页岩储层孔隙结构多尺度定性-定量综合表征:以上扬子海相龙马溪组为例

为了深入研究下古生界海相页岩储层微观孔隙特征及其发育控制因素,本文采用多种孔隙表征及基础地化参数研究手段,实现了对孔隙特征从电镜下直观的形貌观察到对孔隙结构的宏孔-微孔全尺度定量测试,并结合样品地球化学参数和矿物组成探讨了页岩孔隙发育的控制因素。研究结果表明:海相龙马溪组页岩普遍发育有机质孔、粒间孔、粒内孔以及微裂缝等4种微观孔隙类型。其中以有机质孔和黏土矿物集合体粒间孔最为发育;联合高压压汞、低温液氮和二氧化碳吸附实验表明孔径分布曲线呈多峰态,总体孔径以小于50nm为主,表现为介孔和微孔为主,形态多为细颈广体的墨水瓶孔和四周开放的平行板状的狭缝型孔,页岩孔隙孔体积主要有微孔和宏孔贡献,而比表面积主要由小于5nm孔径的微孔-介孔贡献;泥页岩总有机碳(TOC)含量和主要矿物是控制孔隙大小的关键因素,其中TOC含量控制着页岩微孔与宏孔的发育,而黏土矿物与脆性矿物分别对介孔和宏孔有着积极的影响。     

鄂尔多斯盆地延长探区延长组页岩气储层孔隙结构特征

为了评价陆相页岩气储层的储集空间和储气能力,以鄂尔多斯盆地延长探区上三叠统延长组长7段、长9段页岩为研究对象,运用电子扫描显微镜、高压压汞、低温CO2和N2气体吸附等实验方法,对陆相页岩气储层孔隙类型特征、孔隙结构及其影响因素进行研究。结果表明：(1)延长探区上三叠统延长组陆相页岩发育多种类型微观孔隙,以粒间孔和粒内孔为主,少量晶间孔和溶蚀孔,有机质孔发育较少,为陆相页岩气赋存提供了储集空间;(2)延长组页岩中介孔(2～50 nm)贡献了其主要的孔容和比表面积,占总孔容的7437%,占总比表面积的6440%,且长9段页岩的总孔容和总比表面积均大于长7段页岩;(3)延长组页岩孔隙结构以狭缝型孔和板状孔为主,孔径主要分布在04～09 nm、3～25 nm和5～200 μm区间段内,延长组页岩平均孔径为853 nm,且长7段页岩平均孔径大于长9段页岩;(4)页岩有机碳含量、有机质成熟度及矿物成分含量共同影响着延长组页岩孔隙的发育,其中矿物成分含量是以介孔孔隙为主的延长组页岩孔隙发育的主控因素,有机碳含量及成熟度的增加主要对页岩中微孔孔隙的发育起到积极作用。     

黔西北骑龙村剖面五峰-龙马溪组黑色页岩孔隙结构特征

页岩的孔隙类型、结构对于页岩气资源评价与开采具有重要意义,为了进一步认识页岩孔隙结构特征及其演化规律,利用场发射扫描电镜、氮气吸附实验对黔西北骑龙村剖面五峰—龙马溪组黑色页岩微观孔隙类型、结构进行了研究,结果表明,研究区五峰—龙马溪组页岩气储层的储集空间类型多样,主要包含粒内孔、粒间孔、有机质孔和微裂缝。页岩孔隙以介孔为主,介孔是页岩气的主要储集空间;孔隙结构以墨水瓶状孔和平行板状孔为主。探讨了影响页岩孔隙发育的主要因素,有机碳含量、热演化程度和矿物成分含量均对页岩孔隙的发育有影响,而且并非单相性的,是相互制约的。研究剖面石英含量与微孔、中孔的发育程度呈良好的正相关关系,而与宏孔发育程度的相关性不明显;黏土矿物含量与微孔、中孔的发育程度的相关性不明显,而与宏孔的发育程度呈负相关关系;有机质孔隙正处在其发育高峰期,对于页岩孔隙具有重要贡献,且随成熟度增加而增加。     

