页岩孔隙结构研究进展及下扬子古生界页岩孔隙特征

天然气可以吸附或以游离态赋存在富有机质泥页岩及其夹层中,使页岩成为一种重要的非常规储集体。页岩的微米—纳米级孔隙是页岩气富集的重要场所,常规孔隙研究手段难以适用,目前,国际上尚没有关于页岩孔隙类型的统一分类方案。因此,页岩的孔隙结构特征成为页岩气勘探开发中的关键问题。总结近年来页岩孔隙结构的主要研究手段和分类,并初步分析了浙西—皖南下扬子地区古生界页岩的孔隙特征。     

海相页岩储层微观孔隙体系表征技术及分类方案

页岩储层作为一种非常规油气储集体,对其孔隙体系的研究备受重视。通过充分调研和系统总结国际上关于页岩储层微观孔隙体系的研究现状,综述了孔隙表征技术并指出了存在问题;以客观性和普适性为基础提出了两套分类方案;定性探讨了孔隙演化的一般规律。目前最常见定性观测页岩储层孔隙的方法为高分辨率电子显微镜结合氩离子抛光技术,聚焦离子束扫描电镜系统(FIB-SEM)和纳米CT技术可用于孔隙三维模型重构。高压压汞法结合气体吸附法用于定量分析页岩孔隙结构特征,此外核磁共振也是有效测试手段。分别根据孔隙发育位置与岩石基质关系以及孔隙发育成因与岩石基质关系,将页岩储层孔隙划分为粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝以及骨架矿物孔、黏土矿物孔、有机质孔和微裂缝。无机矿物成岩作用与有机质热成熟作用是控制页岩储层孔隙演化的重要因素。     

基于SEM、NMR和X-CT的页岩储层孔隙结构综合研究

运用扫描电镜、核磁共振和计算机断层扫描3种孔隙结构研究方法对页岩进行了实验分析。研究结果表明：(1)扫描电镜对于页岩样品的局部观察能力较强,能够直观地反映页岩样品的微观孔隙类型和形态等信息,经氩离子抛光后还可观察到样品的有机质纳米级孔隙,但扫描电镜对样品的总体情况反映能力不够完善;(2)核磁共振受岩石骨架的影响小,可以更精确地测定页岩的孔隙度,进行孔隙大小分布、孔隙连通性和可动流体分析,得到样品的总体特征,但对样品细节的反映较欠缺;(3)CT扫描能够定量分析页岩组分,通过三维重构技术建立页岩样品孔隙和高密度物质分布状况的三维模型,从宏观角度反映孔隙的形态和空间配置特征,其主要不足在于三维重构时CT数阀值的选择对结果具有一定影响。综合运用3种方法,才能更准确地对页岩储层孔隙结构进行研究,以得到更加完善的储层孔隙结构资料。     

中国页岩有机质类型及相关孔隙特征

近年,大量研究发现有机质孔的发育特征与有机质类型密切相关,本文系统总结了我国海相五峰-龙马溪组、陆相沙河子组页岩层系的有机质类型及相关孔隙特征:①海相页岩中现存的有机质成分主要包括浮游生物、底栖生物、真菌以及疑源类;②多细胞藻类和固体沥青相关的孔隙比较发育,且通常成群出现,连通性较好;③单细胞藻类和笔石相关孔隙不发育,且规模通常又较小,主要为几十nm的孤立孔隙;④陆相页岩现存的有机质成分主要包括镜质体、惰质体以及固体沥青;⑤镜质体和惰质体整体孔隙不发育,仅发育少数分散的有机质大孔,而固体沥青相关的孔隙比较发育,但固体沥青个体孔隙发育程度存在差异。     

渤海湾盆地东营凹陷沙河街组页岩油储层微观孔隙特征

通过场发射环境扫描电镜、低温氮气吸脱附实验、高分辨率背散射电子图像定量分析等技术方法,对渤海湾盆地东营凹陷沙河街组页岩油储层的微观孔隙类型、结构特征及孔隙分布进行了系统研究。结果表明:沙河街组页岩油储层微观孔隙类型多样,包括粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔和晶内孔5类孔隙。有利储集空间为孔径在100~3000nm的孔隙,以粒间孔、粒内孔和溶蚀孔为主。泥岩类和灰岩类孔隙形态包括细颈瓶状(墨水瓶状)和平行板状;白云岩类孔隙形态为平行板状,连通性最好。白云岩类定量面孔率最大且孔隙发育最好,其次为泥岩类,灰岩类较差。影响微观孔隙特征的主要因素包括矿物成分及含量、有机质生排烃和热液作用,其中黏土矿物和泥级颗粒有利于储层微孔发育,方解石的胶结作用和重结晶作用不利于孔隙发育。生排烃产生的有机酸和热液作用增进了次生孔隙的形成。     

