川东南地区志留系龙马溪组页岩孔隙结构特征

页岩储层的孔隙结构对页岩气资源评价和勘探开发具有重要意义。通过高压压汞法、低压氮气吸附法、氩离子抛光-场发射扫描电镜对川东南龙马溪组页岩微观孔隙结构特征进行了深入的研究,分析了微观孔隙发育影响因素。研究表明,页岩排驱压力比较高,孔隙分选差,退汞率极低,说明孔隙与喉道非常不均一;页岩比表面积为12.330~29.822 m2/g,平均为20.132m2/g;孔体积为0.015 9~0.094 7cm3/g,平均为0.044 5cm3/g;平均孔径为3.484~12.473nm,平均为7.400nm;主体孔隙为中孔,存在一部分的微孔和大孔,氮气吸附-脱附曲线表明孔隙形态以墨水瓶形孔和狭缝状孔为主。孔隙类型可分为有机质孔、原生残余孔、次生溶蚀孔、黄铁矿晶间孔、黏土矿物晶间孔、裂缝6种类型,其中原生残余孔、次生溶蚀孔可达微米级。有机碳含量、石英含量、黏土矿物含量、热演化程度均会影响微观孔隙发育,比表面积和孔体积随有机碳、石英含量的增加而增加;而随黏土矿物含量的增加,比表面积、孔体积呈减小趋势;适宜的热演化程度是纳米级孔隙发育的重要影响因素。      

含水对页岩无机微观孔隙结构影响——以龙马溪露头页岩为例

采用水力压裂进行页岩开发时,页岩吸水能力较强,水与矿物之间的物理化学作用导致孔隙结构的变化。以龙马溪组露头页岩岩心为研究对象,采用平衡水分法、氮气吸附实验和扫描电镜观察,获取不同含水饱和度前后的孔径吸附曲线及原位孔隙结构图片。利用图像处理软件、SPSS软件分析无机微观孔隙的结构参数,分析结构参数在不同含水饱和度前后的均值、峰度、中位数变化趋势,以及矿物颗粒间特征长度变化。结果表明：水侵入页岩初期速度较快,后期侵入速度逐渐变慢,微观孔隙的结构参数与含水饱和度非线性相关;水对页岩微观孔隙结构存在两类相反的作用机制,新裂缝或孔隙的产生源于黏土矿物较强的脱水皱缩效应。水基压裂液中的水对微观孔隙结构的作用较为复杂,颗粒运移、矿物颗粒排列扭转对储层物性及地层结构稳定性产生负面影响。     

焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩孔隙结构特征及其主控因素

孔隙结构是评价页岩储气能力、渗流能力以及是否具有商业开采价值的关键。以重庆焦石坝JY1井五峰组-龙马溪组底部富有机质页岩为研究对象,选取了15块页岩样品开展了有机碳含量、X射线衍射、压汞、氦气孔隙度测定,低温氮吸附、氩离子抛光电镜观察,并结合沥青反射率测定、天然气碳同位素等资料表征页岩孔隙体积、大小和分布特征;从外部和内部两方面探讨了孔隙结构的主要控制因素。研究表明:①JY1井五峰组-龙马溪组页岩孔隙类型主要为无机孔(黏土矿物晶间孔、粒间孔和粒内孔)、有机质孔和微裂缝;②压汞和吸附实验显示页岩孔隙结构相对较复杂,以孔径小于50nm的孔隙为主,微孔提供了大部分的比表面积(约占65%),中孔提供了大部分的比孔容(约占57%),且以四面开放的平行板状孔隙为主,兼有多种其他形态的孔隙;③自白垩纪以来的多次挤压抬升剥蚀过程中,构造应力或温压的变化可能形成了大量微裂缝,沉积环境的差异制约了富有机质页岩发育的厚度、分布以及有机碳的富集程度;④相关性分析表明,微孔、中孔的比表面积和比孔容与有机碳质量分数关系密切,其中中孔体积和微孔的比表面积表现最明显;黏土矿物和石英质量分数对孔隙结构的影响呈现此消彼长的效果;当R_o<3.0%时,微孔和中孔的比表面积、比孔容与R_o值呈弱的负相关,反之呈现增大趋势,这与过高热演化阶段,生气速率变慢反而制约了纳米级孔隙发育,导致微孔数量减少有关。      

