黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形特征

在黔西北地区海陆过渡相龙潭组页岩低温氮气吸附实验基础上,利用FHH模型研究了其孔隙分形维数,得到其分形维数D_1和D_2,整体数值较大,平均值分别为2.718 6和2.782 4,反映龙潭组泥页岩孔隙非均质较强,结构较为复杂。将分形维数与页岩其他地质参数进行相关性分析,结果表明:分形维数与泥页岩的比表面积、TOC呈正相关关系,与平均孔径、石英含量、石英/黏土呈负相关关系,与镜质体反射率、黏土矿物含量呈"先正后负"的相关关系,拐点分别出现在Ro为2.5%以及黏土矿物含量为50%处。综合研究认为:D_1能够较为综合反映泥页岩孔隙的大小、体积、比表面等特征,可以综合表征泥页岩孔隙的结构特征,数值越大越有利于页岩气富集,而D_2对于孔隙结构复杂程度的表征更为明显,可以专用于研究泥页岩孔隙结构的复杂程度,数值需在一定范围内,不宜过大,并认为黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形维数D_1的有利分布范围为大于2.60,而D_2的有利分布范围为2.50~2.80,当D_22.80时需要系统进行可采性评价及压裂开采设计。     

黔西北龙潭组页岩储层特征研究

以黔西北龙潭组页岩为研究对象,基于岩心有机地球化学、矿物组成、扫描电镜、比表面及孔径和低温N_2脱附-吸附试验测试,研究了黔西北地区龙潭组页岩储层特征。结果表明:黔西北龙潭组页岩有机质丰度高,有机质类型为Ⅲ型干酪根,处于过成熟阶段,具有良好的生烃条件。页岩矿物组分以黏土矿物和石英为主,黏土矿物中以伊利石和伊/蒙混层含量最高;储层孔隙度低,孔隙类型多样,孔隙大小以中孔为主,脆性指数为57.6%,表明龙潭组泥页岩具有良好的脆性特征;通过N_2吸附-脱附曲线发现,龙潭组页岩样品的分形维数D1=2.68～2.77(相对压力≤0. 5),D2=2.70～2.89(相对压力0. 5),D1、D2数值均偏大,反映龙潭组页岩孔隙非均质较强,结构复杂。分形维数D1和D2与比表面积成较好的正相关关系,与页岩平均孔径成较好的负相关关系。     

海拉尔盆地呼和湖凹陷低阶煤孔隙分形特征研究

为研究有利于煤层气勘探开发的煤储层孔隙结构特征,运用孔隙分形研究方法,探究了海拉尔盆地呼和湖凹陷低阶煤中分形维数与孔径分布、镜质组反射率、兰氏体积与兰氏压力之间的关系。研究表明:海拉尔盆地呼和湖地区低阶煤在不同孔径段内的孔隙具有明显的分形特征,FHH模型计算的分形维数更符合呼和湖地区低阶煤孔隙特征;FHH中不同宏观煤岩类型在相对压力0～0.5和0.5～1.0吸附特征各异得到分维数D_1和D_2,其中D_1表征煤吸附孔表面粗糙度,而D_2表征吸附孔结构不规则性;D_2越高,BET比表面积积越大,微孔含量越高,平均孔直径越小;分形维数D_1和D_2都可以反映呼和湖地区低阶煤的吸附性能,D_1相较D_2对煤岩吸附性能的控制作用更大。     

核磁共振技术在页岩孔隙表征中的应用

以川东-武陵山地区牛蹄塘组页岩为研究对象,运用核磁共振方法(NMR)表征页岩孔隙结构及其非均质性。T_2弛豫时间谱的双峰结构反映了页岩中孔径大小不同2种孔隙。提出运用核磁共振分形维数来表征页岩孔隙非均质性。min(D_(NMR))反映页岩微孔比表面积分形特征,max(D_(NMR))反映页岩中孔、大孔孔体积分形特征。     

禹州煤田煤系泥页岩黏土矿物对孔隙结构和甲烷吸附性能的影响

为了研究煤系泥页岩黏土矿物对孔隙结构和甲烷吸附性能的影响,本文采用甲烷等温吸附试验、XRD实验和液氮吸附试验等方法对禹州煤田煤系泥页岩的矿物组成、孔隙结构及甲烷吸附性能进行了研究。结果表明,黏土矿物含量与比表面积和孔体积之间呈正相关关系。研究区泥页岩样品的甲烷最大吸附量介于0.2~3.39 m~3/t,平均值约为1.0m~3/t。黏土矿物对储层孔隙的影响主要发生在中孔范围;高岭石和伊/蒙混层提供了主要的孔比表面积和孔体积;高岭石对泥页岩的吸附性能具有一定的促进作用。     

