蜀南地区富有机质页岩孔隙结构及超临界甲烷吸附能力

以蜀南地区龙马溪组下部富有机质页岩为研究对象,通过场发射扫描电镜（FE-SEM）、低压氩气吸附实验和重力法高压甲烷吸附实验,研究页岩孔隙结构特征及超临界状态下页岩储层的甲烷吸附能力,并讨论了页岩孔隙结构对甲烷吸附能力的影响。研究表明,蜀南地区龙马溪组富有机质页岩主要发育有机质孔隙,页岩孔隙结构非均质性强,比表面积为16.846~63.738 m²/g,孔体积为0.050~0.092 cm³/g,微孔和介孔贡献页岩90%以上的比表面积,介孔和宏孔贡献页岩90%以上的孔体积。甲烷在地层条件下处于超临界状态,过剩吸附曲线在约12 MPa时出现极大值,随后开始下降。使用修正过的四元Langmuir-Freundlich （L-F）方程拟合高温甲烷过剩吸附曲线,拟合效果较好,相关系数大于0.997。页岩饱和吸附量为0.067 0~0.220 2 mmol/g,不同页岩样品吸附能力差异明显。海相富有机质页岩中,随着有机质含量的增大,有机质孔隙数量增多,且页岩中微孔比例增大,微孔的吸附能力远大于介孔和宏孔,故页岩吸附能力增强。有机质含量是影响蜀南地区海相富有机质页岩孔隙结构和甲烷吸附能力的主要因素。     

高演化富有机质页岩储层特征及孔隙形成演化——以黔南地区下寒武统九门冲组为例

为厘清高演化富有机质页岩孔隙特征及形成机理,以上扬子黔南地区下寒武统九门冲组页岩为例,采用岩石薄片、全岩X射线衍射、低温氮气吸附、高压压汞-吸附联合测定、氦气孔隙度测试、氩离子抛光-扫描电镜、热演化史及孔隙演化史恢复等多种技术方法,开展了高演化富有机质页岩孔隙结构、类型及储集性能研究,并基于成岩压实和热演化过程建立了富有机质页岩微观孔隙形成演化模式。研究结果表明:(1)下寒武统高演化富有机质页岩总比表面积平均值为12.66 m2/g,总孔容平均值为11.54×10-3cm3/g,两者具有较好的正相关关系,与下志留统页岩相比,总比表面积与总孔容均略低。孔隙以微孔和介孔为主,宏孔基本不发育。(2)富有机质页岩孔隙类型以有机质孔为主,孔径极小,一般以小于30nm为主,孔边界形态不规则,无机质矿物质孔基本不发育。(3)与志留系页岩相比,其储集性能相对较差,平均孔隙度仅为2.80%,水平渗透率为垂直渗透率的1~3倍,平均值约2倍,反映其水平页理欠发育。(4)高演化富有机质页岩孔隙形成演化主要受成岩压实作用控制的无机质矿物粒间孔隙演化过程、热演化作用控制的生烃—成油—油气转化序列中有机质孔隙的形成过程及后期孔隙保存状态下天然气散失与补给平衡过程共同控制。     

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。     

鄂西黄陵背斜南翼下寒武统水井沱组页岩孔隙结构与吸附能力

以鄂西黄陵背斜南翼秭地2井下寒武统水井沱组海相富有机质页岩为研究对象,在水井沱组一段和二段选取代表性页岩样品,利用CO₂和N₂物理吸附、高压压汞、氩离子抛光-场发射扫描电镜(FE-SEM)等多尺度孔隙结构测试技术和观察手段以及有机质孔统计分析方法,结合甲烷等温吸附实验以及其他测试手段,描述了页岩地球化学、矿物组成和岩相特征,研究了页岩孔隙类型、孔隙形态、孔径分布和比表面积等孔隙结构参数,分析了页岩甲烷吸附能力,讨论了页岩孔隙发育和孔隙结构的影响因素。研究表明:秭地2井水井沱组一段和二段富有机质黑色页岩成熟度Ro约为2.5%,页岩岩相主要有硅质页岩、混合质页岩和黏土质页岩;页岩有机质孔隙形状多样、边界不规则,孔径偏小,大多孔径<50nm;无机质孔/缝丰富,成因类型多,孔隙形状多变;页岩微孔(孔径为0.3～2.0nm)中的有机质微孔十分发育,孔径在2～5nm介孔中的有机质介孔占有较大比例;孔径>5nm的介孔+宏孔中的无机质孔隙占优势;页岩比表面积大、对甲烷的吸附能力强;硅质页岩的孔隙结构和吸附能力相对较好;页岩有机碳含量、碳酸盐矿物和...     

