页岩孔隙结构及多层吸附模型的研究

页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附态或游离态为主要赋存方式的非常规天然气。页岩孔隙结构复杂,一般以纳米孔隙占优势,用常规储层孔隙的表征方法难以解释美国的高产页岩气系统。因此,页岩纳米孔隙的表征成为制约页岩气资源评价的关键因素。就浅谈页岩孔隙结构及多层吸附模型等方面的研究。     

页岩微纳米孔隙结构物性及表征方法研究新进展

页岩气是储集于页岩中的天然气,是一种有发展潜力的重要非常规天然气资源。随着页岩气勘探开发研究的逐步深入,研究者发现页岩纳米孔隙结构研究直接关系到页岩的气体储集能力和渗流特性。因此,页岩纳米孔隙研究成为页岩气储层评价和运移研究的热点问题。然而,页岩纳米孔隙结构表征方法并不成熟,还不能全面有效地描述页岩纳米孔隙具体特征,这成为制约页岩纳米孔隙研究的瓶颈。本文综述了页岩纳米孔隙结构物性研究中取得的一些有价值的新认识。在此基础上提出页岩孔隙结构表征分析方法发展的必要性。进一步逐一介绍了常见的页岩纳米孔隙表征分析方法的基本原理和研究进展。     

基于页岩气微观赋存特征对储量计算方法的改进

页岩气主要赋存在页岩孔隙中,页岩发育着大量纳米级孔隙,页岩气微观的赋存特征是深入认识页岩气富集和开发规律的关键。采用了Accelrys公司的Materialsstudio分子模拟软件,建立在能够表征页岩气藏孔隙结构的有机纳米孔隙结构,用分子动力学(MD)和蒙特卡罗方法对页岩气在纳米孔隙中的赋存状态进行模拟,超临界条件下甲烷表现出明显的单分子吸附特征,游离气比例随孔径增大而增大。基于分子模拟的赋存特征从绝对吸附量与相对吸附力的差异和吸附相占据孔隙体积两方面对储量计算方法进行改进,结果表明:在含气量一定的条件下,游离气和吸附气所占比例明显受比表面积和压力的控制,对页岩气勘探开发具有一定的指导意义。     

页岩气储层成岩作用研究进展

四川盆地志留系龙马溪组海相页岩气是国内首个实现规模开发的页岩气田。为了了解页岩气储层成岩作用的最新进展,通过搜集整理相关文献和研究成果,取得了以下认识:(1)龙马溪组底部的富有机质硅质页岩与富有机质钙质硅质页岩是最有利的页岩储层段;(2)页岩气地层受无机和有机成岩作用的共同改造,压实作用、溶蚀作用、破裂作用及矿物转化作用是对储层影响最大的主要成岩作用类型;(3)龙马溪组页岩储层现今成岩作用阶段处于中成岩B期—晚成岩演化阶段;(4)成岩作用控制了页岩储层孔隙的保存、发展和演化;其次影响着岩石的力学性质;有机质热成熟过程中排出的天然气是页岩气的物质来源,同时其在热成熟过程中会生成大量的有机质内纳米孔隙,从而增大储层孔隙度并提高储层吸附能力。     

页岩气及其吸附与扩散的研究进展

随着当前能源消费的迅速增加,常规天然气资源短缺,很难满足日益增长的能源需求。页岩气作为一种非常规天然气,具有资源潜力大和低碳排放等优点,加之美国和加拿大成功实现商业化开采,因此页岩气资源勘探开发近年来备受世界瞩目。中国作为重要的页岩气开采国家,近几年发展势头良好,部分页岩气田也已经实现商业化生产。由于页岩的致密和低渗特性,导致页岩气的开采难度较大。页岩的孔隙结构和气体吸附扩散研究,对于气藏产能的评估及其高效开采有至关重要的作用。本文介绍了国内外页岩气勘探开发现状以及页岩的孔隙结构,综述了储层中页岩气吸附、扩散与渗流的研究进展,总结了分子模拟方法在页岩气研究中的应用,并对页岩气相关研究的前景进行了展望。     

