核磁共振技术在页岩孔隙表征中的应用

以川东-武陵山地区牛蹄塘组页岩为研究对象,运用核磁共振方法(NMR)表征页岩孔隙结构及其非均质性。T_2弛豫时间谱的双峰结构反映了页岩中孔径大小不同2种孔隙。提出运用核磁共振分形维数来表征页岩孔隙非均质性。min(D_(NMR))反映页岩微孔比表面积分形特征,max(D_(NMR))反映页岩中孔、大孔孔体积分形特征。     

有机质页岩孔隙分形模型的适用性研究

为了深入研究分形理论模型计算不同尺度孔隙分形维数的适用性,以焦页1井龙马溪组页岩与慈页1井牛蹄塘组页岩的钻井岩心样品为研究对象,采用CO_2和N_2等温吸附试验,获得了2组页岩微孔与介孔的吸附数据,并分别结合微孔分形模型和FHH分形模型计算了微孔与介孔的分形维数,讨论了2种模型的有效性。研究结果表明:微孔分形模型适用于计算CO_2吸附数据,可有效表征页岩微孔的分形维数;而选FHH分形模型适用于计算N_2吸附的高压段数据,可有效表征页岩介孔的分形维数。微孔与介孔可具有不同的分形结构,页岩孔隙结构的评价应综合考虑两类孔隙的分形维数。     

四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数及其甲烷吸附效应

四川盆地陆相页岩的孔隙结构、分形维数和甲烷吸附能力认识不清,制约了陆相页岩气选区和评价。针对川西新场须五段陆相页岩,开展了超低压氮气吸附、高压甲烷吸附测试,基于低压氮气吸附Frenkel-Halsey-Hill（FHH）模型计算得到分形维数D₁和D₂（相对压力在0～0.5和0.5～1.0条件下）,分析了须五段陆相页岩的分形维数与基质组分（TOC和矿物组分）、孔隙结构（平均孔径,比表面积,总孔体积）的相关关系,揭示了页岩分形维数对甲烷吸附能力的控制。结果表明,须五段陆相页岩分形维数D₁为2.495 0~2.574 4,分形维数D₂为2.657 8~2.841 2,D₁代表页岩孔隙表面分形维数,而D₂表示孔隙体积的分形特征。须五段页岩的基质组分对分形维数D₁和D₂产生不同的影响。分形维数D₁和D₂与甲烷吸附量呈正相关。研究表明分形维数可以作为评价页岩气储层的关键参数。     

宁武盆地太原组海陆过渡相页岩微观孔隙特征

以宁武盆地太原组海陆过渡相页岩为研究对象,借助扫描电镜观察了页岩微观孔隙特征,采用核磁共振(NMR)技术和低温氮吸附实验相结合的方法深入研究了孔隙结构。结果表明:宁武盆地太原组海陆过渡相页岩主要发育有机质孔、矿物晶间孔、铸模孔和微裂隙四类孔隙;页岩样品T2谱特征相似,形态上表现为双峰,峰值分别介于0.8~1ms,20~50ms之间,根据左峰高低可划分为高峰T2谱和低峰T2谱两类,高峰T2谱样品成熟度偏低,有机碳含量较高,低峰T2谱样品成熟度高,有机碳含量低,表明有机碳含量和成熟度可能会影响孔隙的发育;低温氮吸附实验结果显示样品具有Ⅳ型等温吸附线,滞后环类型以H3型为主,部分兼有H2特征,反映孔隙主要为平行板状孔。FHH方程计算的页岩孔隙分形维数D值在2.66~2.71之间,数值接近3,表明页岩孔隙结构较为复杂,其非均质性较强,而微小孔发育是造成页岩孔隙结构非均质性的主要原因。     

黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形特征

在黔西北地区海陆过渡相龙潭组页岩低温氮气吸附实验基础上,利用FHH模型研究了其孔隙分形维数,得到其分形维数D_1和D_2,整体数值较大,平均值分别为2.718 6和2.782 4,反映龙潭组泥页岩孔隙非均质较强,结构较为复杂。将分形维数与页岩其他地质参数进行相关性分析,结果表明:分形维数与泥页岩的比表面积、TOC呈正相关关系,与平均孔径、石英含量、石英/黏土呈负相关关系,与镜质体反射率、黏土矿物含量呈"先正后负"的相关关系,拐点分别出现在Ro为2.5%以及黏土矿物含量为50%处。综合研究认为:D_1能够较为综合反映泥页岩孔隙的大小、体积、比表面等特征,可以综合表征泥页岩孔隙的结构特征,数值越大越有利于页岩气富集,而D_2对于孔隙结构复杂程度的表征更为明显,可以专用于研究泥页岩孔隙结构的复杂程度,数值需在一定范围内,不宜过大,并认为黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形维数D_1的有利分布范围为大于2.60,而D_2的有利分布范围为2.50~2.80,当D_22.80时需要系统进行可采性评价及压裂开采设计。     

