基于Ar-SEM及PCAS页岩孔隙结构定量表征

页岩孔隙特征是页岩储层研究的重要内容.基于沁水盆地S-1井太原组、山西组页岩样品,利用氩离子抛光扫描电镜（argon ion polishing scanning electron microscope,Ar-SEM）对孔隙形态特征进行分析,并运用孔裂隙特征分析系统软件（pores and cracks analysis system,PCAS）对Ar-SEM照片中孔隙进行定量表征.结果显示样品孔隙以有机质孔、粒间孔、粒内孔为主,孔径多集中在 < 100 nm,占比72.70%~82.13%,其中介孔占比39.76%~45.48%.随深度的增加孔隙结构越来越复杂,且越深的层位,随孔隙面积的增大其结构复杂程度增加的越缓慢.孔隙结构复杂程度在R_o,max=2附近存在拐点,高成熟阶段,随成熟度的增加孔隙结构复杂程度越来越低,且孔隙面积越大其结构复杂程度越低;过成熟阶段,随成熟度的增加孔隙结构复杂程度越来越高,且孔隙面积越大其结构复杂程度越高.      

页岩微观孔隙的扫描电镜特征

为了解中国南方海相龙马溪组页岩储层微观孔隙特征及成藏环境,用氩离子抛光和扫描电镜对页岩岩心孔隙进行观察,可分为粒间孔、粒内孔、有机孔和微裂隙。粒间孔多为后生成岩作用形成,具一定的连通性,可作为天然气运移的通道;粒内孔多为溶蚀作用和基质收缩作用形成,连通性差,不利于油气运移;有机质中的有机孔发育,多为生烃形成,形成过程中的有机质消耗可以增大页岩的孔隙度,往往与微裂隙连通,是页岩气提供良好储运空间;微裂隙多为后生作用形成,是页岩气良好的储集空间和输导通道。     

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。     

基于扫描电镜和JMicroVision图像分析软件的泥页岩孔隙结构表征研究

孔隙发育特征是泥页岩储集能力评价的关键参数之一。扫描电镜观察法已普遍用于描述泥页岩的孔隙发育特征,但是目前文献中对泥页岩微孔隙类型划分比较混乱,孔隙结构特征参数的表征以定性描述为主,缺乏定量表征手段。本文选取了18个泥页岩样品为研究对象,通过氩离子抛光和高分辨率扫描电子显微镜图像观察,基于孔隙发育形态、位置及成因,对样品中不同孔隙进行类型划分;结合JMicroVision图像分析软件,应用泥页岩微孔隙描述技术和孔隙尺度分类统计技术,统计不同类型孔隙发育数量、孔径大小、面孔率、形状系数、概率熵等参数,对其分布特征进行评价。研究表明,晶(粒)间孔隙和有机孔隙比较发育,其次为晶(粒)内孔和晶间隙。不同类型孔隙其孔径分布以纳米级为主,不同类型孔隙分布较无序,其概率熵主要分布在0.5～0.7之间,对应的形状系数分布差异也较大。有机质孔隙的形状系数主要分布在0.6～0.7范围内,形状分布以椭圆形或近似圆形为主,晶(粒)间孔隙和晶(粒)内孔隙的形状系数主要分布在0.3～0.7,分析晶(粒)间孔隙和晶(粒)内孔隙形状系数分布特征主要是受原始孔隙形态、压实作用和溶蚀作用的影响。研究认为,SEM与JMicroVision相结合是定量研究不同类型微孔发育特征的有效手段,为研究微孔的形成和演化奠定了基础。     

页岩基质微观孔隙结构分析新方法

页岩基质孔隙主要包含有机孔隙和无机孔隙,页岩油气在有机孔隙和无机孔隙中的渗流机理不同,对页岩中有机孔隙和无机孔隙的微观结构进行定量表征具有重要意义.首先通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)实验分别获取具有代表性的页岩无机孔隙和有机孔隙扫描电镜图像,其中,无机孔隙相对较大,其图像的分辨率较低,有机孔隙相对较小,其图像的分辨率较高;然后,通过图像处理和马尔可夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,简称MCMC)法重构出相应的无机孔隙数字岩心和有机孔隙数字岩心,并提出局部叠加法构建同时包含无机孔隙和有机孔隙的页岩基质孔隙数字岩心;最后对无机孔隙数字岩心、有机孔隙数字岩心和基质孔隙数字岩心的结构特征进行了对比分析.结果表明,局部叠加法构建的页岩基质孔隙数字岩心能够同时描述页岩中的无机孔隙和有机孔隙结构特征,无机孔隙本身连通性较差,有机孔隙本身连通性较好,有机孔隙的局部孔隙度和局部渗透率较高,对页岩中的流体渗流有着重要作用.该方法为页岩中不同的孔隙结构特征描述和油气在纳米尺度孔隙中的传输模拟提供了一个可靠的研究平台.      

