煤变质程度对煤储层物性的控制作用

通过对大量煤岩样品的压汞实验和低温氮吸附实验测试结果的系统分析，讨论了煤变质程度对煤储层物性的控制作用。结果发现：煤样的压汞孔隙度随煤级的升高呈现出高-低-高的变化趋势；孔喉平均直径小于1 μm的孔隙结构在各种不同煤级的样品中均大量分布，而孔喉平均直径大于1 μm的孔隙结构则仅在中低煤级样品中大量分布，在无烟煤中更是很少见到；在中低煤级阶段，随着煤变质程度的增高，低温氮测试的煤比表面积逐渐降低，到无烟煤阶段，煤的比表面积又开始增加。结论认为：煤的孔隙度、孔隙结构和比表面积均受煤变质程度的控制，且在烟煤与无烟煤的交界处发生突变。     

基于氮气吸附实验的页岩孔隙结构表征

页岩储层微观孔隙结构研究对页岩含气性评价具有重要意义。为此,采用低温氮气吸附法,对宁夏六盘山盆地下白垩统乃家河组页岩样品的微观孔隙结构进行了实验研究,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,并探讨了页岩孔隙发育的控制因素及孔隙结构对页岩气存储的意义。实验结果表明：①页岩平均孔径为3.6~4.3 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和墨水瓶孔为主,同时具有无定形孔特征;②页岩比表面积和孔体积远大于常规储层岩石,孔径小于50 nm的微孔和中孔提供了主要的比表面积和孔体积,构成了页岩中气体吸附存储的主要空间;③页岩微孔、中孔的发育与有机质有关,有机碳含量与微孔、中孔的比表面积、孔体积呈正相关性,页岩大孔的发育与黏土矿物含量有关,黏土矿物含量增加,大孔的比表面积和孔体积都增大。     

页岩有机质热演化过程中孔隙结构特征研究

为研究页岩气的形成演化和赋存特征,选择冀北地区下马岭组低成熟海相页岩,以热演化模拟实验为基础,结合低温液氮、高压压汞实验等测试技术,研究不同成熟度阶段页岩孔隙特征。结果表明：随着有机质成熟度升高,页岩孔隙数量明显增多,孔隙度呈线性增长,大于10000nm的宏孔逐渐减少,孔径小于50nm的微孔、介孔明显增多,其中,对介孔的影响主要表现在孔径为30～50nm的孔隙;页岩孔隙在不同成熟度阶段表现为不同形态,随有机质热演化不断加深,其孔隙连通性、扩散性以及渗流性均有明显提升。吸附空间和游离空间在不同孔径阶段呈现不同的变化速率,表明页岩气从纳米孔中的形成随热演化加深逐渐由吸附状态大量析出,游离至大孔空间中的赋存转变过程。该项目探究了有机质热演化过程中的孔隙结构特征及其对页岩气赋存的影响,对南方海相页岩气的形成和赋存具有指示意义。     

页岩储层微观孔隙结构特征

为了研究页岩储层的微观孔隙结构特征,应用场发射环境扫描电子显微镜观察了页岩表面纳米级孔隙微观形态,并通过低温氮吸附法测定了页岩的氮气吸附等温线,同时结合高压压汞实验对页岩储层孔隙结构进行了深入研究。研究结果表明：页岩储层孔隙处于纳米量级,孔隙类型可分为有机质纳米孔、黏土矿物粒间孔、岩石骨架矿物孔、古生物化石孔和微裂缝5种类型,其中有机质纳米孔和黏土矿物粒间孔发育最为广泛;页岩孔径分布复杂,既含有大量的中孔（2～50nm）,又含有一定量的微孔（<2nm）和大孔（>50nm）;孔径小于50nm的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,是气体吸附和存储的主要场所;页岩阈压非常高,孔喉分选性好,连通性差,退汞效率低,中孔对气体渗流起明显贡献作用,微孔则主要起储集作用。     

四川盆地长宁龙马溪组页岩赋存空间及含气规律

四川盆地长宁地区下志留统龙马溪组页岩广泛发育,该地区页岩储层的微观孔隙结构及全尺度孔径分布特征尚不明确,运用聚焦离子束扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附及低温CO₂吸附等实验技术,以宁203井为例,研究了龙马溪组下部页岩储层的孔隙结构特征,并建立了一套页岩纳—微米全尺度孔径分布测试分析方法。该方法利用气体吸附法和高压压汞法获得第1孔径分布数据和第2孔径分布数据,通过对2种方法获得的重复部分孔径分布数据进行差异性分析,并根据分析判断结果获取处理后的孔径为3.7～200.0 nm的分布数据,再结合2种方法获得的不重复部分的孔径分布数据,从而可以计算微孔、介孔和宏孔在整个岩石样品中的占比,获得岩石样品全尺度孔径分布数据。结果表明：该区龙马溪组下部页岩孔隙结构复杂,“墨水瓶”状细颈孔隙大量存在,微孔与中孔、大孔相互连通,但孔喉细小,连通性较差;介孔和微孔占比超过80%。直径> 15 nm的孔喉中主要为游离气,直径< 2 nm的孔喉中主要为吸附气。     

