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、页岩和砂岩孔隙结构差异性及对甲烷吸附的影响研究

查明煤、页岩和砂岩孔隙结构差异性,对煤层气、页岩气和致密砂岩气的开发具有重要意义。采集煤、页岩和砂岩样品,利用压汞法、低温氮气吸附法、低温二氧化碳吸附法测试样品的孔隙结构,根据各测试方法的特点,提出了利用低温二氧化碳吸附法、低温氮气吸附法、和压汞法分别测试表征微孔(<2 nm)、介孔(2～50 nm)和大孔(>50 nm)的全孔径段表征方法,并进行了不同样品的甲烷等温吸附试验,分析孔隙结构对甲烷吸附的影响。试验结果表明：(1)所测样品中,煤中主要发育狭缝形孔隙,页岩和砂岩中主要发育墨水瓶形孔。(2)煤、页岩和砂岩孔隙结构具有较大的差异性,煤微孔发育程度远远大于页岩和砂岩。煤中微孔为煤提供了大部分的孔容和比表面积,其中微孔孔容占总孔容的60%以上,微孔比表面积占总比表面积的95%以上;页岩和砂岩的孔容主要有介孔提供,介孔孔容占到总孔容的65%以上,比表面积由微孔提供,微孔比表面积占到总比表面积的61%以上。(3)不同样品对甲烷吸附能力顺序依次为煤>页岩>砂岩,对甲烷的吸附主要受控于孔比表面积,微孔为煤对甲烷的吸附提供了更多的空间和吸附点位,所以煤对甲烷吸附能力远远...     

沁水盆地中东部海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征

为探究沁水盆地石炭二叠系海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征,运用扫描电镜、低温氮吸附实验和高压压汞实验等手段,分析了海陆过渡相页岩储层的孔隙类型、形态、孔径分布等特征。结果表明:研究区海陆过渡相页岩纳米级孔隙广泛发育,孔隙类型以有机质孔为主,同时亦发育大量的矿物粒间孔和部分粒内孔;孔隙形态以平行板状居多,还包括一定量的狭缝型孔,以及少量墨水瓶型孔和一端封闭的孔隙;页岩孔径分布范围跨度较大,介孔(2~50 nm)是研究区页岩纳米级孔隙的主体,提供的比表面积和孔体积均达到60%以上,微孔对比表面积的贡献同样值得重视。有机质孔以微孔为主,其发育程度对页岩气的吸附存储有重要影响,TOC含量是BET比表面积和BJH孔体积的重要控制因素;黏土矿物提供了大量介孔,其含量对比表面积和孔体积同样具有控制作用。     

基于压汞、低温N_2吸附和CO_2吸附的构造煤孔隙结构表征

我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育,构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级),孔隙结构较为复杂。不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米～毫米级孔隙)等过程,是影响煤层气储存与运移的重要因素。为研究构造煤不同尺度孔隙结构的分布特征与演化规律,在潞安矿区采集4种破坏类型煤样,利用压汞法、低温N_2吸附法及CO_2吸附法分别测试了煤样的孔隙分布特征,对比分析了各测试方法的优势孔径段,提出利用CO_2吸附法表征构造煤微孔(2 nm)、低温N_2吸附法表征介孔(2～50 nm)、压汞法表征大孔结构(50 nm)的孔隙结构多尺度联合表征方法。实验结果表明所采煤样的孔容和孔比表面积均主要分布在微孔阶段,在0. 6 nm左右时的孔隙孔容量和孔比表面积达到最大,其中微孔容占总孔容的70%以上,微孔孔比表面积占总孔比表面积的99%以上,煤中孔容和孔比表面积分布存在微孔大孔介孔的规律。分析构造煤孔隙特征与煤体破坏类型的关系,随煤破坏程度增加,孔容和孔比表面积逐渐增高,大孔孔容比及介孔孔容比逐渐增大,微孔孔容比逐渐减小;孔容增幅主要体现在大孔阶段,比表面积增幅则主要体现在微孔阶段。其中大孔演化主要受控于角砾孔、碎粒孔及摩擦孔等外生孔,介孔演化受控于煤的大分子堆叠结构及分子间距,微孔演化主要受控于煤中芳香层片大小及排列方式。     