沁水盆地中东部海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征

为探究沁水盆地石炭二叠系海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征,运用扫描电镜、低温氮吸附实验和高压压汞实验等手段,分析了海陆过渡相页岩储层的孔隙类型、形态、孔径分布等特征。结果表明:研究区海陆过渡相页岩纳米级孔隙广泛发育,孔隙类型以有机质孔为主,同时亦发育大量的矿物粒间孔和部分粒内孔;孔隙形态以平行板状居多,还包括一定量的狭缝型孔,以及少量墨水瓶型孔和一端封闭的孔隙;页岩孔径分布范围跨度较大,介孔(2~50 nm)是研究区页岩纳米级孔隙的主体,提供的比表面积和孔体积均达到60%以上,微孔对比表面积的贡献同样值得重视。有机质孔以微孔为主,其发育程度对页岩气的吸附存储有重要影响,TOC含量是BET比表面积和BJH孔体积的重要控制因素;黏土矿物提供了大量介孔,其含量对比表面积和孔体积同样具有控制作用。     

新疆和什托洛盖盆地西山窑组低阶煤孔隙结构特征

基于低温氮吸附试验,从吸附-脱附曲线形态、孔径分布和FHH分形特征等方面分析了新疆和什托洛盖盆地西山窑组低阶煤孔隙结构特征,并从镜质体反射率、煤岩显微组分、工业分析组分方面探讨了煤孔隙结构与煤质之间的关系。结果表明:孔隙类型以微孔和小孔为主,孔隙形态多以"墨水瓶"状孔和开放型孔为主,存在少量一端封闭型孔;孔隙分形维数越大,孔隙比表面积和孔容越大,平均孔径越小,孔隙系统越趋于复杂;孔容和BET比表面积随惰质组含量增加而增大,随镜质组含量增加而减小,二者与矿物质含量关系整体呈不对称的"V"字形,在矿物质含量为1%处转折。此外,镜质组反射率、水分和灰分的增加,降低了孔容和BET比表面积。     

胶莱盆地陆相页岩气储层微观特征

基于大量的野外地质调查,运用X射线衍射、压汞、等温吸附试验等实验方法和手段,以胶莱盆地水南组暗色泥页岩为研究对象,分析了陆相页岩气的储层微观特征。研究表明:水南组暗色泥页岩矿物组成主要为黏土矿物、石英、斜长石、方解石和白云石。黏土矿物平均含量32.08%,石英、长石平均含量48.92%,碳酸岩平均含量19.19%,较高的脆性矿物含量有利于后期储层的压裂改造。微观裂缝主要为天然微裂缝及颗粒间裂隙,裂缝宽度0.5～2μm。微观孔隙主要为宏孔和介孔,总孔容0.001～0.02 mL/g,总孔比表面积一般10.0～20.0 cm~2/g。水南组暗色泥页岩最大吸附量0.64～0.87 m~3/t,平均0.74 m~3/t,显示了较好的页岩气吸附能力。     

鱼卡凹陷石门沟组上段泥页岩地球化学及储层特征

鱼卡凹陷位于柴达木盆地北缘中部,为青海省陆相页岩气勘探的重点区域。中侏罗统石门沟组上段为半深湖-深湖相沉积,暗色泥页岩厚度10～170 m,平均为55 m;为页岩气勘探的主力层系。运用液氮吸附、有机碳含量、有机质成熟度、干酪根元素、全岩、黏土矿物X衍射、能谱扫描电镜等测试方法,对泥页岩样品的有机地球化学及储层特征进行了研究,结果表明:中侏罗统石门沟组泥页岩TOC含量为1. 34%～12. 84%,均值为5. 3%;干酪根H/C和O/C比范式图解上显示有机质类型主要为Ⅱ2型; Ro为0. 45%～1. 00%,总体热成熟度表现为凹陷西部高于东部。黏土矿物含量为34%～58%,平均46. 1%;石英含量42%～55%,平均48. 3%。泥页岩孔隙结构复杂,根据吸附回线及孔径分布曲线划分为两类:第1类以一端不透气性孔和四边开放的板状狭缝孔为主,孔径主要集中在3～5 nm,呈单峰状分布;第2类以一端不透气性孔和开放性倾斜板狭缝孔为主,孔径主要分布在3～5 nm和6～45 nm,呈双峰状分布。由于泥页岩成熟度较低,有机质纳米孔隙不发育,TOC含量与介孔、总孔体积具有弱正相关性,与微孔体积相关性不大;脆性矿物含量与孔隙度成正相关,黏土矿物含量与微孔体积相关性不大,与介孔、总孔体积呈正相关。黏土矿物是石门沟组上段泥页岩纳米孔隙的主要提供者,是孔隙发育的主要控制因素;孔隙结构及孔径分布和沉积环境有关,TOC含量及热演化程度也会影响泥页岩孔隙发育的程度。     

