和N2为主、含微量的He、未检测出H2S)。烷烃气体碳同位素值随碳数增加出现局部反序分布特征:δ13C1δ13C2;δ13CCO2=-2.4‰~-6.0‰,3 He/4 He=0.01~0.03Ra。威远和长宁2个地区页岩气碳同位素组成有所差异,威远地区页岩气的碳同位素值比长宁地区的偏低,δ13C1值偏低约8‰,δ13C2值偏低6‰;重复性实验结果表明2个地区页岩气碳同位素的差异可能源于其地质演化条件。川南长宁龙马溪页岩处于高—过成熟阶段,封闭性好,页岩气主要为干酪根初次裂解气和液态烃二次裂解气不同比例的混合,非烃气体中除有机质热裂解成因外含少量碳酸盐矿物分解产生的CO2。液态烃二次裂解可能是碳同位素值随碳数分布发生反序分布的原因。威远地区页岩中沥青含量较长宁地区多,同时后期的构造作用和抬升可能导致威远地区页岩气的烷烃气体的碳同位素值偏低。     

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。     

川南地区海相深层页岩气吸附特征及控制因素

深层页岩气（埋深在3 500~4 500 m之间）是未来我国页岩气产量增长的主体和重要接替领域。对于深层页岩气储层关键参数的研究,是明确其基本地质特征和建立与之相适应开发方式的关键。为明确龙马溪组深层页岩气的吸附特征和控制因素,开展了高压甲烷吸附、低温氮气和二氧化碳吸附等综合性分析测试,并进行了吸附气模型拟合和对比分析。结果表明：在压力较大时深层页岩的等温吸附曲线也存在下降趋势,吸附特征无明显变化,这主要是由于深层页岩与中深层/中浅层页岩的微观孔隙结构特征无明显差异引起的。对比分析3种常用吸附模型,表明不同吸附模型均能对深层页岩的吸附曲线进行拟合,但转换后的绝对吸附量呈现出相同的规律：DA?LF模型>DR模型>Langmuir模型。结合孔隙结构与吸附气量的相关性分析,认为基于微孔充填的DR模型更适用于表征深层页岩的吸附规律。通过相关性分析认为,TOC是控制深层页岩气吸附量的关键物质因素,微孔比表面积是关键空间因素。与中深层/中浅层页岩相比,深层页岩硅质含量增高,方解石含量降低,TOC含量降低,吸附气量降低,吸附气量占总含气量比例仅为30%左右。     

沉积环境对页岩孔隙的控制作用

基于元素地球化学示踪、扫描电镜和低温氮气吸附实验,对滇黔北地区五峰组下段、观音桥段和龙马溪组下段3个层位沉积环境和孔隙特征进行分析,并进一步探讨不同沉积环境对页岩孔隙的控制作用。V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th、生源Ba含量、Mn/Fe、Sr/Ba指标指示：五峰组下段和龙马溪组下段沉积期处于厌氧条件、古生产力较高、古水深较深;观音桥段沉积期处于富氧环境、古生产力较低、古水深较浅。扫描电镜分析发现：五峰组下段和龙马溪组下段孔隙类型以黏土矿物层间孔和有机质孔为主,观音桥段孔隙类型以原生粒间孔和粒间溶孔为主。低温氮气吸附实验指示：五峰组下段和龙马溪组下段孔隙比表面积较大,孔体积和平均孔径较小,几何形态主要为槽状孔和微孔;观音桥段孔隙比表面积较小,孔体积和平均孔径较大,几何形态主要为墨水瓶孔。五峰组下段和龙马溪组下段沉积期厌氧环境和较高的生产力为有机质孔的发育提供了有利条件,而伊利石和伊/蒙混层的层状结构是黏土矿物层间孔发育的主要因素。观音桥段矿物颗粒的大小混杂堆积和后期的溶蚀改造分别形成了原生粒间孔和粒间溶孔,同时也是二者与墨水瓶孔具有良好对应关系的原因。     

