页岩储层微观孔隙结构类型及其非均质性定量表征——以渝东南龙马溪组页岩为例

摘要

本文以中国南方渝东南地区海相志留系龙马溪组典型富有机质页岩样品为研究目标，通过页岩地球化学分析、全岩x-射线衍射实验、二氧化碳吸附实验、氮气吸附实验、高压压汞实验、SEM扫描电镜实验等方法，同时引进表征页岩微观孔隙结构分布非均质性的分形维数等，对页岩储层进行基础地化特征、微观孔隙结构类型、微观孔隙孔径大小、分布及非均质性的表征等方面的研究。结果表明：①渝东南龙马溪组页岩具有较高的有机质丰度和脆性矿物含量。渝东南龙马溪组底部以发育深水陆棚富有机质硅质页岩岩相为主，有机碳含量大于2%、脆性指数、有效孔隙度和含气量均较高，有机碳含量高使其生烃潜力大，同时造成大量有机质孔的发育，脆性指数高表明石英、长石等脆性矿物含量高，易于压裂：②渝东南龙马溪组页岩发育多种微观孔隙结构类型，其中以有机质孔分布为主，其次为原生晶间孔、原生粒间孔，分布最少的为次生溶蚀孔和次生晶间孔。渝东南龙马溪组富有机质页岩中发育大量的微纳米级孔隙，其中有机质孔数量多，连通性好，孔径大小在5—200nm之间，对页岩中游离气的富集、吸附气的赋存和页岩气的渗流具有决定作用；其次是原生晶间孔，孔径大小多在0.5～2um之间，决定了游离气的富集：溶蚀孔和原生粒间孔数量少、孔径小、连通性差，对页岩气的赋存不起控制作用：⑧渝东南地区龙马溪组页岩微观孔隙分布特征以宏孔(>50nm)为主，其次为中孔(2～50nm)和微孔(<2nm)。经过C02、N2气体等温吸附实验、高压压汞实验，并结合全孔径分析表明，其中宏孔(>50nm)的分布对微孔的孔体积的贡献占据了主导作用，控制了页岩的游离气量，其次是中孔(2～50nm)，而微孔(<2nm)的发育数量较少，对孔体积的贡献最小；④脆性矿物石英含量、TOC含量对页岩储层微观孔隙的分布起到决定性的控制作用。通过对N2吸附实验、高压压贡实验数据采用分形理论处理，得到反映孔径分布的分形维数，同时结合页岩储层地化分析数据，认为石英等脆性矿物主要控制宏孔(>50nm)的发育，而TOC含量主要控制了有机质孔的发育。因此，结合页岩地化特征分析、吸附实验、扫描电镜实验、分形理论等手段，可较准确表征页岩微观孔隙结构类型及非均质性特征，对页岩气资源评价具有指导作用。