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。     

桂中坳陷北部下石炭统页岩储层微观孔隙结构特征

正页岩储层的孔隙结构特征对页岩气的富集具有重要影响(Loucks et al., 2007;胡宗全等,2015)。我国广西桂中地区页岩气储集孔隙精细表征的研究尚处于空白状态(毛佩筱,2018),为了推进桂中地区上古生界的页岩气勘探工作,本次研究从岩石矿物成分、有机质含量及其演化、物性、储集空间等方面,对桂中地区鹿寨组页岩气储集孔隙进行精细表征,以期为今后的页岩气勘探开发提供参考。     

煤系地层中高岭石的形态-成因类型

大量的透射电子显微镜(TEM)观察表明:煤系地层中的主要粘士矿物——高岭石有独特的形貌特征。这些特征反映物源、沉积环境以及成岩后生作用的特点。本文将矿物形态与成煤各阶段的地质环境相联系,把煤系地层中高岭石划分为碎屑状高岭石、胶凝状高岭石、玻屑状高岭石、鳞片状高岭石四种形态-成因类型。它们相应的成因类型为沉积成因、胶体成因、火山灰蚀变成因、成岩变质成因。认识和研究高岭石矿物的形态与成因,在煤田地质学领域中有理论和实用意义。     

皖南地区古生界页岩孔隙特征及影响因素

为了评估下扬子皖南地区古生界页岩气储层性质,应用扫描电子显微镜、高压压汞法、N₂和CO₂气体吸附法,对皖南地区古生界页岩孔隙特征和孔隙结构进行研究,并探讨页岩孔隙发育的主要影响因素。结果表明,皖南地区古生界页岩孔隙度和渗透率低,页岩样品中常见粒间孔、凝絮孔、溶蚀孔、基质晶间孔和有机质孔,并且发育微米-纳米级孔隙。古生界页岩孔隙中50%以上为微孔和介孔;孔隙结构主要为圆柱孔、狭缝型孔和混合型孔,平均孔径范围为4.17~12.06 nm。页岩孔容和比表面积随着有机碳(TOC)含量的增大而增大;页岩孔隙度随着有机质成熟度(R_o)的增大而减小;页岩孔容随着黏土矿物含量的增加而增大,随着脆性矿物含量的增加而减小。     

鄂尔多斯盆地陆相页岩微观孔隙类型及对页岩气储渗的影响

为深入研究鄂尔多斯陆相页岩储层微观孔隙特征及成藏地质意义,特选取了延长矿区本溪组、山西组、延长组长7、长9段的页岩钻井岩心进行了氩离子抛光扫描电镜实验、压汞实验、氦气吸脱附实验以及相关的地化等实验,实现了对孔隙特征从电镜下直观观察到吸脱附实验间接定性反映,以及对孔隙结构从宏孔到微孔的定量测试。研究结果表明,鄂尔多斯陆相页岩存在粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔、有机孔及微裂缝共6种微观孔隙类型。其中粒间孔、粒内孔普遍存在,且以黏土矿物聚合体粒间孔和层间粒内孔最为发育,粒间孔孔径多在微纳米级,粒内孔多在几十个纳米内;晶间孔和溶蚀孔仅少量存在于某些特定矿物中,孔径多为纳米级;有机孔相对不发育,以赋存于黏附结合态有机质中且呈凹坑状、片麻状有机孔为特征,孔径多在20nm以内;微裂缝少量存在,多为脆性矿物裂开缝或大型贯通式裂缝。另外,分析得出黏土矿物集合体粒间孔和层间粒内孔对研究区页岩气的赋存和运移贡献最大且是储层各向异性(渗透性)的主要控制因素,晶间孔及溶蚀孔次之;有机孔因相对不发育,可能贡献较小。同时微裂缝的影响不容忽视,是沟通宏孔与中孔的主要微通道。     

