陆相页岩热演化过程中孔隙分形特征

分形维数可定量表征储层孔隙结构的复杂性,为页岩储层评价提供思路。以热模拟获得的不同热演化阶段的鄂尔多斯盆地长7段页岩为研究对象,应用场发射扫描电镜观察了各演化阶段孔隙变化特征,并通过低温液氮吸附实验,研究各个演化阶段页岩孔隙分形特征,运用FHH模型计算页岩孔隙分形维数,探讨了分形维数与有机碳、矿物成分、孔隙结构参数的关系。研究结果表明:低成熟阶段页岩中纳米级有机质孔发育有限,随着成熟度的增加,在有机质内部开始逐渐发育孔隙,同时黏土矿物颗粒间的有机质也开始分解,出现纳米级层间孔,主要发育墨水瓶状孔和少部分的平行板状孔;孔径峰值主要在2~4 nm和40~50 nm,随着成熟度增加,上述2个孔径段的孔隙相对数量增加,分形维数依次增大,分形维数为2.592~2.717,孔隙非均质性增强。分形维数随着有机碳含量的减少而增加,而与石英、黏土矿物含量相关性不明显;随着成熟度增加,微孔和中孔比例增加,平均孔径减小,孔隙表面越复杂,比表面积和分形维数增加;分形维数与总孔隙体积、微孔体积、中孔体积具有很好的正相关性,而与大孔体积相关性较差。      

陆相页岩微观孔隙结构及分形特征——以徐家围子断陷沙河子组为例

为揭示陆相页岩微观孔隙结构特征,应用低温氮气吸附-解吸实验,结合扫描电镜分析、有机碳测定及X射线衍射等手段,分析页岩有机质和矿物组成,厘清孔隙结构和分形特征,并探究其影响因素。结果表明:沙河子组陆相页岩矿物组成以黏土矿物、石英和长石为主。储集空间类型主要为黏土矿物粒内孔、长石溶蚀孔和颗粒边缘孔,有机孔隙不发育。氮吸附曲线主要呈现为Ⅳ类吸附曲线,发育H2和H3两类迟滞回线,其中H3型比表面积较低,平均孔径较大,宏孔含量较高。页岩孔体积主要由介孔和宏孔贡献,比表面积主要由介孔贡献。孔径分布呈现双峰态,左峰约为2.7 nm,右峰分布在20~70 nm。页岩发育两段分形特征,分形维数显示H3型页岩孔隙结构非均质性及复杂性较弱。孔隙结构主要受矿物组成控制,与TOC无明显相关性,微孔含量与比表面积越高,宏孔含量与平均孔径越高,页岩孔隙结构越复杂,越不利于页岩气的运移及产出。陆相页岩因沉积环境控制下赋存的腐殖型有机质,从本质上影响了其孔隙空间、孔隙结构及页岩气富集特征,与海相页岩区别显著。      

基于图像分析技术的页岩微观孔隙特征定性及定量表征

在有限的条件下,为了更经济有效地评价页岩微观孔隙特征,同时利用扫描电镜(SEM)、氩离子抛光场发射扫描电镜(FESEM)方法对四川盆地彭水地区龙马溪组页岩孔隙特征进行了定性观察,并借助专业的图像分析软件Iamge J2x提取页岩SEM和FESEM图像蕴含的孔隙定量信息,结合统计学方法分析页岩全孔径分布特征,计算页岩孔隙分形维数,探讨孔隙结构特征以及分析维数与有机碳含量、矿物成分、孔隙吸附能力等的相关性,研究发现:扫描电镜下,彭水地区龙马溪组页岩微米级孔隙发育,主要孔隙类型有粒间孔、黏土矿物层间孔、粒内孔以及微裂缝等;氩离子抛光场发射扫描电镜下,可见大量纳米级孔隙,主要发育有机质孔、无机矿物孔(黄铁矿晶间孔、粒内孔、黏土矿物层间孔、粒间孔等)和微裂缝,两者综合分析更有利于页岩孔隙定性表征;页岩孔隙全孔径分布特征呈4个主峰,主要分布区间为3~9 nm,10~40 nm,100~400 nm,1~4μm;页岩有机质孔隙形状系数分布区间为0.9~1,孔隙呈圆形、近圆形,无机矿物孔形状系数分布在0.5~0.7,多呈三角形、多边形、狭缝形等,孔隙形状较有机质孔复杂,主要受页岩孔隙成因不同所致;彭水地区龙马溪组页岩孔隙符合分形特征,有机质孔隙分形维数较无机矿物孔分形维数小,孔隙结构相对简单;分形维数与有机质含量、矿物成分、孔隙度及吸附气含量都有一定的相关性,随有机质含量的增加,孔隙分形维数增加,孔隙结构复杂化,随分形维数增加,页岩孔隙的最大吸附气含量也随之增加,孔隙吸附能力增强。     