临兴区块上古生界煤系页岩孔隙结构多尺度定性–定量综合表征

为了揭示鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征及其主控因素,丰富对该区块海陆过渡相煤系页岩孔隙发育特征与孔隙结构的认识,对临兴地区页岩进行扫描电镜、高压压汞和液氮吸附分析以表征微观孔隙结构特征,同时结合孔隙率、TOC含量、岩石矿物含量、黏土相对含量、有机质成熟度测试结果对页岩孔隙结构发育主控因素进行研究。结果表明:研究区页岩发育粒内孔、粒间孔、溶蚀孔和微裂缝,有机质内部偶见孔隙、可见微裂隙,与矿物伴生时周边发育微裂隙;页岩总孔容介于0.001 46~0.010 81 mL/g,介孔占比81.9%,比表面积介于0.35~ 3.65 m2/g,孔径分布以单峰型为主,分布范围主要在200 nm以内,主峰孔径在45 nm左右,本溪组、太原组页岩孔隙连通性优于山西组,太原组宏孔占比优于本溪组、山西组;页岩总有机碳含量对页岩孔隙发育的影响复杂,对宏孔发育具有一定的积极作用,脆性矿物含量对总孔、介孔发育有积极作用,黏土矿物含量对总孔和介孔发育起消极作用,其中,脆性矿物和黏土矿物通过影响介孔的发育来控制页岩中孔隙的发育程度。基于页岩孔隙结构多尺度定性–定量表征及其控制因素研究对临兴区块海陆过渡相页岩气资源量评价、甜点优选与开发具有重要指导意义,丰富了对海陆过渡相页岩储层的地质认识。      

基于纳米CT及数字岩心的页岩孔隙微观结构及分布特征研究

通过对四川盆地龙马溪组页岩样品进行纳米CT扫描及三维数字岩心分析,对样品内黄铁矿、有机质及孔隙进行了三维重构。在此基础上,分析了岩石组分的空间展布和孔隙结构特征,探讨了孔隙的连通性,并获得了孔隙数量及体积差分分布曲线。研究表明:1当前尺度内,岩石各组分如黄铁矿、有机质等的分布呈现非均质性,孔隙分布也具有微观非均质性;2孔隙多分布在有机质内以及不同矿物之间,孔隙大小从纳米级到微米级,孔隙形状从近球形到复杂多边形均有呈现,以不规则椭球形为最多见;3孤立孔隙占有较大的比例,而流动通道的形成主要依赖大孔隙的相互连接;4孔隙数量分布呈幂律分布,即随着孔隙半径减小,孔隙数量按幂级数规律增长;孔隙体积在log(R)=2.0左右达到波峰,在log(R)高于2.350时,孔隙体积分布趋于平稳,可以通过体积差分分布曲线覆盖面积大小来直观比较不同取值范围内的孔隙总体积大小。     

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。     

基于AFM表征的页岩孔隙特征及其与解析气量关系

页岩储层的孔隙结构影响着页岩气的储集特性。为了较为真实地反映样品表面孔隙三维结构,著者选用原子力显微镜研究页岩微-纳米孔隙特征。以重庆市涪陵地区焦页1井（JY1）和渝参4井（YC4）典型样品为研究对象,用原子力显微镜表征岩样的微观结构,获取岩样的三维形貌图,分析岩样的孔隙分布特征和储集空间特征,构建代表岩样孔隙特征的参数。分别比较相同井号不同井段之间的特征参数差异和不同井号之间的特征参数差异,从而定量描述岩样的形貌特征。结合样品提取现场解析气量数据,建立JY1、YC4样品的解析气量与特征参数之间的关系。结果表明：JY1样品的储集空间密集,孔隙占的空间相对多,其微观结构更有利于气体的吸附和储集;结合两口井取心现场解析页岩气量分析发现,JY1、YC4样品的空间起伏度FDI与现场解析气量均呈现正相关关系。     

基于孔隙特征的黄土微观结构分析

利用扫描电子显微镜对湿陷前后黄土的微观结构进行观察和拍照,并对微观图像进行定量化分析。对比分析表明,湿陷后黄土骨架颗粒由支架接触为主要变为镶嵌接触为主;大、中孔隙明显减少,孔隙个数明显增多;湿陷后孔隙分形维数略有增大,孔隙的复杂程度有所增加。     

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...     