不同矿物组分对泥页岩纳米孔隙发育影响因素研究

选择四川盆地长宁双河镇上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组新鲜露头剖面样品,通过化学方法去除其中碳酸盐、硅酸盐及黄铁矿,利用低温二氧化碳和氮气吸附法对各处理阶段样品的纳米孔隙结构进行测定,通过等温线和NLDFT分析,对孔隙结构进行表征并分析不同矿物组分对原岩样品孔隙结构的影响。结果表明,对微孔部分而言,去除碳酸盐造成微孔体积减小,而去除硅酸盐和黄铁矿过程导致微孔体积增加,说明碳酸盐提供了页岩内部分微孔体积,可能来自于溶蚀孔的影响;对介孔-大孔部分而言,孔体积随着去矿物过程深入持续增加,说明矿物组分对这部分孔隙贡献较小。去矿物过程对样品不同尺度孔隙比例分布未产生明显影响,显示了介孔占据主要孔体积部分,微孔提供主要的表面积的特征。就孔径分布而言,微孔部分孔径分布受去矿物过程影响较大,而介孔-大孔部分孔径分布受去矿物过程影响较小。全岩样品微孔隙总体上体现了有机质孔隙发育特征,不同矿物组分在一定程度上由于和有机质处于包裹、填充、被填充的状态,对有机质原始孔隙信息,尤其是微孔部分起到更加明显的掩盖作用。总的来说,有机质是控制泥页岩微孔隙发育的最重要因素。     

基于低温氮实验的页岩吸附孔分形特征

以低温氮吸附实验数据为基础,分析了重庆綦江观音桥剖面下志留统龙马溪组页岩样品吸附孔的吸附特征,采用FHH分形模型,计算了吸附孔分维值D,定量研究了分维值对页岩孔隙参数的变化规律。结果表明:脱附支得到的孔径分布曲线呈双优势峰,其中3.2~3.8 nm为假峰,页岩储层孔隙富含0.4~0.8 nm的微孔且分布集中,2~25 nm的中孔分布相对均匀。页岩吸附孔分形特征明显,分维值介于2.760~2.879,分维值与平均孔直径、孔隙体积呈较好的负相关,与埋深呈弱的正相关,而与比表面积无直接关系。     

川西坳陷须五段页岩微观孔隙结构发育控制因素及其成藏意义

以川西坳陷须五段页岩为例,首先运用氮气吸附法对页岩纳米孔隙进行测定,通过等温线和DFT模型分析,对页岩的微观孔隙结构进行表征;然后通过等温吸附实验研究了页岩的甲烷吸附性能,通过解吸法测定了页岩的含气量;最后探讨了页岩微观孔隙结构发育的主要控制因素及其对页岩气成藏的意义。结果表明：川西坳陷须五段页岩孔隙结构较复杂,主要由中孔组成,主体孔径位于2~50 nm,中孔提供了主要的孔隙体积;在85 ℃条件下页岩甲烷吸附的兰氏体积为0.79~4.99 m3/t,页岩的含气量为0.50~2.44 m3/t;有机碳含量、伊/蒙间层矿物含量、脆性矿物含量以及热演化程度是控制页岩微观孔隙结构发育的主要因素;微孔和中孔对页岩气的吸附能力极强,在其内部有大量页岩气以结构化方式存在,增加了页岩气的存储量。     

典型软硬煤全孔径孔隙结构差异性研究

煤体孔隙结构研究主要侧重于某一种孔隙结构测定技术方法,而单一测定方法在原理上不能准确表征煤体多尺度孔裂隙结构特征。在分析压汞法、液氮吸附法、二氧化碳吸附法以及小角X射线散射法4种试验方法的试验原理、适用条件和煤体物性特征基础上,提出了基于数据融合的煤全孔径孔隙结构集成测定和表征方法。采用新方法从孔隙形状、孔容、比表面积、孔径分布4个方面,研究了2种不同变质程度软硬煤孔隙结构的差异性。结果表明:煤全孔径孔隙结构集成测定和表征方法融合了上述4种方法测定孔隙结构的优势,结果更可靠、合理; 2种煤样的软煤总孔容大于硬煤,软硬煤大孔孔容所占比例最大,且两者阶段孔容的差异性主要在于中孔和大孔阶段,其中中孔差距最为明显。而软煤微孔孔比表面积远大于硬煤。构造作用对于高变质程度煤的中孔孔容发育影响最大,对于低变质程度煤的大孔孔容发育影响最大;构造作用对于低变质程度煤的微孔表面积影响较小。上述研究成果为开展煤体多尺度孔隙的瓦斯吸附、运移规律和机理研究奠定了物性基础。     

华北过渡相页岩气储层微观孔隙结构特征——以山西省文水地区为例(增刊)

