黏土岩孔隙内表面积对甲烷吸附能力的影响

黏土矿物是气页岩储层中天然气吸附的重要孔隙介质。孔隙测量显示,蒙脱石以3~6 nm的小孔占优势,高岭石以20~80 nm中-大孔为主,伊蒙混层矿物中两类孔隙都很发育。绿泥石和伊利石孔隙率较低,均以中-大孔为主。虽然6 nm以下的微-小孔不一定是黏土矿物孔隙的主要构成,但它们是孔隙内表面积的主要贡献者,20 nm以下的孔隙是吸附气的主要储存场所。各种黏土岩、粉砂岩及石英岩的内表面积与其甲烷吸附性能具有相同的大小次序:蒙脱石伊蒙混层高岭石绿泥石伊利石粉砂岩石英岩,而它们的内表面积与最大甲烷吸附量显示良好的正相关关系,指示黏土矿物的气体吸附能力受其孔隙内表面积的控制。研究表明,页岩储层天然气吸附能力主要决定于小于20 nm,特别是小于6 nm微孔隙的发育程度,岩石类型及成因间接地影响其孔隙特征和吸附能力。     

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     

基于压汞法与气体吸附法的页岩孔隙结构特征对比研究

针对中国海相与陆相页岩孔隙结构特征的差异性,选取威远与焦石坝海相页岩及瑶曲陆相页岩为代表,采用薄片分析、压汞及气体吸附试验方法,开展孔隙结构特征与控制性因素分析,提出了孔隙大小命名划分新标准,将 < 2 nm、2~100 nm、0.1~1μm、1~10μm、10~100μm、>100μm分别称为超微孔、微孔、小孔、中孔、大孔、毛细孔6类,其中2~100nm微孔范围,样品孔隙发育程度由高到低依次为2#、5#、1#、6#、4#,10~100μm大孔范围,孔隙发育程度由高到低依次为2#、1#、4#、6#、5#;提出了孔隙分布均匀系数h_u,经判定2#与5#样品与1#、4#、6#样品相比微纳米孔隙更发育,储气能力更强。采用DFT模型将N₂吸附与CO₂吸附结果及压汞实验结果统一起来,获得了纳米孔隙的连续分布规律。     

页岩气储层粘土矿物孔隙特征及其甲烷吸附作用

粘土矿物是页岩的主要组成矿物,与页岩气的赋存和富集密切相关。粘土矿物因其特殊的晶体结构,在晶层之间、矿物内部以及矿物颗粒之间形成了不同类型的孔隙,这些孔隙的大小、形貌和比表面积决定着粘土矿物的甲烷吸附能力。为此,本文综述了粘土矿物的孔隙结构以及孔隙中的水和有机质对甲烷吸附性的影响,指出不同类型的粘土矿物孔隙发育与形貌特征存在差异,蒙脱石中多发育圆形、狭缝状的微孔且总比表面积最大,导致蒙脱石在所有粘土矿物中的甲烷吸附量最大;伊利石与高岭石中多发育中孔与大孔,吸附甲烷的能力低于蒙脱石。粘土矿物孔隙中的水与有机质显著影响到甲烷的吸附能力,水分子会占据孔隙表面,降低了甲烷的吸附能力,但可溶有机质对粘土矿物甲烷吸附能力的具体影响目前尚不明了。同时,根据页岩气勘探需求指出了本方向某些有待深入探讨的问题。     

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。     

渝东南彭水地区龙马溪组页岩孔隙结构特征及吸附性能控制因素

以渝东南彭水地区志留系龙马溪组富有机质泥页岩为研究对象,通过扫描电镜以及场发射扫描电镜,同时对页岩微观孔隙结构进行定性观察;借助核磁共振与氮气吸附实验,联合定量表征页岩的孔隙结构特征;并通过甲烷等温吸附实验,探讨了页岩孔隙吸附性能的控制因素。研究表明:彭水地区龙马溪组页岩有机质孔和黏土矿物层间孔最为发育;氮气吸附实验和核磁共振共同表征页岩孔径分布曲线特征呈双峰或三峰形态,且左峰明显大于右峰,表明页岩介孔最为发育,约占孔隙的73.5%,同时还发育部分微孔和宏孔,分别占13.4%和13.1%,其中2~5nm的介孔是页岩孔体积的主要贡献者;页岩孔隙结构不规整,多为平行壁的狭缝型孔;孔隙发育主要受有机质含量控制,其次,岩石矿物成分也对页岩孔隙发育有一定影响,其中脆性矿物更有利于微裂缝和宏孔的发育,黏土矿物含量与页岩比表面积和孔体积呈较弱的正相关性;页岩吸附性能受页岩比表面积和孔体积控制,有机质含量是页岩吸附性能的主要控制因素,随着有机质含量增加,页岩的吸附性能提高,其次,页岩吸附性能与黏土矿物含量呈弱正相关性,而与脆性矿物含量呈弱负相关性。     

