陆相与过渡相煤系页岩孔隙结构及分形特征对比——以鄂尔多斯盆地东北缘延安组与太原组为例

基于低温氮气吸附分形几何学研究方法,对鄂尔多斯盆地东北缘陆相延安组及海陆过渡相太原组富有机质煤系页岩进行孔隙结构和分形特征研究,运用分形FHH模型计算了大孔隙(4.34~100nm)和小孔隙(4.34nm)对应的分形维数D_1与D_2,对比讨论了孔隙结构参数与分形维数的关系,以及TOC、矿物含量对两者的影响。研究结果表明:(1)延安组孔径分布在1.8~59nm,呈"双峰型",以墨水瓶状、狭缝状和平行板状孔为主;太原组孔径主要分布在3~4.5nm,呈"单峰型",以墨水瓶状孔为主。(2)煤系页岩具有双重分形特征,D_1与D_2正相关,且D_1D_2,表明大孔隙空间结构更加复杂。延安组两类孔隙空间结构均比较复杂,太原组大孔隙空间结构非常复杂,而小孔隙均质性强。(3)煤系页岩平均孔径越小,微小孔隙越多,比表面积越大,总孔体积越大,分形维数越大,即孔隙结构越复杂,孔表面越不规则;延安组D_1、D_2和太原组D_1均可反映各自孔隙结构特征。(4)太原组孔隙结构参数和分形维数受TOC及矿物成分含量影响较延安组明显。(5)延安组页岩储层优于太原组,更利于煤系页岩气的吸附、赋存、扩散和渗流。     

川东南龙马溪组页岩孔隙分形特征

基于低温氮气吸附分形几何学研究方法,对川东南龙马溪组页岩储层进行了孔隙分形特征研究,并运用分形FHH模型计算了孔隙分形维数,讨论了分形维数与孔隙结构、有机碳含量、页岩矿物成分之间的关系。研究表明:川东南龙马溪组页岩以中孔为主,孔隙内部特征以墨水瓶状孔和狭缝状孔为主;页岩样品分形维数为2.629 2~2.898 0,反映了页岩孔隙结构复杂和非均质性强的特征;页岩平均孔径越小、微小孔隙越多,孔隙结构越复杂,孔表面越不规则,比表面积和分形维数则越大;有机碳含量和微孔发育程度对分形维数影响较大。通过分形维数可定量描述孔隙结构的复杂程度和不均一性,为研究页岩孔隙结构的分布特征提供了思路。     

沁水盆地中东部海陆过渡相页岩孔隙结构及分形特征

为研究海陆过渡相页岩的孔隙结构及分形特征,对采自沁水盆地的12块样品进行了低温氮气吸附、扫描电镜、X-射线衍射和有机质含量等系列分析测试。结果表明,研究区页岩黏土矿物最为富集,石英含量次之,有机质含量平均为2.98%,干酪根类型以Ⅲ型为主。中孔是研究区页岩的主体孔隙,对孔隙体积和比表面积贡献最大。研究区页岩孔隙具有明显的分形特征,利用FHH模型计算得到2种分形维数(D1、D2)。黏土矿物含量与D1、D2具有较好的正相关性,有机质含量与分形维数无明显相关关系。D1和D2具有一定的正相关性,可以共同定量表征页岩孔隙结构的复杂程度和孔隙表面的粗糙程度。分形维数D1、D2越大,页岩孔隙体积和比表面积越大,越有利于气体的富集,但是D2越大孔隙结构越趋于复杂,不利于气体的渗流。分形维数D1越大而D2适中的页岩储集能力较强,且有利于页岩气的开发。     