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。     

鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块深部煤储层孔隙结构特征及储气潜力

深部复杂的地质环境导致深部煤储层的孔隙、裂隙结构及气体赋存状态有别于浅部煤储层，多相态气体并存使得深部煤层气兼具“常规”与“非常规”双重地质属性。基于系统采集的鄂尔多斯盆地东南缘大宁—吉县区块深部煤岩样品，通过场发射扫描电镜分析、高压压汞实验、低温N₂吸附和CO₂吸附联测，对深部煤岩全孔径的孔隙、裂隙结构进行了精细表征，并利用低场核磁共振技术分析了深部煤岩的可动流体空间及游离气可容纳潜力。研究结果表明：大宁—吉县区块深部煤岩的孔隙类型以气孔、粒间孔和压缩变形的植物细胞残留孔为主，裂隙由外生裂隙、内生裂隙和黏土矿物微裂隙组成，其中，在片状和手风琴状高岭石矿物中广泛发育微裂隙；孔隙多为一端封闭的不透气型孔和两端开放的透气型孔，含少量墨水瓶状孔。孔隙结构的跨尺度效应明显且非均质性极强。储集空间以孔径<2 nm的微孔最为发育，其次为孔径在50 nm～1μm的宏孔和孔径>10μm的裂隙，介孔(孔径在2～50 nm)及孔径在1～10μm的宏孔的发育程度最差。微孔具有极大的比表面积和强吸附势能，是吸附气的最主要赋存空间；宏孔和微裂隙中均存在一定...     

海相页岩气储层孔隙表征、分类及贡献

以渝东南彭水地区五峰组-龙马溪组页岩气为例,开展低温二氧化碳吸附（LTCA）、氮气吸附（LTNA）、核磁共振（NMR）、压汞、扫描电镜以及氦测孔隙度等孔隙表征实验,全面刻画页岩孔隙结构,建立全孔径表征及分类方法,研究它们在页岩气赋存和渗流等方面的差异贡献。结果表明,氦测孔体积最大;其次为LTNA和NMR,两者分别在刻画较小孔（<10nm）和较大孔方面优势明显,联合二者可表征页岩全孔径分布。全孔径分布揭示页岩气孔隙分布范围宽,但70%孔体积集中在孔径小于25 nm。结合分形特征,以5,25和100 nm为界,将其划分为微孔、小孔、中孔和大孔。微孔、小孔和中孔主要受有机质含量和粘土矿物含量的影响;此外,中孔还受粒内溶蚀孔的影响,而大孔主要由粒间孔和粘土层间缝构成。微孔和小孔分别为页岩吸附气、游离气提供主要场所;小孔和中孔相互连接,为页岩气在基质中渗流提供通道。研究成果对页岩气储层分类、渗流机理认识等具有指导意义。     

构造煤孔隙结构对煤层气产气特征的影响

采用压汞实验和低温液氮吸附实验分析了构造煤的孔隙结构特征,结合地面煤层气抽采试验,探讨了孔隙对煤层气产气特征的影响。论文将煤中孔隙划分为4种类型:吸附孔隙(孔径小于10nm)、游离孔隙(孔径10~100nm)、扩散孔隙(孔径100~1 000nm)和渗流孔隙(孔径大于1 000nm)。研究发现构造煤孔隙系统呈"两极化"分布,即吸附孔隙、游离孔隙、渗流孔隙居多,扩散孔隙少;孔隙类型主要以圆筒形孔、墨水瓶形孔和狭缝平板形为主。构造煤的孔隙系统决定了煤中气体储集量大、但产出运移通道不畅,由此导致地面煤层气井排采过程中的波动产气特征。     

川南地区龙马溪组页岩气储层微孔隙结构特征

应用扫描电子显微镜、高压压汞法、N2和CO2气体吸附法,对川南地区下志留统龙马溪组海相页岩气储层孔隙微观特征和孔隙结构进行了研究,探讨了页岩孔隙发育的主要影响因素。结果表明,川南地区龙马溪组海相页岩样品中发育多种类型微观孔隙,常见有黏土矿物粒间孔、黄铁矿晶间孔、碳酸盐颗粒溶蚀孔、生物碎屑粒内孔、颗粒边缘溶蚀孔和有机质孔;龙马溪组富有机质页岩发育大量的微米—纳米级孔隙,为页岩气赋存提供了储集空间。龙马溪组页岩样品中孔隙以微孔和介孔为主,宏孔较少;孔隙结构形态主要为平板狭缝型孔、圆柱孔和混合型孔,孔径为0.4~1nm、3~20nm;微孔和介孔占孔隙总体积的78.17%,占比表面积的83.92%,是龙马溪组页岩储气空间的主要贡献者。页岩有机碳含量、成熟度和矿物成分含量均会影响川南地区龙马溪组海相页岩孔隙的发育,总体上页岩孔隙体积随有机碳含量增加而增大;页岩孔隙度随成熟度增加而降低;黏土矿物和脆性矿物含量对页岩孔隙发育也有一定的影响。     

