Microfabric和薄层的作用对孔隙结构和天然气运输途径从四川盆地海相页岩,中国

文摘

本研究调查的影响microfabric和薄层的孔隙结构和气体传输通路志留纪Longmaxi从四川盆地页岩。23页岩样品与不同岩相是全面调查矿物学、有机地球化学、比重瓶测定法,低压氮吸附分析。这些样品被确认的面料和薄层使用偏光显微镜和扫描电子显微镜。使用nonsteady-state渗透率测量方法在两个垂直与平行层理页岩。运输估计的有效孔径控制气体渗透率测量获得的气体滑移因素。这些值也比使用Winland方程计算。硅质页岩研究依稀叠层nonlaminated和较大的孔隙率和比表面积。泥质/混合硅质页岩夹层,而泥质页岩包含许多面向粘土片沿纹理。孔隙率和表面积都与TOC含量呈正相关。与大多数传统的水库,之间存在着负相关样品的孔隙度和渗透率值研究。渗透率平行于层理,从0.4到76.6不等μD,是面向控制的粘土和粉砂microlaminae薄片等。页岩的渗透率各向异性值在1.3和49.8之间变化。面向样本丰富的粘土片和microlaminated织物有相对大的渗透率、渗透率各向异性值。有效传输孔隙直径来自气体滑脱测量从Winland略低于计算方程。然而,这两种方法都表明,泥质页岩的有效运输孔隙直径(平均552海里)明显高于硅质页岩(平均198海里),突显了microfabric的控制,而不是孔隙度、页岩天然气运输途径的研究。

1。介绍

页岩系统收到增加碳氢化合物以来研究活动商业从非常规储层中提取。页岩储层由各种细粒度的沉积岩主要包括泥岩、页岩、粉砂岩(1- - - - - -3]。由于大变化在岩性和有机物的参与,页岩储层特征非常复杂。以复杂的孔隙结构的特征,创新方法实现获取信息关于页岩纳米-微米大小孔隙系统的(4- - - - - -8]。各种有机matter-hosted和无机matter-related毛孔孔隙大小从微孔(< 2 nm, IUPAC分类)中孔(IUPAC 2-50 nm,分类)大孔隙(IUPAC > 50 nm,分类)在页岩(已报告9- - - - - -11]。孔隙结构特征(形态、孔隙度、孔径分布和比表面积)页岩的发现与岩石成分、总有机碳(TOC)含量、成熟度和其他地质因素(12- - - - - -16]。

渗透率是其中最重要的储层岩石物性参数评价和油气生产(17,18]。一般自页岩储层渗透率下降微nano-Darcy范围,稳定和nonsteady-state流测试是用来确定页岩的渗透率值(19]。渗透率受到许多地质因素的影响,包括面料、岩性、矿物学、孔隙大小分布(PSD)和裂隙。成熟度高角河上页岩的研究表明基质渗透率在很大程度上与大孔隙和微孔隙之间的连接(20.]。粗粒砂岩的渗透率值通常高于细粒度的泥岩由几个数量级的21]。渗透率进一步受到成岩过程的影响。机械压实和矿物胶结可以显著减少孔隙岩石和流体传输通路。据报道,粘土矿物与框架矿物质,从而减少水泥Eagle Ford页岩的渗透率22]。应该注意的是,大部分的这些研究样本低成熟度或贫有机质,大多数孔隙度与无机物的颗粒间的孔隙。最近,先进的扫描电子显微镜记录不同的页岩中孔隙系统(6,16]。然而,有相对较少的详细研究与页岩的孔隙结构的输运性质。特别是有机质(OM)主办的毛孔是至关重要的,在许多成熟的海洋页岩气吸附(23- - - - - -25),但OM-hosted毛孔的作用在流体储存和运输需要更多的详细研究。此外,磁导率可以从更容易估计确定岩石物性特性,如平均孔隙直径和孔喉大小分布(26,27]。然而,许多孔隙空间分析方法进行大气压力。这将是更有意义的应用这些孔隙结构参数估计的渗透率在原位条件下(19,28]。更重要的是,天然气运输的有效孔径可以进一步来自气体滑脱气体渗透率测量(29日]。这些链接直接孔隙结构和天然气运输之间的关系。

页岩系统的经济潜力的担忧已导致许多研究对页岩储层性质的(12,30.,31日]。取得了显著的进展在盆地结构、沉积学环境、有机地球化学和页岩的岩石物性特征17,32- - - - - -36]。页岩通常由细粒度和粗粒度的矿物间的石英和碳酸盐microlaminae。高频薄片和强劲的异构性问题可能导致不同的渗透率值和显著的渗透率各向异性甚至在同一地层(37,38]。在页岩天然气运输控制,不仅几何(孔隙大小分布),但也拓扑的毛孔(连接,优惠途径等)39]。虽然一些研究已经证实与相关联的异构性问题和孔隙系统的天然气页岩(30.,40,41),microfabric和薄层气流的影响尚未详细描述。