不同破坏程度煤的孔隙特征差异对比研究

为了查明中煤阶不同破坏程度煤的孔隙特征差异,运用低温液氮法对平顶山四矿不同破坏程度的煤样进行测试,对比分析得出了其孔隙结构及分布、分形特征和吸附性能的差异。结果表明:碎裂煤和碎粒煤的吸附平衡等温线为III型,内部大孔发育;糜棱煤为IV型,介孔含量较多;煤的破坏程度越强,总孔体积和比表面积越大,煤内部孔隙结构越复杂,氮气吸附量越大;2～4 nm孔隙的氮气吸附量主要受控于该尺度孔隙的比表面积;孔径4 nm的则主要受控于该尺度孔隙的孔体积。     

华北过渡相页岩气储层微观孔隙结构特征:以山西省文水地区为例

为表征过渡相页岩气储层纳米级孔隙发育特征,以山西省文水地区山西组与太原组煤系页岩为研究对象,采用高分辨率成像技术对页岩储层孔裂隙系统发育情况进行观察;利用低温氮吸附实验对页岩气储层孔隙结构加以表征。扫描电镜下页岩孔径多小于1μm,有机质孔含量不多,粘土矿物晶间孔、黄铁矿晶间孔等矿物基质孔较为发育,粒间孔少见。低温氮吸附实验表明,山西组页岩BET比表面积与总孔体积平均为5.4762m~2/g与0.0088cm~3/g,太原组页岩分别为6.7462m~2/g和0.0102cm~3/g,孔径小于10nm的微孔是比表面积的主要贡献者,中孔孔隙体积在总孔体积中占明显优势。BJH孔径分布曲线可分为两类,一类于2.5nm,4nm,10nm处有明显峰值;第二类除具有前者三个峰值外,于90nm处有相对较弱的峰值出现,该类样品同时具有相对较低的比表面积与总孔体积。     

过热水蒸气作用下碳质页岩纳米孔隙结构演变规律研究

对流加热方式下碳质页岩纳米孔隙结构的演变是探明煤系烃源岩原位热解油气产出机理的关键。为此,基于烃源岩过热水蒸气热解平台,联合低温N₂吸附技术,研究了不同过热水蒸气温度下页岩纳米孔隙结构的演变规律。结果表明：随着过热水蒸气温度的升高,碳质页岩纳米孔隙体积和比表面积呈现先降后升的变化规律,而平均孔径呈相反的变化趋势,300℃时孔体积和比表面积最低,550℃两者最高,小于10 nm孔隙数量的增多是高温段页岩比表面积和孔体积提高的主要原因。过热水蒸气热解作用下碳质页岩纳米孔隙的演变可划分为5个阶段。有机质热解生烃、无机矿物的溶蚀和分解、黏土矿物转化的综合作用控制了每个阶段纳米孔隙的演变特征。     

电化学抑制煤系黏土岩泥化的孔隙结构作用机制

为解决黏土岩在煤炭洗选过程易泥化的问题,采用低温液氮吸附法,考察了不同电解质浓度条件下煤系黏土岩孔隙结构的变化规律,分析了煤系黏土岩孔隙结构特征变化与泥化的关联,揭示了电化学抑制煤系黏土岩泥化的结构作用机制。试验结果表明,电化学作用可以改变黏土岩的孔隙类型,显著降低黏土岩的比表面积、孔体积、孔隙分形分维数,减少黏土岩微孔比例,提高其平均孔径。这些变化使煤系黏土岩孔隙水化性能减弱,导致其泥化进程被有效抑制。      