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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。     

杨柳煤矿割缝预抽后煤体孔隙结构变化特征

为了系统分析割缝预抽后钻孔周围煤体孔隙结构变化特征,基于孔隙结构测试方法的敏感性和精确性及液氮吸附法和压汞法测定原理,提出将液氮吸附法和压汞法有机结合来表征煤体孔隙结构。结果表明：①二者的有机结合应满足填充临界孔径所需的实验介质体积相等且结合点平滑过渡;②随取样点与割缝孔距离的减小,小孔(10~100nm)所占比例显著降低,大孔(>1 000nm)所占比例逐渐提高,中孔(100~1 000nm)和微孔(<10nm)所占比例变化较小;③割缝预抽后煤体瓦斯放散初速度ΔP受取样点与割缝孔距离的影响。水力割缝与瓦斯抽采协同作用能够弱化煤体对瓦斯的吸附能力并显著提高瓦斯在煤体中的渗流能力。研究结果对于指导高压水射流割缝瓦斯预抽具有重要意义。     

高阶煤的孔隙结构特征及其对煤层气解吸的影响

以沁水盆地高阶煤3^#煤层为研究对象,借助高压压汞实验对高阶煤的孔隙参数进行测试,研究了高阶煤的孔隙结构特征,采用解吸速率实验对高阶煤的解吸速率和解吸量进行分析,并探讨了孔隙结构对煤层气解吸产出的控制规律。结果表明:3^#煤层的孔隙半径较小,煤层孔隙结构复杂;煤层主要以气体吸附孔和气体扩散孔为主,气体渗流孔占比很少,煤层的吸附气体体积大、吸附性能强、气体的扩散、渗流条件差。3^#煤层孔隙结构分形特征曲线呈"两段型",孔径大于940.7 nm时,不具有分形特征;孔径小于940.7 nm时,分形维数介于2.67~2.76之间,具有很好的分形特征。高阶煤的煤层气解吸特征具有快速解吸和慢速解吸2个阶段,快速解吸时间短,解吸量占比低;慢速解吸时间长,解吸量占比高,煤层气解吸困难。煤层的孔隙结构对煤层气的解吸具有重要影响,高阶煤较差的孔隙结构控制着煤层气解吸速率慢、解吸量低、产出程度低,煤层气井生产实践中表现为开始阶段产气量增长快,产气高峰时间短,稳产气量低、生产时间长,煤层气开发难度大。研究结果为高阶煤的煤层气抽采效果评价提供参考依据。     

微孔炭质吸附剂吸附贮存天然气的最佳孔径研究

本文运用狭缝模型和微孔容积填充理论（TVFM）,计算出了微孔炭质吸附剂吸附贮存天然气的最佳孔径在T＝298°K时,为15×10－10～19×10－10m。     

西昌盆地B1井龙马溪组页岩储集空间发育特征及影响因素

为研究西昌盆地B1井龙马溪组页岩储集空间发育特征,结合氩离子抛光和高分辨率扫描电镜观察技术对样品储集空间发育特征进行研究,并确定其发育类型,通过氩气（Ar）吸附—脱附测试测量样品的孔隙结构参数,实现了1~300 nm范围内的储集空间定量表征。结果表明：西昌盆地B1井龙马溪组页岩微观孔以有机质孔为主,部分为粒间孔、粒内孔。氩气（Ar）吸附等温曲线“滞后环”形态显示,孔隙形态以墨水瓶状为主,部分为狭缝状,孔隙直径分布呈“双峰”特征,孔隙直径分布差异较大,呈现较强非均质性。总有机碳含量和脆性矿物含量对样品中微纳米级储集空间的发育起主要控制作用,两者与孔隙的比表面积及比孔容等孔隙结构特征参数均呈正相关性;分形维数随着总有机碳含量和脆性矿物含量的增加而增大,孔隙结构愈加复杂,有利于页岩储层吸附能力的增强。该成果对研究西昌盆地龙马溪组页岩储集空间结构特征具有重要意义。     

