沁水盆地古县区块煤系“三气”储层孔隙特征对比

孔隙发育特征对非常规天然气赋存和运移有着重要的影响。采用高压压汞实验对沁水盆地古县区块煤系煤、泥页岩、砂岩等12件样品孔隙特征进行了对比研究。结果表明:煤、泥页岩、砂岩压汞孔隙度之比为1∶0.49∶0.78;孔容中值孔径和比表面积中值孔径之比分别为1∶1.64∶15.43和1∶1.63∶2.73;总孔容、总比表面积比值分别为1∶0.27∶0.43和1∶0.15∶0.09。煤储层总孔容、总比表面积均远大于泥页岩和砂岩储层;泥页岩储层孔径结构整体与煤储层相似,大孔和微孔发育,过渡孔次之,中孔最差;砂岩储层微孔发育极差,大孔、中孔和过渡孔同等发育。煤储层微孔比表面积占绝对优势,泥页岩和砂岩储层微孔所占比例有所降低,而大孔、中孔和过渡孔的比例均有明显增加;煤储层孔径结构表现为"双峰型"和"多峰型",砂岩储层为"多峰型",泥页岩"单峰型"、"双峰型"、"多峰型"均有出现;煤储层压汞曲线主要为平行型和反S型,砂岩储层主要是M型,泥页岩储层主要为双S型、反S型和尖棱型。     

基于分形理论的页岩储层微观孔隙结构评价

页岩储层微观孔隙结构评价对页岩气勘探开发具有重要的意义,为了更有效地研究页岩储层微观孔隙结构特征,利用高压压汞实验结合分形理论对孔隙结构进行分析。高压压汞结果显示岩样孔径主要分布在3~18nm范围内,岩样孔隙以微孔和过渡孔为主,微孔和过渡孔提供了大部分孔体积。岩样比表面积主要由微孔贡献,微孔和过渡孔提供了页岩气主要的吸附空间。分形维数分析结果表明:页岩岩样的分形分布可明显的分为2段,过渡孔、中孔和大孔的分形维数接近3,说明该部分孔隙非均质性强,体现出较强的分形特征;微孔的分形维数小于1,分析原因可能是压汞实验仅可以描述微孔的一部分,对孔径3nm的微孔描述不到,因此对微孔的孔隙结构评价不够全面,使分形维数的计算结果超出理论范围。     

生物甲烷代谢对煤孔隙结构的影响

微生物代谢把煤转化为甲烷为主的气体,不但增加煤层气资源量,还能实现煤储层的生物增透。选择3种煤阶煤样进行模拟生物甲烷生成实验,通过压汞法分别测试代谢前后煤的孔隙结构,并通过X-射线衍射和FTIR测试代谢前后煤大分子结构。结果表明：①生物甲烷代谢后煤样大孔孔容及所占比率显著增加,小孔和微孔孔容有所减少,总孔容、平均孔径和孔隙度也相应增加,而孔比表面积有一定程度降低;②微生物作用后煤样的开放型孔增加,孔隙连通性增强;③生物甲烷代谢改变煤孔隙结构是通过生物酶作用于其大分子结构,使官能团和侧链脱落,苯环打开,氧含量增加,煤的晶化程度降低。微生物把煤转化为生物甲烷的同时,改善了煤的孔隙结构且降低了比表面积,有利于煤层气的解吸和运移产出,对煤层气开发有重要潜在意义。     

