海洋页岩样品收集Longmaxi降低上层部分的形成。23个样本深度从2527.8到2615.3米获得从页岩气钻探在Jiaoshiba页岩气田(表 1)。样本选择的变化总有机碳(TOC)、无机矿物质成分和页岩岩相。21个圆柱形插头与批准毫米长度和直径25.4毫米(1英寸)钻平行于层理,和8个插头是钻垂直于层理。圆柱形插头在真空干燥箱干燥(105°C)前至少12 h孔隙度和渗透率测量。岩石学的和扫描电子显微镜分析进行次级样本(片段)。矿物成分、TOC含量和低压氮adsorption-desorption分析进行干燥粒子粒径(0.15毫米)。

岩石学的观察进行了抛光岩石薄片分析织物,质地,微生物和矿物学。抛光薄片厚度介于0.02和0.06毫米是准备和使用徕卡DMRX显微镜拍照。

视觉观察孔隙结构在蔡司梅林紧凑场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)。这个装置配备了背散射电子(BSE)和二次电子(SE)探测器和达到的最高像素的分辨率大约0.8 nm 15千伏操作电压。页岩样品离子抛光和镀黄金在视觉观察。

低压N₂adsorption-desorption实验在-196°C (77 K)进行获得的信息比表面积、孔隙大小分布(PSD)和孔隙体积。一夜之间,粉页岩被第一脱气在真空室105°C。N₂吸附和解吸等温线得到通过收集吸附脱气样本数据在730毫米汞柱压力。氮吸附数据解释获得比表面积和PSD Brunauer-Emmett-Teller(打赌)和Barrett-Joyner-Halenda (BJH)理论 53]。

氦比重瓶测定法是应用于干圆柱形插头来确定骨骼密度( ρ 骨骼 )。体积密度( ρ 散装 )这些插头测量几何尺寸的圆柱形插头使用卡尺和样品的重量。然后,孔隙度值( ϕ )在无侧限条件下测定的体积密度和骨骼密度值根据 ϕ = 1 − ρ 散装 / ρ 骨骼 。

透气性系数测定干圆柱形样本使用N₂在室温下测量气体。样本插头被放置在一个客户设计的脉冲衰减渗透仪(pdp - 200,核心实验室)选择2000 PSI的围压。小约0.5 - -1.0 MPa压力脉冲被引进到上游水库,和上游和下游水库的压力与高精度压力传感器监测。通过引入不同的平均孔隙压力得到一些小量压力脉冲。nonsteady-state氮渗透率在不同孔隙压力是决定使用一个线性回归进行压力时间数据根据基本流动方程( 37]。测量氮气渗透率是纠正使用克林肯伯格方法基于渗透率值在不同孔隙压力( 29日]。

矿物学成分的研究Longmaxi样品如图 2。Jiaoshiba页岩样品主要由石英(30.5 -58.4%)和粘土矿物(21.9 -62.7%)与未成年人的斜长石(3.5 -9.9%)、白云石(0 - 32.2%),方解石(0 - 8.4%),黄铁矿(0 - 6.6%),和钾长石(0 - 3.0%)。这些同意其他研究的结果,表明石英和粘土中最常见的矿物Jiaoshiba页岩( 47]。一般来说,石英含量降低我们的样品从底部到顶部Longmaxi形成而粘土矿物呈现反向(表 1)。TOC内容在我们的数据集范围从0.3到5.3 wt。与平均值为2.2 wt %。%(表 1)。TOC含量相对高的低的成员Longmaxi形成。有一个石英和TOC的内容(图之间存在正向关系 3)。的正相关是由于石英Longmaxi下部的形成主要是生物起源的 20.]。

岩相岩石的地质信息记录类型、质地、床上用品、矿物成分、粒度分布、排序和圆度特征( 40, 41]。最初,岩相主要是应用于分析传统水库的矿物学和岩石学( 54]。由于页岩气发展活跃,岩相介绍了非常规储层( 24, 41]。页岩岩相全面描述储层特征和质量( 41]。根据矿物学组成、页岩可分为硅质页岩(硅质矿物 内容 > 50 % ),泥质/混合硅质页岩(硅质、碳酸盐和粘土矿物含量小于50%,分别),和泥质页岩(总粘土 内容 > 50 % )(图 2和表 1)。