我们报告一套页岩样品代表的各种属性Jiaoshiba地区,四川盆地,中国。这项研究检查microfabric的角色和薄层页岩的孔隙空间和交通特性。结合成像观察(偏光显微镜和扫描电子显微镜)和液体入侵测量(氦porosimetry扩张,低压N₂adsorption-desorption,脉冲衰减N₂测试),Longmaxi页岩的岩石物性特性全面的特点。各种页岩的孔隙结构定性描述。矿物质和microfabric对孔隙度的影响,PSD,页岩的孔隙结构进行了讨论。此外,Winland方程和气体渗透率测量应用于计算有效孔隙直径。在此,控制microfabric和薄层对页岩天然气运输评估。

2。地质背景

Jiaoshiba页岩气领域,第一个商业在中国开发页岩水库,位于涪陵地区,重庆,四川盆地东部(图1)。Jiaoshiba页岩储层中天然气生产据报道 (42]。Jiaoshiba结构是一个宽,温柔的背斜,受制于两套northeast-trending故障(43- - - - - -45]。作为四川盆地的一部分,Jiaoshiba结构受到多级构造运动形成的时期,长江平台(43,46]。年末Ordovician-Early志留纪,四川盆地从一个前陆盆地被动大陆边缘盆地。因为隆起南部,中部、四川盆地东部边界,形成了一个开放的货架结构在北面。相应地,沉积环境是身价到底和缺氧研究区域(47- - - - - -49]。月底有两个全球犯罪奥陶纪、志留纪的开始(50,51),导致奥陶系的沉积Wufeng-Silurian Longmaxi (O₃w-S₁l)页岩系统。在那之后,海平面逐渐下降。大量的陆源碎屑物质参与中间,沉积的年代₁l形成(49]。

从下到上的O₃w-S₁l页岩的沉积相将逐渐从深水货架浅水货架(52]。O₃w-S₁l页岩可以大致分为三个成员根据岩性特征。较低的成员Longmaxi页岩(包括O₃w形成),存放在架子深水沉积环境,主要是深灰色和黑色硅质页岩。底栖藻类,放射虫、笔石和放射虫化石记录的较低部分Longmaxi页岩之前(52),为硅质页岩有机质(16]。同时,沉积环境缺氧,静海的硅质页岩沉积时,这有利于有机质的保存在硅质页岩47]。Longmaxi形成的中间部分是盆地斜坡相。Longmaxi页岩的早期沉积相比,在中间Longmaxi陆源碎屑形成的供应明显增加(46,52]。因此,从硅质页岩的岩性特征逐渐转化成淤泥承重页岩。粉砂薄层开发Longmaxi页岩的中间部分。上节成立于浅水陆架环境(48]。页岩上部分是由浅灰色泥岩和粉砂岩52]。岩性从下到上的可变性的成员Longmaxi页岩Jiaoshiba地区提供了一个合适的理由评估页岩岩相及储层特征之间的关系。Jiaoshiba地区Longmaxi形成不同厚度从60岁提高到150米。Longmaxi页岩与镜质体反射率等效值高于2.0%的高度成熟(25,47]。

3所示。实验部分

3.1。样品制备

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)。

3.2。成像方法

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。

3.3。低压低温氮吸附(N2)

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]。

3.4。氦比重瓶测定法和透气性

氦比重瓶测定法是应用于干圆柱形插头来确定骨骼密度( )。体积密度( )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( )无侧限条件下测定的体积密度和骨骼密度值根据 。

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]。

4所示。结果

4.1。矿物学和TOC含量

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.]。

4.2。类型的页岩

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 ),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 )(图2和表1)。

4.2.1。准备硅质页岩

硅质页岩(S)主要发现在较低的成员Longmaxi(表形成1)。富含石英和硅质页岩样品在粘土矿物相对较低。在硅质页岩、硅质矿物的含量从50.3%到66.2%不等的平均值56.5%。总粘土矿物含量从25.6%到38.9%不等,平均为31.9%。Illite-smectite (I / S)混合粘土矿物代表粘土矿物的主要组件(从10.5%到19.2%不等,平均为14.5%),紧随其后的是伊利石(从8.3%到16.1%不等,平均为11.7%)和绿泥石(平均4.1%)。硅质页岩样品通常富含黄铁矿。黄铁矿在硅质页岩展品平均4.8%(从3.8%到6.6%不等)。

薄片的硅质页岩表明硅质页岩范围从隐约的织物层压随深度增加而nonlaminated(图4)。丰富的放射虫硅质页岩(图中观察到4 (d))。一些放射虫被黄铁矿所取代。大部分的石英颗粒在硅质页岩silt-sized规模。粘土是由有机物质染色和分散的矿物质。只有小扁豆状粘土片观察沿着纹理(图4 (c))。硅质页岩TOC-rich。硅质页岩有TOC含量从2.5%到5.3%不等(平均3.4%)。

4.2.2。泥质、硅质页岩混合

泥质/混合硅质页岩(M)主要分布在中间部分Longmaxi(表形成1)。这种页岩的特征是适度的硅质和粘土矿物含量。在这种页岩岩相、硅质矿物含量在39.4%和47.6%之间(平均44.1%),而总粘土矿物含量变化在22.7%和50.0%之间(平均41.4%)。质量的内容我/ S混合粘土矿物(平均16.0%),伊利石(平均12.3%),和绿泥石(平均11.8%)比较复杂的页岩。