黔西上二叠统龙潭组高煤级煤微观孔隙结构特征及其对含气性的影响

为探讨高煤级煤的微观孔隙结构特征及其对含气性的影响,选取黔西地区黔普地1井龙潭组5件高煤级煤样品,分别采用高压压汞、低温N₂吸附和CO₂吸附对各煤样的纳米级孔隙进行定量表征,基于BJH和DFT方程分别计算孔隙的孔径、孔体积和比表面积,分析煤的微孔（孔径<2 nm）、介孔（孔径2~50 nm）和宏孔（孔径>50 nm）的孔径分布特征,并统计各级孔径对孔体积和比表面积的贡献率。在低温N₂吸附实验的基础上,运用FHH模型分析了高煤级煤孔隙结构分形性质及其控制因素。采用线性拟合的方法,讨论了高煤级煤的持续演化对微孔和介孔的影响,以及各级孔径的比表面积对含气性的控制作用。结果表明：微孔、介孔和宏孔对孔体积的贡献率分别为49.47%、33.22%及17.31%,对比表面积的贡献率依次为85.44%、14.35%及0.21%;高煤级煤的孔隙形态可分为2类：小于3.7 nm的孔主要以一端开口的孔为主,大于3.7 nm的孔则主要为两端开口的孔和细颈瓶孔;孔隙分形维数随着地层压力的增加而增大,且以3.7 nm为界,大孔隙比小孔隙具有更加复杂的空间结构;微孔和介孔随镜质体反射率呈现规律性的变化,微孔的大量形成与煤大分子空间结构演化导致的介孔体积缩小有关;微孔对CH₄吸附量的控制作用远超过介孔和宏孔,小于2 nm的微孔为煤层气的吸附提供了主要的空间。     

延川南地区煤储层孔裂隙特征研究

借助于显微裂隙分析、压汞孔隙分析和低温氮吸附等手段,研究了延川南地区煤储层孔裂隙特征。研究表明:该区煤储层显微裂隙较不发育,多以宽度小于5μm且长度小于300μm的裂隙为主体;孔隙类型以吸附孔占据主导地位,渗流孔相对不发育,连通性较差;随构造变形强度的增加,开放性孔逐步转化为细颈瓶孔,过渡孔比例下降,微孔大幅度升高,比表面积加大,纳米级孔隙总孔容升高。     

海拉尔盆地褐煤液氮吸附孔的孔隙结构及分形特征

采用分形维数计算方法可以对煤的孔隙结构进行精确的定量描述。为了表征海拉尔盆地褐煤吸附孔的孔隙结构,基于液氮吸附实验、扫描电镜等手段,对研究区煤储层的吸附孔孔隙结构进行了分析,并利用FHH(Frenkel-Halsey-Hill)模型计算了煤样吸附孔分形维数,讨论了最大镜质体反射率(R_(o,max))及分形维数与煤质、孔隙比表面积、总孔体积等之间的关系。研究结果表明:①研究区煤样吸附、脱附曲线可以分为A、B、C共3种类型;②A型孔隙形态为开放型的平板孔及圆筒孔,煤样具有较大的比表面积、总孔体积和较小的平均孔径;③B型孔隙形态为开放型的平板孔及楔形孔,煤样具有较小的比表面积、总孔体积和较大的平均孔径;④C型孔隙形态为一端封闭的平行板状孔及楔形孔,煤样具有较小的比表面积和较大的总孔体积、平均孔径;⑤煤孔隙表面分形维数(D1)与水分含量无关,与灰分产率呈正相关,与固定碳含量呈"U"字形关系,与R_(o,max)呈倒"U"字形关系;⑥孔隙结构分形维数(D2)与水分含量呈负相关,与灰分产率呈正相关,与固定碳含量呈"U"字形关系,与R_(o,max)无关。     

腐泥煤孔隙结构特征研究

采用压汞测试、低温氮吸附实验方法开展了腐泥煤孔隙特征研究。根据压汞数据分析了不同成熟度腐泥煤的孔隙结构发育情况,揭示了随成熟度增高腐泥煤孔隙结构的变化规律。发现在无烟煤阶段之前,腐泥煤的孔隙结构以微孔、小孔居多;至无烟煤阶段,微孔、小孔比例降低,大孔、中孔含量增加。与同煤阶腐殖煤相比,腐泥煤整体孔隙度较低,且孔径偏小,大孔不太发育。低温氮吸附实验显示,腐泥煤中孔径3.6nm和1.5nm的2种孔隙特别发育,呈现明显峰值,其他孔径孔隙分布较少;液氮吸附滞后回环分析表明,腐泥煤的微孔、小孔形态多样,主要为一端封闭的不透气孔、墨水瓶型孔、平行板状狭缝孔、倾斜板状狭缝孔。上述腐泥煤孔隙结构特征研究成果,对于同样以腐泥型有机质为主的页岩气储层孔隙结构研究具有重要参考价值。     