川南地区筇竹寺组页岩微观孔隙结构特征及其影响因素

页岩微观孔隙结构是影响页岩气储层储集能力的重要因素。为评价川南地区下寒武统筇竹寺组页岩性质,基于井下 岩心样品、钻井资料,运用普通扫描电镜和氩离子抛光-场发射扫描电镜观测、Image J2x软件分析、低温CO2和N2 吸附、 高压压汞实验方法,对川南地区筇竹寺组页岩气微观孔隙成因类型、孔隙结构特征及其影响因素进行了研究。研究结果表 明,川南地区下寒武统筇竹寺组页岩孔隙度为0.25%~5.80%,平均为2.49%;发育多种成因类型微观孔隙,以粒间孔为 主,粒内孔、有机质孔和微裂缝次之,页岩微观孔隙总面孔率为3.58%~5.92%;川南地区筇竹寺组页岩总孔容为（2.86~ 12.55）×10-3 mL/g,总比表面积为2.727~21.992 m2/g,孔径主要分布于0.30~1.00 nm、2.5~4.7 nm和55~70 nm这三个区间,微 孔（<2 nm）和介孔（2~50 nm）是筇竹寺组页岩气储集空间的主体,孔隙结构形态主要为圆孔、楔形孔、平板狭缝型孔和混合 型孔结构。页岩孔隙度及总比表面积与TOC、脆性矿物含量呈正相关关系,页岩微孔孔容及比表面积与TOC呈正相关关 系,页岩孔隙度、总孔容及总比表面积与R0、粘土矿物含量呈负相关关系。     

基于微观孔隙结构表征的页岩电性研究 —以川南龙马溪组页岩为例

岩石电学作为电磁法勘探的理论基础,具有重要的研究意义,同时,微观孔隙作为控制含气量及气体赋存状态的主要因素,对油气的勘探具有重要意义,但岩石电学与微观孔隙结构间的关系还需进一步研究.因此,这里选取龙马溪组的10块样品,进行扫描电镜、高压压汞、CO2、N2等温吸附和复电阻率测试等实验,分析了龙马溪组页岩的微观孔隙结构和岩...     

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。     

陆相页岩储层特征及其影响因素:以四川盆地上三叠统须家河组页岩为例

以我国四川盆地上三叠统须家河组页岩为重点研究对象,在大量岩心、露头样品分析化验基础上,开展陆相页岩储层孔隙特征研究。采用高压压汞法、液氮吸附法、脉冲式渗透率法等多种手段相结合测定页岩储集物性,表明须家河组具有一定的储集性能,孔隙度为0.95%~4.77%,平均为2.73%。运用岩心观察、薄片观察、场发射扫描电镜等直接观察手段与高压压汞、氮气等温吸附等实验系统研究须家河组页岩的储集空间特征,明确纳米级基质孔隙是须家河组储集空间的主体,包括原生残余孔、颗粒间孔、溶蚀孔和有机质孔,孔径2~100nm,50nm的孔隙占83.9%,有机质孔隙局部发育。影响须家河组页岩储层特征的主要控制因素包括TOC含量、黏土矿物含量以及有机质热演化程度。     

