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。     

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。     

准噶尔盆地中部下乌尔禾组深层陆相页岩孔隙结构分形特征及其地质意义

为明确准噶尔盆地中部下乌尔禾组深层陆相页岩孔隙结构以及分形特征，以东道海子凹陷下乌尔禾组页岩为研究对象，在深入剖析页岩矿物及地球化学特征的基础上，采用场发射扫描电镜、低温N2吸附等研究方法，定量表征下乌尔禾组页岩孔隙结构特征，并基于FHH模型计算页岩孔隙的分形维数，揭示总有机碳含量（TOC）、矿物组分、孔隙结构参数和分形维数的关系及其地质意义。研究结果表明，研究区下乌尔禾组页岩主要发育无机孔和微裂缝，孔径分布呈多峰型，以平行板状或窄缝状孔隙为主；页岩孔隙发育受TOC和石英、长石、黏土矿物含量的控制，导致孔隙结构之间差异性较大，非均质性强。研究区下乌尔禾组页岩孔隙具有双重分形特征，其中表面分形维数（D1）为2.452 2～2.594 8，平均为2.540 9；结构分形维数（D2）为2.604 5～2.774 8，平均为2.705 6。TOC与分形维数呈负相关，孔隙结构参数（比表面积和孔体积）和矿物组分（石英、长石以及黏土矿物）含量与分形维数呈正相关。脆性矿物（石英、长石）和黏土矿物含量的增加有助于微纳米尺度孔隙以及微裂缝的发育，比表面积和孔体积增大，分形维数也增加，孔隙非均质性越强，孔隙结构越复杂。     

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。     

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。     

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。     

四川盆地五峰组—龙马溪组富有机质泥岩孔径分布及其与页岩含气性关系

选取四川盆地长宁县双河镇上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组新鲜露头样品23个,渝东南黔浅1井岩心样品14个,运用氮气吸附法进行了孔径分布表征,并结合TOC、矿物组成含量和含气量在垂向上的变化及相关性分析,探讨了控制页岩孔隙发育的主要影响因素及其与页岩含气性的关系。结果表明:页岩孔隙以四周开放的具有平行板结构的狭缝孔为主,平均孔径为3.76~8.53nm,主体孔径以2~30nm的介孔为主。总体来看,BET比表面积和孔体积在五峰组—龙马溪组底部大,向上减小并趋于稳定,与TOC变化趋势一致,呈较好正相关性,表明有机质是控制龙马溪组页岩孔隙发育的主要因素。在TOC含量相近时,黏土矿物含量高的样品具有更大的比表面积,页岩中纳米孔隙的发育同时受黏土矿物的影响。四川盆地五峰组—龙马溪组底部TOC和脆性矿物含量高,有机孔发育,页岩含气性好,是页岩气储层压裂改造的优选层位。     

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。     

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。     

川南地区五峰组—龙马溪组页岩储层纳米孔隙发育特征及其控制因素——以四川盆地南部长宁双河剖面为例

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩是四川盆地南部页岩气勘探开发的主要目的层之一。以川南长宁双河剖面为例,对该剖面41个露头样品进行了有机碳、矿物组成、二氧化碳和氮气吸附以及扫描电镜观测等分析测试,系统研究了奥陶系宝塔组灰岩和五峰组页岩以及下志留统龙马溪组页岩纳米孔隙发育特征,探讨了影响纳米孔隙发育的主要因素。五峰组—龙马溪组页岩富含有机质,矿物组成以生物成因石英和碳酸盐矿物为主,黏土矿物次之,含少量长石。五峰组—龙马溪组页岩纳米孔隙以狭缝型为主,孔径主要分布在0.3~0.9 nm、40~50 nm和100~200 nm之间,以有机孔为主,其次为矿物基质孔。纳米孔隙发育主要受有机碳、石英和碳酸盐矿物含量控制,主要表现为总孔体积与TOC和石英含量显著正相关,与碳酸盐矿物含量显著负相关,与黏土矿物和长石含量相关性不大,这表明五峰组—龙马溪组页岩内有机孔占据主导地位;奥陶系宝塔组碳酸盐矿物含量高,纳米孔隙极不发育,是上覆五峰组—龙马溪组页岩储层的良好封闭层。      

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。     

四川盆地海相页岩孔隙类型对孔隙空间贡献定量表征

为定量表征四川盆地古生界海相页岩孔隙类型对页岩微米—纳米孔隙空间的相对贡献,基于岩石学分析、地球化学分析、低温氮气吸附实验、场发射扫描电镜观察等方法对不同热演化阶段的海相页岩的孔隙类型及结构进行了对比分析,结合页岩的TOC含量和矿物组分信息,利用基于机器学习的图像分析方法提取页岩孔隙的几何参数,定量计算了不同热演化阶段海相页岩中不同类型孔隙的孔面积和孔体积。研究结果表明：随成熟度增加,四川盆地海相页岩中孔隙的平均孔径减小,而孔体积、孔面积、表面分形维数和结构分形维数均增大;在上二叠统大隆组低成熟海相页岩中,骨架矿物相关孔最为发育,其贡献了70%的孔面积和73%的孔体积;在志留系龙马溪组成熟海相页岩中,黏土矿物孔占主要优势,其贡献了63%的孔面积和58%的孔体积;在龙马溪组高成熟—过成熟页岩中,有机质孔贡献了68%的孔面积与52%的孔体积。四川盆地海相页岩的孔隙演化受成岩作用和生烃过程共同影响,明确不同热演化阶段海相页岩的优势孔隙类型可以为页岩油气高效开发提供理论指导。     

