海相富有机质页岩微纳米孔隙结构研究技术与方法

1、引言

页岩气的赋存状态主要分为游离态和吸附态,主要的储存空间为微纳米级别的孔隙。页岩中气体的赋存状态和含量与其储层微纳米孔隙结构有着密切的关系。微纳米孔隙的大小、形状、数量以及发育的基质成分控制着页岩气的赋存状态及含量[1-3]。页岩孔隙结构的要素包括孔隙类型、孔径、孔体积、比表面积、连通性及空间分布等 [4-7]。页岩的微纳米孔隙对甲烷等烃类气体的储存和运移起着非常重要的作用。

2、 表征技术与方法

目前页岩油气储层微纳米孔隙研究的技术手段主要分为两类,一类是间接表征技术(图1);另外一类是直接表征技术。直接表征的技术与方法包括:纳米CT孔隙网络提取技术、电子显微镜技术,如场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)和聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)等。间接表征技术与方法包括:高压压汞测试、N2吸附、CO2吸附和核磁共振等(图1)。

图1 页岩微纳米孔隙观察技术

3、行文思路

接着介绍了微纳米孔隙类型划分,微纳米孔隙结构的控制因素

4、展望

(1)页岩微纳米孔隙的划分不够合理,没有统一的标准,多是从定性观察的角度将孔隙进行分类,无法定量表征及解决页岩不同类型微纳米孔隙具有的储集能力特征。前人大都从成因的角度将页岩孔隙划分为原生孔隙和次生孔隙,其中原生孔隙又被划分为粒间孔、晶间孔,而有机质孔被划归为粒内孔隙中。在实际观察中,晶间孔和粒间孔较难区分,而粒间孔和微裂缝又较难区分。因此,对页岩微纳米孔隙进行重新划分是其储集能力评价的基础与前提。目前针对页岩孔隙结构进行的气体吸附多是将页岩样品研磨成80~200目的粉末进行,会将大于气体探针分子直径的不连通孔隙也一并测出,夸大了实验结果,在此基础之上进行的储集能力评价其实并不准确,同时气体吸附也无法评价不同类型的微纳米孔隙的储集能力。目前以海相页岩微纳米孔隙的类型划分来看,应首先采用有机质孔隙、无机矿物基质孔隙(具体可以划分为粒间孔隙和粒内孔隙)的划分法来进行研究。

(2)页岩中的有机质孔隙相对于粒间孔隙和粒内孔隙来说拥有最大的烃类气体赋存能力,页岩中的有机质孔隙发育数量的多与否决定着页岩气的富集与成藏。前人的大量研究结果也已表明:如果页岩内部有机质孔隙大量发育,那么页岩就拥有较大的烃类气体储集能力和使烃类气体形成有效渗流的连通能力,即页岩中的有机质孔隙对甲烷等烃类气体的赋存及储层孔隙的连通性起着决定性的作用。在海相页岩微纳米孔隙结构的研究中应重点研究有机质孔隙的地质演化特征,寻找页岩有机质孔隙发育的的控制因素及关键地质参数。

(3)页岩储层中发育的有机质孔隙是页岩中所有孔隙系统中能够为赋存页岩气提供有效空间和连通性的一类孔隙。当热演化程度超过3.0%时,有机质孔孔隙的数量开始降低,当热演化程度大于3.5%时,有机质孔隙由于过演化,失去有机质内部骨架支撑,在上覆围岩压实作用下消失。从有机质孔隙发育的控制因素来看,热演化程度起着至关重要的作用,过高的热演化程度会导致有机质孔隙消失。从页岩气的富集成藏来看,页岩气的大规模成藏需要烃类气源的持续供给,对于储层的热演化程度来说不能低于使烃源岩层大量生烃类气体的阶段(此时要求热演化程度不能低于1.5%),因此就要重点研究页岩有机质孔隙演化和生烃演化的耦合过程与机理。

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