页岩储层纳米级孔隙的研究进展

<正>当前,页岩气在中国油气资源勘探中的地位越来越受到人们的关注。据2012年统计我国页岩气的远景资源量为218×1012m3,2600 m以上的现实资源量为123×1012m3(姜福杰等,2012)。页岩气在天然气资源中也占有重要地位,以四川盆地为例,仅评价过的寒武系和志留系两套页岩,页岩气资源量就相当于该盆地常规天然气资源量的1.5².5倍(高慧丽,2010)。由此可见,页岩气的勘探开发有重大的实际意义。纳米级孔     

煤储层纳米孔隙结构及其瓦斯扩散特征

研究煤复杂发育的孔隙结构对揭示煤层气体赋存机理及扩散运移规律有重要意义.为了研究煤的纳米孔隙结构,利用SEM、液氮吸附、小角X射线研究了不同煤阶煤的纳米孔隙在形式和分布上的非均匀性.实验煤样煤基质中的孔呈多峰分布,且孔径范围主要集中在2~10 nm.煤样低温液氮吸附实验测得煤样的吸附量为3.676 cm3/g,煤样的比表面积为1.416 m2/g.以最可几孔径作为研究对象,在实验压力范围内,吸附压力越大,最可几孔径变大的越多;瓦斯气体在纳米级孔隙结构中的扩散模式以过渡型扩散为主,微孔更发达的煤样中,扩散更接近Knudsen型扩散,中孔更发达的煤样中,扩散更接近Fick型扩散;Knudsen数与温度呈负相关关系,温度高于250 K后,Knudsen数趋于稳定,与压强呈正相关关系,压强越大,扩散越容易.      

深部中-高煤级煤储层孔隙结构与吸附性

为了探讨中-高煤级深部煤层孔隙结构特征和吸附性,以陕西宜川和山西柿庄地区埋深100~1 800 m的中-高煤级样品为研究对象,对样品进行了煤岩煤质分析以及压汞法、核磁共振、低温液氮和等温吸附等测试,结果表明：(1)随着深度的增加,煤层吸附孔含量增多,渗流孔含量减小,渗透性降低,储层物性变差。(2)比表面积和总孔体积在1 000 m附近出现高值区域,随后才出现如前人所述的随深度逐渐降低的趋势,这与小孔的贡献率一致,可见比表面积和总孔体积并非完全由微孔决定,小孔作用显著。(3)深部煤层吸附性是压力的正效应与温度的负效应共同作用的结果,随着压力的增高,吸附量明显增加,温度每升高1 ℃,吸附量平均减少0.25 cm³/g;兰氏压力并不是简单地随温度递增而递增,而是存在随温度变化的拐点(35 ℃),大于拐点温度时,兰氏压力才呈现增高趋势。     

韩城矿区构造煤纳米级孔隙结构的分形特征

构造变形可以引起煤纳米级孔隙结构的变化,变形机制的不同对孔隙结构的影响程度也不同。煤的孔隙非均质性极强,传统实验方法难以准确地描述孔隙结构的复杂性,而分形理论提供了描述这一复杂性的量化方法。基于渭北煤田韩城矿区不同类型构造煤的低温氮吸附实验,采用分形FHH方法,定量表征了构造变形对煤纳米级孔隙结构的影响程度。结果表明:韧性变形煤比脆性变形煤的孔隙分形维数高,孔隙结构复杂,非均质性增强,导致毛细凝聚效应增强,吸附滞后突出;构造煤分形维数随着平均孔径的降低和中孔含量的升高而增大,说明构造变形程度越大,平均孔径越小,孔隙结构越复杂。研究认为,分形维数定量反映了煤构造变形的强弱,可以指示煤中纳米级孔隙结构的变形程度。      

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。     

沁水盆地南部高煤级煤储层孔隙分形特征

以沁水盆地南部的20个高煤级煤样品的压汞实验和煤岩煤质分析的结果为依据,探讨了孔隙分形维数的计算方法,分析了盆地南部地区高煤级煤孔隙分形特征。研究表明,高煤级煤孔隙分形无标度区为50nm~100μm,孔隙分维数在2.94~3.21,孔隙分维数与煤变质程度、孔隙度、大孔含量、体积中值孔径呈负相关关系,与中孔含量、吸附孔含量、退汞效率、灰分产率呈正相关关系,而固定碳含量、镜质组质量分数、挥发份产率、兰氏体积则以孔隙分维数3.05为拐点呈双U形或倒双U形变化。孔隙分维数可以作为反映高煤级煤储层吸附能力和解吸能力的一个重要参数,并依据孔隙分维数划分出该区富气易解吸区、富气难解吸区及含气解吸区。     