基于复杂网络理论的页岩纳米孔隙连通性表征

页岩孔隙结构的表征是页岩气储层评价的基础性工作。钻取岩芯,采集鄂尔多斯盆地上三叠系延长组页岩。使用纳米CT观测10 μm3、20 μm3、30 μm3、39 μm3空间内页岩的孔隙结构,获取孔隙、喉道数量,以及连通性数据,重构孔隙结构三维模型。将孔隙结构抽象为球-棍物理模型,采用复杂网络理论建立关于孔隙结构连通性的结点-边数学模型。依据无标度网络的数学特性,使用Matlab软件生成10 μm3空间内孔隙连通性网络。引入网络连通熵的概念,用于计算不同空间范围内孔隙连通性网络的网络连通熵,评价孔隙结构的异质性。结果表明:10 μm3、20 μm3、39 μm3空间内孔隙连通性网络度分布符合幂律分布;30 μm3空间内孔隙连通性网络度分布符合指数分布;网络连通熵增加,孔隙和喉道网络的连通性减小。该方法可用于评价页岩孔隙的连通性,进而评价页岩气储层的孔渗特性。     

四川盆地南部早古生代海相页岩微观孔隙特征及发育控制因素

利用环境扫描电镜(ESEM)、原子力显微镜(AFM)、比表面积分析仪对四川盆地南部早寒武世筇竹寺组以及早志留世龙马溪组页岩气储层的微观孔隙类型、结构特征进行了系统研究。四川盆地南部筇竹寺组和龙马溪组页岩气储层微观储集空间类型多样,包括黏土矿物层间孔、有机质孔、晶间孔、矿物铸模孔、次生溶蚀孔等基质孔隙。ESEM和AFM两种方法结合,能客观地反映页岩气储层的微观孔隙结构特征,具有互补性。本区筇竹寺组和龙马溪组页岩气储层以极为发育的微孔为主,为页岩气储层提供了大量孔体积和表面积,但是筇竹寺组页岩比表面积和孔体积都较龙马溪组的小。笔者认为有机碳含量、黏土矿物类型及其含量、干酪根类型及其热演化程度是控制本区筇竹寺组和龙马溪组页岩气储层微观孔隙结构的主要因素,其中,热演化程度的影响最为明显。在一定范围内,热演化程度与比表面积、孔体积与黏土矿物中伊/蒙间层含量具有正相关性,随着热演化程度、有机碳含量、Ⅱ型干酪根含量的增加,表现为微观孔隙数量增加,比表面积和孔体积增大。     

黔西北地区石炭系祥摆组页岩微观孔隙结构及分形特征

为研究海相含煤地层页岩的微观孔隙特征,选取黔西北地区石炭系祥摆组页岩作为研究对象,利用扫描电镜(SEM)和液氮吸附实验研究孔隙特征,同时研究其分形特征,并探讨孔隙结构的影响因素。研究结果表明:研究区石炭系祥摆组页岩在扫描电镜下可观察到4类微观孔隙(粒内孔、粒间孔、有机质孔、微裂缝),其中微裂缝、有机质孔发育较丰富,具有较强的生成烃类气体能力和良好的储集性能;液氮吸附等温线在形态上呈反“S”形,表明中孔在微观孔隙中最为发育,滞后回线类型主要为H2型的细颈广体的墨水瓶孔;BJH总孔体积和BET比表面积值均较大,平均值分别为0.0155 cm³/g和13.20 m²/g,平均孔径为6.22 nm,纳米级微观孔隙大量发育,为烃类气体提供丰富的储集空间;页岩样品微观孔隙结构分形维数D较大,主体大于2.723 2,反映出孔隙结构复杂、非均质性较强;BET比表面积与TOC、石英含量呈一定的负相关性,与分形维数呈一定的正相关性;平均孔径值与石英含量正相关性较好,与分形维数负相关性较好,与黏土矿物含量呈一定的负相关性。石炭系祥摆组页岩微观孔隙的BET比表面积较大、平均孔径较小,微观孔隙结构较为复杂。     