为表征过渡相页岩气储层纳米级孔隙发育特征,以山西省文水地区山西组与太原组煤系页岩为研究对象,采用高分辨率成像技术对页岩储层孔裂隙系统发育情况进行观察;利用低温氮吸附实验对页岩气储层孔隙结构加以表征。扫描电镜下页岩孔径多小于1μm,有机质孔含量不多,粘土矿物晶间孔、黄铁矿晶间孔等矿物基质孔较为发育,粒间孔少见。低温氮吸附实验表明,山西组页岩BET比表面积与总孔体积平均为5.4762 m₂/g与0.0088 cm₃/g,太原组页岩分别为6.7462 m₂/g和0.0102 cm₃/g,孔径小于10nm的微孔是比表面积的主要贡献者,中孔孔隙体积在总孔体积中占明显优势。BJH孔径分布曲线可分为两类,一类于2.5nm,4nm,10nm处有明显峰值;第二类除具有前者三个峰值外,于90nm处有相对较弱的峰值出现,该类样品同时具有相对较低的比表面积与总孔体积。     

不同方向取样的页岩孔隙差异实验结果分析

为了探究垂直层理与平行层理在取样上造成的孔隙差异,以四川长宁县龙马溪组页岩为研究对象,采用低温氮气吸附法进行系统分析.为防止实验结果的偶然性,选择三组试样进行同组内对比.结果 表明:①试样的各阶段孔隙均有发育,微孔和中孔主要发育;平均孔径集中在3.1～3.5 nm左右,属于中孔范围;②同一组内试样的氮气吸附量、孔容和比表面积存在差异,水平样明显高于垂直样;③平行样的孔隙含量明显优于垂直样,且沿平行页岩层理方向孔隙更为发育.该结果为页岩测试时的取样方式以及页岩储层的勘探提供了一定参考.     

不同方向取样的页岩孔隙差异实验结果分析

为了探究垂直层理与平行层理在取样上造成的孔隙差异,以四川长宁县龙马溪组页岩为研究对象,采用低温氮气吸附法进行系统分析.为防止实验结果的偶然性,选择三组试样进行同组内对比.结果 表明:①试样的各阶段孔隙均有发育,微孔和中孔主要发育;平均孔径集中在3.1～3.5 nm左右,属于中孔范围;②同一组内试样的氮气吸附量、孔容和比表面积存在差异,水平样明显高于垂直样;③平行样的孔隙含量明显优于垂直样,且沿平行页岩层理方向孔隙更为发育.该结果为页岩测试时的取样方式以及页岩储层的勘探提供了一定参考.     

延长组页岩储层纳米级孔隙特征及影响因素——以鄂尔多斯盆地柳坪171井为例

运用压汞法和氮气吸附法分别对延长组页岩储层纳米级孔隙进行测定,通过等温吸附线和氩离子抛光扫描电镜照片描述,对孔隙结构特征分类表征并结合页岩样品岩石矿物组分、成熟度和有机碳含量测试讨论控制纳米级孔隙结构的主因。结果表明:延长组页岩储层孔隙主要为纳米级孔隙,并以中孔为主,占总孔体积的66%~84%,孔径主要分布在1~25 nm。其中长7段、长8段页岩的比表面积主要是由孔径小于5 nm的孔隙所提供的,长9段页岩的比表面积主要是由孔径小于10 nm的孔隙所提供的。延长组页岩吸附回线特征表明纳米级孔隙多以开放型为特征,主要包括有机质内部孔隙、黄铁矿莓状体粒间孔和黏土矿物粒间孔,以及部分长石溶蚀孔,此外页岩中还存在大量微裂缝。其中有机质内部纳米级孔隙和黄铁矿莓状体粒间孔是筒柱状孔,锥形孔、楔状孔及细颈瓶状或墨水瓶状孔的主要来源;长石溶蚀孔大多为半球形孔;黏土矿物粒间孔可贡献一端封闭或两端开口的筒状孔;微裂缝以平行壁狭缝状、弯曲波浪状、夹板形楔状为特征。有机碳含量是控制延长组页岩储层中纳米级孔隙体积及其比表面积的主要内因,页岩成熟度、黏土矿物含量和脆性矿物含量对纳米级孔隙控制作用不明显,但莓状体黄铁矿的增加有助于页岩中孔隙的增加。     