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孔隙结构研究是气藏精细描述、储层综合评价的重要内容，文章采用铸体薄片、扫描电镜、铸体图像分析、高压压汞和恒速压汞等多种技术手段，对苏里格气田的盒8段储层的微观孔隙结构进行了深入的分析和研究。苏里格气田盒8段储层储集空间主要有粒间孔+微孔+溶孔型、溶孔+微孔+粒间孔型、溶孔+微孔型、微孔型等四种组合形式，溶孔+微孔+粒间孔型、溶孔+微孔型两种类型最为常见；孔喉半径峰值分布在0.04～2.34 μm的范围内，连续相饱和度介于12.36％～36.77％，孔喉连通性较差。总体上看，盒8气藏主渗流喉道半径偏小，气体启动压差较大，气井一般需要进行改造方可获得较高产能；孔隙结构具有“大孔隙、小喉道、微裂缝不发育、孔喉连通性差”的特点，这种孔隙结构在开发过程中具有潜在的水锁伤害。     

页岩微孔结构及其对气体传质方式影响

页岩复杂的孔隙结构对页岩气赋存状态、储量计算以及多尺度传质具有重要影响。运用压汞和氮气吸附法测定了页岩孔隙结构参数,基于不同孔径中的气体努森数,分析了孔隙尺度与页岩气传质方式的关系。结果表明:页岩压汞孔喉分布曲线呈现明显的三峰特征,直径小于100nm的纳米孔占页岩基块总储渗空间的80%~95%;页岩纳米孔平均直径为3.78~10.09nm,纳米孔具有巨大的BET比表面,77%~99%的比表面集中分布于孔径小于10nm的纳米孔内;基于气体动力学理论,在页岩多尺度孔隙中,页岩气的传质方式可划分为无滑脱渗流、存在滑脱渗流、过渡流动以及分子扩散,孔隙尺度控制着气体的传质方式;在页岩气藏开采的不同时期,不同孔隙尺度中的气体传质方式是动态变化的;在气藏开采中后期,页岩孔隙尺度是影响气体扩散类型和扩散系数的重要因素。      

可溶有机质对表征页岩储层特性的影响

成熟度处于“生油窗”范围的页岩含有一定数量的残余可溶有机质,其对页岩储层特性的表征具有重要影响。对取自四川盆地西北缘的2件上二叠统大隆组页岩,采用二氯甲烷与三氯甲烷进行了抽提处理,对去除可溶有机质前、后的页岩开展了有机地球化学、矿物组成、孔隙结构(比表面积、孔容)等储层特性对比研究。结果表明：抽提后样品的TOC、S₁、S₂、I_H等热解参数呈现降低的趋势,但其矿物组分没有变化,保持了页岩原有孔隙结构特征。可溶有机质占据一定孔隙空间,阻碍了孔隙间的连通性。抽提后的页岩测定的比表面积和孔容变大。页岩样品中残余可溶有机质主要分布于微孔及较小的介孔中,并受成熟度水平的制约。对于低成熟度页岩样品,可溶有机质主要赋存于小于5nm有机质孔隙中。对于中等成熟度页岩样品,微孔及小于20nm介孔成为主要的储集空间。     

海拉尔盆地褐煤全孔径结构特征及影响因素

煤岩孔隙结构特征是判断煤储层含气性的关键因素之一,孔隙结构的精细表征对于厚煤层中优质储层的识别意义重大,但褐煤储层孔隙结构特征难以通过单一手段全面表征。以扫描电镜电子成像技术（SEM）为基础,利用低温液氮吸附实验、高压压汞实验在孔径探测范围及精度上的互补开展联合分析,实现海拉尔盆地下白垩统伊敏组褐煤样品全孔径结构表征,并探讨褐煤孔隙结构的影响因素。结果表明：①研究区煤样总孔容、总孔面积随孔隙尺寸分布存在明显差异。伊敏煤矿等煤样孔体积的贡献主要来自大孔;吸附面积主要由微孔及过渡孔提供。牙克石煤矿煤样孔体积的主要贡献来自微孔,微孔贡献总孔面积的82.07%。②显微组分中腐殖组含量增加有利于微孔、过渡孔发育;惰质组含量的增加有利于中孔、大孔的发育。③煤样结构保存指数、森林指数与总孔容呈正相关关系,与总孔面积呈负相关关系;总孔容随凝胶化指数增大而减小,与总孔面积变化规律相反;地下水流动指数与总孔容、总孔面积间关系不明显。④成煤环境为无覆水的氧化环境,形成原生组织孔丰富、中孔—大孔为主、孔隙形态以槽状孔或狭缝孔为主的孔隙结构。成煤期覆水程度较深时,煤层凝胶化程度高,植物原生组织孔减少,中孔—大孔优先被矿物填充,孔隙结构呈低孔容、高孔面积的特点。