四川盆地下古生界黑色页岩纳米孔隙形态的影响因素及其地质意义

以场发射扫描电镜与Pores and Cracks Analysis System （PCAS） 图像处理软件为主要研究手段,以形状系数为孔隙形态表征参数,并选取低压N2吸附等为辅助研究手段,对四川盆地及周缘地区的典型钻井A-D 井龙马溪组及筇竹寺组黑色页岩中纳米孔隙的形态特征进行定量研究。研究发现黑色页岩纳米孔隙形态受孔隙类型（赋存位置）、有机质显微组分、地层埋藏深度、热成熟度及孔隙尺寸等因素综合控制。具体体现在：（1） 有机质孔、粒间孔和粒内孔所占比例、孔径分布与孔隙形态具有明显差异,反映这三类孔隙的演化受成岩作用的影响不同。（2） 固体沥青纳米孔隙比其他显微组分中的纳米孔隙更加规则。（3） 与埋藏深度密切相关的压实作用很可能会在垂向上压缩孔隙,一方面令孔径缩小,另一方面让孔隙形态往狭长–裂缝形发展。（4） 有机质孔形态随热成熟度升高总体上会变得更加规则,但这种趋势可能会被孔隙间的合并及压实作用等破坏。（5） 面积更小的孔隙形态往往比面积更大的孔隙更规则。初步研究显示固体沥青纳米孔隙形态代表着高过成熟页岩气储层中主体储集空间所处压力环境,但固体沥青纳米孔隙形态随孔隙压力的演化模式及利用固体沥青纳米孔隙形态表征其所在层系异常高压维持状况及页岩气保存状况的可能性尚需进一步研究。     

松辽盆地长岭断陷沙河子组页岩有机显微组分孔隙演化规律研究

有机质孔隙是页岩储集空间的重要组成部分,具有强烈的非均质性,阻碍对页岩储层质量的正确认识和评价,其本质是受有机显微组分类型及其在生烃过程中孔隙演化的影响。本文采用场发射扫描电镜和荧光显微镜定位观察手段实现特定显微组分孔隙发育特征的表征,结合Image J图像处理技术,对不同演化阶段的显微组分进行定量化统计,总结不同有机显微组分的孔隙演化规律。研究结果表明:固体沥青孔隙度随着成熟度的升高呈现先增加后减小的趋势,在固体沥青反射率SBR_O介于1.6%～2.0%时,固体沥青孔隙最为发育,而以SBR_O=2.0%为界,固体沥青孔隙度开始减小。镜质体和惰质体的孔隙发育规律相似,随着成熟度增加,总体表现出先减小而后微弱增加的趋势。在生油窗阶段,镜质体和惰质体孔隙度最小,无机矿物和固体沥青的充填使胞腔孔隙损失达90%以上,而进入高成熟阶段,固体沥青孔隙的发育使原始胞腔孔隙得到一定程度的恢复,成为镜质体和惰质体残余孔隙的主要贡献者,贡献率达56.73%和100%,可见固体沥青孔隙对页岩储层储集空间的重要性。综合沉积成岩作用和生烃作用,页岩储层在未成熟阶段和高成熟阶段晚期孔隙最为发育,前者有机质以原始胞腔孔隙为主,后者以固体量孔隙为主。明确有机显微组分孔隙演化规律为页岩有利储层预测和页岩气生产开发储层改造提供参考。     

四川盆地龙马溪组页岩有机质的纳米孔隙

在南方下古生界海相页岩有机显微组分及其赋存状态研究的基础上,以场发射扫描电镜二维图像所展示的有机质纳米孔隙形貌特征为主要依据,将四川盆地龙马溪组页岩有机质纳米孔隙的成因类型划分为沥青球粒孔、气孔、铸模孔。分别论述了这3种纳米孔隙的成因、形貌、大小、演化、连通性、相互关系及其在页岩储层中的作用。研究表明,龙马溪组页岩的显微组分主要是沥青质体,气孔和沥青球粒孔均发育于沥青质体内部,形成于有机质降解和热演化过程,是页岩气生成、吸附和聚集的有力佐证与优先空间。龙马溪组底部富有机质页岩中,各种有机质纳米孔隙发育程度高,直接体现了强的生气和聚气作用。      