四川盆地长宁构造地区龙马溪组页岩孔隙结构及其分形特征

以四川盆地长宁构造地区古生界下志留统龙马溪组页岩为例,利用低压氮气吸附测试手段和分形法理论,分析了页岩的孔隙结构参数及分形维数,结合有机质含量和矿物组成分析,研究了页岩孔隙结构特征及其分形特征的影响因素。结果表明:龙马溪组页岩孔隙结构复杂,孔隙主要以两端开口的圆筒状孔、墨水瓶状孔等开放性孔为主,孔径主要在1~10nm之间,孔径主峰位于1.86nm附近;页岩平均孔径在1.807~4.343nm之间,与w(TOC)、石英含量呈负相关,与黏土矿物含量呈正相关,其中w(TOC)对其影响显著;页岩总孔容在0.010 76~0.025 04cm3/g之间,比表面积在5.416~25.958m2/g之间,页岩总孔容、比表面积与w(TOC)、石英含量呈正相关,与黏土矿物、碳酸盐含量呈负相关;页岩具有双重分形特征,大孔隙分形维数D1为2.091 8~2.653 7,小孔隙分形维数D2为2.724 8~2.857 5,说明大孔隙结构的复杂程度大于小孔隙;页岩孔隙的分形维数与比表面积和总孔容呈正相关,而与平均孔径呈负相关;与w(TOC)、石英含量呈正相关,与黏土矿物、碳酸盐含量呈负相关,其中w(TOC)、石英和黏土矿物含量对页岩孔隙结构复杂性影响较大。     

渝东南—黔北地区牛蹄塘组页岩微-纳米级孔隙发育特征及主控因素分析

以渝东南-黔北地区牛蹄塘组页岩岩心及野外新鲜露头样品为研究对象,运用低温液氮吸附实验和氩离子抛光扫描电镜观察,划分页岩微纳米级孔隙类型,并对其发育程度和形态结构进行定量表征,结合页岩样品地球化学测试数据,明确页岩微观孔隙发育主控因素,试图建立微纳米级孔隙发育程度与主控因素定性或半定量关系。结果表明：研究区牛蹄塘组页岩微纳米级孔隙分为有机孔、无机孔和微裂缝3大类,包括7个亚类。有机质粒内孔结构特征为球状、细瓶颈状和墨水瓶状,无机孔主要为串珠状、球状和楔状,微裂缝呈四方开口的平行板状、夹板状。有机质粒内孔、矿物粒间孔和微裂缝为主要孔隙类型,且具有较好连通性,可作为页岩气赋存空间和渗流通道。页岩孔隙以中孔为主,其次为宏孔,孔隙直径分布范围主要在1~50 nm。比表面积主要由孔径≤5 nm孔隙所提供,页岩孔隙孔径越小,对比表面积贡献越大,越有利于页岩气吸附聚集,随着孔隙体积的增加,比表面积不断增加。有机碳含量是控制页岩微纳米级孔隙发育和比表面积的最重要内因,特别体现在对微孔和中孔发育的控制上;黏土矿物含量增加能增强页岩吸附能力,但对孔隙体积和比表面积主控作用不明显;脆性矿物含量主要控制宏孔发育,对页岩吸附的贡献可以忽略;热演化程度过低或过高均不利于有机质孔隙的发育,微纳米孔隙体积随着成熟度增加呈现出先增后减的趋势,对于高过成熟页岩,不同干酪根类型的有机质孔隙发育程度和比表面积大小次序为Ⅰ型＞Ⅱ型＞Ⅲ型。     