基于核磁冻融技术的煤的孔隙测试研究

采用核磁冻融测孔法（NMRC）和低温氮吸附BJH法对6组不同变质程度煤样进行了孔隙结构和孔体积测试对比实验,首次探讨了将核磁冻融测孔技术应用于煤储层孔隙结构研究的可能性与可行性。研究表明,针对同一煤样,NMRC法测得的总孔体积明显大于BJH法。造成这种现象的原因主要有两个方面：一是,与BJH法相比,NMRC法能够测得更多的封闭孔的孔隙信息;二是,BJH法的计算模型本身存在一定局限性,在测量10 nm以下的微孔和部分中、大孔方面能力有限。不同煤阶煤样的测试结果表明,NMRC法测得的总孔体积随煤岩镜质组反射率增高呈现“先降低后升高”的变化趋势,这与孔隙度随煤阶的变化规律一致;而BJH法的测量结果存在异常值,与上述规律不符。整体上,NMRC法在定量识别煤储层“全孔隙”方面较其他常规方法具有明显的优势;同时,该方法受制样等人为因素的影响较小,是一种可拓展应用于非常规储层孔隙结构的新方法。     

低阶煤储层微观孔隙结构多尺度联合表征

多尺度微观孔隙结构对低阶煤储层煤层气吸附/解吸过程的研究具有重要意义。以黄陇侏罗系煤田和陕北侏罗系煤田低阶煤为研究对象,采用压汞、液氮吸附和CO₂吸附等测试手段表征低阶煤储层的孔径分布、孔隙类型等参数,联合核磁共振测试定量分析低阶煤阶段孔径和多尺度孔径分布特征。结果表明,低阶煤孔隙以微孔为主,大孔次之。微孔、大孔、介孔对比表面积的贡献率依次减小。低阶煤储层孔隙类型以两端开口的“柱状孔”和“墨水瓶孔”为主,孔隙连通性较好。核磁共振法获取样品的T₂c截止值为1.4～155.2 ms,变化较大,束缚流体饱和度（BVI）为79.21%～96.96%,可动流体饱和度低。低阶煤储层的孔隙结构复杂多样,单一测试技术与联合计算表征方法在表征低阶煤储层的孔隙结构时差异较大。     

高压压汞法和氮气吸附法分析页岩孔隙结构

页岩储层的孔隙结构对页岩含气性评价和勘探开发具有重要意义,但目前国内对于页岩孔隙结构的研究相对较少.为此,采用高压压汞实验和低温氮气吸附实验对页岩的孔隙结构进行了研究,计算了页岩的孔隙结构参数,并结合微观孔隙结构图片分析了页岩孔隙结构对气体吸附和渗流的意义.研究表明,页岩孔隙以微孔和过渡孔为主,微孔和过渡孔提供了大部分孔体积.有机质中的微孔是页岩比表面积的主要贡献者,构成了页岩气体的主要吸附空间.页岩的孔隙类型复杂,孔隙形态多样,存在一端封闭的不透气性孔、开放性的透气性孔和墨水瓶孔等多种孔隙,且孔隙之间的连通性较差.较高的微孔和过渡孔保证了页岩储层具有很高的吸附聚气能力,但中孔和大孔发育较差,不利于气体渗流和页岩气藏的开发.     

四川盆地二叠系龙潭组页岩孔隙发育特征及主控因素

为明确四川盆地二叠系龙潭组（吴家坪组）沉积期不同沉积相带页岩孔隙结构特征及发育主控因素,以綦江地区DYS1井岩心及利川地区沙溪剖面露头样品为研究对象,综合运用氩离子抛光扫描电镜、低温液氮—压汞联合测试、氮气吸附及聚焦离子束三维扫描（3D?FIB?SEM）等试验分析,对页岩孔隙发育程度和形态结构进行定量表征。研究表明：①处于潮坪潟湖相的DYS1井龙潭组页岩气层主要发育煤及与之相邻的暗色泥页岩,孔隙类型主要发育平行板状、夹板状微裂缝和黏土矿物孔,见有机质结构孔,但相对不太发育,孔径多小于50 nm,分布为多峰型,孔隙连通性中等。②处于深水陆棚相的利川沙溪剖面吴家坪组以暗色页岩为主,孔隙类型则以墨水瓶状沥青质有机孔为主,孔径多小于50 nm,分布为单峰型,孔隙连通性相对较好。③明确了有机质类型、TOC含量、矿物成分是影响龙潭组、吴家坪组孔隙发育的主控因素,其中深水陆棚相发育Ⅱ₁型干酪根类型的页岩,TOC、硅质矿物含量与孔体积存在较好的正相关性,有机质孔更发育,潮坪—潟湖相发育Ⅲ型干酪根类型的煤和页岩,黏土矿物含量和TOC呈正向关耦合关系,与孔体积呈较好正相关性,其中黏土矿物影响更大,有机质孔相对占比小。     

