涪陵地区五峰-龙马溪组页岩流动特征

涪陵页岩气田是我国第一个实现商业化开发的页岩气田,上奥陶统五峰-龙马溪组为该区主力产气层。通过开展核磁共振实验、高温高压等温吸附实验、分子动力学模拟、扩散实验、低速渗流实验,同时结合理论计算,初步揭示了目的含气页岩层页岩气流动特征。研究表明,涪陵地区五峰-龙马溪组页岩孔径以小于10nm为主,占比80%以上;气体分子主要以单层吸附为主。涪陵地区页岩地层压力低于10~15MPa时,页岩气开始大量解吸;扩散系数随孔隙压力、含水饱和度增大而减小,随温度增加而增大;甲烷气体在孔隙压力小于5MPa时,滑脱效应显著;在地层温度和压力条件下,页岩气在孔径大于200nm孔隙中,流态为达西流,在孔径介于2~200nm孔隙中,页岩气流态以扩散和滑脱流为主。     

基于核磁共振弛豫法与冻融法的页岩有机孔计算方法

利用核磁共振弛豫实验和核磁共振冻融实验对四川盆地泸州地区龙马溪组深层页岩有机孔进行孔隙度和孔隙分布研究。根据实验结果提出利用分段幂函数构建深层页岩孔隙分布的新方法,并根据核磁共振弛豫实验和测井资料提出计算页岩有机孔孔隙度计算模型。结果表明:四川盆地泸州地区龙马溪组页岩孔隙半径分布在5.0～800.0 nm,大量的孔隙半...     

泸州地区龙马溪组深层页岩孔隙结构特征

为研究四川盆地泸州地区龙马溪组深层页岩储层微观孔隙发育特征,利用扫描电镜、低温N2吸附、低温CO2吸附、核磁共振测试以及X射线衍射、总有机碳质量分数（TOC）和岩石物性测试等手段,对孔隙结构进行全孔径表征。研究结果表明：1）研究区页岩孔隙分为有机质孔、粒间孔、粒内孔和微裂缝,龙马溪组上段和下段的页岩孔隙特征明显不同,孔隙结构更加复杂;2)TOC控制孔隙形态,随着TOC增加,龙马溪组上段的平行板状孔逐渐过渡为下段的狭缝状孔和墨水瓶状孔;3）核磁共振测试的孔径偏大,在表征较大孔隙上效果较好;4）总孔体积主要受介孔控制,孔体积的主要贡献孔径分布在0.5～0.6,2.0～4.0,10.0～30.0 nm,比表面积主要由微孔和介孔贡献,孔径主要分布在0.5～0.7,2.0～4.0 nm,且龙马溪组下段页岩中广泛发育的有机质孔是导致其孔隙总体积和比表面积明显大于上段的主要原因。     

四川盆地长宁龙马溪组页岩赋存空间及含气规律

四川盆地长宁地区下志留统龙马溪组页岩广泛发育,该地区页岩储层的微观孔隙结构及全尺度孔径分布特征尚不明确,运用聚焦离子束扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附及低温CO₂吸附等实验技术,以宁203井为例,研究了龙马溪组下部页岩储层的孔隙结构特征,并建立了一套页岩纳—微米全尺度孔径分布测试分析方法。该方法利用气体吸附法和高压压汞法获得第1孔径分布数据和第2孔径分布数据,通过对2种方法获得的重复部分孔径分布数据进行差异性分析,并根据分析判断结果获取处理后的孔径为3.7～200.0 nm的分布数据,再结合2种方法获得的不重复部分的孔径分布数据,从而可以计算微孔、介孔和宏孔在整个岩石样品中的占比,获得岩石样品全尺度孔径分布数据。结果表明：该区龙马溪组下部页岩孔隙结构复杂,“墨水瓶”状细颈孔隙大量存在,微孔与中孔、大孔相互连通,但孔喉细小,连通性较差;介孔和微孔占比超过80%。直径> 15 nm的孔喉中主要为游离气,直径< 2 nm的孔喉中主要为吸附气。     