富有机质海相与陆相页岩的对比研究——以南方早古生代和华北石炭-二叠纪页岩为例

以南方早古生代海相页岩和华北石炭-二叠纪陆相（包括海陆交互相）页岩为研究对象,以场发射扫描电镜微观观测和相关物化测试结果为基础资料,重点对页岩的矿物成因、显微组分、有机质孔隙、岩石力学性质等进行对比性研究。结果表明：海相页岩与陆相页岩有异有同;海相页岩的基本特征是自生矿物多于陆源碎屑,自生石英含量丰富且与有机质同源分异,交互共生,显微组分是以低等生物为原始质料的沥青质体,且纳米级孔隙发育较好;陆相页岩的基本特征是陆源碎屑和泥质为主,自生矿物含量少,显微组分主要是以高等植物为原始质料的各种有机碎屑体,有机质纳米孔隙不发育。这些基本特征导致海相页岩和陆相页岩的生烃潜力、储层物性、岩石可压裂性等均有明显差异,页岩气资源评价与勘探开发需要区别对待。     

页岩气储层孔隙类型及特征研究:以渝东南下古生界为例

通过薄片分析、扫描电镜及氩离子抛光技术,对渝东南下古生界含气页岩中的孔隙类型及特征进行了分类观察、描述,结合有机碳含量、X衍射、岩石物性、氮气吸附及甲烷等温吸附实验测试,分析了页岩气储层中各类孔隙的储气贡献,探讨这些孔隙对页岩中烃类运移的影响。研究认为,有机质孔隙、颗粒内孔、粒间孔隙及微裂隙是页岩气储层孔隙的4种类型,有机质表面的分散状孔隙多为nm级,石英碎屑可形成粒内或粒间孔隙,黄铁矿颗粒内部小晶体排列分布产生孔隙空间,黏土絮状沉淀形成片粒状结构孔隙,微裂隙普遍发育在页岩基质中,可达mm级。不同类型的孔隙能够为页岩气的赋存提供不同尺度的储集空间,页岩吸附含气量与表征孔隙特征的参数(TOC、BET比表面积、BJH总孔体积)具有显著的正相关关系。微裂隙与粒间孔隙对页岩中烃类的运移最有利。     

川东-武陵构造带下古生界海相页岩构造变形特征及对页岩气保存的影响

川东-武陵构造带下古生界发育的两套海相页岩层系(下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组)不仅是区域内重要的滑脱层,也是页岩气勘探开发的重点层位。通过野外详细的构造解析及室内显微观察,从宏观露头—显微尺度分析了页岩的变形特征,认为页岩至少存在两期构造变形:早期顺层向北西或南东的逆冲和晚期的切层断层作用。页岩的变形强度随着与断裂带距离的变化而发生改变,远离断裂带的地区页岩变形主要表现为近直立的微裂隙,属脆性域;靠近断裂带,页岩的变形特征逐渐表现为脆-韧性过渡,开始发育糜棱化构造;在断裂带内部,页岩强烈面理化,发育大量的糜棱化构造,属韧性域。通过氩离子抛光和扫描电镜技术,分析了变形页岩内部的孔隙演化特征,认为随着变形作用从脆性—脆-韧性过渡—韧性的转变,页岩内部的孔隙类型不仅可以发生转换,而且页岩内部孔隙的大小、分布特征也随之改变。在此基础上,进一步讨论了中国南方复杂构造区下古生界页岩变形对页岩气保存的影响,认为顺层剪切滑脱作用会改变页岩内部的孔隙体系,有利于页岩气的富集;切层的伸展或走滑剪切作用不仅会破坏先前形成的油气圈闭,而且会导致油气沿着断裂带从高势区向低势区运移,进而造成油气散失。      

页岩气储层孔隙发育特征及主控因素分析:以上扬子地区龙马溪组为例

运用扫描电镜、氩离子抛光场发射电子扫描显微成像与核磁共振测试技术,对渝东南地区Y1井龙马溪组页岩的微米级孔隙、纳米级孔隙和微裂缝发育特征3个层面分别进行定量表征。结合总有机碳含量、有机质显微组分及成熟度、黏土矿物及全岩X射线衍射分析等测试数据,对孔隙发育特征主控因素进行分析。对页岩微米级孔隙发育有促进作用的因素有石英含量和伊利石含量,具有抑制作用的因素有碳酸盐含量和埋藏深度;对有机质纳米级孔隙发育有促进作用的因素有有机质成熟度和伊蒙混层含量,具有抑制作用的因素为方解石含量;对微裂缝发育有促进作用的因素有石英含量、有机质成熟度和总有机碳含量,具有抑制作用的因素是碳酸盐含量。     