FE-SEM成像实验选择Longmaxi页岩代表不同类型的页岩岩相。许多有机质(OM)颗粒在硅质页岩海绵(图 7)。OM粒子的直径从几美元到几十个微米不等(数字 7 (b)和 7 (c))。其中,丰富OM-hosted毛孔的直径有几个到几百纳米。OM-hosted毛孔一般椭圆状的(数据 7 (c)和 7 (d))。一定数量的不规则多边形孔硅质页岩(图中也可以观察到 7 (d))。

在混合页岩(M), OM粒子分布和孔隙空间中捕获一般刚性框架矿物质(图 8)。少数OM-hosted毛孔中可以找到这些残余有机物(数字 8 (c)和 8 (d))。OM粒子与大量发生在泥质/硅质页岩混合,但是毛孔欠发达在这些笨重的OM粒子(图 8 (b))。显然,这些笨重的OM粒子很难被热分解或迁移。溶解毛孔中常见泥质/混合硅质页岩(数据 8 (c)和 8 (d))。这些溶解毛孔似乎是如此分散,也许他们说的是不连接的。Dissolution-related毛孔/钢圈发展中长石颗粒(图的边界 8 (c))。

厘米时页岩、粉砂质与大颗粒在混合页岩变得比(M)。粘土矿物在视野(图中都很常见 9)。面向大多数粘土片沿纹理(图 9(一个))。在粘土片有许多intraparticle毛孔,这些可以增强毛孔弯曲/分裂与压实(图有关 9 (c))。捕捉的有机质在矿物(图的框架 9 (c))。然而,这些残余有机物是无孔的多孔。Kerogen-clay骨料一般观察和与纹理(图 9 (d))。然而,许多kerogen-clay骨料的孔隙空间由于强烈postcompaction难以察觉的。偶尔可以观察到大OM颗粒表面光滑,但这些OM OM毛孔中不可见的颗粒FE-SEM的分辨率下(图 9 (b))。

Longmaxi页岩孔隙度的研究范围从1.5%到7.1%,平均3.7%(表 2)。页岩样品的孔隙度值与页岩岩相关联。硅质页岩孔隙度值普遍高于其他页岩(图 3)。硅质页岩的孔隙度是3.4%到7.1%之间,平均为4.9%。混合页岩的孔隙度范围在1.9%和3.3%之间(平均2.4%),而泥质页岩的孔隙度范围从1.5%到4.3%(平均3.1%)。TOC含量间存在的积极关系,硅质矿物含量,Longmaxi页岩的孔隙度值(图进行了研究 10)。

低压N₂adsorption-desorption等温线Longmaxi形成样本如图 11。样品通常富含有机质吸附高氮量。更重要的是,硅质页岩样品明显吸附更高数量的N₂比其他样本(图 (11日))。所有这些Longmaxi页岩展览滞后循环,由吸附和解吸分支之间的分歧。有趣的是观察到的磁滞回路在硅质页岩(S)通常高于混合(M)和泥质页岩(CM)。根据物理吸附理论,磁滞回线的形状与孔隙结构的复杂性( 53]。大滞后循环定性表明孔隙的材料主要是inkbottle-shaped或非晶态。硅质页岩的孔隙结构比其他样品要复杂得多,这可能是与硅质页岩(TOC含量高的 16]。

氮吸附等温线的吸附分支被用来计算PSD。所有的样品展览广泛PSDs从微孔隙中孔和大孔隙(图 11)。双峰PSD Longmaxi页岩都占优势。有一个最大的PSDs的微孔范围。另一个最大PSDs的2 - 3海里。比较不同页岩的山峰,发现第一个峰在微孔范围内的硅质页岩(S)明显高于他人,而第二个峰值(M)和泥质页岩(CM)是略高于硅质页岩(年代)。

