四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙结构的定量表征

页岩孔隙结构的定量表征可为页岩储层质量评价提供基础参数,但是利用常规方法很难准确表征页岩的微米-纳米级孔隙结构。 以四川盆地龙马溪组含气页岩为研究对象,综合对比常用的氮气（ N ₂）吸附法、高压压汞法、核磁共振法等页岩测试手段的原理及优缺点,提出利用低压氮气吸附法测得的累计孔径分布来拟合页岩核磁 T 2 谱相对应的累计孔径分布,优化页岩核磁 T 2 谱与孔径的转换系数 C ,进而应磁共振测试结果来表征页岩中不同尺度的孔隙分布。 该方法可以弥补传统的低压氮气吸附与高压压汞联合表征方法的不足,因为高压压汞法测试可能会导致页岩破裂,产生大量微米级裂缝,这些微裂缝很难与天然微裂缝区分开。 此外,核磁共振具有对岩样加工简单、人工破坏性小、测试不需外来压力等优点,因此推荐低压氮气吸附法与核磁共振法联合表征页岩的孔隙结构方法,它能科学、准确地表征页岩的孔喉分布。 研究表明,龙马溪组页岩孔径分布曲线具有双峰或三峰特征,主要孔径为 0.2～100.0 nm ,介孔和微孔占优势,孔隙体积百分比分别为 67.75% 和 25.33% 。 最终明确了该区页岩储层孔隙结构的定量表征方法。     

氮气吸附法和压汞法在测试泥页岩孔径分布中的对比

泥页岩比表面大，孔隙小，结构复杂，易吸水膨胀，一般方法很难准确描述其孔径分布情况。对泥页岩孔径分布的研究在石油钻井，完井，储层描述，泥页岩盖层封闭性等方面有着重要的意义。实验分别使用氮气吸附法和压汞法对同一泥页岩进行孔径分析。氮气吸附法中使用BJH 原理分析泥页岩的中孔径，使用DA原理分析泥页岩的微孔径；压汞法中使用Wasburn公式分析泥页岩整体孔隙，对两种方法实验结果进行对比。氮气吸附法在泥页岩微孔和中孔分析方面有优势，能分别对泥页岩的微孔和中孔进行详细的描述；而压汞法受泥页岩孔径分布不均一性影响相对较小，能弥补氮气吸附法在大孔分析方面的不足。把氮气吸附法和压汞法测得的孔径分布结果结合使用，可以得到泥页岩从微孔到大孔的孔径分布情况。     

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。     

江汉盆地潜江凹陷古近系潜江组盐间可动页岩油赋存空间多尺度表征

为更精细地刻画可动页岩油赋存的孔隙空间特征，通过对比抽提前后样品在低温氮气吸附实验的吸附量变化、高压压汞实验的进汞量变化以及场发射扫描电镜中的孔径变化特征，来表征可动页岩油赋存的孔隙空间。研究表明，江汉盆地潜江凹陷古近系潜江组Eq₃4-10韵律可动页岩油主要赋存在微、纳米级的白云石晶间孔、粒间孔以及黏土矿物层间孔中，纹层状发育的页岩可动页岩油较为富集。以孔径80 nm为界拼接低温氮吸附和高压压汞测试孔径，结果表明，可动页岩油主要赋存在孔径小于200 nm的范围内，微米级孔隙内也有赋存，90～200 nm孔径范围内可动页岩油赋存相对较多。黏土矿物含量较低的样品，在孔径小于等于5 nm的范围内抽提出可动页岩油。孔隙度越高，平均孔径越大，可动页岩油越富集。      

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。     

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。     

构造变形对页岩孔隙结构及吸附性的影响

针对页岩构造变形作用对其孔隙结构和吸附性的影响,运用TOC、热解和低温氮气吸附法等实验方法,利用宏观尺度判别等手段,对川东北地区城口县修齐镇、龙田乡下寒武统鲁家坪组页岩样品的构造变形对孔隙结构控制机理进行研究。结果表明:川东北地区页岩构造变形形态主要表现为裂隙、褶皱、揉皱等;研究区页岩样品孔隙主要为纳米级,孔径大小主要分布在0.5~10.0 nm;页岩变形程度越高,纳米级孔隙越多,页岩比表面积越大,对页岩气的吸附性能越强。研究结果对认识泥页岩构造变形作用及其对页岩孔隙结构和储气能力的影响意义具有一定的指导意义,为四川盆地页岩气的勘探开发提供必要的依据。     