五峰组—龙马溪组页岩储层纳米孔隙结构分类量化表征——以巫溪地区WX-1井为例

由于页岩储层孔隙结构复杂,发育尺度处于纳米量级,为了实现孔隙结构的精细表征,以巫溪地区WX-1井五峰组—龙马溪组页岩储层不同层段的代表性页岩样品为例,通过对代表性页岩储层样品的氩离子抛光-场发射扫描电镜观测以及基于ImageJ软件的定性-定量表征分析,获取高精度纳米孔隙图像,进行针对性的孔隙结构表征。结果表明,页岩储层孔隙类型以有机质孔隙、矿物颗粒间纳米孔、矿物粒内孔隙及微裂缝为主,孔隙结构复杂;不同层段页岩储层孔隙发育程度存在显著差异,有机质热演化成因孔隙发育数量占比最高(约为64.90%),孔隙直径发育为5～350 nm;矿物周缘孔隙统计数量次之,平均孔径超过100 nm;矿物粒内孔隙与微裂隙统计数量占比较少;不同层段孔隙发育比例及结构特征差异显著。通过页岩储层纳米孔隙图像处理(Image Processing)以及量化统计分析,可以实现对不同页岩储层层段微观储集空间差异的量化表征以及对不同类型孔隙的专门表征,为丰富储层孔隙评价方法体系提供参考。     

川南地区龙马溪组页岩气储层微孔隙结构特征

应用扫描电子显微镜、高压压汞法、N2和CO2气体吸附法,对川南地区下志留统龙马溪组海相页岩气储层孔隙微观特征和孔隙结构进行了研究,探讨了页岩孔隙发育的主要影响因素。结果表明,川南地区龙马溪组海相页岩样品中发育多种类型微观孔隙,常见有黏土矿物粒间孔、黄铁矿晶间孔、碳酸盐颗粒溶蚀孔、生物碎屑粒内孔、颗粒边缘溶蚀孔和有机质孔;龙马溪组富有机质页岩发育大量的微米—纳米级孔隙,为页岩气赋存提供了储集空间。龙马溪组页岩样品中孔隙以微孔和介孔为主,宏孔较少;孔隙结构形态主要为平板狭缝型孔、圆柱孔和混合型孔,孔径为0.4~1nm、3~20nm;微孔和介孔占孔隙总体积的78.17%,占比表面积的83.92%,是龙马溪组页岩储气空间的主要贡献者。页岩有机碳含量、成熟度和矿物成分含量均会影响川南地区龙马溪组海相页岩孔隙的发育,总体上页岩孔隙体积随有机碳含量增加而增大;页岩孔隙度随成熟度增加而降低;黏土矿物和脆性矿物含量对页岩孔隙发育也有一定的影响。     

贵州遵义五峰组—龙马溪组页岩微观孔隙特征及其对含气性控制——以安页1井为例

黔北安场向斜为我国南方页岩气勘查复杂构造区。为深入研究页岩微观孔隙特征及对含气性的影响,以贵州遵义安页1井上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过氩离子抛光扫描电镜、N₂低温低压吸附实验及有机地化、岩矿分析等配套实验,刻画了海相页岩储层微观孔隙类型、结构及对含气性的控制作用。五峰-龙马溪组页岩存在多种微纳米孔隙,以有机孔和微裂缝最为发育。页岩主要为纳米孔隙,微米孔隙多被方解石充填;有机质孔隙为龙马溪组页岩的主要孔隙类型,微裂缝为五峰组页岩的主要孔隙类型。N₂吸附-脱附等温线有2种:Ⅳ型-H4滞后环和Ⅴ型-H3滞后环,为平板结构的狭缝孔;BET比表面积介于7.87~14.83 m2/g,BJH总孔容介于0.002 6~0.005 2 cm3/g,以介孔为主,平均孔径集中在2~5 nm。纵向上,微观孔隙对安页1井五峰-龙马溪组页岩的含气量有显著控制作用,页岩吸附量与TOC正相关,含气量与其他参数无明显对应关系;横向上,通过与焦石坝五峰-龙马溪组页岩对比,安页1井在页岩厚度、孔渗及孔喉直径上存在差异,是影响储层含气性的关键因素。通过安页1井单井分析,显示黔北安场向斜五峰-龙马溪组地质条件优越,具有较好的页岩气勘探前景。      