川渝鄂地区龙马溪组页岩沉积环境及储集特征

根据8条野外油气地质基干剖面调查、测井资料、岩心观察,以及薄片分析、X线衍射和扫描电镜等,分析川渝鄂地区龙马溪组黑色页岩沉积环境、分布规律及储集空间特征。结果表明:早志留世龙马溪组为受古隆起围限的浅海深水沉积的古地理格局,主要为深水陆棚相、浅海陆棚相、潮坪潟湖相沉积环境。优质黑色页岩主要发育于陆棚相,厚度为20~120m,呈北东向展布。龙马溪组页岩段黏土矿物质量分数分布在18.80%~30.19%之间,平均为26.50%,以伊/蒙混层为主,对CH4吸附性强。泥页岩孔隙度分布在0.47%~16.50%之间,平均为4.57%,渗透率为(0.004~0.917)×10~(-3)μm~2,页岩储集空间主要包括微孔隙和微裂缝2种类型,有机质孔最为发育,与含气量呈正相关关系。该结果为川渝鄂地区页岩气勘探和开发提供依据。     

低压气体吸附实验在页岩孔隙结构表征中的应用

页岩孔隙结构特征直接影响气体在其中的吸附和运移。以长宁示范区下志留统龙马溪组下部富有机质页岩样品为例,利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、低压CO2气体吸附及低压Ar气体吸附等实验,对长宁示范区开发主体层段富有机质页岩的孔隙结构进行定性描述和定量表征。结果表明:长宁示范区富有机质页岩主要发育有机质孔隙,页岩孔隙结构非均质性强,平均比表面积为42.19m2/g,平均孔体积为0.059 1cm3/g,孔径小于2nm的微孔提供页岩60%以上的比表面积,是页岩气主要的吸附场所;孔径大于10nm的介孔和宏孔提供页岩70%以上的孔体积,是页岩气主要的储存场所。改进的气体吸附法可实现对页岩纳米级孔径分布的连续定量表征,研究结果对了解富有机质页岩纳米级孔隙结构特征、评价页岩含气性具有指导意义。     

正安地区五峰组-龙马溪组页岩储层特征及控制因素

四川盆地以东的复杂构造变形带拥有巨大的页岩气资源潜力，但目前勘探开发不足。为了支撑复杂构造变形带的页岩气勘探开发，针对复杂构造变形带内正安地区五峰组-龙马溪组页岩钻井岩心，开展了矿物学、有机地球化学、岩石学分析测试，探讨了页岩储层特征及主控因素。正安地区五峰组-龙马溪组页岩储层石英质量分数高达60%~80%，以硅质页岩为主，脆性程度高。石英主要是无机成因，包括原生碎屑石英沉积和黏土矿物转化而成的次生石英。原生碎屑石英、层状黏土颗粒的压实脆裂增大了孔隙空间，但次生石英的沉淀、充填减小了矿物颗粒间的骨架孔隙。正安地区五峰组-龙马溪组页岩储层总w（TOC）高达5.8%，有机质中无定形腐泥组大于80%，沥青反射率介于2.6%~3.1%，有机质热解而成的有机孔显著增大了孔隙度，但有机孔隙后期遭受构造挤压变形，多坍塌成狭长的多边形。      