滇东北龙马溪组页岩储层微观孔隙特征研究

基于扫描电镜、氮气吸附实验、高压压汞实验等方法,研究滇东北龙马溪组页岩储层孔隙类型、微孔形态、连通性、孔径分布及比表面积等微观孔隙特征。结果表明：主要发育有机质生烃孔、粒内孔、粒间孔及微裂缝等5种孔隙类型,其中有机质生烃孔和矿物粒间孔最发育;孔隙结构以两端开放圆柱形孔和平板孔等开放透气孔为主,含少量不透气孔影响页岩气渗流;孔径主要集中在过渡孔和微孔,贡献了大部分孔比表面积,为页岩储层的主要孔隙类型。     

基于氮吸附法的页岩有机孔隙结构表征

页岩的微观孔隙结构对页岩气的赋存至关重要,气体吸附法可以较好对页岩的微观孔隙结构进行表征。通过测量丁页1井不同深度样品的矿物含量、RO值和TOC含量,结果表明丁页1井龙马溪组页岩样品的矿物含量比较稳定,有机质成熟度变化不大,均为过成熟。通过低温氮吸附法计算样品的比表面积和微、介孔容积和孔径分布,结果表明：（1）样品的平均孔径为2.8 ~ 4.9 nm,10 nm以下的孔隙提供了大部分的微、介孔容积。微、介孔容积为0.00136 ~ 0.0108 cm3/g,平均0.004 cm3/g,比表面积为2.54 ~ 13.69 m2/g,平均6.68 m2/g;（2）微、介孔容积、比表面积和TOC三者之间有很强的正相关性。通过计算TOC含量为0时的微、介孔容积和比表面积推算无机孔和有机孔之间的比例和其对比表面积的影响,发现有机孔提供了大部分的微、介孔容积,有机孔还是比表面积的主要贡献因素;（3）样品的吸附曲线符合IPUAC分类中的第IV型吸附曲线,样品的脱附曲线反映样品孔隙形态随TOC含量的增加,由楔形孔（不定型孔）变为连通的墨水瓶型孔（狭缝型孔）或墨水瓶型孔。     

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。     

基于压机热模拟实验的页岩孔隙演化特征

富有机质页岩微观孔隙结构是影响页岩油气富集的重要因素,但热演化过程中的孔隙结构变化特征不甚清楚,是当前领域研究的难点.用新疆三塘湖盆地中二叠统芦草沟组低成熟油页岩样品开展高温高压半封闭体系热模拟实验,对各温度阶段的样品进行抽提,利用低温吸附技术定量表征未抽提和抽提样品的孔隙结构,揭示低熟到过成熟页岩样品的孔隙演化特征.结果表明:低熟-成熟阶段,中、大孔量随热模拟温度上升而降低,微孔量先降低再升高,高压及滞留油/沥青对所有孔隙均有一定的抑制作用;高-过成熟阶段,孔含量明显上升,残留沥青中会产生微孔及中、大孔.在热模拟实验中温度、压力条件对孔隙结构具有重要影响,有机质演化产物与孔隙演化趋势紧密相关.      

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。     

单矿物纳米孔隙特征及其在页岩储集层表征中的意义

为研究单矿物纳米孔隙特征及其在页岩储集层表征中的意义,针对11种单矿物开展了N_2吸附实验,结果表明,高岭石、黄铁矿、钙质及长英质矿物以大孔(50 nm)为主,孔隙形态为楔形;其余黏土矿物介孔(2~50 nm)发育,以平行板状孔隙为主;除铁绿泥石和伊利石主要由微孔(2nm)贡献比表面积之外,单矿物多由介孔贡献;黄铁矿、钙质及长英质矿物中以钠长石孔隙最为发育,黏土矿物中则铁绿泥石高岭石伊利石伊蒙混层钙蒙脱石。同时,基于页岩样品SEM结果分析,当页岩孔隙结构特征与单矿物相近时,通过矿物组成加权构建了页岩吸附等温线及孔径分布。其构建效果受有机孔(或TOC)含量的影响。