过渡相页岩储层纳米矿物孔隙的成因-形貌类型及系统分类——以太原西山古交矿区山西组页岩为例

以太原西山古交矿区山西组过渡相页岩代表性储层样品为例,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜、X射线衍射、能谱测试以及图像数字化处理等技术手段,对过渡相页岩纳米尺度矿物孔隙的形貌特征、成因和类型进行系统观测,建立纳米尺度矿物孔隙的系统分类方案。结果表明:过渡相页岩储层纳米尺度矿物孔隙发育类型丰富,成因复杂,根据孔隙发育的矿物、空间位置和成因等,可以将储集空间进一步划分为脆性矿物孔隙、黏土矿物孔隙及其他矿物孔隙、微裂隙,主要呈现圆孔状、狭缝状、平直状以及曲折状等形貌特征。通过对成因-空间位置-形貌特征的系统对比,建立了过渡相页岩储层矿物纳米孔隙系统分类方案。应用图像数字化处理技术,获得各类孔隙类型的相对比例。对比表明,过渡相页岩不同类型矿物孔隙与海相页岩差异显著,对页岩储层的物性及非均质性影响显著。

页岩气在矿物孔隙中的微观吸附机理差异性研究

针对页岩气在不同矿物孔隙中的吸附机理差异性,采用巨正则蒙特卡洛分子模拟方法(GCMC),利用Material Studio软件模拟页岩气体在3种矿物(干酪根、黏土矿物、石英)孔隙模型中的赋存状态,研究页岩气在不同矿物孔隙中的吸附机理。结果表明:不同类型矿物的吸附能力按大小依次为干酪根、黏土矿物、石英;有机质、黏土矿物和碎屑矿物吸附能力产生巨大差异的主要原因是气体在不同矿物表面的吸附位特征(吸附质气体分布密度和吸附强度)显著不同;深入理解页岩气在不同矿物孔隙中的吸附机理差异对客观评价吸附气含量至关重要。该研究可为今后预测不同地区页岩气吸附能力提供理论基础。

海相页岩储层矿物质孔隙的形貌–成因类型

在南方下古生界海相页岩矿物种类识别和成因判断的基础上,研究矿物质孔隙的成因类型及其对页岩储层物性的影响。以场发射扫描电镜微观形貌观测结果为主要依据,立足于页岩的矿物组成,综合考虑沉积、成岩、地质构造等因素,将南方下古生界海相页岩储层矿物质孔隙的形貌–成因类型划分为3大类:主要孔隙(顺层缝隙、泥粒孔、组分间隙、层间裂隙等),镜下常见,数量多,对页岩储层有一定的影响;其他孔隙(晶间孔、溶蚀孔、气液包体孔、片间缝隙等),镜下少见,局限性大,对页岩储层影响微弱;构造孔隙(构造裂隙、碎粒孔等)是地质构造活动的记录,对页岩储层具有双刃剑的作用。页岩岩性不同,主要孔隙类型不同,不同的孔隙在页岩储层中有不同的作用。

橄榄石高温高压含水效应与光学性质实验研究

高温高压下橄榄石 (多晶 )含水效应实验表明 ,水不但可进入矿物孔隙 ,且能进入其晶格中 .从而与原 (干 )样相比 ,橄榄石显示了特有的光学性质和红外吸收谱带 ,矿物比重也下降约0 .0 2 .这些变化可能是上地幔低速层成因的构成因素 .

川南下寒武统筇竹寺组页岩储集空间定量表征

四川盆地南部下寒武统筇竹寺组是我国南方海相页岩气勘探开发的重要领域之一,但对其页岩气储层的研究深度远不及下志留统龙马溪组,有关其储集空间定量表征的成果更是鲜见。为此,借鉴龙马溪组页岩储集空间定量表征的方法和思路,以钻井资料为基础,对川南筇竹寺组黑色页岩段基质孔隙构成和裂缝发育状况进行了定量评价。初步发现其储集空间具有4大特征:①脆性矿物、黏土矿物和有机质三者产生的单位质量孔隙体积为有机质最高、黏土矿物次之、脆性矿物最少;②有效页岩段孔隙度相对较小,仅为龙马溪组的1/3～1/2,且孔隙构成以黏土矿物层间孔隙和有机质孔隙为主体;③基质孔隙减少的原因主要包括两点,一是该页岩热成熟度过高,有机碳可能出现碳化,导致有机质孔隙部分出现塌陷和充填,二是成岩作用强,导致基质孔隙以中小孔隙为主,大孔隙少,岩石更加致密;④黑色页岩裂缝发育,裂缝规模以微型、小型裂缝为主,裂缝密度在顶部和中下部较大,上部相对较小,反映了筇竹寺组总体具有脆性矿物含量高、杨氏模量高、泊松比低、脆性好等特点。

页岩的深部风化特征和超微孔隙度发育——项中子研究

在萨斯奎汉纳／页岩山（susquehanna／shaleHills）观测站（SSHO），我们利用小角度和超小角度的中子散射（SANS／USANS）研究了正在风化的罗斯山（RoseHill）组页岩的超微尺度特征的演化。这里称为中子散射（NS）的SANS／USANS技术可以描述大小为3nm上下到几个微米的孔隙。利用NS研究了在山顶用气动钻获取的页岩碎片（“风化岩”）或手控螺旋钻获取的页岩碎片（“风化层”）。可以推测大约在20m深度溶蚀作用已使铁白云石在基岩中消失，而用于NS研究的所有页岩碎片都采自这一铁白云石溶蚀带的上方。NS研究证实，无铁白云石岩石的总体积有5—6％是由分隔的粒内孔隙构成的。在5m深度，孔隙度和表面积的突然增大对应于有关风化岩中长石溶蚀作用的开始，因而其主要成因可以归结为15000年前开始的冰穿边缘作用。在风化岩一风化层界面以下几十厘米处，由于绿泥石和伊利石开始发生溶解，所以孔隙度和表面积也有明显增加。这些黏土矿物的溶解反应促进了风化岩向风化层的转化。在整个风化层，页岩碎片的粒内孔隙连接成为较大的粒问孔隙，而散射特征也由深处的体分形变为接近地表的面分形。孔隙形态也由深处的各向异性变为最上部的各向同性，前者可能与早先的大地构造活动在岩石中形成的铅笔劈理有关，而后者的成因在于黏土的风化。在风化作用最强烈的风化层，高岭石和氢氧化铁发生沉淀，堵塞了一部分连通的孔隙。这些沉淀物的出现以及因黏土风化而使更多石英暴露出来，都对最上部样品的矿物一孔隙界面面积的下降有作用。 这些观测结果符合SSHO的基岩一风化岩一风化层的转化，其原因在于：（1）有反应物（即水、氧气等）运移进入了原生孔隙和由构造事件和冰川边缘效应所形成的裂缝中；（2）矿物一水反应以及颗粒的损失使孔隙度增大，也使进入岩石的水增加。从深处到浅部，矿物一水反应可以从基本由运移控制的状态变为由动力学控制的状态，前者的孔隙度大体上是由早先的大地构造活动确定的，而后者的孔隙度会因气候推动的作用而发生变化。