辽河东部凸起太原组页岩孔隙分形特征

页岩孔隙结构具有良好的分形特征,孔隙结构的分形维数能定量描述孔隙结构的复杂程度。以辽河东部凸起为例,应用高压压汞方法研究了页岩孔隙结构及其不规则性,计算了页岩孔隙分形维数。研究结果表明,辽河东部凸起太原组页岩孔隙分形无标度区为0.09~60μm,孔隙分维数为2.378~3.007,随着分形维数的增大,页岩的非均质性增强,压汞实验得出的页岩孔径分布特征也证明了页岩的孔隙分形维数可以用来定量描述页岩储层岩石孔隙结构的微观非均质性;数学拟合表明分形维数与有机质含量相关性差,反映页岩中无机孔隙为主体孔隙类型;分形维数与石英含量呈较弱的正相关而与黏土矿物含量呈较强的负相关性,表明黏土矿物含量对页岩孔隙结构影响明显。分形维数与页岩的渗透率和孔隙度均具有很好的负相关性,分形维数越大,岩心的渗透率和孔隙度越小,表明分形维数越大,孔隙结构越趋于复杂,不利于气体的渗流和产出。     

山西省域煤系泥页岩孔隙分形特征

为定量化表征山西省域煤系泥页岩储层孔隙结构复杂程度,以山西省域140件海陆交互相煤系泥页岩实测低温液氮吸附数据为基础,利用FHH模型分别计算了孔径小于4 nm孔隙分形维数D_1与孔径大于4 nm孔隙分形维数D_2,结合XRD衍射、吸附甲烷、有机质丰度、类型等实验成果,讨论了孔隙结构、饱和吸附量、黏土矿物含量及有机质丰度与分形维数的关系。结果表明:山西省域煤系泥页岩发育有机质孔与无机孔,页岩有机质孔不及海相页岩发育,无机孔以黏土矿物层间孔与粒间孔为主,孔隙形态结构复杂,存在较多墨水瓶状、狭缝状孔;孔隙分形维数随BET比表面积、黏土矿物含量增高呈现出增大趋势,随有机质丰度、平均孔径及石英含量增高呈现出减小趋势;D_1与微孔及孔径为2～4 nm的介孔比孔容呈正相关关系,D_2与孔径为4～50 nm的介孔比孔容呈正相关关系,而与宏孔比孔容呈负相关关系;饱和吸附量与分形维数呈正相关关系;山西组泥页岩中黏土矿物含量比太原组高,分形维数与矿物含量的相关性比太原组好,太原组泥页岩w(TOC)高,但有机质孔发育不如山西组,D_1与w(TOC)的负相关关系比山西组更明显。     

湘鄂西页岩非均质性研究——以Ld1井龙马溪组为例

页岩非均质性直接决定了页岩的储层可改造性和含气量,是页岩气勘探开发基础研究的内容之一。以湘鄂西Ld1井龙马溪组页岩为研究对象,在矿物岩石、显微薄片、地球化学和低温N2吸附-脱附实验的基础上,分析了研究区龙马溪组页岩的非均质性。研究发现Ld1井龙马溪组页岩主要发育硅质页岩、混合质页岩和黏土质页岩三大类,三大类页岩在有机质的赋存状态、有机质含量、矿物组成、显微结构和构造、脆性以及微观孔隙类型等方面具有较强非均质性,沉积作用、后期成岩作用和陆源输入是影响页岩非均质性的主要因素。硅质页岩具有有机碳含量高、脆性和孔渗条件好等成藏条件,是后期重点勘探开发层段,但通过FHH分形维数定量研究发现,硅质页岩段孔喉细小且非均质性强,孔隙结构复杂且联通性差,需要进行有效的储层改造才能够适应开采。     