页岩孔隙结构研究进展

页岩是一种重要的非常规储集体,是因为天然气可以吸附或以游离态赋存在富有机质泥页岩及其夹层中。通常,页岩气富集在页岩的微米—纳米级孔隙中,常规孔隙研究手段难以适用,目前,页岩孔隙类型的分类方案在国际上尚未统一规定。因此,页岩的孔隙结构的表征成为页岩气开发、勘探的关键问题。     

页岩润湿性及影响因素研究

润湿性是影响页岩油气藏中地层流体分布和运移的重要储层性质,在页岩气勘探开发中占有重要地位。由于页岩自身矿物组成、物理性质和孔隙结构的复杂性与非均质性使得页岩油气藏润湿性评价变得困难。从页岩润湿的形成机制、页岩润湿的表征手段以及影响页岩润湿的主要因素三个方面对页岩润湿研究目前取得的部分认识进行了探讨,并提出了相应的意见与期望。     

湘鄂西地区牛蹄塘组页岩储层特征

运用有机地球化学、X衍射、氩离子抛光-扫描电镜、等温吸附、岩石力学等分析测试手段,系统研究了湘鄂西地区页岩岩石特征、有机地化特征以及页岩气储层特征。研究发现湘鄂西地区牛蹄塘组页岩主要发育原生孔隙、溶蚀孔隙、微裂缝以及有机质孔隙孔隙等4种主要类型,影响页岩含气量的主要因素有矿物组成、有机地球化特征以及页岩储层物性等,储层埋藏深度、温度、压力因素对页岩气保存起到决定性因素。     

含气页岩中水分赋存与分布的研究进展

页岩气（主要组分为甲烷,CH₄）作为一种新兴的非常规天然气,对于优化我国现行能源消费结构、缓解能源消耗过程中的环境污染问题具有重要意义。研究表明,含气页岩储层中页岩气主要以吸附态形式存在。影响含气页岩吸附性能的因素包括页岩自身理化性质和外部储层条件。其中,页岩中的水分是影响页岩气吸附/解吸的重要因素。因此,本文结合国内外相关研究工作,分析了含气页岩中水分的赋存与分布特征,归纳了页岩储层中水分的分析方法,指出了水分赋存与分布的后续研究方向。分析表明：①页岩中水分主要赋存于孔隙结构中,且无机孔隙中的水分赋存量比有机孔隙多;②水分子主要通过氢键吸附于有机孔隙的亲水性位点,以及经由氢键和表面作用力结合于黏土颗粒或孔隙表面;③水分含量与页岩黏土矿物含量及总有机碳（TOC）含量有关;④探明页岩中水分赋存与分布的实验表征手段包括水蒸气等温吸附、低温差示扫描量热、低场核磁共振、红外热成像和等离子体低温灰化等。虽然页岩中水分的研究已经引起国内外学者的关注,但是相比煤中水分的研究仍显不足。因此,本文指出后续需开展以下工作：探明水分在页岩中的无机矿物质空间和有机质空间的含量分布和空间分布特征;明确水分对页岩吸附/解吸CH₄流体的作用规律;联用实验科学和理论模拟方法,探明水分对页岩吸附/解吸CH₄流体的作用机理。     

地球物理技术在页岩储层脆性评价中的应用

页岩气储层以低孔隙度、低渗透率为主要特征,在开采过程中需通过实施水力压裂改造储层以形成工业产能。页岩储层脆性的评价对于合理设计压裂方案具有从而提高压裂作业效率、节约开发成本具有重要意义。地球物理技术可为页岩气储层脆性的定量评价提供数据支持,主要包括岩石物理实验、地球物理测井和地球物理反演等。对相关研究方法进行了系统总结,并以四川盆地某区块的页岩储层脆性预测为例说明了其实际应用。     

页岩气藏开发研究现状综述

页岩气是指以吸附和/或游离态赋存于富有机质泥页岩中的非常规天然气,我国页岩气资源量十分丰富,勘探开发前景广阔。本文主要从与页岩气开发相关的储层物性评价,渗流机理和产能评价三方面综述了国内外研究发展现状,分析了目前存在的问题及对未来发展方向的展望,为页岩气藏的开发提供了一定的技术支持。     