基于孔隙结构的页岩渗透率研究

页岩渗透率对勘探开发至关重要,微观孔隙结构是影响页岩渗透率的主要因素。测定了龙马溪组与牛蹄塘组页岩的TOC含量与矿物组分,开展了高压压汞试验和低温液氮试验,测定了页岩的孔隙分布特征 及渗透率,研究了地质参数、孔隙结构对页岩渗透率的影响。研究结果表明：①页岩样品TOC含量越大,有机质孔隙的数量及孔隙度越高。黏土矿物含量的增加提高了页岩的渗透率,而脆性矿物中的孔隙发育较差,且 与渗透率和孔隙度呈负相关。②龙马溪组和牛蹄塘组页岩样品内分布着墨水瓶形孔隙结构,这类孔隙孔喉狭窄、孔隙之间连通性差。两组页岩孔径为4~40 nm,中孔在流体的赋存和运移方面承担着主要任务。③龙马溪 组岩样在孔径为4 nm左右呈单峰分布,牛蹄塘组岩样在孔径为4 nm和7 nm左右呈双峰分布。相对于孔隙表面积和孔隙体积,孔隙形态与连通程度对页岩渗透率有着更为重要的影响。     

延长组页岩储层纳米级孔隙特征及影响因素——以鄂尔多斯盆地柳坪171井为例

运用压汞法和氮气吸附法分别对延长组页岩储层纳米级孔隙进行测定,通过等温吸附线和氩离子抛光扫描电镜照片描述,对孔隙结构特征分类表征并结合页岩样品岩石矿物组分、成熟度和有机碳含量测试讨论控制纳米级孔隙结构的主因。结果表明:延长组页岩储层孔隙主要为纳米级孔隙,并以中孔为主,占总孔体积的66%~84%,孔径主要分布在1~25 nm。其中长7段、长8段页岩的比表面积主要是由孔径小于5 nm的孔隙所提供的,长9段页岩的比表面积主要是由孔径小于10 nm的孔隙所提供的。延长组页岩吸附回线特征表明纳米级孔隙多以开放型为特征,主要包括有机质内部孔隙、黄铁矿莓状体粒间孔和黏土矿物粒间孔,以及部分长石溶蚀孔,此外页岩中还存在大量微裂缝。其中有机质内部纳米级孔隙和黄铁矿莓状体粒间孔是筒柱状孔,锥形孔、楔状孔及细颈瓶状或墨水瓶状孔的主要来源;长石溶蚀孔大多为半球形孔;黏土矿物粒间孔可贡献一端封闭或两端开口的筒状孔;微裂缝以平行壁狭缝状、弯曲波浪状、夹板形楔状为特征。有机碳含量是控制延长组页岩储层中纳米级孔隙体积及其比表面积的主要内因,页岩成熟度、黏土矿物含量和脆性矿物含量对纳米级孔隙控制作用不明显,但莓状体黄铁矿的增加有助于页岩中孔隙的增加。     

沁水盆地东部武乡区块泥页岩孔隙结构特征研究

沁水盆地东部武乡区块煤系伴生泥页岩广泛发育,页岩气资源潜力大,加强该区泥页岩孔隙结构特征的研究对页岩含气性评价以及实现煤层气、页岩气合探共采具有重要意义。为此,以武乡区块X井二叠系山西组泥页岩为主要研究对象,通过高压压汞和低温液氮试验手段对沁水盆地东部武乡地区X井泥页岩孔隙结构进行了研究。研究结果表明:沁水盆地武乡区块泥页岩样品吸附曲线呈倒S型,属于Brunauer分类方案中的Ⅱ型曲线。其脱附回线属于IUPAC分类方案中的H2型(兼具H1型及H3型),属De Boer分类方案中的B型(兼具E型及C型)。主要发育裂缝型孔,墨水瓶型孔次之,分选性好,开放型孔较少,连通性较差;目标层属于页岩气较差的储层段,不利于储层的吸附、扩散和渗透,但经压裂改造可改善;压汞试验测得泥页岩主要大量发育孔径在5～7 nm及15 nm左右的孔隙,液氮试验测得沁水盆地武乡区块泥页岩孔隙孔径集中分布在1.18 nm左右; BET比表面积为10.022～15.454 m2/g,平均值约为13.342 m2/g,其中微孔是泥页岩比表面积的主要贡献者;孔隙直径分布在5.56～6.50 nm,平均值为5.75 nm,平均孔径在中孔范围内。总孔隙体积在0.008 12～0.012 54 cm3/g,平均孔体积为0.01 cm3/g。综合液氮压汞的试验分析结果可知,武乡地区X井山西组泥页岩孔隙中主要发育50 nm的孔,其中2～50 nm的孔是总孔体积的主要贡献者。     