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。     

川东北地区二叠系大隆组深层页岩气储层孔隙结构及其分形特征

页岩储层特性是影响页岩气富集和开采的关键因素之一。四川盆地北部发育的上二叠统大隆组是重要的海相优质烃源岩,而针对川东北地区大隆组页岩储层的研究还有待深入。以川东北地区大隆组深层页岩为研究对象,利用高分辨率场发射扫描电镜、二氧化碳吸附、氮吸附及高压压汞等技术,开展大隆组深层页岩储层不同孔径孔隙结构的定性—定量研究,并运用基于二氧化碳吸附的V-S模型、氮吸附的FHH模型和高压压汞的分形几何模型对不同孔径的孔隙进行分形拟合,表征页岩孔隙结构的复杂程度和非均质性特征。结果表明,川东北地区大隆组深层页岩储层发育丰富的纳米级有机孔和少量的无机孔,有机孔发育特征随有机质显微组分不同和分布形式差异而显示强的非均质性。大隆组深层页岩孔隙结构与龙马溪组深层页岩相似,以介孔和微孔为主,占总孔体积的90%以上;页岩孔隙结构主要受有机质丰度的影响。分形特征研究结果显示,深层页岩宏孔非均质性强于介孔和微孔。其原因可能为深层页岩微孔孔径较小,分布集中,成因单一,受成岩作用影响较小,孔隙结构较为简单,具有较小分形维数;而宏孔孔径较大,分布范围较广,成因多样,易受成岩作用影响,表现出强非均质性。深层页岩微孔—介孔因其丰...     

川南ZX向斜五峰组——龙马溪组页岩孔隙特征及差异性

文中选取四川盆地南缘ZX向斜五峰组—龙马溪组下段页岩样品进行研究,系统分析了其纳米孔隙结构特征和产生差异性的主要影响因素,根据Frenkel-Halsey-Hill模型计算了页岩孔隙的分形维数。结果表明：页岩孔隙的比表面积主要受控于微孔和介孔,孔体积主要受控于介孔和宏孔,随着埋深增加,比表面积明显增大;总有机碳质量分数（TOC）与比表面积和孔体积呈正相关性,镜质组反射率（Ro）对纳米孔隙发育有积极影响,钙质硅质混合页岩的分形维数较大。总体上,TOC和Ro是影响页岩纳米孔隙发育的主要因素,钙质硅质混合页岩具有更复杂的孔隙结构,是有利于开发的优质储层。     

页岩气储层微观孔隙结构特征及发育控制因素——以川南—黔北XX地区龙马溪组为例

利用扫描电镜以及比表面积分析仪产生的试验数据、吸附脱附曲线对页岩气储层储集空间类型、微观孔隙结构的系统研究表明,川南—黔北XX地区龙马溪组页岩气储层储集空间多样,包括残余原生粒间孔、晶间孔、矿物铸模孔、次生溶蚀孔、黏土矿物间微孔、有机质孔以及构造裂缝、成岩收缩微裂缝、层间页理缝、超压破裂缝等基质孔隙和裂缝类型。发现研究区龙马溪组泥页岩比表面积和孔体积都较大且具有良好的正相关性,并认为微孔隙越发育,泥页岩的比表面积和孔体积越大,越有利于泥页岩对页岩气的吸附储集。建立了泥页岩的孔隙模型,并利用吸附脱附曲线分析了研究区龙马溪组泥页岩的微观孔隙结构特征,指出研究区龙马溪组泥页岩以极为发育的微孔为主,其中为泥页岩提供最大量孔体积和表面积的孔隙主要为Ⅲ类细颈瓶状(墨水瓶状)孔和Ⅰ类开放透气性孔。认为有机碳含量、伊/蒙间层矿物含量以及热演化程度是控制研究区龙马溪组页岩气储层微观孔隙结构的主要因素。     

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。     

页岩储层孔隙结构与分形特征演化规律

为了研究页岩储层演化对其分形维数的影响,以鄂尔多斯盆地延长组低成熟度陆相页岩、松辽盆地沙河子组高成熟度陆相页岩、川南地区龙马溪组高—过成熟度海相页岩为例,利用X射线衍射分析、地球化学分析、氮气吸附实验等手段,结合FHH与热力学模型,研究不同分形维数的演化特征,利用灰色关联系数法分析不同演化阶段分形维数的控制因素。结果表明：低成熟度陆相页岩分形维数较低,高成熟度海相、陆相页岩具有较高的分形维数。高—过成熟度海相页岩中,较高的孔表面积与孔体积会造成孔隙复杂程度明显增高,但这种关系在低成熟度陆相页岩并不明显,可能是滞留烃造成微孔阻塞或覆盖孔隙表面,使分形维数下降。随着演化程度的增加,页岩储层分形维数的主要影响因素逐渐从矿物组成变成总有机碳含量。     

川南—黔北地区下古生界页岩孔隙发育特征

采用场发射扫描电镜成像方法对川南—黔北地区下古生界筇竹寺组、五峰组—龙马溪组富有机质页岩的微观孔隙类型、孔隙大小、孔隙形态与分布特征及微裂缝发育特征进行了研究。结果表明:按形成方式的不同,可将孔隙划分为粒间孔、有机质孔、溶蚀孔和微裂缝4种主要类型;有机质孔发育广泛,对孔隙总体积贡献较大,有利于储层中吸附气的赋存;溶蚀孔零星分布,但孔径可达微米级,对孔隙总体积贡献较大;粒间孔发育相对较少,对孔隙总体积贡献相对较小;页岩中发育的微裂缝,可有效连通其他类型的孔隙,有利于页岩气的储存和渗流。对研究区样品矿物成分的分析表明,其矿物成分以石英、长石、碳酸盐矿物和黏土矿物为主,脆性矿物含量相对较高,平均体积分数为54.9%,有利于对页岩储层的压裂改造。