相山铀矿田邹家山矿床流体包裹体研究

笔者对相山铀矿田邹家山矿床铀矿石中的流体包裹体进行研究,结果表明该矿床的均一温度分布范围较广,为122～360℃。矿床形成温度有两个阶段,分别是高温阶段213～360℃(平均值为263.1℃)和低温阶段122～185℃(平均值为142.7℃),属于中低温热液铀矿床。高温阶段盐度变化范围为(1.74～7.31)wt%(平均值为3.77wt%),低温阶段盐度变化范围为(0.88～2.57)wt%(平均值为1.64 wt%)。矿床成矿溶液高温段的平均密度0.78g/cm3,成矿压力204.57×105 Pa,成矿深度0.68km;低温段的平均密度0.92g/cm3,成矿压力96.08×105 Pa,成矿深度0.32km。据此推测,邹家山铀矿床的成矿流体来源主要是岩浆期后热液,同时伴有大气水热液。     

潜江凹陷潜江组页岩中可溶有机质赋存空间表征及影响因素分析

为揭示潜江凹陷潜江组3_4段第10韵律(Eq3■)页岩中可溶有机质的赋存空间及其影响因素,采用XRD、索氏抽提、低温氮气吸附、高压压汞、扫描电镜、TOC测试、热解等手段,以抽提前后页岩样品的孔隙结构变化特征为基础,揭示页岩中可溶有机质的赋存空间、孔隙类型和孔隙结构,进而探讨影响页岩孔隙结构变化的主要因素。研究表明,研究区页岩孔隙类型主要为粒间孔、黏土矿物层间孔。扫描电镜和能谱分析表明,页岩中可溶有机质主要赋存在粒间孔和黏土矿物层间孔中。低温氮气吸附实验结果显示页岩孔隙结构分为2种类型,一种以四周开放的平板状孔隙为主,孔隙多为宏孔(孔径50 nm),抽提后孔隙结构未发生改变,仅增加了部分介孔-宏孔;另一种孔隙类型较为复杂,多为开放型圆柱状及平板状孔隙,存在较多的宏孔(孔径50 nm),抽提后小孔径(孔径2～10 nm)孔隙增加较多,孔隙结构更为复杂。石英及黏土矿物的存在促进了微孔及介孔的发育,有利于可溶有机质在微孔以及介孔中的赋存,白云石促进了宏孔的发育,有机质主要赋存于生物成因的白云石粒间孔内。     

湖北来凤LD-1井龙马溪组页岩孔隙结构特征分析

在分析湖北来凤地区海相龙马溪组页岩地球化学特征和岩石矿物学特征的基础上,通过高压压汞-低温N_2吸附-脱附联合实验对页岩孔隙结构进行了分析。湖北来凤地区龙马溪组页岩TOC(总有机碳含量)为0.41%～2.35%,R_o(镜质体反射率)在3.09%～3.42%之间,处于过成熟阶段,矿物组成以石英(29.9%～49.3%)和黏土矿物(17.8%～49.6%)为主,孔隙类型以无机粒间孔、无机粒内孔、微裂缝和有机质孔为主。高压压汞及低温N_2吸附-脱附联合实验表明页岩孔隙主要以微孔和介孔为主,孔喉细小且结构复杂,孔隙形态以细颈广体墨水瓶孔为主。利用FHH模型研究了其孔隙分形维数,得到其低相对压力条件下(P/P_0≤0.5)分形维数D_1(2.73～2.76,平均值为2.74),高相对压力条件下(P/P_00.5)D_2(2.80～2.89,平均值为2.85),通过建立分形维数与孔隙结构其他参数之间的关系认为:分形维数能够较为全面表征孔隙大小、孔隙复杂程度及孔隙吸附储气性能,可以作为有效的孔隙结构表征参数。分形维数研究揭示研究区龙马溪组页岩具有较高的吸附储气能力但孔隙结构复杂、连通性差,开采时对储层改造措施要求较高。进一步研究显示:分形维数与有机质丰度、黏土矿物含量、黄铁矿含量呈正相关关系,与石英含量呈负相关关系,由于研究区龙马溪组页岩有机质均处在过成熟阶段,吸附能力降低,有机质丰度对页岩吸附能力的控制作用不明显。     