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油储层孔隙结构、烃类赋存及其与可动性关系

为研究页岩油可动性与储层孔隙和含油性的关系,采用场发射扫描电镜、激光共聚焦显微镜、纳米CT、高压压汞法与氮气吸附联合分析、核磁共振分析、分子模拟分析等实验技术,对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储层孔隙全尺度分布特征、烃类赋存特征进行了定量分析。该页岩油储层各类岩性孔隙分布存在较大差异性,优势岩性为砂屑云岩、长石岩屑粉细砂岩和云质粉砂岩,其中长石岩屑粉细砂岩最好,大于300 nm孔隙占比74.1%,主体以粒间（溶）孔、粒内溶孔为主。微纳米尺度流体赋存具有较大的分异性。重质组分在半径300 nm以上孔隙中呈薄膜状附着于矿物、孔隙表面,300 nm以下呈充填状;中质组分赋存于300 nm以上孔隙中央;水含量较少,赋存于300 nm以上孔隙中央,被中质组分包裹。芦草沟组页岩油孔喉动用下限为50 nm;300 nm以上孔喉中烃类易动用,是当前产能主要贡献体系,采出原油为300 nm以上“大孔”中的中质油;50～300 nm孔喉较难动用,是提高采收率的关键。负压和升温可有效提升纳米孔中烃类的可动性。      

基于多实验成像和机器学习的页岩多尺度孔隙结构表征新方法

准确、全面地认识页岩孔隙结构是精准评估储量和高效开采油气的基础和关键。为此,以渤海湾盆地济阳坳陷古近系始新统沙河街组页岩为例,综合应用包括X射线计算断层扫描、大视域扫描电子显微镜、扫描电子显微镜和聚焦离子束扫描电子显微镜在内的多实验联用成像技术,获取了二维和三维多分辨率页岩微观结构图像,并结合图像处理和机器学习算法,实现了对页岩孔隙结构进行单一尺度与多尺度的同步表征。研究结果表明：(1)研究区页岩的孔隙空间主要由微裂缝、无机质孔隙、有机质和有机质孔隙组成,且都呈现出多尺度特征。(2)无机质孔隙类型多样,其中溶蚀孔隙发育丰富;有机质呈现出条状和散块状分布,部分有机质中未发现有机质孔隙。(3)孔隙半径小于20 nm的占比为25%,20～50 nm的占比为19%,50～100 nm的占比为29%,100～500 nm的占比为14%,500 nm～20μm的占比为11%,20～50μm的占比为2%。(4)有机质孔隙的连通性弱于无机孔隙,有机质孔隙与无机质孔隙的连通对油气运移起着至关重要的作用,微裂缝主导流体流动通道。(5)孔隙半径小于50 nm的孔隙基本以有机质孔隙为主,孔隙半径介于50～50...     

重庆綦江地区龙马溪组页岩孔隙特征与页岩气赋存关系探讨

通过高压压汞实验、低温氮气吸附实验、氩离子抛光—扫描电子显微镜观测对重庆綦江地区龙马溪组页岩样品进行了储层表征,并结合分子势能理论揭示了龙马溪组孔隙与页岩气赋存的关系。研究表明:1龙马溪组页岩储层中以小于100nm的孔隙最为发育,比表面积主要由半径小于8nm的孔隙提供,且纳米级孔隙以有机质孔为主,孔表面普遍存在不光滑性,具有分形特征,大孔孔壁叠合成诸多小孔。2有机质孔中甲烷分子与孔壁距离小于2nm时,二者间具有较强相互作用力;大于2nm时,二者间相互作用力可以忽略,甲烷分子呈游离状态。3龙马溪组储层孔隙中吸附气体积随孔径的增大而减少,当半径大于30nm时,吸附气体积可以忽略;游离气体积呈先增大后减小的趋势,在半径45nm附近达到顶峰。在10nm附近游离区域体积开始大于吸附区域体积;1~75nm孔隙中吸附区域占此孔径范围内孔隙总孔容的66%~71%。     