海相页岩气储层孔隙表征、分类及贡献

以渝东南彭水地区五峰组-龙马溪组页岩气为例,开展低温二氧化碳吸附（LTCA）、氮气吸附（LTNA）、核磁共振（NMR）、压汞、扫描电镜以及氦测孔隙度等孔隙表征实验,全面刻画页岩孔隙结构,建立全孔径表征及分类方法,研究它们在页岩气赋存和渗流等方面的差异贡献。结果表明,氦测孔体积最大;其次为LTNA和NMR,两者分别在刻画较小孔（<10nm）和较大孔方面优势明显,联合二者可表征页岩全孔径分布。全孔径分布揭示页岩气孔隙分布范围宽,但70%孔体积集中在孔径小于25 nm。结合分形特征,以5,25和100 nm为界,将其划分为微孔、小孔、中孔和大孔。微孔、小孔和中孔主要受有机质含量和粘土矿物含量的影响;此外,中孔还受粒内溶蚀孔的影响,而大孔主要由粒间孔和粘土层间缝构成。微孔和小孔分别为页岩吸附气、游离气提供主要场所;小孔和中孔相互连接,为页岩气在基质中渗流提供通道。研究成果对页岩气储层分类、渗流机理认识等具有指导意义。     

渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组富有机质页岩孔隙分类及孔径定量表征

页岩微观孔隙特征分析和孔径定量表征是页岩油气储层评价和开发的关键。通过岩心观察、薄片鉴定、X-衍射、扫描电镜、氮气吸附等实验手段,分析了渤海湾盆地沾化凹陷富有机质页岩的矿物组成和微观孔隙类型,并对微观孔径进行了定量表征。结果表明：沙河街组页岩具有碳酸盐矿物含量高、粘土矿物含量较低的特征。根据发育位置、成因及产状,将储集空间分为孔隙与裂缝两大类,并制定了孔隙和裂缝的尺度评价标准。孔隙包括矿物基质孔隙和有机质孔隙;裂缝包括构造、层间、超压破裂、成岩和有机质收缩裂缝。氮气吸附等温曲线主要存在3种类型,分别反映了样品中微孔、中孔及宏孔的分布差异。通常氮气吸附实验能更好地表征中孔的发育特征,而扫描电镜所测孔隙更好地表征了宏孔的发育。需要进一步采用二氧化碳吸附、纳米CT及压汞实验定量表征页岩的微孔和宏孔的大小及分布。     

湘鄂西地区五峰组——龙马溪组页岩孔隙结构特征

页岩储层的孔隙结构对页岩的含气性评价和勘探开发具有重要意义。采用氩离子抛光结合扫描电子显微镜(FIB-SEM)、低温氮气吸附实验和高压压汞实验对湘鄂西地区五峰组—龙马溪组页岩储层的微观孔隙结构进行了定性及定量分析。研究结果表明,湘鄂西地区页岩储层孔隙为纳米量级,孔隙类型主要为有机孔隙、粒内孔隙和次生溶蚀孔隙,局部可见少量矿物层间收缩缝。页岩孔径分布复杂,既含有大量的中孔,又含有一定量的微孔和大孔。微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,是气体吸附和存储的主要场所。     

页岩气吸附模型的适用性研究

页岩气吸附特征对于页岩气储量预测、渗流机理分析、产能评价有重要影响,而吸附模型是描述页岩气吸附特征的主要方法之一。目前国内外学者在页岩气吸附模型的选用上存在一定分歧,即对页岩气吸附模型的适用性认识不清。针对此问题,通过吸附模型与页岩对甲烷等温吸附实验数据的拟合,就4种常用吸附模型(Langmuir模型、BET模型、D—R模型、半孔宽模型)对于页岩气的适用性展开了深入研究。结果认为:Langmuir模型、BET模型未考虑到页岩孔隙表面各个活性位吸附能级的差异,当压力较低时,模型拟合误差相对较大;D—R模型考虑低压力区间的超高吸附量,只适用于微孔占孔隙比重较大的页岩;半孔宽模型将吸附势理论与页岩的孔径分布进行了综合考虑,与实验数据的拟合结果较好。4种典型吸附模型与鄂尔多斯盆地富县区页岩对甲烷等温吸附实验数据的拟合误差从小到大排序为:半孔宽模型、Langmuir模型、BET模型、D—R模型。     