鱼卡凹陷石门沟组上段泥页岩地球化学及储层特征

鱼卡凹陷位于柴达木盆地北缘中部,为青海省陆相页岩气勘探的重点区域。中侏罗统石门沟组上段为半深湖-深湖相沉积,暗色泥页岩厚度10～170 m,平均为55 m;为页岩气勘探的主力层系。运用液氮吸附、有机碳含量、有机质成熟度、干酪根元素、全岩、黏土矿物X衍射、能谱扫描电镜等测试方法,对泥页岩样品的有机地球化学及储层特征进行了研究,结果表明:中侏罗统石门沟组泥页岩TOC含量为1. 34%～12. 84%,均值为5. 3%;干酪根H/C和O/C比范式图解上显示有机质类型主要为Ⅱ2型; Ro为0. 45%～1. 00%,总体热成熟度表现为凹陷西部高于东部。黏土矿物含量为34%～58%,平均46. 1%;石英含量42%～55%,平均48. 3%。泥页岩孔隙结构复杂,根据吸附回线及孔径分布曲线划分为两类:第1类以一端不透气性孔和四边开放的板状狭缝孔为主,孔径主要集中在3～5 nm,呈单峰状分布;第2类以一端不透气性孔和开放性倾斜板狭缝孔为主,孔径主要分布在3～5 nm和6～45 nm,呈双峰状分布。由于泥页岩成熟度较低,有机质纳米孔隙不发育,TOC含量与介孔、总孔体积具有弱正相关性,与微孔体积相关性不大;脆性矿物含量与孔隙度成正相关,黏土矿物含量与微孔体积相关性不大,与介孔、总孔体积呈正相关。黏土矿物是石门沟组上段泥页岩纳米孔隙的主要提供者,是孔隙发育的主要控制因素;孔隙结构及孔径分布和沉积环境有关,TOC含量及热演化程度也会影响泥页岩孔隙发育的程度。     

华北过渡相页岩气储层微观孔隙结构特征:以山西省文水地区为例

为表征过渡相页岩气储层纳米级孔隙发育特征,以山西省文水地区山西组与太原组煤系页岩为研究对象,采用高分辨率成像技术对页岩储层孔裂隙系统发育情况进行观察;利用低温氮吸附实验对页岩气储层孔隙结构加以表征。扫描电镜下页岩孔径多小于1μm,有机质孔含量不多,粘土矿物晶间孔、黄铁矿晶间孔等矿物基质孔较为发育,粒间孔少见。低温氮吸附实验表明,山西组页岩BET比表面积与总孔体积平均为5.4762m~2/g与0.0088cm~3/g,太原组页岩分别为6.7462m~2/g和0.0102cm~3/g,孔径小于10nm的微孔是比表面积的主要贡献者,中孔孔隙体积在总孔体积中占明显优势。BJH孔径分布曲线可分为两类,一类于2.5nm,4nm,10nm处有明显峰值;第二类除具有前者三个峰值外,于90nm处有相对较弱的峰值出现,该类样品同时具有相对较低的比表面积与总孔体积。     

页岩气超临界吸附机理分析及等温吸附模型的建立

为认识页岩气吸附机理,抓住页岩气所处超临界态的特点,同时考虑页岩多尺度孔隙空间和黏土矿物与干酪根吸附能力的差异性,理论分析了页岩气超临界吸附机理,同时建立了DALangmuir等温吸附模型。分析表明:低压阶段,甲烷优先吸附在干酪根超微孔表面,以微孔充填形式吸附;高压阶段,甲烷以单分子层形式吸附在中孔和大孔表面。甲烷脱附优先发生在中孔和大孔表面,表现出"吸附滞后"现象。建立的吸附方程拟合结果的R2大于0.995。页岩气吸附方式因吸附剂吸附能力和孔径而异,吸附方式既有单分子层吸附也有微孔充填吸附。吸附滞后现象是吸附剂吸附能力差异性的集中体现。所建模型可反映黏土矿物与干酪根吸附能力的差异及不同孔径吸附状态的差异,模型参数物理意义明确,数据拟合精度较高。     