黔西北地区石炭系祥摆组页岩微观孔隙结构及分形特征

为研究海相含煤地层页岩的微观孔隙特征,选取黔西北地区石炭系祥摆组页岩作为研究对象,利用扫描电镜(SEM)和液氮吸附实验研究孔隙特征,同时研究其分形特征,并探讨孔隙结构的影响因素。研究结果表明:研究区石炭系祥摆组页岩在扫描电镜下可观察到4类微观孔隙(粒内孔、粒间孔、有机质孔、微裂缝),其中微裂缝、有机质孔发育较丰富,具有较强的生成烃类气体能力和良好的储集性能;液氮吸附等温线在形态上呈反“S”形,表明中孔在微观孔隙中最为发育,滞后回线类型主要为H2型的细颈广体的墨水瓶孔;BJH总孔体积和BET比表面积值均较大,平均值分别为0.0155 cm³/g和13.20 m²/g,平均孔径为6.22 nm,纳米级微观孔隙大量发育,为烃类气体提供丰富的储集空间;页岩样品微观孔隙结构分形维数D较大,主体大于2.723 2,反映出孔隙结构复杂、非均质性较强;BET比表面积与TOC、石英含量呈一定的负相关性,与分形维数呈一定的正相关性;平均孔径值与石英含量正相关性较好,与分形维数负相关性较好,与黏土矿物含量呈一定的负相关性。石炭系祥摆组页岩微观孔隙的BET比表面积较大、平均孔径较小,微观孔隙结构较为复杂。     

黔北寒武系牛蹄塘组页岩孔隙分形表征

页岩的孔隙结构是影响页岩气赋存和流动的关键因素,分形维数可以用来定量描述页岩孔隙结构的复杂程度。以黔北地区牛蹄塘组富有机质页岩为例,在扫描电镜、页岩地球化学和矿物组成分析基础上,利用高压压汞和低温氮气吸/脱附法研究了页岩孔隙结构特征参数,利用FHH模型计算了孔隙分形维数,讨论了孔隙结构的影响因素。研究发现：(1)下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩石英含量为39.0%～68.4%;黏土矿物含量为11.5%～28.2%;有机碳含量为2.77%～5.81%,平均为3.81%;有机质成熟度高。(2)氮气吸脱附数据显示BET比表面积为11.954～21.744 m²/g,平均为14.572 m²/g;总孔体积为0.018 6～0.025 9 cm³/g,平均为0.021 4 cm³/g;平均孔径范围在4.773～7.025 nm,平均为5.967 nm。微孔对总比表面积贡献大,而中孔和宏孔对孔隙体积贡献大。(3)基于低温氮气吸附数据获得的页岩孔隙分形维数D₁和D₂分布相对...     