潜江凹陷盐间页岩油储层孔隙结构分形表征与评价

目前, 众多学者从地球化学特征、储层物性特征等方面对潜江凹陷潜江组页岩展开了较多研究, 并取得了一定的进展, 但对其孔隙的复杂性、形成孔喉的主要矿物及其影响因素的分析存在盲点。依据分形理论, 结合氮气吸附实验、高压压汞实验, 选取沉积位置不同的BX7井以及BYY2井, 分别对潜三段第四亚段(Eq₃4-10)页岩的比表面分形特征、孔隙结构分形特征以及孔喉分形特征进行了评价, 分析了其影响因素。结果表明, 该地区的孔隙表面较为平整, 比表面分形维数D1趋近于2, 孔隙表面的粗糙程度主要受黏土矿物本身特性影响。相较于沉积边缘的BX7井, 位于沉积中心的BYY2井储层孔隙结构分形特征更为简单。小孔径孔隙的孔体积所占比例越大, 孔隙结构分形特征越复杂。BX7井储层孔隙结构分形维数D2主要受黏土矿物以及石英的影响, 而BYY2井储层孔隙结构分形维数D2主要受白云石的影响。白云石为构成BX7井储层孔喉的主要矿物, 随白云石增加, 孔喉特征复杂, 连通性变差。BYY2井储层中石英形成的孔喉直径较小, 石英的增加会使孔隙连通性变差; 方解石形成的孔喉直径较大。页岩油的赋存会使孔隙的分形维数变小, 对孔喉分形特征的影响较小。盐类矿物的存在会阻塞孔隙, 使孔隙连通性变差。      

鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩储层特征及其脆性评价

依据鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩X射线衍射全岩分析、X射线衍射黏土矿物分析、物性分析、含气性测试和地球物理测井等资料,对区内页岩储层发育特征和页岩脆性特征进行了研究和综合评价。结果表明:宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩依次主要由石英、黏土矿物、长石、白云石、方解石、黄铁矿等组成;具有自底部“高硅、低黏土”页岩向上过渡为“低硅、高黏土”页岩的发育特征。页岩孔隙度主要为1.01%~1.77%,平均1.29%,渗透率主要为0.001×10-3~0.843×10-3 μm2,平均0.234×10-3 μm2,属于低孔特低渗储层;五峰组-龙马溪组下部页岩含气量普遍大于1 m3/t,厚度可达20 m。脆性矿物含量法脆性分析结果显示,页岩脆性指数分布于39.6%~89.6%之间,平均55.4%,其中底部10 m厚的页岩脆性指数均大于60%,利于储层压裂改造后形成复杂的裂缝网络系统。弹性参数法脆性分析结果显示,五峰组-龙马溪组页岩杨氏模量主要为25.2~67.5 GPa,平均38.9 GPa;泊松比主要为0.177~0.327,平均0.297;脆性指数主要介于8.5%~97.3%之间,平均33.2%;其中底部13 m厚的页岩具有典型高杨氏模量、低泊松比和高脆性指数的特征。页岩脆性综合评价结果表明,五峰组-龙马溪组底部9 m厚的页岩发育相对最优杨氏模量和泊松比条件,脆性属于中-高等程度,造缝能力强,可压裂性好。将页岩段划分为4类可改造储层,其中底部2 714.4~2 723.4 m段页岩具有泊松比相对最小、含气性最好、脆性最优和有机质含量高等特征,构成研究区最优改造层段。      