页岩微纳米孔隙结构分形特征研究

页岩气作为非常规气,是一种重要能源。页岩的孔隙结构特征是衡量与评价页岩储层存储能力与可压裂性的重要参数。选取威远海相页岩（1#）、龙马溪海相页岩（2#）、瑶曲凝灰岩（4#）以及瑶曲陆相页岩（5#,6#）,进行压汞实验、氮气吸附性实验以及核磁共振实验。利用分形理论,表征孔隙结构的非均质性,揭示分形维数和孔隙结构之间的关系。结果表明:孔隙在0.1~100 μm范围采用压汞实验,陆相页岩样品得到的分形维数要比海相页岩样品大;孔隙在2~200 nm范围采用氮气吸附实验,海相页岩的分形维数比陆相页岩大;相比之下,孔隙在10 nm~10 μm范围采用核磁共振实验得到的焦石坝海相页岩与陆相页岩的分形维数大小比较接近。尤其是本文统计的氮气吸附实验样本中,焦石坝海相页岩的分形维数最大,即焦石坝海相页岩的微孔结构最为发育,非均质性最强。因此分形维数可作为一种用于评价页岩孔隙非均质性与储存压裂效果的重要参数。     

华南韦宪期含煤地层对比

<正> 华南韦宪期含煤地层分布较广,但各地发育程度不同,因而对比困难。本文主要根据湘中剖面有关资料综合而成,试图探讨华南韦宪期含煤地层的对比。一、湘中测水组金竹山剖面:位于涟源县金竹山矿公路旁,是笔者同唐仲林、李长荣等测制,分层层位是同金竹山区钻孔和井下巷道资料对比后确定的(图1)。     

中国主要含煤地层对比方案

我国幅员辽阔,煤炭资源丰富,成煤时期多而长久。从早古生代的“石煤”到近代泥炭堆积,基本上各纪都有成煤作用发生。以昆仑山—秦岭—淮阳山为界分我国成南、北两部,北方主要发育有石炭—二迭纪、早—中侏罗世、晚侏罗—早白垩世、第三纪的四套含煤地层;南方则主要发育有早石炭世、晚二迭世、晚三迭—早侏罗世、第三纪的另外四套含煤地层。这些是我国境内的主要含煤地层,它们常在大范围内形成相当可观的煤炭资源。     

含粉砂质层页岩储层孔隙结构和物性特征:以张家滩陆相页岩为例

鄂尔多斯盆地东南部延长组张家滩页岩储层中发育有大量粉砂质层,全面系统地理清张家滩页岩孔隙结构和物性特征,需要对比研究粉砂质纹层发育页岩、粉砂质层不发育的泥质页岩以及粉砂岩。本文选取了22块页岩样品,通过压汞法、气体吸附法和气测孔渗法等多种测试手段,结合扫描电镜观察,在对组成3种岩石类型的粉砂质层和泥质层孔隙发育类型研究的基础上,分析了3种岩石类型孔隙结构和物性特征的差异,并讨论了造成上述差异的影响因素。结果表明,粉砂质纹层发育页岩和粉砂岩孔径在100 nm以上的中-大孔孔体积较大,具有更好的储集和渗流能力。通过对比粉砂质层和泥质层的组分、沉积结构和成岩作用等的差异可知：粉砂质层中石英、长石等粉砂级刚性碎屑颗粒的富集有利于原始孔隙的形成和在物理压实过程中的保存;有机酸存在造成的酸性成岩环境有利于长石等颗粒发育溶蚀孔隙;液态烃等在颗粒表面形成的薄膜能够有效地抑制石英等胶结作用的发生。与泥质层相比,粉砂质层具有更好的孔隙形成和保存条件,使得粉砂质纹层发育页岩和粉砂岩的孔隙结构和物性特征明显优于泥质页岩。     

页岩纳米孔隙研究新进展

随着页岩油气勘探的兴起及近年来北美地区页岩油气开发取得的巨大成功,含气页岩储层的孔隙研究受到越来越多的重视。页岩储层不同于常规储层,其以纳米孔隙为主,无法用常规储层孔隙研究方法进行表征和评价。对目前国内外含气页岩孔隙分类及孔隙表征方法进行了综述,从定性及定量的角度对表征方法进行归类和总结,指出了各类方法的优缺点及应用范围。定性表征方法主要是利用聚焦离子束扫描电子显微镜、高分辨率的场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、宽离子束扫描电子显微镜、原子力显微镜等电子显微成像分析技术及Nano-CT技术等直观描述页岩孔隙的几何形态、连通性和充填情况等;定量表征方法是利用气体吸附法、压汞实验、小角散射及核磁共振等技术定量分析页岩孔径大小及分布、比表面积等。进一步探讨了含气页岩纳米孔隙发育演化的控制因素以及纳米孔隙对页岩气聚集的影响。展望未来,在页岩纳米孔隙结构表征技术方面,应不断提高实验精度和效率,定性与定量表征相结合,改进三维成像技术;在页岩纳米孔隙储层评价研究方面,纳米孔隙发育演化的控制因素、纳米孔隙储层的储气及产气能力、陆相非均质页岩纳米孔隙的表征与评价是关注的重点领域。     