利用核磁共振技术确定有机孔与无机孔孔径分布——以四川盆地涪陵地区志留系龙马溪组页岩气储层为例

页岩有机孔隙具有强烈亲油性,无机孔隙具有强烈亲水性。基于页岩孔隙润湿性差异,利用核磁共振技术（NMR）确定有机孔隙和无机孔隙孔径分布。步骤如下：将页岩岩心分别在饱和油与水条件下进行核磁共振观测,确定有机孔隙和无机孔隙横向弛豫时间（T₂）分布谱,再利用高压汞注入与液氮吸附联测实验,建立T₂时间与孔径大小定量关系（r_d=52T₂）,以此为基础确定有机孔和无机孔孔径分布。将这一方法应用于四川盆地涪陵地区志留系龙马溪组页岩孔隙评价中,页岩有机孔直径集中分布在2～50 nm,峰值为10 nm,少量有机孔直径分布在200～500 nm。无机孔直径分布范围较宽,分布在2.5～500 nm,峰值为50 nm。微裂缝尺寸较大,分布在4～10 μm,峰值为5 μm。应用FIB-SEM识别孔隙类型及其孔径分布,并检验NMR确定的孔径分布,两者具有一致性。核磁共振技术可以进行岩心全直径测量,能较真实地反映地下页岩气储层有机孔与无机孔孔径分布,而且测量成本低,具有良好应用前景。     

四川盆地东南部龙马溪组页岩微-纳米孔隙结构特征及控制因素

以四川盆地东南部重庆地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过场发射扫描电镜、CO₂及N₂低温低压吸附实验,探讨海相页岩储层微-纳米孔孔隙结构特征及其控制因素。结果表明:龙马溪组页岩发育有机孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔和微裂缝6种孔隙类型,其中有机孔、黏土矿物层间粒内孔最为发育,由于热演化程度高也发育大量的溶蚀孔隙;龙马溪组页岩BET比表面积介于3.5~18.1 m²/g,BJH总孔容介于0.00234~0.01338 cm³/g,DA微孔比表面积介于1.3~7.3 m²/g,DA微孔孔容介于0.00052~0.00273 cm³/g。页岩微孔比表面积占总比表面积的23.1%~80.2%,平均占比50.3%,微孔孔容占总孔容的12.1%~48.5%,平均占比32.3%,微孔提供比表面积的能力远大于中孔和宏孔,是页岩储层中甲烷吸附的主要场所;泥页岩孔径分布复杂,孔径分布曲线存在多个不同的峰值,在0~100 nm范围内主要呈现双峰或三峰特征,偶见四峰特征;有机碳含量与泥页岩微孔、中孔+宏孔及总孔的孔隙结构参数均呈现非常好的线性关系,表明TOC是泥页岩中微-纳米孔隙结构最重要的控制因素,将孔隙结构参数对TOC进行归一化处理后,总孔和中孔+宏孔孔隙结构参数与黏土矿物含量呈正线性关系,与脆性矿物含量呈负线性关系,表明黏土矿物和脆性矿物主要控制页岩的中孔和宏孔的发育。     