川东地区龙马溪组页岩不同岩相孔隙结构特征及其主控因素

四川盆地川东地区是中国页岩气主要产区,目前发现的页岩气主要产自五峰-龙马溪组的富泥硅质页岩,而对富硅泥质和混合质页岩研究较少。为了确定川东地区龙马溪组富硅泥质和混合质页岩的孔隙发育特征,在对龙马溪组页岩岩相划分的基础之上,通过二氧化碳吸附,氮气吸附,高压压汞以及孔隙度测定,X-衍射,场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）等实验手段,对比不同岩相页岩孔隙结构特征,研究不同岩相页岩孔隙结构的主控因素。研究结果表明：①川东地区富有机质页岩可划分为富硅泥质页岩相、硅/泥混合页岩相和富泥硅质页岩相,不同岩相页岩孔隙度范围在2.62%~5.65%;②页岩储层中孔隙体积以介孔为主,大约占总孔隙的50%~60%,其次是微孔和宏孔,大约占总孔隙的15%~20%,比表面积主要贡献来自微孔和介孔,分别占总比表面积的70%和30%;③龙马溪组页岩孔隙发育主要受有机质丰度的控制,粘土矿物含量不是控制页岩孔隙发育主要因素,高有机质丰度页岩可能由于骨架颗粒支撑较弱遭受更剧烈的压实作用使大部分孔隙消失;④高有机质丰度富泥质页岩和硅/泥混合页岩也具有较高的孔隙度,与大部分富泥硅质页岩具有相似的孔隙结构,表明富硅泥质页岩相和硅/泥混合页岩相页岩也能发育一定量的纳米级孔隙,可为页岩气赋存提供空间。     

CO2／CH4／N2在SAPO-17上的吸附分离性能研究

使用水热合成法,在473K下晶化96h合成了SAPO-17,通过XRD、SEM等表征手段对分子筛的结构和形貌进行了分析。此外,对273K和300K温度下单组分等温吸附曲线进行了分析。首次使用SAPO-17分子筛对CO2／CH4／N2体系进行吸附分离性能研究,根据吸附等温线求解了亨利常数。结果表明,CO2和分子筛的相互作用要远远强于CH4以及N2与分子筛的相互作用,SAPO-17分子筛能够有效地分离CO2／CH4和CO2／N2。     

修武盆地下寒武统海相页岩储层及CH4吸附特征

为了研究修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩储层及其含气性特征,连续选取富有机质钻井页岩为研究对象,进行有机地球化学分析、岩石学、孔隙度、低温N2吸附、CO2吸附和超临界CH4等温吸附等系列实验.Ro值为1.74％～2.32％,平均为2.10％,为高成熟阶段.页岩TOC含量高,平均为3.21％;矿物组成以石英和黏土矿物为主,...     

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。     

川中地区侏罗系沙溪庙组储层特征及控制因素

四川盆地中部地区侏罗系沙溪庙组浅水三角洲砂体是致密气勘探的重要领域,有利储层的成因是制约高效勘探的关键问题。综合岩心和薄片资料,采用扫描电镜、阴极发光和地球化学等测试手段分析了沙溪庙组成岩演化序列,从沉积和成岩两方面探讨了储层的控制因素。沙溪庙组储层以长石砂岩为主,平均孔隙度、渗透率分别为10.34%、1.75×10^-3 μm²,属于（中）低孔—低渗储集层。储层总体处于中成岩 A 期,依次经历了早期绿泥石形成、长石早期溶蚀→方解石、浊沸石沉淀→有机酸溶蚀、贴粒缝形成、钠长石形成→浊沸石溶蚀→石英溶蚀、晚期方解石、浊沸石、绿泥石充填的成岩过程。高能环境中沉积的水下分流河道砂体粒度粗、杂基少是优质储层形成的有利微相。压实作用、胶结作用是2种主要的减孔机制,浊沸石与自生绿泥石对储层物性的影响有着两面性。原生孔隙大量保存、溶蚀作用强烈,胶结作用弱等多方面制约着优质储层的发育,且原生孔隙的保存与绿泥石薄膜有关。浊沸石胶结物充填导致储层孔隙度较低,大量微裂缝的出现是提高砂体渗透率的关键。     

模板法多孔炭的制备及CH_4/N_2/CO_2吸附分离

以糠醇为碳源,模板法两次浸渍制备多孔炭,采用XRD、SEM、FTIR、N_2吸附-脱附等方法对其进行表征,利用磁悬浮天平测量了CH_4,N_2,CO_2的吸附等温线,并对吸附等温数据进行Langmuir拟合,由Henry常数预测多孔炭对混合体系的平衡选择性。表征结果显示,多孔炭孔分布较窄,具有丰富的孔结构,在一定程度上复制了分子筛的孔道结构,且表面呈现一定的极性,有利于CH_4,N_2,CO_2的吸附和分离。实验结果表明,CH_4,N_2,CO_2的平衡吸附量大小的顺序为:CO_2>CH_4>N_2,Langmuir模型拟合相关系数均大于0.993,拟合效果较好,可用Langmuir理论解释气体在多孔炭孔结构及表面的吸附行为,制备的多孔炭适用于烟道气中CO_2的吸附与分离及煤层气等非常规天然气的提纯,但对垃圾填埋气的分离效果不显著。