黔西北地区上二叠统龙潭组泥页岩储层特征

贵州省发育多套含气页岩层系,近年来对于寒武系和志留系黑色页岩进行了较为深入的研究,但是对于上二叠统龙潭组黑色页岩储层研究较为缺乏。文中通过对黔西北地区上二叠统龙潭组黑色页岩进行全岩X衍射矿物分析、TOC含量和Ro、比表面和孔径等测试,特别是场发射扫描电镜实验,分析了龙潭组页岩孔隙类型及储层特征。结果表明：黔西北地区上二叠统龙潭组页岩主要矿物组成是黏土矿物(41.4%)和石英(47.8%)。从空间上看页岩中黏土矿物含量从北向南先减少后增加,石英含量在大方县中部和南部较高。龙潭组黑色页岩的孔隙以中孔为主,空间上从北向南呈现周期性的变化规律。龙潭组泥页岩孔隙分为3类,即粒间孔、粒内孔和有机孔。其中有机孔主要为纳米级,数量丰富,一般呈不规则的圆形,是吸附态赋存的天然气的主要储集空间,具有重要的研究价值。龙潭组页岩孔隙特征受TOC含量和黏土矿物影响明显。有机碳含量高,则微孔越丰富。黏土矿物含量高,则中孔较丰富。石英则对宏孔体积贡献较大。这样定量实验的结果很好的对应了扫描电镜中定性观察的结果。     

沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩气储层特征

页岩储层特征是进行页岩气储集能力评价的基础内容。为探究高演化阶段煤系页岩气储层性质和优选有利储层,运用岩石热解、X射线衍射、扫描电子显微镜、高压压汞、低温N₂和CO₂气体吸附多种实验方法,对沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩岩心样品进行储层特征研究。结果表明：沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩,有机碳含量较高(TOC平均为4.9%),处于过成熟阶段(R_ran平均为2.32%),黏土矿物质量分数较高(平均为50.0%),具有低孔低渗的特征(孔隙率平均为6.61%,渗透率平均为0.006 3×10^–3μm²),孔隙类型以粒间孔、粒内孔和微裂缝为主,微米–纳米级孔隙为页岩气的赋存提供了储集空间;孔隙总孔容为0.025 5~0.051 7 mL/g,平均0.038 9 mL/g,总比表面积为12.64~40.98 m²/g,平均28.43 m²/g,微孔(<2 nm)、介孔(2~50 nm)的孔容与比表面积呈良好的正相关性,宏孔(>50 nm)孔容与比表面积则相关性不明显,表明微孔和介孔是阳泉区块煤系页岩气储集的主要载体。总体来说,阳泉区块上古生界煤系页岩具有较好的页岩气储集性能,但页岩储层可压裂性较差,影响页岩气的开发。     

湘西北地区五峰-龙马溪组页岩物质组成特征与页岩气潜力分析

为了研究湘西北龙山-永顺地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩气资源勘探潜力,利用野外典型露头地质剖面资料,通过对典型剖面页岩样品的系统观测、采样、利用有机地球化学和矿物组成特征研究,评价研究区目标地层页岩的成烃成藏物质基础。研究结果表明,研究区五峰-龙马溪组黑色泥页岩普遍具有有机碳含量高、残留可溶有机质氯仿沥青"A"低、生烃潜能S₁+S₂指数略低。分子生物标志化合物分析显示,正构烷烃无明显奇偶优势,受一定程度的微生物降解影响,多表现为双峰型（C₁₈/C₂₅）,∑C₂₁-/∑C₂₂₊值为0.45~1.11,显示轻烃组分缺失,重烃组分占绝对优势;Pr/Ph值范围在0.27~0.44,具有植烷优势,显示原始有机质发育于较强还原沉积环境。烃源岩样品饱和烃组成相对丰度五环三萜烷 > 三环萜烷 > 四环萜烷,三环萜烷中C₂₁、C₂₃、C₂₄呈倒V字形分布,Ts/Tm为0.39~0.66。C₂₇规则甾烷含量略大于C₂₉规则甾烷,显示沉积母质以浮游生物及海洋型自养菌为主,亦含有部分藻类为主的有机质输入。镜质组反射率Ro均在2.57%~3.01%,普遍小于3%,已经达到了过成熟阶段。全岩矿物组成成分分析显示,页岩中脆性矿物为主要组成成分,其次为黏土矿物。综合页岩有机和无机物质组成分析结果,提出研究区湘西北五峰-龙马溪组页岩具备页岩气成烃成藏的物质条件基础,有机质含量高、热演化程度适中、脆性和吸附性较好,为深入开展页岩气勘探目标区优选奠定了工作基础。