鄂尔多斯盆地高桥地区本溪组砂岩储层微观孔隙多重分形特征

选取鄂尔多斯盆地高桥地区上古生界本溪组11块砂岩样品,基于岩石薄片及扫描电镜分析储层岩性特征及孔隙结构特征,引入多重分型理论,对砂岩样品核磁共振T₂分布数据进行了研究,探讨了砂岩储层孔隙多重分形特征,并分析了多重分形参数与砂岩孔隙结构参数、矿物组成及砂岩物性参数之间的关系。结果表明:本溪组砂岩多为石英砂岩及岩屑石英砂岩,石英体积分数63%~85%,平均71.45%;岩屑体积分数3%~17.5%,平均10.91%,不含长石,胶结物以高岭石（φ_B为3%~10%,平均6.3%）及碳酸盐（φ_B为0~9%,平均5.65%）为主。储层孔径分布具有多重分形特征,多重分形参数D_min-D_max介于1.16~1.83、D_min/D_max介于2.73~6.92、Δα介于1.37~4.33。研究表明,f（α）-α多重分形奇异谱及q-D_q广义多重分形参数均可用于定量评价储层。多重分形参数与石英含量及岩屑含量分别呈微弱正相关及负相关关系,与填隙物含量呈明显负相关关系。多重分形参数大小与储层渗流能力密切相关,随着渗透率不断增大,多重分形参数表现为先增大、后减小的趋势,因此,并非非均质性越小,储层越好,大量晶间孔的发育可降低储层非均质性,但也会大大制约储层渗流能力。相对较大孔隙发育,且未经过强烈压实、胶结等成岩作用改造,储层非均质性较弱的储层是油气勘探的有利区域。      

龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征

层状页岩的微观非均质性及力学各向异性对研究井壁稳定以及水力裂缝扩展形态具有重要意义。为了向页岩优化钻井、压裂工艺参数提供一定的理论和试验依据,对沿不同角度取心的页岩试样开展单轴压缩实验,配合场发射扫描电镜、原子力显微镜观测实验和波速测试等,研究龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征,并讨论这些物理力学特征对水力裂缝形态的影响规律。结果表明:受层理面的影响,龙马溪组页岩呈现出较强的微观非均质性和宏观力学各向异性特征。具体的,微观孔隙结构特征方面,随着观测方向与层理方向之间夹角β的增大,微观孔隙结构的发育程度逐渐增加,说明气体的储集和空间呈增加趋势;宏观力学特征方面,单轴压缩条件下,随着加载方向与层理方向间夹角θ的增加,页岩试样的破坏模式从贯穿层理面的张拉破坏,先转变为剪切破坏,再变为劈裂-剪切混合破坏;龙马溪组层状页岩的单轴抗压强度、泊松比随着θ的增加呈现出先减小后增大的"U"形各向异性模式,弹性模量、横纵波速则逐渐减小,胶结程度较弱的页岩层理面会先于基质体发生破坏,进而显著影响岩石整体的力学性质;页岩微观非均质性及力学各向异性特征在一定程度上影响压裂过程中水力裂缝的扩展行为,以及停泵后压裂液的渗流路径。研究结果可为页岩压裂工艺参数优选提供一定依据。      

四川盆地长宁示范区龙马溪组页岩岩石力学特性及脆性评价

页岩的岩石力学特性对页岩气开发效果具有重要影响,因此以四川盆地长宁示范区志留系龙马溪组泥页岩层段为研究对象,分析其力学与脆性特性。采用矿物组分分析、地球物理测井分析和实验室力学实测相结合的方法,比较了龙马溪组龙一段和龙二段的脆性矿物含量、泊松比、杨氏模量、岩石脆性、三轴压力等力学特性。结果表明:龙二段比龙一段具有更高的脆性矿物含量,龙一段的泊松比明显高于龙二段,利用纵横波时差比可以反映泊松比的变化,纵横波时差关系图的斜率与泊松比具有相反的变化趋势。龙一段样品的杨氏模量低于龙二段样品,通过杨氏模量和泊松比关系图发现龙一段与龙二段发生分离,龙二段页岩段的脆性指数大于0.5,应力、应变曲线的负坡较陡。综合评价分析表明:龙二段具有较低的泊松比、纵横波时差比和较高的杨氏模量,龙一段比龙二段更易变形。因此龙二段脆性优于龙一段脆性,有利于后期的压裂改造。      