下扬子地区二叠系海相页岩孔隙特征新认识及页岩气勘探启示

下扬子地区中上二叠统大隆组和孤峰组页岩具有厚度大、有机碳含量高、分布范围广、有机质热演化程度适中等特点,有可能成为页岩气勘探下一步的重要领域。为了给该区页岩气勘探开发提供目标与方向,选取下扬子宣泾地区大隆组、孤峰组两套页岩为研究对象,运用扫描电镜、高压压汞、CO_2及N_2吸附等手段,定量表征了不同尺度的页岩孔隙的发育特征;利用FHH(FrenkelHalsey-Hill)模型计算了样品孔隙分形维数,进而结合TOC、矿物组分讨论了孔隙结构与分形维数的关系。研究结果表明:(1)大隆组页岩以富泥硅质、富泥/硅混合质为优势岩相,具有较低的比表面积、孔容以及较高的平均孔径,孔隙发育主要受黏土矿物含量的控制,孤峰组以硅质页岩为优势岩相,具有较高的比表面积、孔容以及较低的平均孔径,孔隙发育受有机质及脆性矿物含量的控制;(2)分形维数影响因素可以归根于微孔发育的控制因素,大隆组页岩分形维数D_1介于2.451 5～2.551 3/2.522 7、D_2介于2.581 7～2.6578/2.6246,孤峰组页岩分形维数D_1介于2.581 7～2.657 8/2.624 6、D_2介于2.722 7～2.871/2.813,孤峰组页岩表现出更为复杂的孔隙结构特征;(3)分形维数D_1对比表面积、孔隙发育及矿物组分更具敏感性,D_2对表征平均孔径效果更好。结论认为,具有高分形维数D_1、D_2的大隆组以及低D_1、高D_2的孤峰组页岩段可以作为下扬子地区二叠系海相页岩气勘探的有利对象,富烃凹陷内构造变形较弱的局部超压区(带)将是该区页岩气勘探的有利方向。     

昭通示范区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及吸附能力

为明确四川盆地南缘昭通示范区下志留统龙马溪组富有机质页岩储层微观孔隙结构特征及吸附能力,设计低温氮气吸附实验和高温甲烷吸附实验,获得富有机质页岩的孔隙结构参数,使用修正过的Langmuir-Freundlich模型对等温吸附线进行拟合,以评价页岩样品的甲烷吸附能力,并探讨微观孔隙结构对页岩吸附性能的影响。实验结果表明:研究区富有机质页岩纳米级孔隙主体为墨水瓶状和狭缝型,比表面积为9.429~27.742 m~2/g,孔体积为0.011~0.02 cm~3/g,平均孔径为8.546~10.982 nm,分形维数为2.552 2~2.725 5。使用Langmuir-Freundlich模型拟合高温甲烷吸附曲线,30℃甲烷吸附的Langmuir体积为1.397 32~4.076 61 m~3/t,不同页岩样品吸附能力差异明显。富有机质页岩中,随着有机质含量的增大,一方面有机质孔数量增多,页岩比表面积增大,甲烷吸附位点增多,页岩吸附能力增强;另一方面分形维数增大,孔隙表面非均质性增强,孔径减小,孔隙壁之间的吸附势能增强,页岩吸附能力增强。富有机质页岩中粘土矿物对吸附性能的贡献较小。     

川南罗布向斜五峰组—龙马溪组页岩孔隙分形特征与主控因素

四川盆地南缘罗布向斜上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩具有厚度大、有机碳含量高、分布范围广、有机质热演化程度适中等特点,有可能成为下一步页岩气勘探的重要领域。为更好地表征研究区页岩非均质性及其对页岩气富集的影响,根据岩矿、地化、测井资料以及CO₂和N₂吸附实验,对研究区五峰组—龙马溪组龙一₁亚段各小层开展了页岩分形特征研究。结果表明,研究区各小层的总有机碳含量、矿物成分和孔隙度均存在较大差异,储集层非均质性强,页岩孔隙分形维数为2.711 0~2.794 8,平均为2.747 0,其中五峰组和龙一31小层的分形维数较高,龙一41小层的分形维数最低;有机碳和生物成因石英对页岩微孔的发育具有促进作用,页岩平均孔径越小,孔隙数量越多,孔隙结构越复杂,分形维数越大。     

