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。     

页岩孔缝结构及海相与陆相储层特征差异研究

为了深入分析海、陆相页岩微观孔隙的特征差异和含气潜力,采用FEI Quanta 200F场发射环境扫描电镜对页岩岩样进行了高真空扫描,建立了微观储层孔隙结构体系。以扫描电镜观测的微观孔隙孔径大小、形态及连通性结果为基础,参考前人对页岩吸附气、游离气研究成果及吸附气、游离气特征差异,对不同孔隙的储气能力和对页岩气的渗滤扩散的控制作用进行了研究,将陆相页岩和海相页岩的微观孔隙进行对比分析,总结海、陆相页岩微观孔隙的特征差异和含气潜力。研究结果表明,页岩气6类储层孔隙中,有机质纳米孔、黏土矿物粒间孔富集海、陆相页岩吸附气,古生物化石孔、岩石骨架矿物孔、黄铁矿晶间溶蚀孔、微裂缝富集游离气,改造后的岩石骨架矿物孔和微裂缝在页岩气的渗滤扩散方面起到主要作用。海相页岩中有机质和有机质纳米孔的含量远高于陆相页岩,而纳米孔富集吸附气;海相包含较多石英、长石及碳酸盐岩矿物,使海相页岩脆性矿物的含量高于陆相页岩,更易压裂,以上两个因素导致海相页岩的开发潜力大于陆相。     

四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及其控制因素

页岩储层岩石的孔隙结构是影响页岩气藏储集能力和页岩气开采效果的主要因素。为此以四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,运用氩离子抛光扫描电镜技术、低温氮气吸附脱附法和高压压汞实验对该区页岩储层的微观孔隙结构进行了系统研究。结果表明:①焦石坝地区龙马溪组页岩孔径主要为纳米级,孔隙类型可分为有机质孔、无机孔(粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔)、微裂缝(矿物颗粒内构造缝、层间滑动缝、成岩收缩缝、有机质演化异常压力缝),以有机质孔和黏土矿物粒间孔为主,其中有机质孔分布最为广泛;②TOC与有机质孔含量存在着明显的正相关性,在底部优质泥页岩段(TOC2%)有机质孔最为发育,含量高达50%;③微观孔隙结构复杂,多呈开放形态,以两端开口的圆筒状孔及四边开放的平行板状孔为主,孔径大小主要分布在2~30nm,以中孔为主。在此基础上,分析了该区页岩储层微观孔隙结构的控制因素,结论认为,有机质丰度和热演化程度为其主控因素,黏土矿物含量对其影响相对不明显。     

渝东南地区彭页1井泥页岩微观孔隙结构特征

针对渝东南地区泥页岩储层微观孔隙结构认识不清的状况,应用氩离子剖光扫描电子显微镜、压汞、低温N₂ 吸附解吸等方法,对渝东南地区下志留统龙马溪组海相泥页岩储层微观孔隙类型及其特征进行研究。结果表明：泥页岩样品中主要发育微裂缝、微孔道、絮状物孔隙、晶间孔、晶内孔、有机质孔隙和生物化石内孔隙等孔隙类型,其中微裂缝、微孔道和絮状物孔隙等微观孔隙相互连通,构成了页岩气储层主要的渗流运移通道;龙马溪组海相泥页岩样品孔隙形态多变,具有平行壁的狭缝状孔隙特征,且具有裂缝性孔隙特征,以开放型孔隙为主;其孔径分布范围广,从纳米级到微米级均有发育,纳米级孔隙和微米级孔隙分别提供0.95和1.60％的孔隙度。该研究结果为下一步研究页岩气的赋存状态以及储集性能提供依据。     

页岩气储层微观孔隙结构特征及发育控制因素——以川南—黔北XX地区龙马溪组为例

利用扫描电镜以及比表面积分析仪产生的试验数据、吸附脱附曲线对页岩气储层储集空间类型、微观孔隙结构的系统研究表明,川南—黔北XX地区龙马溪组页岩气储层储集空间多样,包括残余原生粒间孔、晶间孔、矿物铸模孔、次生溶蚀孔、黏土矿物间微孔、有机质孔以及构造裂缝、成岩收缩微裂缝、层间页理缝、超压破裂缝等基质孔隙和裂缝类型。发现研究区龙马溪组泥页岩比表面积和孔体积都较大且具有良好的正相关性,并认为微孔隙越发育,泥页岩的比表面积和孔体积越大,越有利于泥页岩对页岩气的吸附储集。建立了泥页岩的孔隙模型,并利用吸附脱附曲线分析了研究区龙马溪组泥页岩的微观孔隙结构特征,指出研究区龙马溪组泥页岩以极为发育的微孔为主,其中为泥页岩提供最大量孔体积和表面积的孔隙主要为Ⅲ类细颈瓶状(墨水瓶状)孔和Ⅰ类开放透气性孔。认为有机碳含量、伊/蒙间层矿物含量以及热演化程度是控制研究区龙马溪组页岩气储层微观孔隙结构的主要因素。     