页岩孔渗特性的分维特征及储层预测意义

以重庆南川地区龙马溪组页岩为研究对象,基于分维分析理论,运用压汞实验等测试手段,分析了页岩孔渗特性的分维特征,结果表明:分形维数、孔隙度、渗透率、毛管压力中值、孔喉半径中值和退汞效率具有较好的相关性,分形维数与各参数描述孔隙结构的性质相一致;以分形维数表征储层孔隙结构特征,以孔隙度、渗透率表征储层物性特征,建立基于分形维数-孔隙度-渗透率的三维储层预测方案,依据三维预测指标对储层产气性能贡献度的高低,可将龙马溪组页岩储层分为3类,并以此为依据预测了南川地区龙马溪组页岩气储层的分布规律。     

黔西地区龙潭组煤系泥页岩孔隙结构及分形特征研究

为了研究煤系泥页岩微观孔隙结构特征,以黔西地区龙潭组煤系泥页岩为研究对象,基于扫描电镜及低温氮气吸附实验测试手段,定性和定量表征页岩孔隙特征,同时运用分形理论分析了其分形特征,并探讨了孔隙结构影响因素。结果表明:黔西地区龙潭组煤系泥页岩扫描电镜下观察到粒间孔、粒内孔、微裂缝及有机质孔4类,微裂缝大量发育,为烃类气体运移提供通道,仅见少量有机质孔隙;泥页岩氮气吸附等温线与Ⅳ型等温线相近,曲线均呈反"S"型,反映出主要为中孔,在高比压区(0.45

0<1.0)形成滞后回线,表现为H2型的细颈广体的墨水瓶孔和H4型的狭缝型孔;孔径平均值为8.36 nm,以中孔为主,比表面积较大,平均为12.03 m²/g,总孔体积较大,平均为0.017 379 m³/g;采用FHH模型对低比压区(0

0<0.45)和高比压区(0.45

0<1.0)2个阶段进行计算分形维数(D₁、D₂),分形维数较大,D...     

黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响

为了定量描述煤储层孔隙结构的复杂程度,基于压汞试验测试结果,运用分形理论,对黔西地区不同煤阶的32个煤样进行了分形特征研究,并探讨了分形几何参数与煤储层孔渗性的关系。结果表明:煤储层孔隙分形维数可分为渗流分形维数和扩散分形维数,利用不同分形段的孔隙体积比作为权值,通过加权求和方法可得到综合分形维数;渗流分形维数随变质程度增加而减小,扩散分形维数和综合分形维数均随变质程度增加而增大;分形界限、扩散孔隙体积分数及总孔体积都与综合分形维数、扩散分形维数具有较好的相关性,而且3个指标参数与综合分形维数的相关系数均高于与扩散分形维数的相关系数;综合分形维数、分形界限及扩散孔隙体积分数与煤储层孔隙度之间为负幂指数相关关系,总孔体积与煤储层孔隙度为线性正相关关系,与渗流分形维数和扩散分形维数相比,综合分形维数更有利于表征煤储层渗透性。     

黔西北龙潭组页岩储层特征研究

以黔西北龙潭组页岩为研究对象,基于岩心有机地球化学、矿物组成、扫描电镜、比表面及孔径和低温N_2脱附-吸附试验测试,研究了黔西北地区龙潭组页岩储层特征。结果表明:黔西北龙潭组页岩有机质丰度高,有机质类型为Ⅲ型干酪根,处于过成熟阶段,具有良好的生烃条件。页岩矿物组分以黏土矿物和石英为主,黏土矿物中以伊利石和伊/蒙混层含量最高;储层孔隙度低,孔隙类型多样,孔隙大小以中孔为主,脆性指数为57.6%,表明龙潭组泥页岩具有良好的脆性特征;通过N_2吸附-脱附曲线发现,龙潭组页岩样品的分形维数D1=2.68～2.77(相对压力≤0. 5),D2=2.70～2.89(相对压力0. 5),D1、D2数值均偏大,反映龙潭组页岩孔隙非均质较强,结构复杂。分形维数D1和D2与比表面积成较好的正相关关系,与页岩平均孔径成较好的负相关关系。     

