页岩自封闭性与页岩气保存的微观机理研究

为加快页岩气的勘探开发，围绕页岩自封闭性阐述了页岩气保存的微观机理。页岩层系的自封闭能力主要与其纳米喉道为主的低连通性、束缚水赋存引起的低速扩散和毛细管力封闭、埋藏条件下沿层方向的突破压力有关。基于页岩孔隙形态以及连通性分析表明，页岩有机孔以纳米喉道为主，连通性差且具有明显的滞留效应，同时顶、底板及页岩层系内部多套相对致密的封隔层叠置，有利于形成纵向自封闭。结合束缚水对基质孔隙流动能力及突破压力的实验和分子动力学模拟分析，揭示束缚水赋存使得页岩基质孔隙有效扩散能力显著下降，并可形成高的毛细管力，从而对储集于有机孔隙中的气体形成有效封闭。研究中构建了渗透率—突破压力演化关系，揭示深埋条件下页岩沿层方向层理缝有效闭合可形成高的突破压力封闭，抬升阶段相对弱的挤压环境沿层方向仍可以保持较高的封闭能力，有利于页岩气保存；而强挤压改造导致层理缝开启并沟通开启性断裂面，导致保存能力失效并使得页岩气发生较大规模的散失。该研究利用实验和分子动力学模拟等手段获取的认识，进一步阐述了页岩气保存的微观机理，可为复杂构造区海相页岩气勘探提供指导。