富有机质页岩微观孔隙结构特征扫描电镜研究

采用钨灯丝扫描电镜及场发射扫描电镜,并结合XRD分析、低温氮气吸附等试验对四川盆地富有机质页岩微观孔隙特征进行了研究。研究结果表明:1四川盆地富有机质页岩微观孔隙可分为有机质孔、无机孔和微裂隙,其中无机孔包括片状矿物层间孔、粒间孔和粒内溶孔等类型孔隙;2黏土矿物层间孔构成了微观孔隙的主体,晶间孔、微裂隙等孔隙对页岩气渗流起到积极作用;3页岩孔隙发育受TOC、Ro、黏土矿物含量等多因素控制,其中TOC、黏土矿物含量主要控制了微观孔隙比表面积发育,孔径则受Ro和TOC含量的双重控制。     

气体吸附等温线法表征页岩孔隙结构的模型适用性初探

针对常见的基于探针气体吸附等温线的孔隙表征方法,通过选择3件标准样品(介孔和微孔材料以及纳米碳管),对比分析了BJH法、HK法和QSDFT法的结果.研究发现BJH法和HK法分别仅适用于介孔和微孔的表征,而QSDFT法对介孔和微孔的表征都适用.鉴于页岩孔隙具有孔径分布广、孔隙结构复杂的特点,因此建议在分析页岩孔隙结构时宜采用QSDFT方法.同时,还分析了2件采自四川筇竹寺组的页岩样品,分析结果表明:该页岩富含微孔.按照BJH法得到的孔径分布进行的估算,所得甲烷吸附容量显著低于QSDFT方法的结果.     

煤粒孔隙的分形模型与分形特性研究

为了定量表征煤粒孔隙结构特性,选取褐煤、烟煤和无烟煤3个不同煤阶煤样分别破碎成3个不同粒度的煤粒进行压汞试验,基于Menger海绵模型和热力学模型对试验数据进行处理,研究了煤粒孔隙的分形特性。研究表明:基于Menger海绵模型得到的试验曲线不符合线性关系,曲线分为2段,前段分形维数DM大于3,后段线性拟合度太低;采用热力学模型分析孔隙分形特性时,曲线呈现显著的线性关系,拟合度均在0.98以上,且分形维数DT均在2~3。表明热力学模型较Menger海绵模型更适合研究煤粒孔隙的分形特性。DT随着煤粒度的减小而减小,且煤粒度对其影响较小;DT随着煤阶的升高而减小,并从煤变质作用的角度分析了其原因。     

酸化对富有机质页岩孔隙结构影响的试验研究

随着能源的日益紧缺,页岩气开采尤为迫切。页岩致密低渗,为提高产量必须利用增产措施提高储层渗透率。酸化预处理可有效改善岩石孔隙结构,增强孔隙的连通性,进而提高页岩渗透率及产气量。本试验采用质量分数3%氢氟酸和10%盐酸的混合酸对湖南牛蹄塘组页岩样品进行了酸化浸泡处理,通过超景深显微镜观察了不同酸化时长下页岩层理、裂隙和孔隙结构特征的演化规律,统计了页岩孔隙直径、频次、频率及孔隙度随时间的变化趋势,分析了酸化对页岩内部气体流动的影响。实验结果表明:①牛蹄塘组页岩中的脆性矿物沿层理发育,酸化处理后长石及石英矿物强烈溶蚀,可形成沿层理发育的裂隙;②随酸化时长增加,页岩表面石英、长石的出露面积先增大后减小,酸化后期,脆性矿物与周围矿物间孔隙明显增加,孔隙向深部腐蚀且呈现连通的趋势;③根据不同酸化时长页岩孔隙统计特征可见酸化分为两阶段:酸化初期为产生新生小孔阶段,酸化后期孔隙增大阶段;④酸化使页岩原始致密的单一孔隙结构转变为裂隙和孔隙并存的双重介质结构。孔隙度随酸化时间的增加呈先提高后降低的趋势,现场生产中应综合考虑储层特性和酸岩反应,设计最优作用时间。     