孔隙结构参数来衡量N₂总结了Longmaxi页岩桌子上吸附 2。的bet比表面积Longmaxi页岩从9.7米到26.9米不等²/ g,平均值17.0米²/ g。总孔隙体积变化从0.011到0.033厘米³/ g。特定的表面区域(SSA)和硅质Longmaxi页岩孔隙量高于混合(M)和泥质(CM) Longmaxi页岩。年代的总孔隙体积、米和厘米页岩平均为0.023,0.017,0.015厘米³分别/ g。TOC含量显示明显积极的线性关系与打赌SSA和孔隙体积(数字 12(一个)和 12 (b)),这表明富含有机物的海洋页岩的孔隙结构是由有机物质控制。这些线性拟合的拦截约9米²/ g和0.01厘米³/ g(数据 12(一个)和 12 (b)),这是与无机物质有关。硅质矿物之间存在中度正相关内容和孔隙结构参数(数字 12 (c)和 12 (d))。粘土矿物含量之间存在负相关关系,Longmaxi页岩的孔隙结构参数(数字 12 (e)和 12 (f))。

透气性整体29芯插头的值确定。其中,21个样本钻平行层理和八个插头是垂直于层理。平行层理,Klinkenberg-corrected氮气渗透率(内在渗透率)值测量使用脉冲衰减渗透仪在2000 psi的围压从0.4到76.6不等 μD (10^-18年米²)(表 2)。Klinkenberg-corrected渗透率值测量平行层理( K h )的硅质页岩通常低于其他的页岩。平均 K h 的Longmaxi页岩研究减少降序排列:泥质页岩(37.6 μD) >混合页岩(24.4 μD) >硅质页岩(8.2 μD)。渗透率测量垂直于床上用品( K v ),这些样本范围在0.3到8.9之间 μd .渗透率各向异性值显示出较大的变化,从1.3到49.8不等。渗透率各向异性与样品的面料和矿物学(数字 4, 5, 6)。的 K h 的泥质页岩通常不止一个数量级高于测量垂直于床上用品(表 2)。此外,富含叠层织物样本总是显示高渗透率各向异性(图 4)。

氮在这些页岩气体滑移因素范围从0.04到0.88 MPa。硅质页岩气体滑移因素大于泥质页岩。硅质矿物的滑移因素范围从0.14到0.26 MPa,而泥质页岩在0.07到0.14 MPa之间。

矿物学控制孔隙空间都进行了广泛的调查海洋和湖泊页岩( 12, 16]。一般来说,有一个积极的孔隙度和TOC含量之间的相关性的许多成熟和成熟页岩系统 16]。同样,Longmaxi页岩的孔隙度在我们的数据集是TOC含量正相关。平均孔隙度与无机物估计1.7%的拦截(图的线性关系 10 ())。TOC含量和孔隙度之间的正相关Longmaxi页岩研究凸显了关键作用的有机质过成熟的海洋页岩的孔隙空间。随着TOC含量增加,微孔范围在PSD的山峰Longmaxi页岩更高(图 11 (b))。TOC含量还显示一个明显的积极关系打赌SSA Longmaxi页岩(图进行了研究 12(一个))。

进一步的调查显示,页岩样品的孔隙度与页岩的类型有关。硅质页岩的孔隙度(平均4.9%)通常比混合页岩(平均2.4%)和泥质页岩(平均3.1%)(表 2)。高硅质页岩的孔隙度值(S)被归结为TOC含量高(图 7)。然而,无机物很多有助于混合页岩的孔隙空间(M)和泥质页岩(CM)。泥质/硅质页岩,dissolution-related孔隙度通常被观察到在长石组成和碳酸盐。Dissolution-related毛孔发生在长石组成intraparticle毛孔和碳酸盐颗粒或颗粒间的孔隙边缘的碳酸盐(图 8)。这种溶解孔隙主要形式的有机酸性生烃过程中 15, 16]。此外,粉石英、碳酸盐发生在薄层碎屑(图 5支持矩阵)和作为刚性骨架。颗粒间的孔隙之间存在软有机质和僵化的碎屑(图 8)。这些颗粒间的孔隙出现作为沥青和天然气更可取的运输途径。

泥质页岩有特定microfabrics。在泥质页岩,粘土矿物变形(图 9 (c))。Intraparticle毛孔都坐落在乳沟粘土片层和增强弯曲/分裂与压实。颗粒间的孔隙和软粘土片之间也存在刚性碎屑(图 9 (c))。inorganic-porosity似乎反映在PSD。2 - 3纳米范围的山峰混合(M)和泥质页岩(CM)高于硅质页岩(数字 11 (b), 11 (d), 11 (f)),这可能是由粘土矿物( 55]。

