泥页岩孔隙结构表征方法及影响因素研究

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1、泥页岩孔隙结构表征方法及影响因素研究1前言页岩气是一种典型的非常规天然气，在20世纪70年代中期之前曾被归入非经济可采资源，随着天然气开发技术的进步以及对天然气的依赖逐渐变为经济可采资源。页岩气因其资源潜力巨大和经济效益显著受到各国政府及能源公司的重视，在北美地区己经取得了良好的勘探开发效益。作为0前贞岩气产能最大的国家一美国，贞岩气己成为继致密砂岩气和煤层气之后的又一重要的非常规天然气资源。中国海相页岩十分发育，分布广、厚度大［1］。中国巨厚的烃源岩，良好的生烃条件，寻找页岩气藏具有较好的可行性，其中最有勘探潜力为四

2、川盆地下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组［2］。泥贞岩中的基质孔隙网络是由纳米到微米级别的孔隙组成。在贞岩气体系内这些伴生冇天然裂缝的孔隙，构成了在开发过程中让气体从泥页岩流动到诱导裂缝中的渗流网络13］。国外己广泛利用纳米CT、FIB-SEM、气体吸附法、高压压汞法和核磁共振等先进研究手段来对页岩孔隙结构进行大量的微观观测与分析，己经证实了这些泥岩中的不同孔隙的存在。在国内也有一些学者对泥页岩储集层特征、类型及其形成条件进行研宂，并提出页岩气储集层的评价参数。邹才能等通过纳米CT技术在泥贞岩中首次发现了纳米级孔隙，掀

3、开了油气储集层纳米级孔隙研究的序幕Hj。但是目前对于泥页岩中的孔隙体系尚没有统一的分类方案，这将不利于人们对泥页岩中复杂多变的孔隙特征的识别，而且常规测试手段分析泥页岩孔隙结构还存在多种局限。介于泥页岩作为页岩气这种重要非常规气藏的储层，其孔隙类型、孔隙结构及其连通性都是评价页岩气储层的关键因素，我们有必要对泥页岩孔隙类型以及其结构特征进行系统的研究。本文主要是通过归纳总结近年来国内外学者在泥贞岩孔隙研究中对其孔隙的描述以及表征的方法基础上，找到适合国内泥页岩孔隙的分类体系以及能够准确客观表征泥页岩孔隙结构的方法，为页

4、岩气的勘探开发提供支持。2国内外研宄现状北美是全球FI前唯一实现页岩气商业化开采的地区。美国页岩气开采最早，可追溯到1821年，在纽约州Chautauqua县Fredonia镇，WilliamA.Hart等人钻开丫北美的第一门页岩气井，但当时由于产量较小没有得到重视，直到20世纪80年代屮期，由于水平钻完井技术和水力压裂技术的进步，使得页岩气的生产进入大规模发展阶段［5］。截至2008年底，美国已完钻页岩气井约42000口，产量首次超过煤层气，达到507xl08m3，占美国天然气总产量的10%［6］。页岩气的开发在北美

5、取得成功后在全世界范围内掀起了页岩气勘探开发的热潮，但是在页岩气的勘探幵发过程中遇到了很多不同于常规气藏的技术难题，其中重要的一点就是对泥页岩储层中的微米到纳米级复杂的孔隙结构特征的认识还不成熟。因此近年来国内众多学者对泥页岩孔隙结构展开了大量的研究。2009年，F.P.Wang和R.M.Rccdp］等人通过高分辨率扫描电镜(SEM)对岩芯进行观察页岩储层不仅孔隙尺度远远小于常规储层，而且内部孔隙类型复杂多样。人们发现页岩储层一般具有四种不同类型的孔隙结构即有机质孔隙、基质孔隙、天然裂缝和人工裂缝，几种孔隙的孔隙尺度、

6、壁面润湿性等均存在较大差异。其中有机质孔隙是页岩储层发育的独特孔隙类型，其孔喉半径在纳米量级而且在若石基质中分布不连续，但是有机质孔隙是页岩气藏中重要的气体储集空间，有机质丰度与储层渗透率、气井后期产能之间具有非常紧密的联系，甚至被称为贞岩储层内部“隐蔽的气体高速公路”。2010年，M.E.CurtiW等人通过F1B/SEM等技术观察了来自九个不同地层的岩芯，认识到岩样的微观结构十分复杂，主要有不同含量的石英、粘土、干酪根和碳酸盐岩，和硫铁矿。干酪根的含量在不同卷样中变化很大，但在Barnett、Woodford和Ho

7、rnRiver等页岩中干酪根贪有大量有机孔隙。相反在Haynesville页岩中却发现很少量得干酪根和大量的硅酸盐孔隙度。EagleFord贞岩屮既含有有机质孔隙度又含有硅酸盐孔隙度。同时，也发现孔隙度与硫铁矿有关。2010年，C.H.Sondergekf91等人提出了SEM方法的改进。通过将原来对岩石表面进行离子磨削，获得高精度成像。这种方法可以去除留有大量类似裂缝的凹坑的有机质。2011年，M.E.Curtis和RayJA等人运用STEM技术观察了Barnett、Woodford、HomRiver和Haynesvi

8、lle页岩岩样的纳孔。在Barnett、Woodford、HomRiver岩样中观察到了干酪根中的内部孔隙结构。Barnett岩样中干酪根的内部孔隙结构显现出类似海绵状。Woodford岩样的STEM图像显示出不同干酪根中的孔隙度有较大的变化，这说明除了热成熟度之外另有因素影响孔隙形成。Haynesville页岩岩样的图像中显示出