漠河盆地上侏罗统额木尔河组陆相泥页岩孔隙结构特征

通过氩离子抛光-扫描电镜、低温N₂和CO₂气体吸附、覆压孔-渗、X-射线衍射和有机地化等分析测试,对漠河盆地上侏罗统额木尔河组陆相泥页岩孔隙结构特征开展了系统研究。研究表明:额木尔河组泥页岩孔隙类型以长石溶蚀孔、黏土矿物晶间孔和粒间孔为主,整体上由介孔和宏孔构成;泥页岩孔、渗性较差,氦气孔隙度为0.167%~5.69%、覆压渗透率为0.000 513×10-3~0.050 38×10-3μm2;有机质成熟度未达到热裂解干气阶段,限制了有机质孔隙的发育;长石溶蚀孔普遍发育,长石含量与介孔孔容呈负相关,表明部分介孔的形成可能与长石溶蚀作用有关;伊利石晶间孔主要提供微孔体积,而伊蒙混层相关孔隙则可能是介孔的主要贡献者;张性和剪切构造裂缝的普遍发育,有利于改善泥页岩储层的孔隙结构和渗流能力。综合分析表明,分布于滨黑龙江隆起中东部、埋藏较深的(约800 m以下)高成熟页岩更适合开展进一步的页岩气评价和勘探工作。      

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0.09~60 μm,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。      

川西南与川东北地区下志留统龙马溪组页岩气成藏条件对比及目标区分析

川西南与川东北是龙马溪组页岩气开发的有利勘探区域,对这2个区域龙马溪组页岩气的成藏条件进行了研究和对比,结果表明,川东北龙马溪组页岩比川西南具有更高的有机碳质量分数w(TOC)、热成熟度Ro和脆性度,但埋藏深度过大。利用层次分析法,对2个地区页岩气成藏条件做了定量对比,综合而言,川西南龙马溪组页岩成藏条件明显优于川东北。参照美国Fort Worth盆地Barnett页岩的选区原则,同时结合四川盆地自身的特点,选取页岩单层厚度、w(TOC)、Ro和埋藏深度4个评价参数,并对其标准经过适当修改后,确定了该套岩层的页岩气目标(核心)区与有利区。选区参数的信息叠合表明,龙马溪组页岩气目标(核心)区大致分布在川西南的自贡—内江一带以及宜宾以西;有利勘探区主要分布在川西南的马边—威远一线以东以及川东北的宣汉—万县一带。      

四川盆地周缘五峰组-龙马溪组黑色页岩微孔特征

下古生界上奥陶统-下志留统五峰组-龙马溪组黑色页岩是中国页岩气勘探领域的重要层位,其中的微孔类型多样。将五峰组-龙马溪组黑色页岩微孔划分为粒间格架孔、黏土片间孔、粒缘孔、表生溶孔、莓球状黄铁矿粒内晶间孔、黏土粒内孔、成岩溶孔、有机质孔以及微裂隙9类,并讨论了各类微孔特征和成因,认为沉积阶段主要发育黏土片间孔、黏土粒内孔以及莓球状黄铁矿粒内晶间孔,成岩阶段主要发育微裂隙、有机质孔、成岩溶孔、粒缘孔以及粒间格架孔,表生阶段主要发育表生溶孔。研究认为最具油气意义的是有机质孔和黏土片间孔。      

湘西北页岩气牛蹄塘组和龙马溪组成藏特征对比

收集湘西北地区牛蹄塘组和龙马溪组两地层相关成藏特征、有利条件等评价指标或参数,通过对比分析得出湘西北地区页岩厚度大、总有机碳和成熟度高、生烃能力强和孔隙等储集能力好等特点,显示在区域还原环境的缺氧沉积环境下,大量海洋生物在盆地堆积并保留下来,形成可观的页岩气藏,因此推测该区具备良好的页岩气勘探潜力。牛蹄塘组页岩厚度远大于龙马溪组页岩,总有机碳含量、有机质成熟度、含气量等页岩气评价参数均优于龙马溪组,表明牛蹄塘组热演化程度更高,生烃能力和储集条件更好,牛蹄塘组页岩层将是湘西北地区页岩气勘探开发的重点。     