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。     

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。     

页岩气储层孔隙连通性及其对页岩气开发的启示——以四川盆地南部下志留统龙马溪组为例

大型水力压裂后,页岩气储层中的不连通含气孔隙有可能转变成"潜在可采孔隙",而目前的主流页岩气储层孔隙分类方法没有考虑上述不连通孔隙,对储层孔隙有效性评价的准确性有影响。为此,以四川盆地南部下志留统龙马溪组页岩为研究对象,开展柱塞样和碎样岩心孔隙度、饱和盐水后离心+渐变干燥核磁共振和核磁冻融实验,分析页岩气储层不连通孔隙体积、主要发育位置、主要孔径分布范围,划分页岩气储层孔隙系统,确定页岩含气连通孔隙有效孔径的下限,开展页岩气储层全孔隙有效性评价,并探讨页岩中不连通孔隙对于页岩气开发的影响。研究结果表明:①该区页岩气储层存在着大量的不连通孔隙,占比高达30.23%,孔径分布介于5～30 nm,主要发育于有机质和少量的黏土矿物中;②该区页岩气储层黏土束缚水核磁T_2截止值为0.26 ms,对应孔径为5.35 nm,此为该区页岩气储层有效孔径的下限;③大型水力压裂可改善页岩气储层中孔径超过5.35 nm的不连通孔隙,实现页岩气有效开发;④水力压裂改造后的不连通孔隙可增加压裂液在基质中的储存空间,吸收裂缝中的压裂液,置换孔隙中的页岩气,促使页岩气储层自动缓解水锁,提高页岩气单井产量。结论认为,采用"离心+渐变温度干燥"法,结合核磁共振实验可实现页岩孔隙中流体赋存状态和孔隙系统的定量划分,高速离心+核磁共振实验可以确定可动水和毛细管束缚水,渐变干燥+核磁共振实验可以确定毛细管束缚水和黏土束缚水。     

页岩气储层孔隙特征差异及其对含气量影响

运用氩离子抛光+扫描电镜和氮气吸附法对渝东南地区龙马溪组的24个页岩样品和川东南地区须家河组10个页岩样品孔隙进行测试,探讨页岩的孔隙特征差异及其对含气量的影响。研究发现,其孔隙类型主要包括有机质孔、矿物粒间孔、溶蚀孔、晶间孔、矿物层间解理缝和微裂缝等;孔隙形态多为不规则,多呈开放状态;孔隙结构较复杂,纳米级有机质孔丰富,主孔位于2~10 nm。须家河组页岩样品以无机中大孔和微裂隙为主。有机质孔发育差异原因可能是由页岩的有机质类型本身化学分子性质差异造成,也可能是具有催化生气作用的无机矿物或元素与有机质赋存关系差异造成。数理统计结果显示,孔隙类型并不是含气量大小的主控因素,TOC是页岩气藏最本质因素。须家河组页岩中孔隙结构主要受无机矿物影响;龙马溪组页岩样品的TOC是比表面积和孔径为2~10 nm孔发育的本质因素,提供页岩气主要的储存空间。伊利石是孔径为2~10 nm孔发育的重要影响因素,也是提供页岩气存储空间的重要物质。     

低温氩气吸附实验在页岩储层微观孔隙结构表征中的应用

针对页岩储层微观非均质性强、孔径分布广泛的特点,使用氩气作为吸附质,通过87 K下的低温氩气吸附实验,研究蜀南地区五峰-龙马溪组富有机质页岩样品的微观孔隙结构特征,并探讨了有机碳含量对页岩微观孔隙结构的影响。结果表明:页岩孔隙呈狭缝型,富有机质页岩样品平均比表面积31.65 m2/g,平均孔体积0.062 2 cm3/g,小于50 nm的微孔和介孔贡献了页岩孔隙中90%以上的比表面积,2~100 nm的介孔和宏孔贡献了页岩孔隙中90%以上的孔体积。有机质含量是影响富有机质页岩微观孔隙发育的主要因素,随着页岩中有机碳含量的增高,页岩比表面积、孔体积增大,微孔占比增多,孔隙表面分形维数增大,孔隙结构非均质性增强,页岩的吸附能力增强。      

川东南彭水地区龙马溪组页岩孔隙结构特征

以单井分析评价为基础,运用氩离子抛光—扫描电镜对川东南彭水地区龙马溪组页岩的孔隙类型进行研究,将研究区层段页岩孔隙分为六大类(包括微裂缝、粒间孔、晶间孔、粒内孔、有机质孔隙和生物化石内孔隙);孔径大小及分布用液氮吸附法及高压压汞法测定,并对两种方法测得的孔径分布结果进行归一化,得到了目的层段页岩孔径的连续分布情况:2~10nm范围内的介孔最为发育。对脆性矿物含量、黏土矿物含量、有机质丰度和类型、成岩作用以及保存条件等5类影响研究区龙马溪组页岩孔隙结构的因素进行了探讨,分析结果显示有机质丰度为彭水地区龙马溪组页岩孔隙结构的主导内在因素。