陆相页岩微观孔隙结构特征及对甲烷吸附性能的影响

页岩的微观孔隙结构对其甲烷吸附性能及页岩油气潜力具有重要影响,前人研究主要集中在海相页岩。该文以四川 盆地川西坳陷上三叠统须家河组五段为例,开展了陆相页岩的探索研究。首先通过低温氮气吸附实验对页岩样品的微观孔 隙结构特征进行了研究,计算了页岩的比表面积、孔径分布、孔体积和平均孔径等孔隙结构参数;然后通过高压甲烷等温 吸附实验,研究了页岩样品的甲烷吸附特征;最后探讨了页岩微观孔隙结构特征对甲烷吸附性能的影响。结果表明,须五 段页岩平均孔径为7.81~9.49 nm,主体孔隙为中孔,也含有一定量的微孔和大孔,孔隙形状以平行板状孔为主,含有少量 墨水瓶形孔。页岩比表面积高出常规储层岩石许多,有利于气体在页岩表面吸附存储,孔径在2~50 nm的中孔提供了主要 的孔体积,构成了页岩中气体赋存的主要空间。在85℃条件下,页岩甲烷吸附的兰氏体积为1.21~4.99 m3/t,不同页岩样品 之间的吸附性能差异明显。页岩的兰氏体积与比表面积之间呈现良好的正相关关系,比表面积与黏土矿物含量呈正相关, 而与总有机碳含量关系不明显。页岩的兰氏体积与微孔和中孔体积之间都具有良好的正相关关系,微孔体积和中孔体积与 总有机碳含量之间存在一定的正相关关系,但是正相关性的程度没有微孔体积和中孔体积与黏土矿物含量之间的关系强 烈。陆相页岩有机质热演化程度相对较低,因此有机孔发育有限：但另一方面同时黏土矿物含量较高,所以其内部发育大 量微孔和中孔,从而构成可观的比表面,影响甲烷吸附能力。     

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～Ⅰ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(R_o,V<2.0%)、次生孔隙大量发育阶...     

农安油页岩热重及热物理性质试验研究

对吉林农安油页岩进行了TG分析,发现在N_2气氛下其热失重可分为低温失重段(30℃~300℃)、中温失重段(300℃~540℃)和高温失重段(540℃~800℃),且中温失重段为主要失重阶段。对农安油页岩进行了热物理性质试验,发现其热物理性质具有各向异性,且水平层理方向的热物理性质系数更大;导热系数和体积比热容随温度升高变化趋势一致,而热扩散系数随温度升高变化不大。     

松辽盆地嫩江组富有机质页岩有机孔隙成因

热演化程度是影响页岩有机质孔隙形成演化的重要因素,松辽盆地南部辉绿岩侵入到嫩江组富有机质页岩中,为研究页岩有机孔隙特征提供了天然实验室。通过氩离子抛光和扫描电镜等实验方法,初步探讨了研究区低熟富有机质页岩有机孔隙的特征及其成因:有机孔隙孔径范围为30～500 nm,主峰位于70～130 nm,以大孔为主,孔隙形状主要为圆形或次圆形,呈海绵状聚集分布;页岩样品中的石英和长石等无机矿物呈点接触,发育大量无机孔隙,无机矿物处于早成岩阶段,但岩浆侵入作用促使有机质进入高热演化阶段并形成大量有机孔隙。国内外典型页岩储层的对比表明,压实作用对页岩有机孔隙发育特征有着重要影响,早成岩阶段压实作用较弱,有机孔隙保存较好,大孔的数量和比例较高;中-晚成岩阶段由于埋深较大,强烈的压实作用使页岩孔隙由大孔向中孔和微孔转化。     