黔北地区下志留统龙马溪组页岩储层特征

为弄清黔北地区下志留统龙马溪组海相富有机质页岩储层特征,文中利用有机地球化学、低温氮气吸附、甲烷等温吸附和场发射扫描电镜等资料,分析讨论了龙马溪组页岩的矿物学、有机地球化学、页岩储集空间和吸附能力等特征。结果表明:研究区龙马溪组页岩有机质类型以I型为主,有机质成熟度适中,总有机碳质量分数在0.39%~9.24%,平均为2.65%;热演化程度高,镜质组反射率平均为2.03%;页岩矿物组分以石英为主,碳酸盐矿物和黏土矿物质量分数分别为21.5%,21.4%;页岩储层整体脆性较高,利于后期压裂改造;主要发育有机质孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔及微裂缝等5种孔隙类型,受热演化程度和成岩作用等影响,孔径、形状和发育规模上存在差异,狭缝状中孔提供了大部分的比表面积和孔隙体积,是页岩气的主要储集空间;龙马溪组页岩的吸附气量为1.596~2.127 cm3/g,有机质、热演化程度和脆性矿物质量分数对甲烷吸附能力均有一定贡献。     

四川盆地及周缘地区龙马溪组页岩微观孔隙结构及其发育主控因素

以四川盆地及周缘地区下志留统龙马溪组富有机质页岩为研究对象,通过氩离子抛光—扫描电镜、低温液氮吸附/脱附实验等方法和技术,对研究区页岩储层微观孔隙结构进行系统研究,并探讨了控制纳米尺度微观孔隙结构的主要原因。结果表明:四川盆地及周缘地区龙马溪组富有机质页岩孔径范围为纳米级,孔隙类型多样,分为有机孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔及微裂缝等,其中有机孔和粒内孔较为发育;页岩微观孔隙结构复杂,多为开放型孔隙,以管孔和两端开口的平行板孔为主;微观孔隙孔径主要分布在2~80nm,以中孔为主。通过分析控制该区页岩储层微观孔隙结构的主要因素,认为有机碳含量是控制纳米级孔隙发育的主要因素,同时也是页岩气赋存的重要物质基础。     

鄂尔多斯盆地东南部长7段陆相页岩孔隙特征与吸附能力

为了深入研究鄂尔多斯盆地东南部延长组长7 段页岩孔隙特征与吸附能力,选取8 个岩心样品进行氩离子抛光—场发射扫描电镜、低温氮气吸附及等温吸附等实验。结果表明：该段页岩主要发育粒间孔、粒内孔、黄铁矿晶间孔、有机质孔及微裂缝等5 种微观孔隙类型;BET 比表面积为1.166～6.964 m2/g,孔体积为0.004 8～0.024 2 cm3/g,平均孔径为8.812～17.882 nm。等温吸附实验模拟了长7 段实际温压条件下的页岩吸附量,其最大吸附量为2.0～4.0 mg/g。长7 段页岩孔隙以中孔为主,大孔和微孔次之,纳米级孔隙发育,具有较好的吸附能力,可为进一步开展页岩气资源评价提供理论依据。     

山西沁南太原组泥页岩储层微观孔隙特征

目前,对沁水盆地太原组泥页岩储层孔隙的研究主要集中在海相页岩和陆相页岩,为深入研究海陆交互相泥页岩孔隙特征和地质控制因素,运用现代分析测试技术对该区泥页岩进行了测试分析。研究表明：研究区泥页岩孔隙度为1.19%~1.88%,孔隙结构以中孔为主,占总孔体积的58.43%~72.71%,其次为微孔体积,占16.37%~26.17%,宏孔体积占10.92%~24.31%,孔径主要分布为0.6~1.5、3.0~4.0、30000.0~100000.0nm,比表面积主要是由孔径为0.6~1.5nm的孔隙所提供;太原组泥页岩孔隙结构形态呈较开放状态,孔隙间连通性较好;泥页岩中存在有机质粒内孔、溶蚀孔、黏土矿物粒间孔和脆性矿物粒间孔等孔隙类型,此外还存在大量微裂缝。有机碳含量与微孔体积含量呈较好的正相关性,有机质成熟度与微孔含量和中孔含量有关,黏土矿物含量与中孔体积含量呈一定的正相关性,脆性矿物含量对宏孔体积贡献较大。该成果为研究区页岩气储层评价提供了基础资料,对海陆交互相页岩气勘探开发具有一定的参考价值。     