应用高温甲烷吸附实验研究川东北地区五峰组页岩甲烷吸附能力

页岩甲烷吸附能力是决定页岩气井开采方案的重要参数,对评估页岩气藏潜力意义重大。干酪根类型、总有机碳含量、矿物组成、成熟度和孔径等是影响页岩吸附性能的因素,但针对高温高压下过剩吸附现象对页岩甲烷吸附能力影响的研究还需开展进一步的探索。为揭示四川盆地东北地区五峰组页岩甲烷吸附能力,本文通过场发射扫描电镜、低温氮气吸附和高压甲烷吸附实验,研究了高温高压下页岩的甲烷吸附能力,并分析了页岩孔隙结构等对页岩吸附能力的影响。结果表明:①五峰组页岩孔隙结构非均质性强,发育有机孔隙、粒(晶)间孔隙、粒(晶)内孔隙和粒(晶)间溶孔等多种孔隙;②比表面积平均为19.1282m^2/g;孔体积平均为0.0195cm^3/g;孔径平均为5.2226nm;③修正后的饱和吸附气量为2.56m^3/t;④五峰组页岩甲烷吸附性能受控于比表面积、孔体积;有机质含量越大、有机质热演化程度越低,其甲烷吸附性能越强;⑤孔隙结构是影响页岩甲烷吸附能力的重要内因。同时指出低压条件下的实验吸附曲线不适合直接评价页岩甲烷吸附能力。     

上扬子区古生界页岩的微观孔隙结构特征及其勘探启示

页岩的微观孔隙是评价页岩气资源潜力以及是否具有开采价值的重要指标。对上扬子区遵义、通江、广元等地下寒武统牛蹄塘组、下志留统龙马溪组和上二叠统大隆组的页岩进行采样,运用扫描电镜、氮气吸附和压汞实验对这些页岩的孔隙结构特征及其影响因素进行了研究。结果表明,大隆组页岩具有很低的比表面积和孔隙度,其中孔径小于100 nm的孔对孔隙度的贡献率在10%左右,主要孔隙类型为草莓体黄铁矿晶间孔;龙马溪组和牛蹄塘组页岩则具有较高的比表面积和孔隙度,50%~80%以上的孔隙度来自小于100 nm孔的贡献,主要孔隙类型是干酪根孔隙和溶蚀孔隙。认为页岩微观孔隙的发育与页岩的类型、溶蚀作用以及成熟度等因素有关。     

过成熟页岩在半封闭热模拟实验中孔隙结构的演化特征

为研究过熟页岩孔隙结构的演化规律及控制因素,选用上扬子寒武系牛蹄塘组和志留系龙马溪组2套过熟页岩开展热模拟实验,结合X-衍射、氮气和二氧化碳吸附以及扫描电镜研究其孔隙结构的演化特征.龙马溪组样品孔体积在500℃时得到最大提高,为原样的1.35倍; 牛蹄塘组样品孔体积在450℃时上升为最高,较原样提高到1.13倍.利用吸附数据计算出牛蹄塘组样品微孔体积是龙马溪组样品的1.72倍,龙马溪组中孔体积是牛蹄塘组样品的1.44倍.结果表明:（1）牛蹄塘组页岩有机质生烃潜力弱且原始微孔体积高,生烃量少又不易排出,孔隙结构改善较差; （2）龙马溪组页岩石英含量较高抗压能力较强,利于中-大孔隙的发育与保存,也有利于烃类生成后排出,孔体积得到较大提高.      

神农架大九湖泥炭湿地CH4通量特征及其影响因子

开展大九湖湿地生态系统CH₄通量研究,对深入了解碳循环机制、科学经营以及准确评估湿地生态系统碳收支等方面具有重要意义.以湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地为研究区域,采用涡度相关法对CH₄通量进行原位连续观测,分析了泥炭湿地CH₄通量变化特征及其影响因素.结果表明,大九湖泥炭湿地在2015年8月至2016年5月期间表现为CH₄的源,日通量均值为15.57 nmol·m-2·s-1.CH₄通量具有“夜间极大值”(2:00或22:00) 和“三峰模式”(6:00、12:00和22:00) 两种昼夜变化规律;CH₄通量具有明显季节变化规律,8月释放最多(36.46 nmol·m-2·s-1),3月释放最少(3.92 nmol·m-2·s-1).相关性分析表明,大九湖泥炭湿地CH₄通量受空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、土壤含水量(SWC)和摩擦风速(U*)的共同影响;不同时间尺度上,各影响因子与CH₄通量的相关性有所差异.曲线拟合得出,CH₄通量与T_a和T_s呈指数增长趋势,与SWC呈二次曲线关系.      