陆相页岩热演化过程中孔隙分形特征

分形维数可定量表征储层孔隙结构的复杂性,为页岩储层评价提供思路。以热模拟获得的不同热演化阶段的鄂尔多斯盆地长7段页岩为研究对象,应用场发射扫描电镜观察了各演化阶段孔隙变化特征,并通过低温液氮吸附实验,研究各个演化阶段页岩孔隙分形特征,运用FHH模型计算页岩孔隙分形维数,探讨了分形维数与有机碳、矿物成分、孔隙结构参数的关系。研究结果表明:低成熟阶段页岩中纳米级有机质孔发育有限,随着成熟度的增加,在有机质内部开始逐渐发育孔隙,同时黏土矿物颗粒间的有机质也开始分解,出现纳米级层间孔,主要发育墨水瓶状孔和少部分的平行板状孔;孔径峰值主要在2~4 nm和40~50 nm,随着成熟度增加,上述2个孔径段的孔隙相对数量增加,分形维数依次增大,分形维数为2.592~2.717,孔隙非均质性增强。分形维数随着有机碳含量的减少而增加,而与石英、黏土矿物含量相关性不明显;随着成熟度增加,微孔和中孔比例增加,平均孔径减小,孔隙表面越复杂,比表面积和分形维数增加;分形维数与总孔隙体积、微孔体积、中孔体积具有很好的正相关性,而与大孔体积相关性较差。      

四川盆地上三叠统须五段页岩微观孔隙结构及其控制因素

为了深入研究四川盆地上三叠统须五段陆相页岩储层微观孔隙结构,运用氩离子抛光扫描电镜(SEM)、低温氮气吸脱附以及相关地球化学分析实验等技术对该地区页岩储层的微观孔隙结构进行了研究,并对控制其纳米孔隙发育的主要因素进行了探讨。结果表明：四川盆地须五段页岩微观孔隙可分为有机孔和无机孔(粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔),微裂缝可分为构造微裂缝、有机质生排烃缝和成岩收缩缝等;孔隙结构类型以两端连通的圆柱孔、平行平面间的缝状孔和呈锥形的管孔为主;微观孔隙孔径分布区间大(1~80 nm),峰值主要集中于2~8 nm之间;以中孔(2~50 nm)为主,所占比例为6021%(或以黏土矿物孔为主,所占比例为4462%);页岩的有机质丰度和黏土矿物含量是控制纳米孔隙发育的主要因素。     

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...     

黄姜皂素纤维渣的氯化锌热解特性

探讨氯化锌活化黄姜皂素纤维渣的机理, 应用TG-FTIR联用技术考察了黄姜皂素纤维渣的氯化锌热解特性.不同的配比、氛围及升温速率对热解均有影响.低温氧化有利于活性炭的形成, 但高温氧气的存在对炭体烧失较大; 氯化锌与原料的配比越高, 对原料的侵蚀性越强, 采取相应的活化温度较低; 升温速率越低越有利于原料中有机质蓄积热量热解, 相应的活化温度也越低; 红外光谱图也表示挥发分产物的出现与热重分析相符, 没有时间滞后现象.因此, 确定制备活性炭的初步工艺为先在300℃左右低温炭化, 再在保护气氛中(如N2) 500℃左右活化, 升温速率10K/min左右.工业生产条件下, 活化温度最高不宜超过650℃.      

松辽盆地扶余—长春岭地区上白垩统青山口组油页岩品质特征及意义

松辽盆地扶余—长春岭地区上白垩统青山口组发育多层油页岩,油页岩颜色主要为棕褐色和灰黑色,发育水平层理和块状层理,揭示其沉积于半深湖-深湖环境。通过系统取样、测试和分析表明:研究区油页岩为中等含油率、中发热量、高灰分及低硫油页岩。总有机碳(TOC)测试结果为4.87%~19.90%,平均为7.88%,表明油页岩有机质丰度较高;通过岩石热解参数分析,研究区油页岩有机质类型以Ⅰ型为主,Ⅱ型次之;结合最大热解峰顶温度T_(max)(℃)的变化范围为437℃~449℃,指示出研究区的油页岩有机质成熟度处在未熟-低熟阶段。对研究区油页岩的厚度及含油率展布特征进行分析表明:研究区2号和3号矿层油页岩厚度最大,连续性最好,ZK0809井和ZK3201井区油页岩累计厚度较大,而SY9井区油页岩含油率最高。     