鄂尔多斯盆地东南部延长组长7段页岩孔隙特征与吸附能力

为了深入研究鄂尔多斯盆地东南部延长组长7段页岩孔隙特征与吸附能力,选取8个岩心样品进行氩离子抛光—场发射扫描电镜、低温氮气吸附及等温吸附等实验。结果表明:该段页岩主要发育粒间孔、粒内孔、黄铁矿晶间孔、有机质孔及微裂缝等5种微观孔隙类型;BET比表面积为1.166~6.964 m2/g,孔体积为0.004 8~0.024 2 cm3/g,平均孔径为8.812~17.882 nm。等温吸附实验模拟了长7段实际温压条件下的页岩吸附量,其最大吸附量为2.0~4.0 mg/g。长7段页岩孔隙以中孔为主,大孔和微孔次之,纳米级孔隙发育,具有较好的吸附能力,可为进一步开展页岩气资源评价提供理论依据。     

湘鄂西地区五峰组——龙马溪组页岩孔隙结构特征

页岩储层的孔隙结构对页岩的含气性评价和勘探开发具有重要意义。采用氩离子抛光结合扫描电子显微镜(FIB-SEM)、低温氮气吸附实验和高压压汞实验对湘鄂西地区五峰组—龙马溪组页岩储层的微观孔隙结构进行了定性及定量分析。研究结果表明,湘鄂西地区页岩储层孔隙为纳米量级,孔隙类型主要为有机孔隙、粒内孔隙和次生溶蚀孔隙,局部可见少量矿物层间收缩缝。页岩孔径分布复杂,既含有大量的中孔,又含有一定量的微孔和大孔。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。     

贵州遵义五峰组—龙马溪组页岩微观孔隙特征及其对含气性控制——以安页1井为例

黔北安场向斜为我国南方页岩气勘查复杂构造区。为深入研究页岩微观孔隙特征及对含气性的影响,以贵州遵义安页1井上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过氩离子抛光扫描电镜、N₂低温低压吸附实验及有机地化、岩矿分析等配套实验,刻画了海相页岩储层微观孔隙类型、结构及对含气性的控制作用。五峰-龙马溪组页岩存在多种微纳米孔隙,以有机孔和微裂缝最为发育。页岩主要为纳米孔隙,微米孔隙多被方解石充填;有机质孔隙为龙马溪组页岩的主要孔隙类型,微裂缝为五峰组页岩的主要孔隙类型。N₂吸附-脱附等温线有2种:Ⅳ型-H4滞后环和Ⅴ型-H3滞后环,为平板结构的狭缝孔;BET比表面积介于7.87~14.83 m2/g,BJH总孔容介于0.002 6~0.005 2 cm3/g,以介孔为主,平均孔径集中在2~5 nm。纵向上,微观孔隙对安页1井五峰-龙马溪组页岩的含气量有显著控制作用,页岩吸附量与TOC正相关,含气量与其他参数无明显对应关系;横向上,通过与焦石坝五峰-龙马溪组页岩对比,安页1井在页岩厚度、孔渗及孔喉直径上存在差异,是影响储层含气性的关键因素。通过安页1井单井分析,显示黔北安场向斜五峰-龙马溪组地质条件优越,具有较好的页岩气勘探前景。      

川南地区龙马溪组中深层与深层页岩孔隙结构对比研究

页岩气勘探方向已由中深层页岩向深层页岩逐渐转变，但中深层、深层页岩孔隙结构特征差异不清，控制因素不明，制约了对深层页岩气成储成藏机理的认识。为此，基于场发射扫描电镜、高压压汞、氮气吸附实验及有机地球化学参数，对川南长宁、丁山地区的龙马溪组中深层、深层页岩的地质特征、岩石特征和孔隙结构等进行对比研究。研究表明：川南地区中深层和深层页岩样品的碳酸盐岩矿物和石英含量差异较大，黏土矿物含量均较高；长宁地区中深层页岩有机质均匀发育，但孔隙较小，溶蚀孔与粒间孔较发育，而丁山地区深层页岩原生粒间孔与有机质孔较为发育且有机质孔隙较大；长宁地区中深层页岩的孔体积与比表面积主要由微孔贡献，而丁山地区深层页岩的孔体积与比表面积主要由中孔和宏孔贡献；沉积环境不同造成矿物组分的差异是导致2套页岩孔隙结构差异的主要因素之一。研究成果对深化深层页岩成储机制具有重要意义。     