页岩纳米孔隙分形特征

以氮气分子为探测介质,采用氮气吸附分形分析方法研究了页岩孔隙结构及其不规则性,计算了页岩纳米孔隙分形维数,给出了分形维数与有机碳含量、页岩组成、孔隙结构参数之间的关系曲线,讨论了分形维数对气体吸附和渗流的影响。结果表明,页岩纳米孔隙具有明显的分形特征。分形维数与有机碳含量、微孔发育程度有关。有机碳含量越高,分形维数越大。分形维数反映了页岩微孔的发育程度,微孔越发育,平均孔径越小,比表面积越大,分形维数越大。分形维数对气体的赋存和运移有着不同的影响,分形维数越大,孔隙结构趋于复杂,这有利于气体吸附存储,但不利于气体渗流。     

基于低温CO2吸附的煤和页岩微孔结构分形分析

分形维数是分析煤和页岩微观孔隙结构的重要参数之一。目前主要是基于低温N₂吸附数据进而利用Frenkel?Halsey?Hill(FHH)模型,获得煤和页岩中孔（2~50 nm）与宏孔（>50 nm）的表面粗糙分形维数,对其微孔（<2 nm）分形维数的研究还较少。为深入研究煤和页岩的微孔特征,基于微孔填充与孔径分布理论,对比分析了煤和页岩微孔结构的分形特征。选取煤和页岩样品进行低温CO₂吸附实验,计算并分析两者的微孔分形维数。结果表明：煤的微孔分形维数分布在2.6~2.8之间,平均为2.75;页岩的微孔分形维数分布在2.8~2.9之间,平均为2.88。煤的微孔比表面积分布在100~300 m²/g之间;页岩的微孔比表面积集中在15~30 m²/g之间,页岩的孔隙分布零散且数量少,说明分形维数越大,微孔结构更加复杂。此外,分别对煤与页岩的微孔分形维数、表面粗糙分形维数进行了对比,发现虽然煤的微孔比表面积均远大于页岩,但其孔径分布、孔隙结构比页岩简单,微孔分形维数小于页岩。同时,由于中孔、宏孔数量少,比表面积小,孔隙表面较为光滑,煤的表面粗糙分形维数小于页岩。微孔分形维数和表面粗糙分形维数分别受微孔结构复杂程度与中孔、宏孔表面粗糙程度的影响,微孔结构越复杂,中孔、宏孔表面越粗糙,分形维数越大。     

湖相、海相泥页岩孔隙分形特征对比

在松辽盆地湖相泥页岩低温氮气吸附实验的基础上,利用 FHH 模型探讨了湖相泥页岩纳米级孔 隙结构分形维数与比表面积、平均孔径及 TOC 含量的关系,进一步对比了湖相与海相泥页岩孔隙分形 维数特征。 结果表明：①湖相、海相泥页岩纳米级孔隙均具有明显的分形特征,且大孔隙（孔径为 5～ 100 nm）结构复杂,其分形维数高于小孔隙（孔径小于 5 nm）。 ②湖相泥页岩纳米级孔隙结构相对简单, 分形维数小于海相泥页岩。 ③分形维数与 TOC 含量呈正相关关系,湖相泥页岩有机质丰度对分形维数 影响较小。 ④湖相泥页岩分形维数 D1 与平均孔径具有明显的线性关系,表明 D1 可以反映湖相泥页岩 孔隙结构特征;海相泥页岩分形维数 D2 与孔隙比表面积具有明显的指数关系,表明 D2 可以反映海相 泥页岩孔隙比表面积特征。     

川南龙马溪组页岩孔隙结构综合表征及其分形特征

为了科学评价川南地区龙马溪组页岩孔隙发育特征对页岩气赋存与流动过程的影响,综合采用压汞、液氮吸附及二氧化碳吸附等测试方法,对页岩孔隙结构进行全尺度表征,并对不同尺寸的孔隙进行分形拟合,计算综合分形维数,最后结合地球化学和矿物组成对综合分形维数的影响因素进行探讨。结果表明：页岩样品孔径分布呈多峰态,各阶段孔隙均对总体积有一定贡献,而孔隙比表面积主要由微孔和介孔贡献。龙马溪组页岩孔隙符合分形规律,具有自相似性,宏孔孔隙结构较介孔、微孔更为复杂。以2个孔径段的孔体积比为加权值,计算获得综合分形维数为2.491～2.623,平均为2.560,孔隙结构较为复杂。有机碳含量和矿物组成对综合分形维数具有明显控制作用,有机碳含量越高,综合分形维数越大。孔隙结构复杂程度与综合分形维数呈正相关关系,脆性矿物含量与综合分形维数呈负相关关系,有机质成熟度和黏土矿物对孔隙综合分形维数有积极影响。     