渝东南渝页1井下志留统龙马溪组页岩孔隙特征及其主控因素

富有机质黑色页岩的孔隙结构控制了页岩气的赋存状态和储气量。中国南方地区下志留统是页岩气发育的最重要层位之一。为研究页岩的孔隙特征及其主控因素,对以下志留统龙马溪组页岩气为勘探目标的渝页1井的岩心进行系统的采样,并进行了比表面和孔径、有机质成熟度(Ro)、显微组分、总有机碳(TOC)含量、全岩X射线衍射和粘土矿物含量等一系列分析测试。结果显示,黑色页岩的孔径主要分布于2~5 nm,即以中孔隙为主;中孔体积占总体积的70%左右,微孔体积和宏孔体积分别占10%和20%左右。页岩孔隙结构(微孔体积、中孔体积和宏孔体积)和组成(碎屑矿物成分、粘土矿物成分、TOC和Ro)的相关关系分析表明：粘土矿物对微孔体积和中孔体积都具有控制作用,并且对中孔体积的控制作用更加显著;陆源碎屑含量的增加有利于宏孔体积的增加;有机质成熟度较高时和高成熟度有机碳含量都与宏孔隙体积呈正相关,这可能与高成熟有机质中nm级显微裂缝的发育导致宏孔体积增加有关。     

渝东南渝页1井下志留统龙马溪组页岩孔隙特征及其主控因素

富有机质黑色页岩的孔隙结构控制了页岩气的赋存状态和储气量。中国南方地区下志留统是页岩气发育的最重要层位之一。为研究页岩的孔隙特征及其主控因素,对以下志留统龙马溪组页岩气为勘探目标的渝页1井的岩心进行系统的采样,并进行了比表面和孔径、有机质成熟度(Ro)、显微组分、总有机碳(TOC)含量、全岩X射线衍射和粘土矿物含量等一系列分析测试。结果显示,黑色页岩的孔径主要分布于2~5 nm,即以中孔隙为主;中孔体积占总体积的70%左右,微孔体积和宏孔体积分别占10%和20%左右。页岩孔隙结构(微孔体积、中孔体积和宏孔体积)和组成(碎屑矿物成分、粘土矿物成分、TOC和Ro)的相关关系分析表明：粘土矿物对微孔体积和中孔体积都具有控制作用,并且对中孔体积的控制作用更加显著;陆源碎屑含量的增加有利于宏孔体积的增加;有机质成熟度较高时和高成熟度有机碳含量都与宏孔隙体积呈正相关,这可能与高成熟有机质中nm级显微裂缝的发育导致宏孔体积增加有关。     

川渝地区龙马溪组页岩孔隙结构演化研究

页岩储层孔隙结构是影响页岩气赋存形式和流动行为的关键因素,有关孔隙结构演化的研究受到越来越多的关注.利用低压氮气吸附、脱附实验分析了不同成熟度龙马溪组页岩地质实际样品的孔隙结构特征.结果表明:随着热成熟度的升高,龙马溪组页岩氮气吸附脱附曲线迟滞环形态由H3型向H2型演变,这说明龙马溪组页岩在成熟阶段以黏土矿物有关的狭缝形孔隙为主、有机质孔不发育的孔隙结构,逐渐转变为过成熟阶段由狭缝形孔和圆柱形孔等不同形态和孔径的多种孔隙类型(有机质孔和矿物基质孔)所构成的具复杂网络效应的孔隙结构(墨水瓶结构).有机质孔隙的形成与发育导致不同成熟度的龙马溪组页岩在孔隙体积、比表面积和孔径分布上存在显著的差异,造成孔隙结构的转变.影响页岩孔隙结构的因素包括成熟度、总有机碳(TOC)含量和矿物组成,其中TOC含量和成熟度共同控制页岩孔隙发育,TOC含量控制页岩孔隙发育程度,成熟度决定页岩孔隙发育阶段,矿物组成对孔隙结构的影响居次要位置.基于以上研究,海相Ⅰ～Ⅱ型富有机质页岩孔隙演化可大致划分为三个阶段:原生孔隙压实和次生孔隙开始形成阶段(Ro,V<2.0％)、次生孔隙大量发育阶段(2.0％≤Ro,V<3.6％)和孔隙消亡阶段(Ro,V≥3.6％).     