页岩微孔结构及其对气体传质方式影响

页岩复杂的孔隙结构对页岩气赋存状态、储量计算以及多尺度传质具有重要影响。运用压汞和氮气吸附法测定了页岩孔隙结构参数,基于不同孔径中的气体努森数,分析了孔隙尺度与页岩气传质方式的关系。结果表明:页岩压汞孔喉分布曲线呈现明显的三峰特征,直径小于100nm的纳米孔占页岩基块总储渗空间的80%~95%;页岩纳米孔平均直径为3.78~10.09nm,纳米孔具有巨大的BET比表面,77%~99%的比表面集中分布于孔径小于10nm的纳米孔内;基于气体动力学理论,在页岩多尺度孔隙中,页岩气的传质方式可划分为无滑脱渗流、存在滑脱渗流、过渡流动以及分子扩散,孔隙尺度控制着气体的传质方式;在页岩气藏开采的不同时期,不同孔隙尺度中的气体传质方式是动态变化的;在气藏开采中后期,页岩孔隙尺度是影响气体扩散类型和扩散系数的重要因素。      

页岩孔隙结构表征方法新探索

孔隙结构对页岩储层的储集性能、渗流能力和页岩气产能具有十分重要的影响,是页岩储层评价的核心内容。为全面、直观地展现页岩储层孔隙结构的空间特征,选取川南龙马溪组页岩为研究对象,先运用MATLAB自编程序识别扫描电镜(SEM)二值图像的方法,测得不同孔隙面积与相应的面孔率数值,拟合得到了岩样的面孔率函数;再利用积分几何理论建立了面孔率函数与孔隙度函数之间的换算模型,计算得到了岩样的孔隙度与孔径之间的函数关系,并据此对龙马溪组页岩孔隙结构进行了定量分析。结果表明:川南龙马溪组页岩岩样的孔径主要为1~50 nm,孔隙度峰值出现在孔径为13 nm处,中孔是孔隙的主体,占总孔隙空间的93.7%。与高压压汞实验和低温氮气吸附实验结果比较,SEM图像观测法所得结果可靠,验证了该方法的可行性。该方法不仅适用于页岩储层,也适用于其他致密储层。     

陆相页岩孔隙结构特征研究——以鄂尔多斯盆地延长组页岩为例

鄂尔多斯盆地三叠系延长组张家滩陆相页岩层系中发育大量粉砂质纹层,与相邻纯页岩呈薄互层状产出。为了更全面地研究页岩层系的孔隙结构发育特征,采用物理方法分离页岩岩心中的粉砂质纹层和纯页岩层,综合采用二氧化碳吸附法、氮气吸附法和压汞法获得全孔径范围内的孔隙结构特征。结果表明:粉砂质纹层孔径分布特征呈多峰分布,发育微米级孔隙,孔径较大,总孔体积平均为2.02mL/g,孔隙度平均为5.40%,大孔(50nm)是其孔体积的主要贡献者;纯页岩孔径分布特征呈双峰分布,主要分布在100nm以下孔径区间,孔径较小,总孔体积平均为1.41mL/g,孔隙度平均为3.67%,中孔(2~50nm)是其孔体积的主要贡献者。粉砂质纹层的实测孔隙度是纯页岩孔隙度的1.2~1.8倍,估算渗透率比纯页岩大2~4个数量级。因此,页岩层系中的粉砂质纹层相对纯页岩具有较大的孔径和孔体积,有利于提高页岩层系整体的储渗能力。     

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。     

基于氮气吸附实验的页岩孔隙结构表征

页岩储层微观孔隙结构研究对页岩含气性评价具有重要意义。为此,采用低温氮气吸附法,对宁夏六盘山盆地下白垩统乃家河组页岩样品的微观孔隙结构进行了实验研究,计算了页岩的比表面积、孔径分布、孔体积和平均孔径等孔隙结构参数,并探讨了页岩孔隙发育的控制因素及孔隙结构对页岩气存储的意义。实验结果表明：①页岩平均孔径为3.6~4.3 nm,主体孔隙为中孔,也含有一定量的微孔和大孔,孔隙形状以平行板状和墨水瓶孔为主,同时具有无定形孔特征;②页岩比表面积和孔体积远大于常规储层岩石,孔径小于50 nm的微孔和中孔提供了主要的比表面积和孔体积,构成了页岩中气体吸附存储的主要空间;③页岩微孔、中孔的发育与有机质有关,有机碳含量与微孔、中孔的比表面积、孔体积呈正相关性,页岩大孔的发育与黏土矿物含量有关,黏土矿物含量增加,大孔的比表面积和孔体积都增大。     

