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油气之光——页岩气的储集之地:页岩孔隙

2015-10-21 9:29:54 来源:中国矿业报 作者:陈科

页岩气不同于常规油气的特征为自生自储,因此页岩的储集空间成为页岩气形成富集规律研究的热点。泥页岩气主要由黏土矿物和有机质等成分组成,它们形成了不同类型、大小及形态的孔隙,孔隙性质影响着泥页岩的比表面积和孔隙的相对丰度(孔隙度),只不过页岩孔隙的尺度很小,可至纳米级别的孔隙,通过压裂技术将页岩气从这些孔隙中开采出来。

页岩的孔隙特征有两个参数:孔隙度、孔隙结构。目前的研究和勘探表明,大多数页岩气的孔隙度主要依赖于小于10μm的孔隙,其中10nm作用的孔隙含量丰富。按照IUPAC的划分方案,按孔隙大小可划分为微孔(小于2nm)、介孔(2nm~50nm)、大孔(大于50nm),该分类适用于化学材料,但不太适用于页岩储层评价。Loucks等提出页岩的孔隙分类:皮米孔(<1nm)、纳米孔(1nm~1000nm)、微孔(1μm~62.5μm)、中孔(62.5μm~4000μm)和宏孔(4mm~256mm);按成因可将基质孔隙区分为矿物间微孔、有机质孔、晶间孔、矿物铸模孔、次生溶蚀孔等。在所有微观孔隙中,微孔对页岩气储集空间的贡献最大,而小孔和大孔则分别为页岩气毛细凝结、扩散和渗流、层流的主要区域。通过等温吸附实验表明,黏土矿物甲烷吸附能力与纳米级孔隙发育程度和表面积大小的分析结果相一致,指示黏土岩的纳米孔越发育,其表面积越大,气体吸附能力越强,而有利于页岩气的吸附和富集。

目前,测定页岩纳米孔隙的主要手段是扫描电子显微镜(SEM)。将其与氩离子剖光技术结合,将岩石切片进行连续扫描,以获得精细的孔隙结构图像。这种方法虽可观察到纳米级孔隙,但在测定孔隙大小分布时,统计代表性较差,测定时间较长,应用较为局限。压汞法与气体吸附法可以测得页岩的孔隙大小分布,有效地反映页岩样品的非均质性。气体吸附法探测下限为0.35nm,压汞法探测上限为1mm。前者可以有效反映页岩中纳米孔隙的分布,后者可以反映页岩宏孔甚至微裂缝的信息。压汞法与气体吸附法联合应用,可以探测微孔到宏孔范围的孔隙分布情况。近年来,北美不同页岩储层采用聚离子/电子双束电子扫描显微镜和扫描透射电镜,结合氮气吸附法或(和)二氧化碳吸附法研究孔隙结构,取得了较好效果。国内也开始采用这些方法研究页岩储层。

近年来,国内外许多学者对纳米级孔隙发育控制因素做了较多探讨和研究,发现细粒沉积岩的孔隙性和孔隙结构受控于有机质类型、有机质含量、黏土矿物的种类及含量,其中有机质含量是主控因素,所有研究的有机质含量均与孔体积和比表面积正相关,矿物种类和含量表现不同的相关性石英含量,有利于孔隙发育,而黏土矿物含量则降低了黑色页岩的孔隙性;有机质和矿物组分主要通过控制微孔和介孔的发育来控制黑色页岩的孔隙发育。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

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