四川盆地五峰-龙马溪组页岩成熟度研究

上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组海相页岩是四川盆地下古生界主要的烃源岩和页岩气勘探目标,有机质成熟度不仅是油气生成评价的关键,也是页岩品质评价的重要指标之一.下古生界页岩有机质成熟度一直以来是有机岩石学研究的难点与热点问题.由于下古生界缺乏镜质体,先前的研究多是采用沥青反射率转换为等效镜质体反射率的方法,并且由于沥青的局限性和不确定性,使得五峰-龙马溪组页岩的成熟度缺乏统一的认识和系统研究.通过采集四川盆地及其周缘的岩心和露头样品,系统分析了页岩有机显微组分光学反射率特征.结果表明笔石和固体沥青是最主要的两类有机显微组分.根据固体沥青的显微结构形态和光性特征,将固体沥青大体上分为两类:（1）颗粒状-棱角状的充填在孔隙和微裂缝中高反射率焦沥青;（2）以细小不规则表面的有机质颗粒大量分散于粘土矿物基质中的低反射率基质固体沥青.焦沥青与笔石随机反射率均可以表征下古生界页岩有机质成熟度.但焦沥青反射率略低于笔石反射率,并且随着成熟度的增高,笔石反射率的增速大于焦沥青,各向异性也显著增强.相对于固体沥青反射率,笔石随机反射率分布更为集中,更适合作为含笔石页岩有机质成熟度指标.但是笔石反射率与等效镜质体反射率在过成熟阶段的换算关系需要进一步研究.      

黔东南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构多尺度表征及其对页岩气富集的影响

【研究目的 】研究黔东南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其对页岩气富集的影响,抛开不利因素,为黔东南地区页岩气勘探提供建议。【研究方法 】通过聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和氮气吸附等手段,对页岩微纳米孔隙结构进行多尺度表征,并结合研究区牛蹄塘组页岩的生烃及埋藏史,研究构造运动与孔隙结构关系,进而分析对页岩气富集的影响。【研究结果 】牛蹄塘组页岩主要发育毫米级微裂缝、微米级黄铁矿晶间孔以及纳米级有机质孔隙,以墨水瓶状孔隙和平板结构的狭缝孔为主,孔隙结构复杂;结合FIB-SEM三维重构结果,有机质在页岩中占比较高,其孔隙度在0.04%～2.48%,对总孔隙的贡献率介于14%～96%,与有机质共生的黄铁矿晶间孔是沟通裂缝的主要孔隙类型;该地区页岩气赋存状态以欠饱和的吸附气为主,游离气含量偏低。【结论 】牛蹄塘组页岩大量构造裂缝,沟通了有机质孔及黄铁矿晶间孔,改变了原有孔隙结构,致使原位聚集的页岩气沿裂缝逸散,是牛蹄塘组页岩含气量低的关键因素。热演化程度适中、构造保存好的区域是古隆起周缘下一步页岩气勘探的有利方向。     

川东南地区志留系龙马溪组页岩微观孔隙结构特征

以川东南地区为例,运用氩离子抛光扫描电镜技术对龙马溪组页岩孔隙结构特征进行研究。结果表明,该地区龙马溪组页岩孔径主要为纳米级,孔隙可分为有机质孔、无机孔（微裂缝、微孔道、絮状物孔隙、晶间孔、晶内孔）,以有机质孔为主。结合前人研究成果,建立了泥页岩微观孔隙组合模式。通过氮气吸附实验,确定龙马溪组页岩气储层为Ⅱ类吸附曲线,表明其孔隙主要由纳米孔组成,结构具有一定的无规则(无定形)孔特征,颗粒内部孔结构具有平行壁的狭缝状孔特征,且含有多形态的其他孔     

基于热模拟实验的页岩孔隙连通性与形状系数演化研究及其地质意义

富有机质页岩的孔隙演化与页岩气赋存富集关系密切,孔隙连通性与形状演化特征对储集空间精细表征和页岩气赋存机理的揭示具有重要意义。本文对山东半岛北部古近系黄县组低成熟富有机质页岩不同热演化阶段的模拟产物开展低温液氮吸附和扫描电镜实验,并辅以数字图像处理技术分析页岩孔隙连通性和形状系数演化过程。结果表明：① 低成熟阶段,有机孔少量发育,无机孔主要为矿物基质孔;随热演化程度增加,大量近圆形有机孔逐渐形成,少量溶蚀孔和黏土矿物层间孔生成;到过成熟阶段,压实作用导致部分孔隙减小或消失;② 随热演化程度增加,有机孔和无机孔孔径均呈先增大后减小的趋势,孔隙形状系数均呈现近“V”型变化趋势;③ 高温高压导致样品孔隙系统第二个优势孔径峰值变大,表明孔隙系统增加了狭长 裂缝型孔隙,有助于沟通其他类型孔隙,提高孔隙系统的连通性;④ 热演化过程中生成的大量近圆形有机孔能为甲烷提供更多吸附位,生成的黏土矿物层间孔等狭缝型无机孔能够提高孔隙连通性,从而有助于提高页岩气的赋存和运移能力。本研究可为页岩气储层表征与页岩气赋存富集研究提供基础。     