四川盆地下侏罗统陆相页岩气源储特征及耦合评价

四川盆地陆相页岩气勘探前景良好,目前已在川东北地区下侏罗统获得良好页岩气显示和工业气流。与海相页岩相比,陆相页岩具有相变快、岩相组合类型多(夹层发育)、有机质丰度低和源储配置关系复杂等特点。运用“源储耦合”研究思路,利用宏观-微观结合的储层表征技术对下侏罗统自流井组大安寨段页岩的烃源特征、储集特征及其耦合关系开展了分析与评价。结果表明:(1)岩相组合特征。大安寨段为一套以暗色页岩与介壳灰岩不等厚互层为主的浅湖-半深湖沉积,主要发育4种岩相与3种厚度组合,主要包括高碳黏土质页岩夹薄层(<1 m)介壳灰岩、中碳黏土质/含粉砂质页岩夹薄-中层(<3 m)介壳灰岩、低-中碳粉砂质页岩夹中-厚层介壳灰岩及少量粉细砂岩;其中页岩为源岩和主要储层,介壳灰岩为次要储层和隔夹层,致密砂岩物性较差,主要为隔夹层。(2)烃源与储集特征。川东北地区页岩厚度介于30~40 m,TOC含量普遍介于1.0%~2.0%;有机质类型以Ⅱ₂型和Ⅲ型为主;页岩储集空间包括有机孔、无机孔与宏-微观裂缝,页岩中黏土矿物粒缘孔和晶间孔最为发育,有机孔次之,微裂缝发育程度与连通性较好;介壳灰岩夹层以粒间孔、粒内孔、微裂缝为主要储集空间。(3)揭示了大安寨段页岩层系的源储耦合机理。宏观上,TOC含量和孔隙度均随灰质含量的增加而降低,页岩的源储耦合条件优于夹层,以黏土质页岩为最优;微观上,页岩内部存在有机质与有机孔的源储一体耦合、原始有机质与无机孔和微裂缝之间为纳米至微米级距离的迁移耦合,页岩与夹层间为毫米至厘米级距离的迁移耦合,夹层内部则有赖于相邻页岩中有机质与夹层中无机孔和微裂缝的厘米至米级距离的运移耦合。(4)分别针对页岩层和夹层源储耦合特征建立了相应的源储耦合评价参数,对研究区2口典型钻井开展评价并优选了水平井靶窗。     

桂中坳陷环江凹陷上古生界海相页岩储层孔隙结构和分形特征研究

通过有机地化分析、全岩X衍射矿物分析、甲烷等温吸附及低压氮气吸附实验,本文对桂中坳陷环江凹陷上古生界页岩样品的孔隙结构及分形特征进行了研究.结果表明:研究区页岩总有机碳含量(TOC)平均为2.40%,热成熟度(Ro)平均为2.65%,处于过成熟演化阶段.页岩主要的矿物组成为石英和黏土.页岩的比表面积平均为5.86 m2/g,孔容平均为0.014 9 mL/g,平均孔径为11.2 nm.页岩中发育大量的中孔,主要呈两端开口的圆筒形孔或四边开放的平行板状孔.页岩中TOC含量和石英含量越多,微-中孔越发育、比表面积和孔容越大,而平均孔径则变小.通过Frenkel-Halsey-Hill (FHH)模型和氮气吸附实验数据计算得到孔隙表面分形维数D1(平均为2.428 4)和孔隙结构分形维数D2(平均为2.622 2),对应的相对压力(P/P0)分别是0~ 0.45和0.45 ~ 0.99.分形维数D1、D2随着比表面积、孔容的增加而增加,而平均孔径随着前者的增加而减小.分形维数D1、D2、TOC含量、石英含量和甲烷吸附量之间呈现较好的正相关性,但随着黏土矿物含量的增多而减小.分形维数D1与Langmuir压力存在弱负相关性,分形维数D2随Langmuir压力增大有变大的趋势.桂中坳陷西北部页岩分形维数越大,孔隙结构越复杂,其对天然气的吸附和存储能力越强.     

四川盆地上三叠统须五段页岩微观孔隙结构及其控制因素

为了深入研究四川盆地上三叠统须五段陆相页岩储层微观孔隙结构,运用氩离子抛光扫描电镜(SEM)、低温氮气吸脱附以及相关地球化学分析实验等技术对该地区页岩储层的微观孔隙结构进行了研究,并对控制其纳米孔隙发育的主要因素进行了探讨。结果表明：四川盆地须五段页岩微观孔隙可分为有机孔和无机孔(粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔),微裂缝可分为构造微裂缝、有机质生排烃缝和成岩收缩缝等;孔隙结构类型以两端连通的圆柱孔、平行平面间的缝状孔和呈锥形的管孔为主;微观孔隙孔径分布区间大(1~80 nm),峰值主要集中于2~8 nm之间;以中孔(2~50 nm)为主,所占比例为6021%(或以黏土矿物孔为主,所占比例为4462%);页岩的有机质丰度和黏土矿物含量是控制纳米孔隙发育的主要因素。     