下扬子地区二叠系富有机质泥页岩孔隙结构特征

应用先进技术与方法,对取自该地区的典型二叠系岩芯样品,进行了系统的地球化学、矿物组成、孔隙度及孔隙结构等方面分析。结果表明,这套二叠系烃源岩孔隙发育,平均孔隙度可达5.37%;纳米级孔隙发育,并以微孔和介孔为主;泥页岩总有机碳含量（TOC）和黏土矿物含量是控制吸附能力和孔隙大小的关键因素。二叠系富有机质泥页岩孔隙度较高,发育大量的纳米级孔隙及具有较大的比表面积,为页岩气储存提供了良好条件。     

不同沉积类型富有机质页岩孔隙结构差异特征

四川盆地页岩气勘探开发取得巨大成效,不同沉积类型的富有机质页岩孔隙结构不清,制约了四川盆地页岩气进一步的勘探开发。选取四川盆地龙马溪组海相页岩、龙潭组海陆过渡相页岩、自流井组陆相页岩TOC＞1%的富有机质页岩样品,通过场发射扫描电子显微镜和高压压汞结合的方法,了解了不同沉积类型页岩孔隙结构的差异。结果表明,龙马溪组海相页岩主要发育有机质孔和黄铁矿晶间孔,有机质孔多呈圆形、椭圆形,黄铁矿晶间孔形态不一,以大于100 nm的孔隙为主;自流井组陆相页岩主要以原生粒间孔、晶间孔为主,多呈狭缝形、楔形,孔径主要集中在<15 nm区间内;龙潭组海陆过渡相页岩主要发育微裂缝原生粒间孔、晶间孔,原生粒间孔、晶间孔多呈狭缝形,孔隙主要集中在30～120 nm和250～1 300 nm两个区间。有机质和矿物组成的原始差异以及在页岩沉积埋藏过程中热演化和成岩演化的不同是孔隙结构产生差异的主要原因。     

有机质成熟度对南方海相页岩储层孔隙的控制作用

中国南方下古生界海相页岩经历了复杂的构造演化和热演化,页岩气含气量差异较大,成熟度对页岩气储层孔隙发育的控制作用是亟待解决的重要问题。选取不同成熟度的下古生界海相页岩作为研究对象,采用X射线矿物组分分析、扫描电镜、气体吸附、高压压汞和透射电镜实验,研究有机质演化程度对页岩储层孔隙结构的控制作用。结果表明,R_o小于3.0%的高演化页岩储层储集能力优于R_o大于3.0%的页岩储层,中孔孔体积、微孔比表面积的发育均明显更优;过演化有机质（R_o>3.0%）的孔隙受有机质石墨化影响,孔隙出现缩合、减小的趋势,对页岩储集空间起到破坏作用;R_o>3.5%的高过热演化页岩在经历压实作用、有机质石墨化和黏土矿物转化后储集能力下降严重,不利于页岩气藏的形成。     

黔西地区龙潭组煤系泥页岩孔隙结构及分形特征研究

为了研究煤系泥页岩微观孔隙结构特征,以黔西地区龙潭组煤系泥页岩为研究对象,基于扫描电镜及低温氮气吸附实验测试手段,定性和定量表征页岩孔隙特征,同时运用分形理论分析了其分形特征,并探讨了孔隙结构影响因素。结果表明:黔西地区龙潭组煤系泥页岩扫描电镜下观察到粒间孔、粒内孔、微裂缝及有机质孔4类,微裂缝大量发育,为烃类气体运移提供通道,仅见少量有机质孔隙;泥页岩氮气吸附等温线与Ⅳ型等温线相近,曲线均呈反"S"型,反映出主要为中孔,在高比压区(0.45

0<1.0)形成滞后回线,表现为H2型的细颈广体的墨水瓶孔和H4型的狭缝型孔;孔径平均值为8.36 nm,以中孔为主,比表面积较大,平均为12.03 m²/g,总孔体积较大,平均为0.017 379 m³/g;采用FHH模型对低比压区(0

0<0.45)和高比压区(0.45

0<1.0)2个阶段进行计算分形维数(D₁、D₂),分形维数较大,D...     

黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形特征

在黔西北地区海陆过渡相龙潭组页岩低温氮气吸附实验基础上,利用FHH模型研究了其孔隙分形维数,得到其分形维数D_1和D_2,整体数值较大,平均值分别为2.718 6和2.782 4,反映龙潭组泥页岩孔隙非均质较强,结构较为复杂。将分形维数与页岩其他地质参数进行相关性分析,结果表明:分形维数与泥页岩的比表面积、TOC呈正相关关系,与平均孔径、石英含量、石英/黏土呈负相关关系,与镜质体反射率、黏土矿物含量呈"先正后负"的相关关系,拐点分别出现在Ro为2.5%以及黏土矿物含量为50%处。综合研究认为:D_1能够较为综合反映泥页岩孔隙的大小、体积、比表面等特征,可以综合表征泥页岩孔隙的结构特征,数值越大越有利于页岩气富集,而D_2对于孔隙结构复杂程度的表征更为明显,可以专用于研究泥页岩孔隙结构的复杂程度,数值需在一定范围内,不宜过大,并认为黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形维数D_1的有利分布范围为大于2.60,而D_2的有利分布范围为2.50~2.80,当D_22.80时需要系统进行可采性评价及压裂开采设计。     

基于孔隙结构的页岩渗透率研究

页岩渗透率对勘探开发至关重要,微观孔隙结构是影响页岩渗透率的主要因素。测定了龙马溪组与牛蹄塘组页岩的TOC含量与矿物组分,开展了高压压汞试验和低温液氮试验,测定了页岩的孔隙分布特征 及渗透率,研究了地质参数、孔隙结构对页岩渗透率的影响。研究结果表明：①页岩样品TOC含量越大,有机质孔隙的数量及孔隙度越高。黏土矿物含量的增加提高了页岩的渗透率,而脆性矿物中的孔隙发育较差,且 与渗透率和孔隙度呈负相关。②龙马溪组和牛蹄塘组页岩样品内分布着墨水瓶形孔隙结构,这类孔隙孔喉狭窄、孔隙之间连通性差。两组页岩孔径为4~40 nm,中孔在流体的赋存和运移方面承担着主要任务。③龙马溪 组岩样在孔径为4 nm左右呈单峰分布,牛蹄塘组岩样在孔径为4 nm和7 nm左右呈双峰分布。相对于孔隙表面积和孔隙体积,孔隙形态与连通程度对页岩渗透率有着更为重要的影响。     

煤体孔隙结构分形特征研究

基于6个煤矿不同煤样的压汞和扫描电镜实验结果,绘制各个煤样的log[d VP(r)/dp(r)]与log p(r)的散点图,结合分形理论计算煤样的分形维数、分析散点图不同趋势特征,利用十进制分类系统计算煤样的孔径分布特征。     

煤的分形孔隙结构特征的研究

通过用分形理论进一步研究了煤的孔隙结构,通过煤的孔隙结构分形特征把扎隙结构划分为3种孔隙系统,即大孔、中扎和微孔,探讨了分维D2的物理意义及同煤质的关系,初步提出分维D2可以用来作为煤与瓦斯突出的预测指标。     

活性炭孔隙结构分形特征研究

基于传统的欧氏几何方法测定的活性炭性能指标因易受测试条件的影响而缺乏可比性，本文从分形几何角度出发，对活性炭孔隙结构分形的存在进行了证明，并在分形表征方法的推导以及验证等方面开展了一些探讨性工作，利用不同方法测得的活性炭性能数据计算了孔面积的分形维数。     