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系盐下深层储层特征及主控因素

鄂尔多斯盆地奥陶系盐下深层白云岩储层近年来取得较好的勘探效果,具有一定勘探前景。综合运用岩心观察、铸体薄片、扫描电镜、物性分析、压汞等资料,对盆地中东部奥陶系盐下深层马家沟组马三段、马四段储层特征及其发育的主控因素展开研究。结果表明：马三段储层以海退蒸发环境的含膏云岩为主,马四段储层以海侵环境的灰质云岩、粉—细晶云岩为主;马四段、马三段主要储集空间类型分别为溶孔（溶洞）、晶间孔、晶间溶孔、微裂隙;微裂隙、膏模孔、溶孔和粒间孔;孔隙结构复杂,毛管压力曲线形态可划分为溶孔型、晶间（溶）孔型、微裂隙型和微孔型4种类型;现有资料显示马三段—马四段平均孔隙度分别为2.1%和2.3%,平均渗透率分别为0.19×10^-3 μm²和0.22×10^-3 μm²。中央古隆起、乌审旗—靖边次级古隆起以及神木—子洲低隆带控制了马三段—马四段沉积相带及有利岩相分布;沉积微相控制岩石原始沉积组构,一定程度影响储层物性,砂屑云岩、晶粒云岩及膏质云岩的储层物性通常相对较好;此外,成岩作用也是控制盐下储层发育的关键因素,多种成因机制下的白云化作用是晶间孔形成的主要方式,表生成岩环境及埋藏成岩环境下的溶蚀作用控制了次生孔隙的发育;燕山期构造活动对储层微裂隙的发育起关键作用,显著改善了储层渗透性。总之,构造背景、岩石组构、成岩作用以及裂缝作用决定了盐下深层储层的储集性能,是优质储层形成的主控因素。     

冲击荷载对无烟煤微纳观孔隙结构的影响

为了研究冲击荷载对无烟煤微纳观孔隙结构的影响,自河南省焦作矿区赵固二矿矿井采煤工作面采集、制备煤样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击加载系统模拟冲击波、应力波,通过开展冲击实验,并结合冲击前后煤样压汞及低温液氮实验的测试结果,探讨了冲击荷载对无烟煤微纳观孔隙结构的影响。研究结果表明:①冲击荷载作用后无烟煤的总孔容、孔比表面积、孔隙度及退汞效率都呈波动式增加,总体上孔隙数量增多,连通性得到较大改善;②不同方向冲击荷载对煤体孔隙的改造具有差异性,垂直层理方向上的冲击荷载主要使微孔和大孔数量增加,平行层理方向上的冲击荷载主要使微孔和小孔数量增加,而斜交层理方向上的冲击荷载则主要使中孔和大孔数量增加;③不同方向最佳冲击荷载大小不同,垂直层理方向最佳冲击荷载为42.10 MPa,平行层理方向最佳冲击荷载为20.45 MPa,斜交层理方向最佳冲击荷载为56.90 MPa。结论认为,冲击荷载对无烟煤孔隙的改造是全方位的,但由于与层理作用方向不同,不同方向冲击荷载改造孔隙的实际范围会产生差异。     