宁武盆地山西组过渡相页岩孔隙特征及影响因素

为了研究宁武盆地山西组过渡相页岩的孔隙特征和影响因素,对宁武盆地山西组过渡相页岩进行了系统采样,并针对性地进行了扫描电镜分析、低温氮吸附实验、TOC含量测试、有机质成熟度（R_max）测试、全岩矿物X衍射分析和孔隙度测试,探讨了页岩孔隙类型、孔隙特征及影响因素。结果表明:研究区页岩孔隙类型主要以粒间孔、晶间孔、有机质气孔、有机质原生孔、溶蚀孔及裂缝为主,大小以2~50 nm的介孔为主,孔隙形态包括开放的尖壁形孔、平行壁孔、锥型管状孔、墨水瓶孔等;页岩平均孔隙度为3.64%,平均孔径为7.78 nm,BET比表面积平均为11.70m2/g,总孔体积平均为0.022 2 cm3/g,具有较强的储集性和吸附性;页岩孔隙具有分形特征,分形维数为2.61~2.77,分形维数与微孔体积分数表现出良好的正相关性;页岩孔隙发育受TOC含量、成熟度（R_max）和矿物组成的影响。      

基于统计学方法的页岩孔容预测

页岩气储集空间与储层矿物特征关系密切,以四川盆地东缘龙马溪组页岩为研究对象,利用矿物组成、微量元素、地球化学等测试结果,结合低温氮气吸附法和高分辨率成像技术,采用多元统计分析方法,建立了页岩孔容预测方程,并分析孔隙分布特征和影响因素。结果表明,龙马溪组中部和底部页岩组分含量差异较大,生物成因的自生石英发育是龙马溪组底部石英含量高的主要原因;页岩纳米级孔隙以2~5 nm为主,对孔容贡献率介于64.2%~70.1%;建立的页岩组分含量与孔容的预测模型高度显著。脆性矿物孔、黏土矿物片间孔及其粒内孔是富黏土矿物页岩的主要孔隙类型,孔隙呈微缝状,小于2 nm孔隙不发育;有机质含量是富有机质页岩孔容大小的主控因素,有机质孔的面孔率介于8.8%~12.5%;有机质含量及成熟度是小于2 nm微孔发育的主控因素,大于50 nm孔隙的发育则受控于黏土矿物、石英及长石含量。      

页岩组分对五峰-龙马溪组与牛蹄塘组页岩孔隙发育差异的影响——以渝东南焦页1井与湘西北慈页1井为例

根据页岩样品不同孔径范围的累计孔体积与累计比表面积,结合焦页1井五峰-龙马溪组与慈页1井牛蹄塘组页岩样品的地球化学参数与岩样各矿物组分百分含量,分析页岩组分对两套地层孔隙发育差异的影响.结果显示,TOC与微孔呈正相关关系,表明有机质微孔对页岩孔隙发育提供了一定的贡献,五峰-龙马溪组页岩较牛蹄塘组更为发育有机质微孔.石英、黄铁矿含量与微孔的正相关关系表明,矿物支撑的原生孔与发育的边缘孔为页岩孔隙发育提供了有利贡献.石英与中孔、大孔的不同相关性表明石英根据其生物成因贡献的石英含量对中孔、大孔的保护程度不一.黄铁矿含量与大孔的正相关关系表明黄铁矿可以根据其含量的多寡为大孔提供一定程度的保护,长石与孔隙的负相关关系表明其对孔隙的支撑作用受到了压实作用、复杂构造的影响而不明显.碳酸盐矿物与孔隙的相关性不明显表示基于其较弱刚性、不稳的化学性质与较低含量未对孔隙发育产生明显影响.五峰-龙马溪组页岩较高的刚性矿物含量对储层矿物粒间孔、边缘孔等微孔与中孔、大孔的发育起到了较牛蹄塘组更为有利的影响.黏土矿物与微孔、中孔的负相关关系表明在较强压实作用下黏土矿物间孔隙易收缩,对储层孔隙发育产生不利影响,表明牛蹄塘组经历的更深历史埋藏对牛蹄塘组黏土矿物间孔隙发育起到了更加不利的影响.