鄂西黄陵背斜南翼下寒武统水井沱组页岩孔隙结构与吸附能力

以鄂西黄陵背斜南翼秭地2井下寒武统水井沱组海相富有机质页岩为研究对象，在水井沱组一段和二段选取代表性页岩样品，利用CO₂和N₂物理吸附、高压压汞、氩离子抛光-场发射扫描电镜（FE-SEM）等多尺度孔隙结构测试技术和观察手段以及有机质孔统计分析方法，结合甲烷等温吸附实验以及其他测试手段，描述了页岩地球化学、矿物组成和岩相特征，研究了页岩孔隙类型、孔隙形态、孔径分布和比表面积等孔隙结构参数，分析了页岩甲烷吸附能力，讨论了页岩孔隙发育和孔隙结构的影响因素。研究表明：秭地2井水井沱组一段和二段富有机质黑色页岩成熟度R_o约为2.5%，页岩岩相主要有硅质页岩、混合质页岩和黏土质页岩；页岩有机质孔隙形状多样、边界不规则，孔径偏小，大多孔径<50 nm；无机质孔/缝丰富，成因类型多，孔隙形状多变；页岩微孔（孔径为0.3~2.0 nm）中的有机质微孔十分发育，孔径在2~5 nm介孔中的有机质介孔占有较大比例；孔径>5 nm的介孔+宏孔中的无机质孔隙占优势；页岩比表面积大、对甲烷的吸附能力强；硅质页岩的孔隙结构和吸附能力相对较好；页岩有机碳含量、碳酸盐矿物和黏土矿物含量以及页岩岩相等因素对页岩孔隙发育和孔隙结构有重要影响。     

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。      

滇黔北地区龙马溪组富有机质页岩储层纳米级孔隙结构特征

针对页岩储层复杂的孔隙结构,运用低温氮气吸附实验,优选非定域密度泛函(NLDFT)计算方法,对吸附数据进行处理,实现对富有机质页岩样品纳米级孔隙微孔和介孔的连续测量。实验结果表明:滇黔北地区龙马溪组下部富有机质页岩既发育微孔,也发育介孔,页岩纳米级孔隙呈狭缝型和墨水瓶状,平均比表面积为14.24 m~2/g,平均孔体积为12.99 mm~3/g,微孔提供了绝大多数的比表面积;有机碳含量是影响滇黔北地区龙马溪组富有机质页岩纳米级孔隙发育的主控因素,黏土矿物含量的增大降低了页岩的比表面积。     

煤、油页岩和页岩微观孔隙差异及其储集机理

运用氮气吸附、压汞、扫描电镜和甲烷吸附实验研究煤、油页岩和页岩的孔隙结构特征、分析了煤、油页岩和页岩的储集机理。结果表明：①煤、油页岩和页岩的孔隙大小及分布特征有显著的差异,与成熟度、黏土矿物孔隙和有机质流体产生的矿物溶蚀孔等有关;②低成熟干酪根微观孔隙不发育,含有少量微孔和相对多的中孔;高过成熟干酪根发育有大量的微孔及少量中孔,其比表面积和孔体积远高于低成熟干酪根,是页岩比表面积和孔体积的重要贡献者;③煤、油页岩和页岩甲烷吸附容量与其比表面积大小不匹配,具有较低比表面积的煤其甲烷吸附容量最高,煤的这种超量赋存可能是以“填充”甚至是以“固溶态”方式存在;油页岩的甲烷吸附容量中可能包含一定量的沥青溶解气;高过成熟页岩甲烷吸附容量明显高于低成熟页岩甲烷吸附容量。     

页岩孔隙结构对甲烷吸附能力的影响

以中扬子西部下古生界海相页岩和中生界陆相页岩为对象,通过场发射扫描电镜、氮气吸附和高压甲烷等温吸附等实验测试,探讨页岩孔隙结构特征对甲烷吸附能力的影响。高演化程度的古生界海相富有机质页岩储集层中发育大量有机质孔隙(孔径多小于50 nm),页岩比表面和甲烷吸附量随有机碳含量的增加而增大,说明有机质孔隙是控制高丰度页岩甲烷吸附能力的最主要因素。由于有机碳含量低和热演化程度低,低丰度海相页岩和陆相页岩中有机质孔隙发育程度有限,页岩储集空间主要由30 nm~4.5μm孔径的无机孔隙构成,黏土矿物孔隙为甲烷吸附提供了更多的比表面,成为影响其甲烷吸附能力的重要因素。随着成熟度增加,页岩储集层的主要孔隙网络系统由无机孔隙向有机质孔隙转变,有利于提高页岩吸附能力。图7表2参33     

长焰煤中镜煤与暗煤吸附/解吸特征对比

为确定低阶煤不同宏观煤岩组分的煤层气吸附/解吸的能力,选取彬长矿区大佛寺4号煤镜煤和暗煤2种宏观煤岩组分进行吸附/解吸实验,对比二者吸附/解吸特征差异,从吸附热力学角度解释吸附/解吸差异及解吸过程。研究表明:大佛寺镜煤与暗煤组分都以微孔—小孔为主,暗煤的孔隙连通性较好,以开放型孔为主,镜煤则主要以半封闭型的细颈瓶状或墨水瓶状的孔为主;不同煤岩组分吸附/解吸能力的影响因素(从强到弱)依次为:压力、温度、水分、粒度和孔隙特征;降压解吸过程中,水分和粒度在不同宏观煤岩组分中的影响作用不同,暗煤解吸滞后率大于镜煤,压差传递效果对煤的吸附影响不及水分子在煤体内部与甲烷竞争吸附产生的影响,甲烷解吸是降压效果(压差—能量传递作用)和水蒸气置换甲烷(置换效应)共同作用的结果。