吉木萨尔页岩储层孔隙结构表征及空气可注入性实验研究

利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜矿物定量评价(QEMSCAN)、微米CT扫描技术及AVIZO可视化软件先进的数学算法,构建了新疆吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩储层的三维数字岩心,开展了不同类别页岩储层的微观孔隙结构表征研究。在此基础上,辅以高温高压物理模拟驱替系统进行了不同类别页岩储层的空气可注入性实验研究,并探讨了裂缝对于空气注入能力的影响。结果表明,研究区页岩储层的矿物分布及孔隙结构特征差异显著,层理分布呈现明暗交互的纹层状排布,孔隙结构主要以连续带状或孤立状分布,孔隙结构连通性差,非均质性较强。向页岩储层注入空气可与原油接触发生低温氧化反应(LTO),具有较好的膨胀降粘,增强流动性作用,空气注入能力的变化过程可划分为注入指数降低、注入指数上升、注入指数稳定3个阶段,升高注采压差能有效改善空气注入效果,缩短注采周期。裂缝可有效降低注采压差,减小基质内油气渗流阻力,提高页岩储层的空气注入指数,但突破时间相对变快,在合理生产压差下,结合空气泡沫等调剖体系进行适当的压裂改造有助于提高空气注入效果。该研究成果可为页岩储层注空气的高效开发提供借鉴。     

页岩吸附性能及作用规律

页岩气(主要组分为甲烷)作为一种新兴的非常规天然气,其对于优化能源消费结构、缓解能源对外依存度具有重要意义。相关研究表明,吸附态是页岩气的主要赋存形态,因此明确页岩吸附性能及作用规律是页岩气有效开采的重要前提。为此,本文结合国内外相关研究工作,分析了页岩的吸附特性,归纳了影响页岩吸附能力的因素,指出了页岩及页岩气后续研发方向。分析表明:页岩储层内部页岩气的赋存形态主要包括游离态、溶解态和吸附态,其中吸附态页岩气含量至少占页岩气总含量的40%;页岩气吸附量与页岩储层理化性质、储层温度和压力均有关。虽然国内外已对页岩气开展大量研究工作,但是相比于煤层气等非常规天然气研究仍显不足。为此,关于页岩吸附性能及作用规律需要在以下方面开展研究工作:①进一步探明页岩储层地质特征;②深入明确甲烷和页岩之间的流固作用关系;③利用页岩对甲烷和CO₂吸附性能的差异,推进注入CO₂强化页岩气采收率技术。     

页岩气初期产能评价方法优化

页岩属于纳米级孔隙特低渗储层,需经过大型水力压裂改造,目前页岩气井无阻流量计算主要包括三种方法 :二项式、指数式及陈元千的一点法,但在统计的90口井中,72.2%的页岩气井出现二项式倒置而无法计算无阻流量,目前主要采用陈元千的一点法进行计算,但三种方法由于受到原始地层压力取值、返排液对井底流压推导准确性的影响,存在一定误差。每口气井的一点法系数值不同,对于全新的页岩气藏,应推导本地区较合理的一点法系数;同时考虑页岩气流态的变化,可通过井底流压和产气量的数据,利用线性回归的方式,建立三项式产能方程。在生产上利用测试数据,建立页岩气产能的快速评价公式,实现多方法评价页岩气产能。     

核磁共振技术在孔隙结构表征与流体识别方面的应用

核磁共振技术在油气工业领域,被广泛应用于岩心分析,应用对象由常规储层向非常规储层如页岩、碳酸盐岩、致密砂岩、煤岩等转变。非常规储层储集空间类型多样、非均质性极强,大量发育微纳米级孔隙,流体在其中的渗流机理复杂,常规技术手段因难以准确表征储层内部微观结构已无法适应当前的油气勘探开发研究需求。核磁共振技术作为一种储层评价的重要技术手段在表征储层孔隙结构、流体识别等方面有独特的优势,且对样品无损无害、分辨率高,因而应用范围与应用领域越来越广泛。从原理出发,介绍了核磁共振技术在孔隙结构表征与流体识别方面的应用现状,对存在的问题及未来的研究方向进行了探讨。     