柴北缘盆地YQ-1井中侏罗统石门沟组泥页岩纳米孔隙特征及影响因素

柴达木北缘(柴北缘)盆地侏罗纪是典型的陆相湖沼盆地,是目前具有页岩气潜力的盆地之一。本文运用氮气吸附、有机碳含量、有机质成熟度、全岩X衍射分析等方法,对柴北缘鱼卡地区YQ - 1井中侏罗统石门沟组泥页岩的纳米孔隙特征及控制因素进行研究。结果表明,石门沟组泥页岩纳米孔隙结构复杂,根据吸附回线及孔径分布特征可划分为两类,第一类以一端不透气性孔和开放性平行板状狭缝孔为主,孔径主要集中在3～5 nm范围内,呈单峰状分布;第二类则以一端不透气性孔和开放性倾斜板狭缝孔为主,孔径主要分布在3～5 nm和8～14 nm范围内,呈双峰状分布。孔径小于50 nm的微孔和介孔是比表面积和孔体积的主要贡献者;黏土矿物含量与微孔、介孔、总孔体积呈正相关;在较低的成熟度制约下,泥页岩有机质孔隙基本不发育,有机质丰度较高的石门沟组上段H9泥页岩TOC含量与微孔、介孔、总孔体积呈负相关性,有机质丰度较差的下段H8泥页岩TOC含量与孔体积相关性则不甚明显;孔隙结构及孔径分布受沉积环境水动力条件影响;黏土矿物是石门沟组泥页岩纳米孔隙的主要提供者,是孔隙发育的主控因素,TOC含量与沉积环境也会对泥页岩孔隙发育产生一定影响。     

Research Progress in Shale Nanopores

With the rise of shale oil and gas exploration and great success of North American shale oil and gas development in recent years, the study of gas shale reservoir pores gets more and more attention. The pore diameters of shale reservoirs are mainly in nano-scale which are different from conventional reservoirs, and they can not be evaluated by conventional methods. On the basis of the research on the classification of shale pore types and nanopore characterization techniques, qualitative and quantitative nanopore characterization methods were classified and summarized. In addition, the advantages and disadvantages of various methods as well as application scopes were summarized. Qualitative characterization methods can obtain the morphologic information, connectivity and filling conditions of shale pores directly by focused ion beam milling scanning electron microscopy, field emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, broad ion beam scanning electron microscope, atomic force microscope and Nano-CT. Quantitative characterization methods can measure pore diameters, pore distribution and specific surface area by nitrogen adsorption experiments, carbon dioxide adsorption experiments, mercury injection experiments, small-angle neutron scattering, and nuclear magnetic resonance. The factors that control nanopore developments and the effects of nanopore on shale gas accumulation were discussed. The nanopore developments are related to total organic carbon content, clay minerals content, carbonate content and thermal maturity. Nanopores have influences on shale gas storage capacity, occurrences of shale gas and seepage mechanisms. Frontier research and development directions were proposed. In the aspect of nanopore characterization techniques of shales, the accuracy and efficiency of the experiments and three dimensional imaging technology should be improved constantly. Qualitative and quantitative characterization techniques should be combined. As to the evaluation of shale nanopore reservoirs, the factors that control nanopore developments, shale gas storing and producing and nanopores characterization and evaluation of continental heterogeneous shale are the key issues for further research.     

富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展

阐明富有机质泥页岩孔隙结构特征对阐明页岩油气的赋存机理和勘探开发具有重要的意义。研究泥页岩孔隙结构特征的方法主要包括定量和定性两类,实际研究中常将二者结合使用。有机质含量（TOC）、热演化程度、有机质母质来源、矿物组成及构造变形作用等因素对富有机质泥页岩孔隙结构特征有重要影响。有机质母质来源决定了纳米有机质孔的发育潜能,TOC和矿物组成控制了孔隙的发育类型,而热演化程度决定了孔隙的演化行为,构造变形作用对于纳米孔有后期改造作用。生排烃热模拟实验由于可以人为地控制实验条件,在泥页岩孔隙结构演化研究中扮演了重要的角色,但要注意与实际地质条件相匹配。目前,富有机质泥页岩孔隙结构的演化模式还存在较大的争议。受控于有机质母质来源,不同沉积环境下发育的富有机质泥页岩孔隙结构演化模式存在差异,因此需要分别研究。在未来工作中,TOC对泥页岩孔隙结构特征的影响、有机质孔开始形成的成熟度以及高演化阶段（镜质体反射率R_o>3%）孔隙的演化行为及机理等问题都需要进一步探究。另外,扫描电镜下识别有机质显微组成的方法亟需建立,同时还要规范行业术语的应用,以减少学科研究的混乱现象。     