四川盆地及其周缘页岩气勘探开发现状、潜力与展望

历经10余年的探索与发展,中国南方地区已全面进入中浅层海相页岩气规模效益开发阶段,综合评价四川盆地及其周缘页岩气勘探开发潜力和发展前景,是关乎四川盆地能否建成"天然气大庆"的关键。为了给下一步的页岩气勘探开发提供理论支持,通过系统总结四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气勘探开发理论和成效,分析了中国南方页岩气勘探开发现状与潜力,预判了未来的发展前景。研究结果表明:①川南地区4 500 m以浅五峰组—龙马溪组海相页岩的页岩气资源量为3.7×10~(12)m~3,其中可采储量超过2×10~(12)m~3,具备建成1 000×10~8m~3页岩气年产规模并稳产10年以上的开发潜力,中国石油天然气股份有限公司迄今已累计提交页岩气探明地质储量1.061×10~(12)m~3,并建成百亿立方米年产量页岩气大气区;②渝东北—鄂西地区、川西南—滇东北复杂构造区五峰组—龙马溪组海相页岩的页岩气资源潜力较好,亦具有良好的勘探开发前景;③四川盆地及其周缘具有三套后备页岩气层系,即下寒武统筇竹寺组海相页岩、上二叠统龙潭组海陆过渡相页岩和下侏罗统自流井组陆相页岩,其中筇竹寺组海相页岩在绵阳—长宁拉张槽内优质页岩厚度较大、压力较高、孔隙较发育,是下一步页岩气勘探开发的重点,而川中—川东北地区自流井组大安寨段陆相页岩也具有一定的页岩油气勘探开发潜力。     

陆相页岩储层孔隙分形特征——以四川盆地三叠系须家河组为例

基于氮气等温吸附、高压压汞测试结果,研究四川盆地三叠系须家河组陆相页岩孔隙结构的分形特征。分析结果表明:须家河组页岩孔隙结构复杂,基质孔隙以纳米级孔隙为主,孔径分布在2~100nm之间;须家河组页岩孔隙具有显著分形特征,分形维数在2.6~2.75之间,平均值为2.66;须家河组页岩分形维数与有机碳含量、微孔孔隙体积、比表面积正相关,与矿物含量相关性不强;页岩分形维数随热演化程度增加具有“先降后增再降”阶段性变化特征。探索性提出页岩优质储层孔隙分形维数分布范围在2.6~2.8之间,为我国陆相页岩储层定量表征及页岩气有利区评价提供新思路和手段。     

柴达木盆地东缘上石炭统泥页岩孔隙结构及分形特征

我国海陆过渡相烃源岩分布范围广,具有成熟度适中及厚度大等特点,页岩气勘探前景良好。前人研究主要聚焦于页岩气成藏条件、模式及生烃潜力,而对储层孔隙结构影响因素及复杂程度的定量表征研究较少。为了探讨海陆过渡相泥页岩的孔隙结构和分形特征,以柴达木盆地东部上石炭统泥页岩为研究对象,对研究区15件泥页岩样品采用低温液氮吸附及扫描电镜进行孔隙结构、分形特征研究,并在此基础上探讨了泥页岩有机地球化学、矿物组成、孔隙结构参数与分形维数的关系,进而揭示泥页岩孔隙结构发育影响因素。结果表明：①泥页岩孔隙形态主要有2类,第一类为楔形—狭缝型和细颈瓶—墨水瓶状型,第二类为四周开放的平行板状孔,孔隙类型以粒间孔缝、溶蚀孔和有机质孔最为发育。②应用FHH分析模型计算出了泥页岩孔隙分形维数,以P/P₀=0.45为界,泥页岩存在2种不同吸附解吸机制,用D₁和D₂分别表示P/P₀<0.45和P/P₀>0.45范围内的孔隙分形维数。泥页岩孔隙具有明显的分形特征,D₁分形维数与黏土矿物和TOC含量呈负相关关系;D₂分形维数与黏土矿物和TOC含量呈正相关性。表明影响分形维数的主要因素为黏土矿物和有机质含量。D₁和D₂与孔隙结构参数的相关性都较好,但D₁趋势线比D₂拟合性更好,说明小孔对孔隙结构参数影响更为重要。③分形维数D₁和D₂之差△D=0.393,表明其结构复杂程度相差很大,双重分形特征明显。但分形维数D₂越大,孔隙结构趋于复杂,孔隙表面积更加粗糙,不利于气体的渗流。     