构造煤孔隙结构多尺度分形表征及影响因素研究

构造煤的孔隙结构具有非均质性、自相似性及标度不变性等分形特征,难以用传统的欧式几何方法对其孔隙特征进行定量描述。为了研究构造煤不同尺度孔隙结构的分形特征及表征方法,采用低温CO₂吸附法、低温N₂吸附法和压汞法等分别测试了4种试验煤样(原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤)的微孔、介孔及大孔孔隙结构,分析了构造煤中不同尺度孔隙的分形特征,探讨了构造煤孔隙结构多尺度分形特征综合表征方法,运用灰色关联方法研究了构造煤孔隙分形维数的影响因素。研究结果表明:基于CO₂吸附数据的微孔填充模型、基于N₂吸附数据的FHH模型和基于压汞数据的热力学模型分别能够对构造煤微孔、介孔和大孔孔隙的分形特征进行有效表征,不同尺度孔隙的分形维数随构造煤类型变化的规律不同,其中微孔分形维数及介孔中2～6 nm孔径段的分形维数随构造煤的破坏程度增大而增高,其余尺度孔隙的分形维数变化则没有明显规律。以阶段孔容比例为权重,对构造煤不同尺度的孔隙分形维数进行加权计算,即得构造煤多尺度综合分形维数,其能够反映不同尺度孔隙的分形特征,表现为多尺...     

准噶尔盆地玛湖凹陷风城组页岩岩相发育特征

针对准噶尔盆地玛湖凹陷风城组陆相页岩成分复杂、沉积构造多变的特点,结合宏观岩心描述、微观镜下观测、XRD矿物衍射与高压压汞实验,提出基于“矿物组成+沉积构造”的陆相页岩岩相划分方案。结果表明,风城组主要发育纹层状长英质页岩、块状含云长英质页岩、纹层状含长英云质页岩以及纹层状含黏土长英质页岩4种典型岩相类型。不同岩相的沉积构造特征差异显著,长英质页岩多发育长英质条带、团块,含云长英质页岩、含长英云质页岩常见不规则云化。风城组页岩主要发育粒间孔、粒内溶孔,有机质孔发育较少,孔体积主要由10~100 nm孔径贡献。纹层状长英质页岩孔体积、孔隙连通性和储集物性最好,是风城组页岩油储集最有利的岩相。     

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。     

湘西北龙马溪组页岩储层特征与吸附影响因素分析

通过对湘西北某页岩气区块龙马溪组黑色页岩进行相应的有机地球化学、物性特征及等温吸附实验分析,发现页岩中微孔和中孔发育,孔隙类型以矿物质孔、溶蚀孔以及粒内晶间孔为主,且裂缝较发育,提供了页岩气储集与渗流的有效空间和主要通道。研究区龙马溪组页岩最大吸附气量范围为1.52～3.78 m³/t,并表现出甲烷吸附气含量与有机碳含量及成熟度具有正相关性;且较高含量的黏土矿物更有利于页岩气的吸附,但从成藏与后期开采条件看,一般不宜超过50%。     

深部煤体注水过程中渗流通道演化特征

在煤炭开采中,煤层注水可有效防突降尘和防治冲击地压。为了研究深部煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道的演化过程,以平煤十二矿己15-31030工作面的深部煤体为研究对象,通过低场核磁共振成像设备在线测试了3个原煤试样在不同注水压力下的T2谱和含水量分布情况。通过对不同注水压力下的T2谱进行分析,获得了煤样注水过程中的孔径分布和孔隙结构的演化过程。通过核磁共振成像技术,初步实现了煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道演化的可视化,可更直观地观测煤样注水过程中的动态演化过程,更深入地理解不同煤样T2谱演化过程异同的内在原因。进一步提出了一种根据T2谱进行不同孔径的孔的渗透率贡献度计算方法,定量分析了煤样注水过程中不同孔径的孔对水渗过程的贡献度。并对T2谱进行了孔裂隙的分形维数计算,定量分析煤样孔裂隙的渗流空间含量和异质性。研究发现:平煤十二矿深部煤样注水过程中T2谱表现出三峰特点,中孔、大孔和微裂隙的含量与连通性都大于微孔和小孔,注水过程中渗流通道主要由连通性较好的中孔、大孔和微裂隙构建。煤样注水过程中大孔和微裂隙贡献了99%以上的渗透率;微孔、小孔和连通性较差的孔主要参与储水而不参与运水。注水过程...     