线性组合是一个有用的工具来定量评估岩石的岩石物性特性( 12, 25]。页岩的孔隙度可以视为总孔隙度值的总和与OM、框架矿物质,和总粘土矿物: (1) ϕ = ρ 散装 · w TOC · v ¯ OM + w 框架 · v ¯ 框架 + w 粘土 · v ¯ 粘土

在这里, w OM , w 框架 , w 粘土 OM的质量分数,框架矿物(石英、碳酸盐、黄铁矿等),和总粘土,分别; v ¯ OM , v ¯ 框架 , v ¯ 粘土 (cm³/ g)是有机物质的孔隙体积,框架矿物质,和总粘土,分别归一化岩石的质量。

体积密度( ρ 散装 )和孔隙度( ϕ )值可以确定氦比重瓶测定法测量,同时可以获得单个矿物成分的质量分数从XRD分析。因此,有三个未知参数(具体的孔隙体积 v ¯ OM , v ¯ 框架 , v ¯ 粘土 )的物理模型,可以同时解决使用多元非线性回归一套页岩样品。的安装 v ¯ OM , v ¯ 框架 , v ¯ 粘土 Longmaxi页岩的0.4534厘米³/ g、0.0002厘米³/ g和0.0124厘米³分别/ g。因此,有机matter-hosted毛孔占总孔隙度的79%,粘土矿物孔隙占20%的总孔隙度在硅质页岩(图 13)。在混合页岩、有机matter-hosted毛孔占62%,孔隙空间与粘土矿物占总孔隙度的38%。泥质页岩被毛孔与粘土矿物占主导地位。在泥质页岩,粘土矿物占总孔隙度的62%而OM-hosted毛孔占37%。应该指出的是,线性组合方法提供了快速和孔隙空间的半定量的表征。矿物学的影响孔隙度和岩石孔隙空间更复杂的和相关的有机和无机之间的交互问题。有机质泥质页岩的孔隙度的贡献可能是一个乐观的价值,因为很难找到很多OM-hosted毛孔在泥质页岩(图 9)。

页岩渗透率与许多地质控制:包括面料,质地、岩性、孔隙度和孔隙大小分布 20., 38]。地质控制渗透岩石致密页岩总是特定的属性。在泥盆纪页岩气喇叭河和利亚德盆地的加拿大,高基质渗透率页岩被发现包含连接传输通路之间的大孔隙和微孔隙 20.]。天然气页岩包含平衡的比例微,中间和大孔隙有较高的基质渗透率值。杨和Aplin [ 21]分析了深埋地下的岩性对渗透率的影响泥岩,发现粗粒度的泥岩渗透率值总是高于细粒度细。然而,Longmaxi页岩的透水特性主要与织物在我们的数据集和薄层而不是孔隙大小分布。虽然混合页岩的孔隙度(M)和泥质页岩(CM)低于硅质页岩(S),平均水平 K h 泥质页岩(37.6的值 μD)和混合页岩(24.4 μD)显然是更大的比硅质页岩(8.2 μD)。原因是粘土片和碎屑的microlaminae面向纹理/床上用品(明显影响渗透率 K h 这些Longmaxi页岩研究(数据) 5和 6)。面向Intraparticle毛孔的粘土矿物和颗粒间的孔隙之间刚性碎屑颗粒和软矿石(粘土矿物或OM)通常分布在纹理混合泥质页岩和页岩/床上用品(数字 8和 9)。虽然无机matter-related孔隙度小于OM-hosted孔隙度、粘土矿物的intraparticle毛孔和颗粒间的孔隙之间的有机和无机矿物发挥重要作用(更可取的途径)流体运输过程。这些可以说明残余沥青(migrabitumen)在这些颗粒之间的孔隙空间(数据捕获 8 (c)和 8 (d)和图 9 (c))。相反,硅质页岩Longmaxi底部的形成主要是在静海的沉积物形成环境( 48, 49]。硅质页岩Longmaxi形成显然是在薄层相比,混合和泥质页岩(图 4)。在硅质页岩,很多海绵有机质分布没有任何优先方向的愿景SEM(图 7)。更重要的是,渗透率( K h )与微弱的薄层硅质页岩(JYA-17 JYA-18)也高于nonlaminated硅质页岩(JYA-22,图 4)。总之,TOC含量影响这些Longmaxi页岩的孔隙度,但不会对磁导率的关键因素。