基于低温氮吸附法的海拉尔盆地褐煤孔隙特征研究

为了研究海拉尔盆褐煤的孔隙发育特征,采集了海拉尔盆地7个矿区的煤样,利用低温液氮吸附法对褐煤孔隙结构特征以及孔径分布特征进行研究,讨论了分形维数与比表面积、孔隙结构之间的关系。结果表明:研究区褐煤低温氮吸附回线可以划分为3类;三种类型的吸附回线对应不同的孔径分布特征,从I型到III型,褐煤样品的孔径分布表现为从10～100nm向小于10nm过渡,煤岩样品的比表面积和孔体积逐渐增加;以相对压力0.5为分界点,存在两个分形维数D_1和D_2,不同吸附曲线类型的煤样分形维数D_2呈现出Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型的规律。     

中国南方海相页岩气与华北煤系页岩气储层特征差异

我国海相页岩气的勘探开发已经取得了一定的进展,相比之下,煤系页岩气研究成果较少,本文以贵州凤冈区的海相页岩和沁水盆地的煤系页岩为例,通过干酪根类型、总有机碳含量、矿物组成、孔隙等四方面进行储层特性对比,分析海相页岩气储层和煤系页岩气储层差异,查明不同沉积环境下页岩气储层特点,为煤系页岩气的进一步勘探开发奠定基础。结果表明两者既有相似又有所区别：海相页岩和煤系页岩干酪根类型存在明显差异,前者以Ⅰ型、Ⅱ型为主,后者主要为Ⅲ型干酪根;海相页岩较煤系页岩总有机碳含量和脆性矿物含量高;两者均发育有机质孔,且以中孔(2~50nm)为主,低温氮气吸附曲线都为Ⅳ型,但海相页岩孔隙比表面积较高。加之煤系页岩单层厚度薄,连续性差,因此对煤系煤岩的勘探开发不能完全照搬海相页岩的开发模式,可以考虑与煤层气致密砂岩气一起勘探开发,提高资源利用率,实现经济开采。     

米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组页岩矿物组分与微观孔隙的关系

利用米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组暗色泥页岩样品,进行X射线衍射、低温氮气吸附、氩离子抛光-场发射扫描电镜等实验,结合有机地球化学参数,探讨矿物组分对微观孔隙结构的影响。研究结果显示,米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组页岩矿物组分复杂,以石英和黏土矿物为主,平均含量分别为41.35%和31.55%,其次为长石、碳酸盐矿物、黄铁矿,脆性指数集中分布在0.6~0.8,具有良好的脆性和可压性。石英、长石等脆性矿物提供纳米级粒边缝隙、少量粒间孔和溶蚀孔;黏土矿物提供了大量的顺层缝隙、泥粒孔和片间缝隙;有机质中普遍发育气孔、边缘缝隙、铸模孔等多种孔隙类型。比表面积、孔体积与黏土矿物含量具有良好正相关性,而与石英、长石含量关系不明显,有机质含量与孔比表面积具良好正相关性,而与孔体积关系较差。结果表明,黏土矿物对牛蹄塘组页岩微孔-介孔-大孔发育有主控作用,而有机质则主要是微纳米孔发育的载体;黄铁矿通过自身孔隙结构特征及其与有机质相互影响,对页岩微观孔隙发育起到先促进后抑制的作用,作用转换阈值可能为2.8%左右。     

煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响的实验研究

为揭示煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响机理,选择新疆阜康矿区典型矿井煤样,进行低温氮吸附及瓦斯放散初速度实验,研究了煤的吸附孔特征参数及其对瓦斯放散初速度的影响。结果表明:实验范围内阜康矿区煤的吸附孔中瓦斯的主要放散方式是Knudsen及过渡型;吸附孔各参数对瓦斯放散特性的影响不同,平均孔径越大,瓦斯扩散阻力越小,瓦斯放散初速度越大;孔隙及各孔径下的比表面积和孔容越大,瓦斯放散初速度越小;瓦斯放散初速度与微孔和过渡孔的孔容占比为负线性关系,与中孔的孔容占比为正线性关系,与各孔径下比表面积占比无明显关系;煤的孔隙在研究尺度范围内分形特征显著,瓦斯放散初速度随分形维数的增大而线性减小。