南方海相页岩物质组成与孔隙微观结构耦合关系

为研究页岩物质组成与孔隙微观结构耦合关系,对南方海相五峰组—龙马溪组30个高—过成熟页岩样品开展低温氮气吸附实验,并根据迟滞回线形态划分3类页岩。结果表明:(1)黏土矿物主要发育板状孔,孔径较大,从微孔(2nm)到宏孔(50nm)均较为发育;有机质主要发育墨水瓶状孔,主要为微孔和介孔(2～50nm)级别。(2)页岩比表面积主要由微孔、介孔贡献,其中微孔比表面积主要由有机质提供,黏土矿物主要提供介孔、宏孔比表面积;总孔体积主要由介孔、宏孔贡献,其中有机质主要贡献微孔、介孔体积,黏土矿物主要贡献宏孔体积。(3)样品普遍具有三段分形特征,且在不同孔径范围,墨水瓶状孔均要较板状孔复杂。研究成果有助于认识页岩气的储集、运移规律。     

川南下志留统龙马溪组页岩吸附特征及控制因素

页岩的吸附特征是评价页岩气是否具有开采价值的一个重要标准,是研究页岩气富集规律的一个核心内容。为此,以四川盆地南部地区下志留统龙马溪组取心页岩为研究对象,开展页岩等温吸附实验研究。实验发现龙马溪组泥页岩的Langmuir体积较大,平均为1.33m3/t,Langmuir压力平均为1.66 MPa,反映了龙马溪组页岩的吸附能力较强,具有良好的储气能力,但不利于解吸。结合页岩矿物特征及孔隙结构特征,研究发现温度、有机碳含量、湿度、比表面积等是影响龙马溪组页岩吸附能力的主要因素;页岩气的吸附过程属于放热反应,随温度升高吸附气量减少;由于水分占据了一定原本被气体吸附的孔隙表面,因而湿度越大,吸附气量越小;中孔和宏孔体积与页岩饱和吸附气量具有较好的正相关性;有机碳含量越高,饱和吸附气气量就越大;比表面积更是饱和吸附气量的控制因素,二者具有极高的相关性。     

四川盆地海相页岩孔隙类型对孔隙空间贡献定量表征

为定量表征四川盆地古生界海相页岩孔隙类型对页岩微米—纳米孔隙空间的相对贡献,基于岩石学分析、地球化学分析、低温氮气吸附实验、场发射扫描电镜观察等方法对不同热演化阶段的海相页岩的孔隙类型及结构进行了对比分析,结合页岩的TOC含量和矿物组分信息,利用基于机器学习的图像分析方法提取页岩孔隙的几何参数,定量计算了不同热演化阶段海相页岩中不同类型孔隙的孔面积和孔体积。研究结果表明：随成熟度增加,四川盆地海相页岩中孔隙的平均孔径减小,而孔体积、孔面积、表面分形维数和结构分形维数均增大;在上二叠统大隆组低成熟海相页岩中,骨架矿物相关孔最为发育,其贡献了70%的孔面积和73%的孔体积;在志留系龙马溪组成熟海相页岩中,黏土矿物孔占主要优势,其贡献了63%的孔面积和58%的孔体积;在龙马溪组高成熟—过成熟页岩中,有机质孔贡献了68%的孔面积与52%的孔体积。四川盆地海相页岩的孔隙演化受成岩作用和生烃过程共同影响,明确不同热演化阶段海相页岩的优势孔隙类型可以为页岩油气高效开发提供理论指导。     

陆相和海相页岩储层孔隙结构差异性分析

页岩储层以微-纳米孔隙和裂缝作为页岩油气的赋存空间,对其孔隙结构特征的研究是明确页岩油气富集机理的关键,而陆相和海相页岩储层的孔隙结构特征存在巨大的差异。为此,运用场发射扫描电镜、CO_2吸附、N_2吸附、高压压汞分析和索氏抽提等方法,以沾化凹陷沙三段下亚段陆相页岩储层和川东南龙马溪组海相页岩储层为典型实例,深入分析陆相和海相页岩储层的孔隙结构差异。结果表明,沾化凹陷沙三段下亚段陆相页岩储层中有机质单体内部并未发育密集分布且相互连通的蜂窝状孔隙,具有极大孔体积的宏孔更为发育,能够为游离烃赋存提供良好的储集空间,控制着页岩油的富集。而川东南龙马溪组海相页岩储层中有机质单体内部密集发育相互连通的蜂窝状孔隙,具有极大比表面积的微孔最为发育,能够为吸附烃赋存提供足够的比表面,控制着页岩气的富集。     