川东南—黔北地区龙马溪组地球化学特征与古环境恢复

在综合国内外研究成果的基础上,结合川东南-黔北地区志留系龙马溪组的地球化学分析测试资料,着重讨论了微量
元素、稀土元素、有机碳同位素与有机碳含量等地球化学特征,并根据这些地球化学指标恢复当时的古环境,认为龙马溪组优质烃
源岩主要发育在龙马溪初期的缺氧还原环境,龙马溪后期缺氧环境遭受破坏,有机质保存条件变差,印证了龙马溪早期为深水陆
棚和晚期为浅水陆棚的沉积环境。      

美国Marcellus页岩与中国南方龙马溪组页岩地质特征对比及启示

摘 要:中国南方地区下志留统龙马溪组富有机质页岩与美国阿巴拉契亚盆地中泥盆统Marcellus页岩,在形成构造背景、沉积环境方面具有一定的相似性,均形成于前陆盆地构造背景下的陆棚－斜坡浅海,沉积环境具有半封闭性。同时,二者也存在一定差异性,Marcellus页岩形成于前陆盆地早期快速沉降阶段斜坡带,其后期经历的构造变形相对较弱;中国南方龙马溪组页岩形成于前陆盆地持续沉降背景下,但其后期经历的构造改造作用多期复杂,其中四川盆地处于距离造山带较远的隆后凹陷构造位置,其除经历了频繁的升降运动外,挤压、拉张改造相对其周缘地区较弱。二者在具体地质特征方面也具有一定差异,主要表现在龙马溪组页岩埋藏较深、有效厚度大、热演化程度相对较高以及有机质含量相对较低。二者形成沉积构造背景以及地质特征的对比研究,对中国南方志留系龙马溪组页岩气进一步的勘探评价以及研究工作具有重要的指导意义。      

贵州丹寨南皋下寒武统牛蹄塘组黑色页岩孔隙结构特征

页岩孔隙结构特征研究对页岩含气性评价具有重要意义。以上扬子东南缘南皋剖面下寒武统牛蹄塘组页岩储层为例,
应用场发射环境扫描电子显微镜观察了页岩纳米级孔隙微观形态,通过低温氮气吸附法测定了页岩的氮气吸附等温线,并结合X-
衍射矿物定量分析和有机碳含量测定,探讨了纳米级孔隙发育的控制因素。研究结果表明:矿物成分主要为黏土矿物(伊利石和
少量绿泥石)、石英、长石、重晶石和石膏等。石英含量相对较高且沿剖面向上降低,wB 平均为53%;相反,黏土矿物含量较低且沿
剖面向上增加,wB 平均为34%;碳酸盐矿物较少,仅在顶部可见。页岩主要发育粒内孔、粒间孔、裂缝和有机质孔4种孔隙类型,
其中前两者较为常见。根据氮气吸附-脱附曲线、孔径分布特征、孔体积和比表面积可将样品划分为4类黑色页岩,孔隙以似片
状颗粒组成的非刚性聚合物的槽状孔为主,前3类黑色页岩的孔径分布呈双峰形态,第4类黑色页岩的孔径分布呈单峰形态,最
可几孔径分别为d≈0.9nm和d≈3.5nm。孔体积在0.0028~0.0243cm3/g之间,平均为0.0147cm3/g,比表面积在1.0568
~28.8250m2/g之间,平均为17.5418m2/g,4类黑色页岩微孔频率分布依次减小,而介孔和宏孔频率分布逐渐增加,即微孔性
逐渐变差,至第4类黑色页岩几乎只有宏孔孔隙。有机质丰度和矿物组分控制丹寨南皋牛蹄塘组黑色页岩的孔隙发育,其中有机
质有利于孔隙发育且有机质微孔是孔体积和比表面积的主要贡献者;石英有利于孔隙发育,而黏土矿物则降低黑色页岩的孔隙
性;它们均主要通过控制微孔和介孔的发育来控制黑色页岩的孔隙发育。