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。     

高煤阶煤孔隙结构及分形特征

高煤阶煤与中低煤阶煤在孔隙结构特征方面存在明显差异,分形理论为定量描述高煤阶煤储层孔隙特征提供了有效手段。基于扫描电镜、压汞实验和孔渗测试,以华北地区最大镜质体反射率(Ro,max)在19%~295%之间的9个煤样为研究对象,采用分段回归的方法对各样品进行不同孔径段分形维数计算,并讨论了孔隙结构分形维数与孔隙体积百分比、Ro,max、孔隙度和渗透率的关系。结果表明,高煤阶煤微小孔发育,半封闭孔含量较高,孔隙连通性一般,且孔隙结构具有明显的分段分形特征,同一煤样的超大孔(孔隙半径r＞5 μm)、大孔(05 μm＜r＜5 μm)、中孔(005 μm＜r＜05 μm)和微小孔(r＜005 μm)的分形维数依次减小;各煤样超大孔、大孔、中孔分形维数均随Ro,max增加而增加,随对应孔隙体积百分比增加而减小;孔隙度或渗透率与超大孔、大孔和中孔、微小孔分形维数分别呈二次相关、线性正相关、负相关;各分形区间分形维数分布的偏度和峰度与孔隙度或渗透率分别呈高度正相关和负相关,这为高煤阶煤孔隙度、渗透率提供了理想的线性方程(y=ax+b)预测模型。     

高压条件下CO2对页岩微观孔隙结构影响及其在页岩中的吸附特征

为了解高压条件下二氧化碳（CO₂）对页岩微观孔隙结构改造及吸附行为,以四川盆地焦页6井页岩为研究对象,通过低温N₂吸附和重量法等温吸附实验,研究了不同温压条件下CO₂处理前后的页岩微观结构特征及CO₂在页岩中的吸附行为.研究表明随处理温度升高,CO₂作用后的页岩比表面积呈下降趋势,平均孔径和孔体积呈上升趋势,微孔、中孔比例减少,宏孔比例增大.CO₂会改变页岩孔隙结构,改变程度与温度呈正相关关系.研究同时表明页岩对CO₂的过剩吸附量随压力增大而增加直至达到最大值,后随压力增大而减小;绝对吸附量随压力增大而增加,在40 MPa之后,吸附量趋于稳定.页岩对CO₂的吸附行为与温度压力有关,在高压条件下,Langmuir模型依然能较好地拟合CO₂在页岩中的吸附.      

Qualitative and Quantitative Characterization of Shale Microscopic Pore Characteristics Based on Image Analysis Technology

In order to evaluate the shale microscopic pore characteristics more economically and effectively in limited circumstances, the pore characteristics of Longmaxi Formation in Pengshui area, Sichuan Basin, were qualitatively observed and analyzed with Scanning Electron Microscopy (SEM) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) with argon ion polishing method at the same time. Pore quantitative information were extracted from shale SEM and FESEM images with the help of a professional image analysis software IamgeJ2x, and combined with statistical methods, the whole pore size distribution as well as shale pore fractal dimension and the relevance between fractal dimension and organic matter content, mineral composition and pore adsorption capacity and the corresponding pore structure characteristics of Longmaxi Formation in Pengshui area were analyzed. The study shows that under SEM, there are mostly micro pores of Longmaxi Formation in Pengshui area. The main pore types include intergranular pore, clay mineral layer pore, intragranular pore and micro cracks, etc. Through argon ion polishing FESEM, there mainly develop nanoscale pores. The main pore types contain organic pore, inorganic mineral pore (pyrite intergranular pore, intragranular pore, clay mineral layer pore and intergranular pore, etc.) and micro cracks. The use of both of the two methords is more advantageous to qualitatively analyze shale pore. The whole pore size distribution of shale pore has four main peaks and the main distribution range is 3~10 nm, 10~40 nm, 100~400 nm, 1~4 μm, respectively. The shape factor of shale organic matter pore is distributed between 0.9~1 and inorganic mineral pore is distributed between 0.5~0.7. It shows that the organic matter pore is circular, nearly circular and inorganic mineral pore shape is triangle, polygon, slit shape and so on. The inorganic mineral pore shape is relativly complex because of the different pore causes. The shale pore of Longmaxi Formation in Pengshui area conforms to the fractal features, and the organic pore fractal dimension is smaller than that of inorganic mineral pore, showing that the organic matter pore structure is relatively simple. There is a certain relevance between fractal dimension and organic matter content, mineral composition, porosity, and adsorbed gas content. With the increase of the organic matter content, the shale pore fractal dimension increase, the pore structure characteristics become complicated. With the shale pore fractal dimension increasing, the biggest gas adsorption quantity increases and the ability of pore adsorption strengthens.