驼马滩盆地含煤地层时代的厘定与我国北方早白垩世含煤地层对比

甘肃境内有经济意义的早白垩世含煤地层原先仅知是陇南的东河群。1984—1985年间甘肃省地矿局酒泉地调队在对肃北蒙古族自治县马宗山区公婆泉乡管辖的驼马滩盆地进行煤田地质工作时,向笔者所在单位采送了不少孢粉样品,经段文海鉴定的73个样品中有23属32种,总计8187粒孢粉。取得了含煤地层时代为早白垩世的证据,随之认定了甘肃境内第二个有工业价值的含煤沉积。这一孢粉组合发现并不局限于说明地层时代,而对阐述古气候、探讨古环境、进行区域间地层对比,研究我国含煤地层的时空分布也有着不同程度的意义。     

基于NMR和X-CT的页岩储层孔隙结构研究

为了定量表征页岩储层孔隙结构,应用NMR和CT扫描技术研究中扬子地区陡山沱组页岩储层孔隙结构特征。研究结果表明:①陡山沱组页岩横向弛豫时间(T2)谱为非对称不连续双峰结构,且T2谱的谱峰小,代表页岩孔隙直径小;②发育微孔隙、微裂缝的页岩密度最小,在CT灰度图像中表现为黑色,CT灰度图像经伪彩色增强,可以更直接地观察页岩内部孔隙发育特征;③页岩的三元组构中,矿物、有机组分和孔隙分别具有不同的CT数分布区间,通常孔隙的CT数都小于300 HU,因此可通过CT数来定量识别孔隙;④根据NMR的T2截止值计算了页岩有效孔隙度,并分析了页岩储层中可动流体百分数。     

华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。但不同类型构造煤的变化又有所区别     

煤层对比和含煤地层剖面的对比方法

煤层对比和含煤地层剖面的对比問題是煤田地质中最重要的問題之一。正确地对比一个矿区內以及各个矿区內的含煤地层剖面和煤层是确定煤儲量,理解矿区构造,合理地将矿区划分为井田,以及查明含煤性变化規律和确定普查勘探工作方向的主要条件。在进行无岩心鑽进,以及勘探隐伏和錯动复杂的     

中高阶煤储层吸附孔孔隙结构特征对比分析

为对比分析中国西南主要煤层气产区—黔西-滇东地区不同煤储层孔隙结构特征,基于低温液氮测试(LPN_2GA)和CO_2吸附测试(LPN_2GA)对区域内的19件中高阶样品吸附孔(100nm)孔隙结构特征进行综合分析,同时,利用分形理论对纳米孔(2～100nm)孔隙进行分形研究。结果表明,中煤级煤储层(土城矿区)纳米孔孔隙以半封闭孔为主,孔隙连通性较差。高煤级(老厂矿区)纳米孔趋于复杂,以墨水瓶孔和开放孔为主。纳米孔孔容和孔比表面积分布分别呈多峰态和单峰态,孔容峰位(10～100nm)和比表面积峰位(2～10nm)随煤级升高分别向大孔径和小孔径孔隙转变。微孔范围内(0. 47～1. 50nm)总比表面(CO_2-TSS)与总孔容(CO_2-TPV)表现为线性正相关,且CO_2-SSA提供了煤储层绝大比例的总表面积( 99%)。中煤阶储层以"三峰态"为主(峰1,0. 48～0. 53nm;峰2,0. 60～0. 67nm;峰3,0. 80～0. 84nm)。随煤级增加,微孔优势孔径逐渐减小,0. 62nm孔隙孔容/比表面积百分比逐渐增加,使其高煤阶储层表现为"双峰态"。2～100nm纳米孔范围内,D_(v1)主要与2～10nm阶段孔隙TPV有关,可用以表征该范围孔隙体积非均质性。相较于D_(v1),D_(v2)与孔隙结构参数无明显线性关系,其主要受煤变质程度作用影响。     

阳泉新景矿高煤级煤的孔隙结构分形特征

分形理论是宏观上定量评价储层非均质性的有效手段。以阳泉新景矿高煤级煤样品压汞数据为基础,建立分形几何模型,定量描述了孔隙结构。实验结果表明：样品孔隙以纳米孔为主,孔径、比表面积及孔容也集中分布在纳米孔段。煤样孔径65 nm以上的孔隙具有显著的分形特征,分维值分布范围为2.89~2.99,体积增量呈现阶段式的变化,孔隙结构复杂;孔径65 nm以下孔隙几乎无分形特征,比表面积增量与孔径在对数坐标中呈线性关系;基于分形特征及分子运动规律,将储层孔隙以孔径65 nm为界划分为扩散孔和渗透孔2个大类6个小类。分维值与体积孔隙中值半径、总孔隙体积呈负相关,与孔径65 nm以上的孔隙体积、比表面积呈正相关,与孔隙度无相关性。分形分维值对储层结构具有较全面的表征能力,可以作为综合指标在煤储层孔隙研究中加以应用。     

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。     

上黑龙江凹陷晚中生代含煤地层对比

上黑龙江凹陷已知含煤地层为中侏罗世、晚侏罗世、早白垩世。根据岩性组合和古生物化石组合提出两个地层对比方案，即霍拉盆煤田应和大磨拐河组对比，鸥浦煤田可和开库康组对比。