基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征.pdf

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1、东北石油大学学报第38卷第62014年l2月J()URNAIOFNORTHEASTPETR()LEUMUNIVERSITYVoL38No．Dec．2014基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征赵迪斐，郭英海。，解德录～，苏驰。，杨玉娟。，于一帆(1．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221]16；2．中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验窒，江苏徐州221l16)摘要：为研究页岩储层L隙结构特征，以重庆南川I_二泉剖面泉浅l井、綦江观音桥剖面、涪陵B井和石柱打风坳剖面等龙马溪组页岩储层样品为例。通过低温氮吸附实验数据

2、建立FHH分形模型，讨论分形维数与孔隙结构参数、T()(质量分数的相互关系．结果表明：样品孔隙以微孔为主，孔径分布集中在40nm以下，具有明显的分形特征，分形维数介于2．760～2．850之间，相关因数大多超过0．99，反映复杂的孔隙结构与较强的非均质性；部分样品显示明显的双重分形特征，以甲烷分子自由程为界可将纳米孔分为渗透孔隙和吸附孔隙，吸附孔隙阶段分形维数变化范同在2．881～2．9l7之间，渗透孔隙阶段分形维数变化范同在2．791～2．823之间；L隙体积和平均孔径与分形维数具有负相关性，BE1、比表面积与分形维数呈明显的正相

3、关关系，即平均孔径越小、孔隙体积越小、BET比表面积越大，分形维数越接近于3；TO(、质量分数也与分形维数呈明显的正相关关系，是分形维数的重要影响网索．通过分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度，为储层评价和页岩气在纳米孔隙中的赋存和运移机理研究提供思路．关键词：页岩储层；孔隙；分形维数；氮气吸附法；FHH分形模型中图分类号：TE352文献标识码：A文章编号：2095—4l07(2014)0601(Jf]一O90引言页岩储层作为多孑L介质，孑L隙结构具有极强的复杂性和不规则性J，研究多孔介质中孔隙结构参数的分布规律，是进

4、一步研究页岩气赋存状态、解吸扩散与渗流机理的基础口一．目前对页岩储层孑L隙的研究主要以结构观测、孔隙分类为主，定量化评价孔隙结构参数的研究成果较少．分形模型是研究储层孔隙结构参数的重要方法，它基于高压压汞、低温氮吸附等实验数据建立分形模型，可以定量化描述储层孔隙的微观结构j，为储层孔隙和吸附解吸机理的研究提供新的思路．MandelbrotBR应用分形几何克服欧式几何在特殊结构描述中的不足，在地学领域逐步得到应用．人们应用分形几何对储层孔隙展开大量研究，PfeiferP等研究储层孑L隙的吸附分形特征：；KatzAJ、KrohnCE、A

5、nguloRF、TsakiroglouCD等分别利用扫描电镜图像和高压压汞测试数据研究砂岩孔隙的分形特征“；傅雪海、贺伟钟、赵爱红、戚灵灵、杨宇等分别研究煤层孔隙的分形特征；胡琳、赖锦等应用压汞分形对页岩孔隙进行划分．压汞法适用于研究大孔以上的分形特征，图像分析法受限于图像的成像清晰度，对整体规律的研究把握性不强．页岩储层具有分形特征，孑L隙以纳米孑L为主卜。，而低温氮吸附法以氮气分子作为吸附介质，测量的最小尺度为0．5nm，适用于揭示孔径分布极小的页岩气储层孔隙特征．杨峰、熊健等应用分形理论研究下寒武统页岩_]‘。j，但目前针对已

6、经实现页岩气开发开采的志留系龙马溪组页岩的分形研究还较少．笔者以重庆綦江、石柱、南川的龙马溪组下部页岩储层样品为例，在页岩孔隙的研究中引入FHH分形模型，对页岩储层的孔隙结构参数进行定量化评价，分析分形特征所指代的地质意义，进而讨论分形维数与孔隙结构参数(黏土矿物、总孔隙体积、BET比表面积和吸附能力)、T()C质量分数间的相互关系．收稿日期：2Ol4一l0—30；编辑：张兆虹基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2012CB214702)；中国矿业大学大学生创新创业基金资助项目(20l415)作者简介：赵迪斐(

7、1991)，男，硕士研究生，主要从事沉积岩石学与非常规油气地质学方面的研究．通讯作者：郭英海，E—mail：guoyh@cumt．edu．cn·l00·第6期赵迪斐等：基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征1实验样品与测试条件四川盆地志留纪加里东构造阶段强烈的挤压导致古隆起面积扩大，在川东南一鄂西渝东地区发生强制海侵]，使盆地在东南高、西北低的基底上沉积范围广、厚度大的龙马溪组页岩．龙马溪组沉积环境的主体为局限的深水陆棚，下部富含笔石，有机质质量分数高，向上砂质质量分数增多l_2．实验样品取自龙马溪组下部页岩储层，取样位置包括重庆

8、南川三泉剖面泉浅l井、綦江观音桥剖面、涪陵B井和石柱打风坳剖面．在12O块页岩储层样品中选取6块新鲜样品，作为低温氮吸附实验的测试样品．龙马溪组下部页岩储层矿物组分稳定，黏土矿物质量分数最高，其次为石英，并含有一定的方解石、长石、黄铁