延长组陆相页岩含气量及其主控因素——以鄂尔多斯盆地柳坪171井为例

运用直接解吸法和间接法计算柳坪171井延长组长7段、长8段、长9段页岩游离气含量、吸附气含量和总气量,结合分析延长组页岩岩矿组分、有机地球化学特征、孔隙结构与孔隙体积,确定了延长组陆相页岩含气量及主控因素,并对含气量与主控因素之间关系做了定性及半定量研究。结果表明:延长组页岩含气量以吸附气量为主,其中长7段页岩含气量为3.71~6.26m3/t,游离气百分比为22.53%~35.29%,平均为29.22%;长8段页岩含气量为3.68~5.19m3/t,游离气占总含气量的24.43%;长9段页岩含气量最高,为5.57~7.80m3/t,游离气含量比例为31.64%。随着有机碳含量的增加,可供天然气吸附的比表面增大,页岩吸附气量也增大,同时有机质成熟度的提高促进有机组分纳米级孔隙的产生,从而增加页岩气储集空间,因此有机碳含量、镜质体反射均与含气量呈正相关关系。与海相页岩不同,延长组陆相页岩石英主要来源于陆源碎屑,含气量与石英含量呈负相关关系。黏土矿物含量与含气量呈弱正相关,主要表现在伊蒙混层、伊利石对页岩气的吸附能力。含气量与微孔体积相关性不明显,与中孔和宏孔均具有正相关关系。     

构造变形作用下页岩孔裂隙结构演化特征及其模式——以四川盆地及其周缘下古生界海相页岩为例

构造应力能够使页岩发生变形或破坏,从而不同程度地影响页岩的宏微观结构。采用川东南下志留统龙马溪组和川东北下寒武统鲁家坪组海相页岩样品,运用聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）、气体吸附和压汞法等手段,分析了构造类型和变形机制对页岩孔裂隙结构的改造和控制作用。结果表明：单斜岩层页岩中以有机质孔隙结构为主,而褶皱或断层等强烈构造部位页岩矿物粒间孔、溶蚀孔和裂隙结构占主导;相对于单斜岩层页岩,褶皱部位页岩的微孔略占优势,而断层部位页岩的大孔占绝对优势;不同构造类型页岩孔裂隙结构特征的差异与局部构造应力分布的不均一性相关;脆性变形页岩以发育微米级孔隙和裂隙结构为主,有利于页岩气的运移和聚集;韧性变形页岩以发育纳米级孔隙结构为主,有利于页岩气的吸附和赋存;总孔体积随脆性变形作用的增强而增加,随韧性变形作用的增强而减少;孔隙总比表面积与脆性变形作用的相关性不明显,而随韧性变形作用的增强而增加。在此基础上,探讨了构造变形过程中页岩孔裂隙结构的控制因素和演化模式,认为构造应力对页岩孔裂隙结构的影响首先体现在对页岩组分的改造,进而控制孔裂隙结构的演化,最终制约着页岩气的微观赋存和运移。     

川东南地区不同埋深五峰组-龙马溪组页岩储层微观结构特征与对比

采用薄片、X衍射、常规扫描电镜、高分辨率氩离子抛光扫描电镜及压汞、氮气吸附等方法,结合有机碳含量(TOC)与孔隙度的分析,对川东南不同深度上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩储层的矿物组成、微观结构和微孔体积进行了研究。该区深层D1井和浅层J1井页岩储层硅质、黏土、碳酸盐等矿物除含量上略有差异,纵向变化规律相近,仅硅质含量大于40%的优质页岩层厚度不同。深、浅层五峰组-龙马溪组页岩储层微孔隙都以有机质内微孔为主,常见粒缘缝(隙)、微层(页)理缝,粒间微孔因有机质充填而不发育;底部优质页岩储层表现为结构各向同性,向上纵横向结构各向异性变强,单一微纹层厚度变薄,微层理缝密度增加;底部优质页岩层段TOC高,向上明显降低;底部储层孔隙度高,向上降低,表明有机孔隙的贡献大,但孔隙度降幅明显小于TOC,应与页岩中存在较多的无机孔隙有关。深、浅层五峰组-龙马溪组页岩纵向上矿物组成、微观结构、TOC、孔隙度随深度具有相似的变化规律。与浅层J1井相比,深层D1井底部优质储层具有微孔、介孔、大孔与总孔体积数量更大的特点,这与深层D1井储层存在较多的粒缘缝等无机孔有关。川东南五峰组-龙马溪组页岩储层在深埋条件下孔隙保持较好,具有良好的储集空间。