页岩的porosity-permeability关系一直在评估之前的调查。有些研究人员报道,孔隙度和渗透率之间的幂律关系 21]。在这项研究中,渗透率和孔隙度之间存在弱负相关关系系数(图 14)。面料和质地高度影响孔隙度和渗透率之间的关系。虽然硅质页岩的孔隙度大于其他页岩,实际上这种页岩的渗透率值低。面向intraparticle毛孔的粘土矿物和颗粒间的孔隙之间的有机和无机事项(microlaminae碎屑)在米和厘米页岩开发(数据 5和 6),这导致 K h 和 K v 。

渗透率各向异性(水平渗透率的比值 K h 垂直渗透率 K v )已经被报道在页岩系统( 37, 56]。Longmaxi页岩的渗透率各向异性研究变化从1.3到49.8 (2000 psi的围压),这是与其他页岩 37]。渗透率各向异性与孔隙定向排列,透水层,更可取的迁移途径的页岩。在这项研究中,泥质页岩的渗透率各向异性是高于硅质页岩(图 15)。三个硅质页岩样品的渗透率各向异性值小于10,而 K h 的泥质页岩一般高于 K v 不止一个数量级。这可能是相关的microfabric页岩。丰富的粘土片面向纹理在泥质页岩(数字 6(一)和 6 (c)在硅质页岩),而石英是随机导向和粘土分散(数字 4(一)和 4 (d))。此外,富含叠层织物样本(样本)总是显示高渗透率各向异性(图 4 (b)和图 5 (b))。

有效传输孔径可以来源于气体滑移因素在渗透率测量( 19, 57]。通过假设圆柱孔,有效运输孔径是气体滑移因素的函数使用克林肯伯格理论[ 29日]: (2) d = 8 c λ P 米 b 在哪里 d 米 是天然气运输;有效孔径, c ≈ 1 是Adzumi常数, λ 米 气体的平均自由程, P 米 P 一个 平均孔隙压力,和b P 一个 是气体滑脱因子。

结合滑移因素,有效的运输孔径页岩天然气运输的平行于层理范围从80到983纳米的围压试验。这些值远高于平均孔隙直径来自低压N₂吸附分析(表 2)。从低压N获得的孔隙直径₂吸附分析是页岩的孔隙结构的表示矩阵,在脉冲衰减渗透率方向和强烈受到优惠的发生途径(薄层或裂隙)。硅质页岩的有效运输孔径范围之间的81和305海里(平均191海里),而泥质页岩的有效运输孔径范围从218到826海里(平均552海里)。TOC之间有负相关内容和有效传输页岩的孔隙直径(图进行了研究 (16日)),而粘土矿物之间存在正相关的内容和有效传输孔隙直径页岩样品(图 16 (b))。这进一步表明,泥质页岩中有发达国家首选的运输路径。与视觉孔隙结构特点,通过比较认为,intraparticle毛孔的矿物质之间的优惠运输途径。

Winland方程,最初从压汞毛细管压力(MICP)测量的常规储层岩石,最近被用来确定流动单元和估计占主导地位的流体流动孔喉直径的页岩( 58]。尽管Winland方程是基于MICP数据实证方法,它提供的视觉信息对孔径和渗透率。Winland方程描述岩石渗透率(mD),孔隙度(十进制), r p 35 (孔喉孔径占主导地位, μm)可以写成 58, 59] (3) r p 35 = 2.665 k One hundred. ϕ 0.45 。

使用渗透率和孔隙度值,占主导地位的孔喉直径(2 r p 35 )从Winland流体运输估计方法范围从71到1386海里(表 2)。这些值略大于那些从气体滑脱测量估计,这可能是与曲折的差异在页岩和常规储层岩石。然而,这两种方法都表明,硅质页岩的有效运输孔隙直径通常低于泥质页岩(图 17)。硅质页岩的孔喉直径控制在50到300纳米,而泥质页岩是在100到1000纳米之间。这些价值观强调的控制microfabric和纹理Longmaxi页岩的运输途径。