Controlling Factors of Organic Nanopore Development: A Case Study on Marine Shale in the Middle and Upper Yangtze Region,South China

The Upper Ordovician Wufeng-Lower Silurian Longmaxi and the Lower Cambrian Qiongzhusi shales are the major targets for shale gas exploration and development in China. Although the two organic-rich shales share similar distribution ranges and thicknesses, they exhibit substantially different exploration and development results. This work analyzed the nanopore structures of the shale reservoirs in this region. Pore development of 51 shale samples collected from various formations and locations was compared using the petromineralogical, geochemical, structural geological and reservoir geological methods. The results indicate that the reservoir space in these shales is dominated by organic pores and the total pore volume of micropores, mesopores, macropores in different tectonic areas and formations show different trends with the increase of TOC. It is suggested that organic pores of shale can be well preserved in areas with simple structure and suitable preservation conditions, and the shale with smaller maximum ancient burial depth and later hydrocarbon-generation-end-time is also more conducive to pore preservation. Organic pore evolution models are established, and they are as follows: ① Organic matter pore development stage, ② Early stage of organic matter pore destruction, and ③ late stage of organic matter pore destruction. The areas conducive to pore development are favorable for shale gas development. Research results can effectively guide the optimization and evaluation of favorable areas of shale gas.     

页岩孔隙空间的形成与演化及孔隙对含气性的影响

虽然页岩气的勘探已经在北美以及中国取得了突破,但是对页岩中孔隙空间的形成与发育仍然存在较大的争议,页岩中是否存在有效的孔隙,这些孔隙与气体的赋存有何联系都需要解答。本文对不同地区、不同岩石类型以及不同热成熟度的页岩进行微观分析,对比前人的研究,同时结合四川盆地龙马溪组页岩的实际分析数据,将页岩划分为富有机质页岩和含粉砂质泥页岩。富有机质页岩中有机质纳米孔是主要的孔隙类型,同时也是气体聚集与吸附的主要空间,有机质孔隙度与有机质含量、热成熟度密切相关;含粉砂质泥页岩中以粒间、粒内溶蚀孔为主,由于有机质含量较少,因而受热成熟影响很小。对页岩的孔隙形成机理分析发现,富有机质页岩孔隙度与有机质含量呈正相关,特别是与初始有机碳含量密切相关,因此恢复初始有机碳的含量是评价页岩含气量与含气性的关键。在热演化程度较低时（Ro < 0.6%）,页岩中有机质孔隙不发育,页岩几乎不含气;随着热演化程度升高（Ro = 0.8%）,页岩微孔隙发育,此时页岩以吸附气为主;随着热演化程度增大（Ro > 1.2%）,微孔逐渐向中孔和宏观孔转化,总的比表面积减小,页岩中游离气含量开始增加,吸附气含量减少。     

页岩气储层孔隙系统表征方法研究进展

页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于暗色泥页岩中的天然气,页岩的孔隙特征是决定页岩储层含气性的关键因 素。页岩孔隙结构复杂,一般以纳米孔隙占优势,用常规储层孔隙的表征方法难以解释美国的高产页岩气系统。因此,页 岩纳米孔隙的表征成为制约页岩气资源评价的关键因素。在综述目前国际上对页岩气储层孔隙表征方法的基础上,对比分 析其各自的适用范围和应用前景。页岩储层孔隙的主要表征方法有3种:(1)以微区分析为主的图像分析技术;(2)以压 汞法和气体等温吸附为主的流体注入技术;(3)以核磁共振、中子小角散射 计算机断层成像技术为代表的非流体注入技术。 图像分析能够直观、方便、快捷地获取孔隙形态等方面的特征;流体注入法在表征微孔隙的孔径分布、比表面积等方面具 有独到优势;非流体注入技术由于其原位、无损分析及粒子高穿透力的特点,使研究多种地质条件下的孔隙特性成为可能。 在目前的技术条件下,应明确各种表征技术的优势与限制,根据实际情况合理建立孔隙研究流程,综合利用多种技术手段 能在不同的尺度下有效表征页岩气储层孔隙。     

四川盆地志留系页岩成岩特征及其对孔隙发育与保存的控制

四川盆地五峰组—龙马溪组富有机质页岩成岩过程较为复杂,成岩作用类型多样,对页岩孔隙尤其是有机孔隙的发育和保存具有重要控制作用.在早—中成岩期,泥质页岩主要遭受机械压实、黄铁矿与碳酸盐胶结、蒙脱石伊利石化等作用的破坏改造,导致大量原生无机孔隙丧失,而硅质页岩主要经历机械压实和生物蛋白石重结晶作用,由于生物蛋白石重结晶作用...