湖北来凤地区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征

页岩的孔隙结构特征对页岩气的储集和运移具有重要影响。以湖北来凤地区LD1井单井分析为基础,运用氩离子抛光—扫描电镜技术对研究区内上奥陶统—下志留统龙马溪组页岩储层的微观孔隙类型进行分析研究,将研究区龙马溪组页岩孔隙分为微裂缝、粒间孔、粒内孔和有机质孔隙四大类;综合利用氮气吸附法及高压压汞法对龙马溪组页岩的孔径大小及分布特征进行了测定,对两种方法测得的孔径分布结果进行了对比分析,并探讨了孔隙发育的主要影响因素。结果表明:①有机质孔隙和微裂缝为研究区龙马溪组页岩孔隙发育的主要形式;②中孔和微孔最为发育,贡献了绝大部分比表面积和孔容,是研究区龙马溪组页岩气赋存的主要场所;③页岩样品中主要矿物成分为石英和粘土矿物,而后者为页岩中孔和微孔大量发育的主要贡献者,其含量与岩样中孔和微孔体积均具有较好的正相关性;④有机碳含量(TOC)为研究区龙马溪组页岩储层孔隙发育的主要控制因素之一,主要通过其热演化生烃作用影响页岩孔隙发育。     

甲烷吸附前后高阶煤煤岩孔隙结构变化特征研究

为了查清甲烷吸附作用对煤岩孔隙结构的影响,对采集自西南多煤层地区的高阶煤开展了30℃、最大测试压力12 MPa的甲烷高压等温吸附测试,并对甲烷吸附作用前后煤岩的孔隙结构分别使用氮气探针和二氧化碳探针进行了测试。实验结果表明:高阶煤甲烷等温吸附在低压条件下表现出快速吸附的特征,过剩吸附量在达到最大值后下降;甲烷吸附作用后,煤岩低温液氮吸附滞后环减小,低温二氧化碳吸附量也减小,煤岩孔隙结构发生变化,煤岩中微孔、介孔和大孔的孔容和孔比表面积均下降,微孔孔容和孔比表面积下降明显,且不同孔径孔容、孔比表面积的减少具有分段效应,主要为孔径小于1 nm的微孔和孔径小于8 nm的介孔;高阶煤煤岩孔隙结构的改变与甲烷吸附作用中较高的测试压力有关。     

渝东南下寒武页岩纳米级孔隙特征及其储气性能

系统采集、观察并描述了渝东南地区下寒武统页岩岩芯,通过有机碳含量、X衍射、甲烷等温吸附及氮气吸附实验测试,分析了页岩纳米级孔隙结构类型、发育特征及影响因素,探讨了纳米孔对页岩储气性能的影响。研究认为,渝东南下寒武统页岩纳米孔隙结构特征复杂,根据氮气吸附-脱附曲线及孔径分布特征可划分为3种类型,主要发育两端开放的管状孔、平行壁的狭缝状孔及四面开放的尖劈形孔等开放型孔隙,多为与有机质相关的纳米孔,孔隙直径一般小于60 nm,呈现2~5,8~12和24~34 nm三个分布峰值区。宏孔（>50 nm）孔隙体积百分含量为8.5%,比表面积百分含量仅占0.3%;中孔（2~50 nm）孔隙体积百分含量高达82.1%,比表面积百分含量为79.0%;微孔（<2 nm）孔隙体积百分含量为9.4%,比表面积百分含量占20.7%。有机碳含量是纳米孔隙结构特征的主控因素,有机质是总孔体积与比表面积发育的物质基础,纳米孔隙体积、比表面积与吸附含气量具有明显的线性关系。     

龙马溪组下部页岩储层孔隙结构特征与评价方案

运用场发射扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附、薄片观察等实验技术手段,以重庆南川泉浅1井为例,探究了龙马溪组下部页岩储层的孔隙特征,结果表明：泉浅1井龙马溪组页岩孔隙度小、喉道细,孔隙较发育,类型多样,结构复杂,小孔和微孔是主要的孔隙,占据了主要的储集空间与比表面积;发育晶间孔、粒间孔、粒内孔、溶蚀孔隙、有机质纳米孔、微裂隙等孔隙,有机质纳米孔是气体吸附的主要场所。以TOC含量-孔径-脆性指数分别作为储层孔隙性、渗透性、脆性的评价指标,建立TOC含量-孔径-脆性指数评价方案,可以实现对储层基础物性经济有效、简便快捷的评价。     

页岩气吸附分子模拟中宏观影响因素微观化

为采用蒙特卡罗分子模拟方法模拟页岩对甲烷的吸附特性,需根据页岩气的吸附微观物理模型确定影响吸附特性的宏观因素,将宏观参数进行微观化处理。研究表明:页岩对甲烷的吸附量主要取决于孔隙的吸附面积和甲烷的分子密度;页岩吸附与储集空间以纳米级微孔为主,等温吸附模拟实验表明狭缝孔模型适合理想化描述甲烷分子的吸附状态。