样品粒径对高过成熟度页岩低压气体吸附实验结果的影响

为了评价样品粒径对页岩孔径参数测定结果的影响，并探索适用于页岩孔径参数测定的粒径范围，以渝东南地区下寒武统牛蹄塘组3块不同TOC含量的页岩为研究对象，结合低压N₂/CO₂等温吸附实验及有机岩石学、激光拉曼光谱学、XRD测试等方法，讨论了样品破碎、筛分等前处理对高过成熟度页岩的矿物组成、比表面积及孔径分布等测定结果的影响。结果表明：研究区下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙类型主要为有机质孔和黏土矿物粒间孔，有机质孔隙的发育具有非均一性；破碎筛分会对页岩的矿物组成产生无规律的分异作用；样品粒径小于0.425 mm（>40目）时，粒径降低会增大页岩的比表面积并显著影响介孔和宏孔的孔体积，但是当样品粒径大于2 mm（<10目）时，会显著增加低压N₂等温吸附实验的时间；粒径大小对微孔孔体积的影响不明显。综合实验结果的稳定性、时效性及页岩的非均质性等因素，建议采用10~40目的样品来开展页岩的孔径参数分析测试实验。     

四川盆地西北部上二叠统吴家坪组火山碎屑岩孔隙演化特征及有利储集区分布

通过对大量岩心、薄片、扫描电镜、测井及物性等资料的研究,分析了四川盆地西北部上二叠统吴家坪组火山碎屑岩的岩石学特征、孔隙特征、孔隙成岩作用及其演化特征,并在此基础上预测了火山碎屑岩有利储层的分布。吴家坪组火山碎屑岩主要包括凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质泥岩及凝灰质粉砂岩等,主要分布于吴二段,吴一段、吴三段分布较少。由于受到脱玻化、溶蚀、胶结、交代及压实作用的影响,火山碎屑岩主要发育收缩孔、粒间溶孔、粒内溶孔。在早成岩阶段A期,脱玻化作用促使收缩孔的发育,从而增加了孔隙度;在早成岩阶段B期,胶结作用及压实作用导致孔隙度降低;进入中成岩阶段A期时,交代作用使孔隙度小幅度降低。火山碎屑岩的孔隙整体发育较好,火山碎屑岩储层厚1.3~60.9 m,储层总厚度变化较大,有利储集区主要集中在双鱼石—龙岗西地区,是研究区有利的勘探目标。     

鄂尔多斯盆地延长探区长7油层组泥页岩孔隙结构定量表征与动态演化过程

全孔径孔隙结构的定量表征与动态演化研究是认识泥页岩储层成储机理和明确孔隙与烃-岩相互作用关系的重要基础。通过场发射扫描电镜、高压压汞、N₂和CO₂吸附实验等技术,对鄂尔多斯盆地延长探区长7油层组不同成熟度的典型岩心,以及开展过生、排烃模拟实验的泥页岩样品进行了孔隙结构的定量表征。在此基础上,结合生、排烃模拟和X射线衍射全岩/黏土矿物含量的测试结果,研究有机质生排烃、矿物成岩与孔隙结构演化的相互作用,定量分析储层孔隙结构和分形特征的动态演化特征。结果表明：长7油层组泥页岩储层的微孔、小孔和中孔对孔体积贡献较大,而孔比表面积主要由微孔和小孔提供。随着有机质生排烃、无机矿物溶蚀和矿物间转化的发生,总孔体积具有先减小后增大的趋势,其中中-大孔占比先降低后增加,且微-小孔的非均质性总体增强,而中-大孔的非均质性具有先增加后降低的趋势。相关性分析表明：孔隙大小、矿物组成耦合于储层的非均质性,其中微-小孔的分形维数D1与微孔占微-小孔的孔体积比例和黏土矿物含量均呈正相关,而中-大孔的分形维数D2与大孔占中-大孔的孔体积比例呈负相关,与脆性矿物含量呈正相关。...     

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作者研究了气体在煤储层内的解吸特征，并分析了煤储层气体解吸特征与物质组成、煤阶和孔隙结构的关系。孔隙结构（孔隙孔容、比表面积的分布与孔隙封闭性）决定了压差在煤储层系统内的传递，微孔孔容和比表面积越大，压差越难以在煤储层内传递，进而降低气体解吸效率和解吸率；煤储层中镜质组含量的增加以及煤阶的增高，会在一定程度上导致储层中微孔孔容和比表面积的增加，因此，物质组成和煤阶是影响煤储层中气体解吸效率的重要因素。