哈山上石炭统太勒古拉组黑色页岩储层特征

为研究哈山地区太勒古拉组黑色页岩储层矿物组成、孔隙类型及主控因素,采用粉晶测试和低温氮气吸附法,对哈山黑色页岩储层微观孔隙结构进行分析。研究结果表明:1哈山太勒古拉组黑色页岩脆性矿物石英含量均值25.2%,长石及方解石含量均值分别达16.2%、7.5%,粘土矿物包括绿泥石和伊利石,平均含量分别为43.6%、7.75%;2太勒古拉组三段黑色页岩储层孔隙类型以中孔为主,含少量大孔和微孔。BJH孔径为8~13 nm,平均为10 nm,属中孔范围,BJH总孔体积2.355×10~(-3)~4.569×10~(-3)cm3/g,中孔体积占总孔体积的58.3%,BET总比表面积0.944 4~2.394 6 m~2/g,平均1.791 3 m~2/g,中孔贡献率平均达90%以上。吸附-解吸曲线显示页岩孔隙结构类型为开放性的透气孔;3哈山太勒古拉组黑色页岩比表面积和孔体积与粘土矿物含量呈正相关,与脆性矿物含量呈负相关关系,表明脆性矿物不利于页岩孔隙比表面和孔体积的发育,TOC与中孔比表面积和中孔体积具较好的正相关性,表明太三段页岩有机质孔隙类型以中孔为主。     

脱气温度和样品粒径对致密砂岩低温氮气吸附实验结果的影响

基于静态体积法的低温氮气吸附实验已广泛用于分析致密储集层的孔隙结构。本文探索了脱气温度和样品粒径对松辽盆地高台子致密砂岩低温氮气吸附实验结果的影响。结果显示,110℃的脱气条件并不能清除束缚水而使得孔隙体积、比表面积均偏低,300℃的脱气条件容易破坏样品中黏土矿物的结构令孔隙体积、比表面积减小,200℃是比较合适的脱气温度,既能去除束缚水又不破坏黏土矿物结构。样品粒径从5～10目减小至10～30目,氮气探测的孔隙数量增多使比表面积、孔体积增大。从10～30目减小至180～200目,黏土矿物相对含量降低令比表面积、孔体积显著减小;小于200目的样品中减少的黏土矿物主要集中在大于200目的岩样中,因此大于200目岩样的测定结果最高。因此,10～30目是利用低温氮气吸附实验寻求分析致密砂岩储集层特征的最佳粒径范围。     

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。     

贵州凤冈地区早寒武世牛蹄塘组页岩孔隙结构特征

利用扫描电子显微镜观测、低温液氮实验、CO₂吸附实验及高压压汞实验等分析手段,对贵州凤冈地区早寒武世牛蹄塘组页岩钻孔岩心最优孔隙段进行了综合分析。牛蹄塘组页岩各种孔隙发育较齐全,连通性好,是良好的页岩气储集层。微孔及纳米级孔隙发育,孔隙形态为墨水瓶孔、圆锥状等无定型态孔隙,为吸附气提供了较大的比表面积;有机质孔、粒内孔、晶间孔、粒间孔较发育,连通性好,孔径多数为100 nm~5 μm;大孔（>1 000 nm）连通性好,有利于气体解吸、扩散及渗透,具有较大的孔隙体积和比表面积,为气体提供了较好的吸附空间。     

排-留烃过程对富有机质页岩纳米孔隙发育影响的热模拟实验研究北大核心CSCD

为研究生-排烃过程对页岩纳米孔隙演化的影响,选择低成熟且生烃潜力差异显著的茂名油页岩和大隆组硅质页岩为研究对象,经低温热模拟和索氏抽提增加了页岩在生油高峰期的排烃效率后,通过高温热模拟实验,使具有不同残留烃含量的样品演化到过成熟阶段。通过热模拟产物的地球化学分析和孔隙测量,获得了不同残留烃含量的页岩有机质与孔隙发育的热演化规律。结果表明,在高成熟阶段,富I型有机质的黏土质茂名油页岩的残留烃大量转化为固体沥青,促进了中孔、大孔的发育,对微孔的发育影响较小;具Ⅱ型有机质的大隆组硅质页岩,高成熟阶段残留于页岩中的极性有机组分与干酪根生成新的固体有机质,其纳米孔隙发育较差,导致残留烃对中孔和大孔的发育影响不明显。