储层岩石孔隙结构的分形研究

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征，孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的复杂程度和非均质性。应用分形几何的原理，对低渗透储层岩石的孔隙结构进行了研究。建立了毛管压力和孔隙大小概率密度分布的分形几何模型。并根据毛管压力曲线资料计算了孔隙结构的分形维数和孔径大小概率密度分布。计算结果表明，用该方法研究孔隙结构不仅简单易行，而且精度很高。     

大牛地气田大47—大70井区太二段致密砂岩储层特征及主控因素研究

为分析太二段致密砂岩储层特征及主控因素,以岩心观察和分析化验资料为基础,对太二段砂岩的岩石学特征、物性特征、孔隙类型、孔隙结构、成岩作用等进行分析。结果表明:该区太二段储层岩石类型主要为石英砂岩及岩屑质石英砂岩,颗粒分选性较好,但磨圆度较差;储层物性表现为特低孔—超低孔、特低渗—超低渗的特征,孔、渗相关性较好;孔隙类型以粒间溶蚀孔隙为主,次生粒内溶孔为辅,发育Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类孔隙结构类型;沉积作用是该区储层物性的主控因素之一,其中障壁砂坝物性最好,其次为砂坪和潮汐三角洲砂体;太二段经历了4种成岩作用类型,溶解作用使储层物性变好,压实作用、胶结作用和交代作用为破坏性成岩作用,使储层物性变差。     

黔北龙潭组菱铁质泥岩解吸气来源及元素背景

贵州省含煤区龙潭组泥岩广泛发育,是煤系非常规天然气开发层位的重要组成部分。部分泥岩因含较多菱铁矿物致含气来源具有特殊性。基于贵州省北部LC-1井上二叠统煤系地层钻孔样品气测录井和实验测试结果,研究了龙潭组菱铁质泥岩的含气性及其元素地球化学背景。开展了现场解吸、气测录井、孔隙结构电镜观测、结构物性测试分析(汞注入法、液氮与CO2注入法)、矿物成分测试、岩石热解和有机碳测定、显微组分与同位素测定等系列实验。结果表明:有机质类型主要为Ⅲ型并处于过成熟阶段,TOC含量变化较大,在0. 90%～2. 71%,碳同位素指示了陆相有机质来源。岩芯样品解吸气组分以CH4为主,解吸气含量介于0. 08～7. 79 m3/t,平均1. 60 m3/t;样品黏土矿物和石英含量分别为35. 0%和15. 7%;多数样品含有较多的菱铁矿(38. 1%)和白云石(9. 5%)。研究发现:样品解吸气量与气体注入法测试BET比表面积和BJH总孔体积、石英和黏土矿物含量均呈显著负相关关系,揭示了有机质是解吸气的主要物质来源,但存储空间并非由矿物质内部的介孔和微孔提供。菱铁矿含量与比表面积、孔体积负相关,暗示菱铁矿自身发育的晶间孔也不足以提供解吸气赋存的容储空间。菱铁矿以似层状、葡萄状、透镜状或结核状分布在有机质周围且层理连续性保持完好,形成对有机质的包围从而形成泥岩内部"微圈闭"环境,形成对有机质内烃类气体的封堵,可能是解吸气与菱铁矿含量正相关的主要原因。有机质生烃后就地吸附存储并被"微圈闭"局限,随有机质和"微圈闭"增多,封闭气体量增大,具有进一步形成超压的可能性。菱铁质泥岩与临近煤层缺乏气体运移和交换,可以具有独立的"微含气系统"。元素地球化学指标反应的氧化还原条件与区域海平面升降一致。随海平面由底至顶先降后升,解吸气量、菱铁矿含量和有机碳含量随之规律性变化,揭示沉积期菱铁矿与有机质形成于Eh值、pH值相对稳定、水循环受限的潮坪—泻湖环境。砂粒间隙水代入高价铁离子溶液与有机质还原生成的还原性气体反应,生成烃类气体并被"微圈闭"封闭而原地吸附聚集,进而对菱铁质泥岩解吸气起控制作用。