煤的孔隙结构分形定量研究

煤是一种具有复杂孔隙结构的物质，难以用传统的欧几里德理论予以描述。分析用压汞法测出的煤中不同孔径段的比孔容资料，发现最小孔半径在６５￣８７ｎｍ的大孔和中孔具有分形特点，可以用分形维数定量表征煤的孔隙特征。分形维数能反映组成煤的煤岩组分的复杂程度和煤结构遭受破坏的严重程度。在煤的变质系列中，中变质程度烟煤的分形维数最大。     

储层岩石孔隙结构的分形研究

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征，孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的复杂程度和非均质性。应用分形几何的原理，对低渗透储层岩石的孔隙结构进行了研究。建立了毛管压力和孔隙大小概率密度分布的分形几何模型。并根据毛管压力曲线资料计算了孔隙结构的分形维数和孔径大小概率密度分布。计算结果表明，用该方法研究孔隙结构不仅简单易行，而且精度很高。     

煤的孔隙系统分形规律的研究

介绍利用电镜法可得到煤孔超微结构的分布；煤孔隙性分布规律可用数学表达式予以定量化，为煤孔隙瓦斯吸附量、透气性系数等参数提供了有价值的数据。     

煤层孔隙裂系统的分形规律研究

煤层孔隙、裂隙分布符合分形规律，本文从分形几何学角度出发，通过对煤层孔隙、裂隙模型分维值的计算，实现了煤层孔隙、裂隙的定量描述，为研究煤岩物理结构及与之相关的一些问题提供了一条新的有效途径。     

四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数及其甲烷吸附效应

四川盆地陆相页岩的孔隙结构、分形维数和甲烷吸附能力认识不清,制约了陆相页岩气选区和评价。针对川西新场须五段陆相页岩,开展了超低压氮气吸附、高压甲烷吸附测试,基于低压氮气吸附Frenkel-Halsey-Hill（FHH）模型计算得到分形维数D₁和D₂（相对压力在0～0.5和0.5～1.0条件下）,分析了须五段陆相页岩的分形维数与基质组分（TOC和矿物组分）、孔隙结构（平均孔径,比表面积,总孔体积）的相关关系,揭示了页岩分形维数对甲烷吸附能力的控制。结果表明,须五段陆相页岩分形维数D₁为2.495 0~2.574 4,分形维数D₂为2.657 8~2.841 2,D₁代表页岩孔隙表面分形维数,而D₂表示孔隙体积的分形特征。须五段页岩的基质组分对分形维数D₁和D₂产生不同的影响。分形维数D₁和D₂与甲烷吸附量呈正相关。研究表明分形维数可以作为评价页岩气储层的关键参数。     

不同变质程度煤孔隙体积分形研究

选取了几组不同变质程度的煤样,进行孔隙度的分形研究试验,并采用最小二乘法将所测得的不同变质程度煤的各组试验数据进行数据拟合,得出不同变质程度煤的分形维数,从而获得煤的变质程度与分形维数间的变化关系,从这几组试验分析结果可以得出:随着煤变质程度的不断升高,分形维数逐渐降低,到中变质程度时煤的分形维数迅速升高又逐渐降低。     

软煤体孔隙结构及其分形特征研究

为了研究软煤体孔隙结构特征及其对煤体瓦斯赋存、流动特性的影响规律,基于分形理论,采用扫描电镜、低温氮吸附实验等方法,分析澄合矿区典型软煤体的微观孔裂隙结构及连通情况等,运用盒维数算法测算煤样微结构分形维数及分布情况。研究结果表明:澄合矿区软煤体孔隙、裂隙比较发育,孔洞与裂隙之间的连通性较好,软煤体孔隙形态复杂,较高的孔容值使软煤体具有较大的瓦斯吸附空间,一端几乎封闭的不透气性孔及细颈瓶状孔等孔型有利于瓦斯的吸附聚积,不利于瓦斯的扩散运移。研究结果可为深入研究软煤体微结构性质及软煤体中瓦斯运移规律提供理论依据。