页岩气成藏机理研究

页岩气藏大面积连续分布,而且不受构造作用的控制,页岩气的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成,页岩既是烃源岩、储层,也是盖层.页岩气成藏机理具有明显的"混合型"特征,根据成藏条件的不同,成藏机理可分为吸附机理、活塞式成藏机理或!换式成藏机理两种类型[1].页岩气成藏机理兼具煤层吸附气和常规圈闭气藏的特征,体现出了复杂的多机理递变特点.页岩气成藏机理实质上就是页岩孔隙中的不同赋存方式的天然气空间比例分配问题[2].     

页岩储层可压性分析研究

页岩气作为一种非常规油气资源,目前已成为我国油气藏所开发的重点。然而受到页岩储层低孔超低渗透物性特征的影响,页岩气的经济开采必须依靠水平钻井与压裂改造才能实现。基于页岩气储层的主要物理性质,以现有的储层可压性的各类评价指标,从地质可压性、体积可压性两方面入手,提出一套计算页岩气储层可压性的评价方法,并结合现场X井的数据进行页岩气藏可压性的实例计算,判断其可靠性。     

鄂尔多斯盆地延安地区延长组页岩微观孔隙定量表征

页岩是一种有着特低孔渗、孔隙的结构复杂多样等特点的特殊油气储集类型。对页岩微观孔隙的表征及其分类(分级)是页岩储层分级的基础,因此针对性的孔隙类型划分及其油气地质意义研究将对页岩气的发展具有重要的指导价值。文章中由鄂尔多斯盆地孔隙成因类型将延安地区延长组页岩基质孔隙,总体可分为粒间与粒内两种孔隙类型,并对BET、BJH总孔比表面积与BJH总孔体积的关系做了分析,实验表明总孔比表面积与总孔体积二者具有较好的正相关性。目的层延长组页岩中孔径对孔比表面积与孔体积具有明显贡献的主要为1.5～5 nm之间的孔隙,大于5 nm的孔贡献较小,据此可推测到在小于5 nm的孔数量在泥页岩各级孔中所占比例最大,其总孔比表面积和总孔体积二者有着较好的相关性。     

赣西南寒武系牛角河组页岩气成藏条件及有利区评价

为了探讨赣西南地区下寒武统牛角河组页岩气成藏地质条件,以野外牛角河组页岩实测剖面、露头地质调查资料及样品的分析测试结果为基础,对研究区页岩的分布、厚度、埋深和岩性特征、地球化学特征、储层特征及页岩气保存条件等方面的综合分析,认为赣西南地区牛角河组页岩的储层物性条件较好。结果表明:赣西南地区下寒武统牛角河组页岩沉积厚度一般在17.1~185.22m,埋深在0~5000m分布较广泛;页岩的有机质类型主要为I型;有机碳含量平均为1.04%;热演化程度较高(Ro平均为2.27%),达到过成熟早期阶段;页岩脆性矿物含量高,主要为石英及粘土矿物,少量长石和黄铁矿;页岩孔隙类型为粒间孔、粒内孔、有机质孔与微裂缝,页岩的孔隙度平均为5.15%。根据研究区目的层有利区的评价标准,优选出赣西南牛角河组页岩气勘探开发的有利区。     

东营凹陷博兴洼陷沙河街组页岩孔隙特征研究

页岩的孔隙特征对页岩油的开采具有重要意义。为探讨博兴洼陷沙河街组页岩油储层的孔隙特征,本文基于高压压汞分析了页岩的孔隙结构及分形特征。研究结果表明：博兴洼陷沙河街组页岩孔隙可分为三类,Ⅰ类为较有利储层、Ⅱ类为不利储层,Ⅲ类为有利储层。基于三种不同模型表征不同尺度下孔径的分形特征,Menger海绵模型适用于表征中小孔、毛管力模型适用于表征中大孔,Sierpinski模型适用于表征各尺度下孔径的分形特征。