页岩储层微观孔隙结构特征

为了研究页岩储层的微观孔隙结构特征,应用场发射环境扫描电子显微镜观察了页岩表面纳米级孔隙微观形态,并通过低温氮吸附法测定了页岩的氮气吸附等温线,同时结合高压压汞实验对页岩储层孔隙结构进行了深入研究。研究结果表明：页岩储层孔隙处于纳米量级,孔隙类型可分为有机质纳米孔、黏土矿物粒间孔、岩石骨架矿物孔、古生物化石孔和微裂缝5种类型,其中有机质纳米孔和黏土矿物粒间孔发育最为广泛;页岩孔径分布复杂,既含有大量的中孔（2～50nm）,又含有一定量的微孔（<2nm）和大孔（>50nm）;孔径小于50nm的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,是气体吸附和存储的主要场所;页岩阈压非常高,孔喉分选性好,连通性差,退汞效率低,中孔对气体渗流起明显贡献作用,微孔则主要起储集作用。     

四川盆地富有机质页岩孔隙分形特征

文中以下寒武统(牛蹄塘组)、上奥陶统(五峰组)、下志留统(龙马溪组),以及上三叠统(须家河组)页岩为研究对象,在低压氮气吸附测试实验结果的基础上,探讨了四川盆地富有机质页岩的分形特征。研究表明:四川盆地富有机质页岩具有双重分形特征,存在明显的孔径分界点,其中小孔隙分形维数的平均值要小于大孔隙,说明大孔隙结构的复杂程度大于小孔隙;分形维数D_1可描述页岩孔隙表面的分形特征,分形维数D_2可描述页岩孔隙结构的分形特征;D_1越大,页岩孔隙表面越不规则,页岩孔隙表面将有更多的吸附位,使页岩吸附气体能力增大;D_2越大,页岩孔隙结构越复杂,使页岩的解吸、扩散和渗流变得困难。因此,页岩孔隙中高表面分形维数D_1值和低孔隙结构分形维数D_2值对页岩气藏的开发有重要的意义。     

水蒸气吸附法和氮气吸附法在表征页岩孔隙结构中的对比分析

为了给页岩孔隙结构的表征和研究提供新的思路,分别采用水蒸气吸附法和低温氮气吸附法对美国俄克拉荷马州伍德福德(Woodford)页岩区带的泥盆系富含有机质页岩样品的微观孔隙结构进行了实验研究,对比分析了页岩水蒸气吸附和氮气吸附机理,计算比较了页岩的比表面积、孔径分布等孔隙结构参数。结果表明：①页岩的水蒸气吸附和氮气吸附曲线具有相似的变化特征,都属于Ⅱ型曲线;②随着相对压力的增加,水蒸气和氮气吸附等温线上升缓慢,在页岩孔隙中出现了单层吸附、多层吸附和毛细孔凝聚现象;③水蒸气和氮气吸附解吸曲线均不重合,出现了滞后现象;④水蒸气吸附测得的页岩比表面积比氮气吸附测得的比表面积大,这是因为水蒸气分子较小可以进入更多的微孔隙,水蒸气具有极性很容易被吸附到页岩中黏土颗粒的表面,从而与黏土颗粒表面的阳离子形成结合水;⑤水蒸气吸附法计算的孔径分布主要在中孔和大孔范围内,而氮气吸附法的计算结果包含着微孔、中孔和大孔,另外,在计算孔径分布时还需要考虑吸附层的影响。     

高压压汞法和氮气吸附法分析页岩孔隙结构

页岩储层的孔隙结构对页岩含气性评价和勘探开发具有重要意义,但目前国内对于页岩孔隙结构的研究相对较少.为此,采用高压压汞实验和低温氮气吸附实验对页岩的孔隙结构进行了研究,计算了页岩的孔隙结构参数,并结合微观孔隙结构图片分析了页岩孔隙结构对气体吸附和渗流的意义.研究表明,页岩孔隙以微孔和过渡孔为主,微孔和过渡孔提供了大部分孔体积.有机质中的微孔是页岩比表面积的主要贡献者,构成了页岩气体的主要吸附空间.页岩的孔隙类型复杂,孔隙形态多样,存在一端封闭的不透气性孔、开放性的透气性孔和墨水瓶孔等多种孔隙,且孔隙之间的连通性较差.较高的微孔和过渡孔保证了页岩储层具有很高的吸附聚气能力,但中孔和大孔发育较差,不利于气体渗流和页岩气藏的开发.