基于氩气吸附的页岩纳米级孔隙结构特征

为了研究页岩储层微观孔隙结构特征,以川南地区龙马溪组页岩为研究对象,应用场发射扫描电镜（FE-SEM）定性描述页岩镜下孔隙形态及确定其类型,创新使用低温氩气（Ar）吸附实验测量页岩样品的比表面积、孔体积以及孔径分布,实现了页岩小于100 nm（纳米级）孔隙的连续测量,并根据FrenkelHalsey-Hill（FHH）模型研究了页岩孔隙结构的分形特征,探讨了有机质对页岩孔隙结构及分形特征的影响。结果表明：川南地区龙马溪组页岩储层主要发育有机质孔、粒间孔及粒内孔,并以有机质孔为主。Ar吸附等温线表明,纳米级孔隙以狭缝型为主,孔径主体分布在10 nm以下的微孔和介孔中,呈“三峰”特征,微孔主要集中在0.6～0.9 nm以及1.8～2.0 nm,介孔主要集中在4.0～5.0 nm。纳米级孔隙分形维数为2.55～2.64,表现出较强的非均质性。有机碳（TOC）含量控制了页岩纳米级孔隙的发育,TOC含量的增加使得页岩中微孔及其所占比例增高,分形维数增大,孔隙结构趋于复杂,有利于页岩储层吸附能力的增强。该研究成果对川南地区龙马溪组页岩储层纳米级孔隙结构特征研究具有重要意义。     

四川盆地海相碳酸盐岩大型气田天然气地球化学特征与气源

详细阐述了四川盆地海相碳酸盐岩大型气田天然气的地球化学特征,包括天然气的组成、碳同位素、凝析油的轻烃和储层沥青的生物标志化合物分布特征。认为该盆地海相碳酸盐岩三个大型气田中的天然气都不是碳酸盐岩自生的,而是来源于位于其上或其下的烃源岩,其中威远气田震旦系天然气主要来自下寒武统泥质烃源岩,卧龙河气田嘉陵江组天然气主要来自上二叠统煤系烃源岩,川东石炭系天然气主要来自志留系泥质烃源岩。     

构造变形作用下页岩孔裂隙结构演化特征及其模式——以四川盆地及其周缘下古生界海相页岩为例

构造应力能够使页岩发生变形或破坏,从而不同程度地影响页岩的宏微观结构.采用川东南下志留统龙马溪组和川东北下寒武统鲁家坪组海相页岩样品,运用聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)、气体吸附和压汞法等手段,分析了构造类型和变形机制对页岩孔裂隙结构的改造和控制作用.结果表明:单斜岩层页岩中以有机质孔隙结构为主,而褶皱或断层等强...     

川南龙马溪组页岩孔隙分形特征

以川南长宁—兴文地区龙马溪组页岩为对象,基于压汞实验测试结果研究其分形特征。对压汞法实验结果进行分析,采用Menger海绵模型和基于热力学关系的分形模型,计算得到川南地区龙马溪组页岩的分形维数。研究结果表明基于热力学关系的分形模型比较恰当地反应了川南长宁—兴文地区龙马溪组页岩的孔隙结构;龙溪组页岩具有明显的分形特征及较大的分形维数,分形维数在2．9337～2．9941;页岩孔隙的分形维数与TOC含量、脆性矿物含量呈正相关,而与黏土矿物含量、碳酸盐岩含量及长石呈负相关,其中黏土矿物中高岭石和绿泥石、碳酸盐岩中方解石及脆性矿物的石英对页岩孔隙结构分布特征影响较大。