泥质/混合硅质页岩(M)叠层(图5)。薄层主要由粉石英组成。薄层的宽度范围从0.01到0.40毫米。在泥质粘土/硅质混合有机质页岩一般染色。TOC含量1.4%和2.3%之间的混合Longmaxi页岩的平均值1.8%。

4.2.3。泥质页岩

泥质页岩(CM)的主要岩相在上层部分Longmaxi(表形成1)。这种页岩特征是总粘土的含量最高和最低的内容夸脱。总CM研究页岩粘土矿物含量从54.6%变化到62.7%(平均58.0%),而硅质矿物含量范围在37.3%和42.7%之间(平均39.8%)。绿泥石是在CM页岩粘土矿物的含量最高。绿泥石展品平均22.4%(从18.9%到26.3%不等),和I / S混合粘土矿物平均为18.6%(从15.8%到21.2%不等)。轻微的黄铁矿在CM页岩(平均1.6%)。

厘米的薄片页岩显示nonlaminae间歇薄片(图6)。在泥质页岩,许多长条纹和面向大型透镜状粘土片的纹理。小在CM页岩有机片也发现了(图6(一))。石英是分散的矿物质(数字6(一)和6 (b)间歇性薄层(数据)或展品6 (c)和6 (d))。TOC含量厘米页岩很低,范围从0.3%到1.7%(平均1.0%)。

4.3。视觉上的孔隙结构

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))。

4.4。孔隙度、孔隙大小分布和孔隙结构参数

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))。

4.5。渗透率、渗透率各向异性

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( )的硅质页岩通常低于其他的页岩。平均的Longmaxi页岩研究减少降序排列:泥质页岩(37.6μD) >混合页岩(24.4μD) >硅质页岩(8.2μD)。渗透率测量垂直于床上用品( )这些样本的范围在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。

5。讨论

5.1。矿物质和Microfabric对孔隙结构的影响

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:

在这里, , ,和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; , ,和(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( )和孔隙度( )从氦比重瓶测定法测量值可以确定,而单个矿物成分的质量分数可获得从XRD分析。因此,有三个未知参数(具体的孔隙体积 , ,和 )在物理模型中,可以同时解决使用多元非线性回归一套页岩样品。的安装 , ,和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)。

5.2。Microfabric的影响并对渗透率、渗透率各向异性薄层

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),平均水平泥质页岩(37.6的值μD)和混合页岩(24.4μD)显然是更大的比硅质页岩(8.2μD)。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 )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( )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),这导致和 。

渗透率各向异性(水平渗透率的比值垂直渗透率 )据报道在页岩系统(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,而的泥质页岩一般高于不止一个数量级。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))。

5.3。有效的运输页岩的孔隙直径

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]: 在哪里是天然气运输;有效孔径, 是Adzumi常数,气体的平均自由程,平均孔隙压力,和b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),(孔喉孔径占主导地位,μm)可以写成58,59]

使用渗透率和孔隙度值,占主导地位的孔喉直径(2 )流体运输从Winland方法估计范围从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。

6。结论

的Longmaxi页岩储层特征综合调查页岩气井Jiaoshiba地区,四川盆地进行了。特别注意关注microfabric的影响和薄层页岩的孔隙结构和天然气运输途径。可以得出以下结论:(1)一般来说,有三种不同的岩相Longmaxi形成:依稀叠层nonlaminated硅质页岩(S),层压混合页岩(M),面向和泥质页岩(CM)的粘土片。这些Longmaxi页岩孔隙度与TOC呈正相关研究内容和范围从1.5到7.1%。有机物约79%有助于硅质页岩样品的孔隙空间,而颗粒间的孔隙有关无机物质贡献63%,泥质页岩样品的孔隙空间(2)的内在渗透率Longmaxi页岩平行层理( )范围在0.4和76.6之间μd .平行层理的平均渗透率值减少降序排列:厘米页岩(场均37.6μD) > M页岩(场均24.4μD) > S页岩(场均8.2μD)。页岩的渗透率各向异性从1.3到49.8不等(3)这些页岩主要取决于岩石的渗透性microfabric, TOC含量和孔隙度。之间存在着负相关和疏密度的样品研究了渗透率值。面向样本与成熟的薄层和粘土片显示较高的磁导率和渗透率各向异性(4)有效的运输孔径估计使用两种不同的方法:气体滑脱测量和Winland方程。泥质页岩的有效运输孔隙直径(平均552海里)通常比硅质页岩(平均198海里),这是有关优惠的运输途径叠层织物和面向intraparticle毛孔的粘土矿物

数据可用性

数据将根据要求提供。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢中国国家自然科学基金会的资金支持(批准号。41690134,41821002,41821002,41702155),该项目引进人才的学科大学(没有。B14031)和教学实验室开放研究基金,中国地质大学(武汉)(没有。SKJ2018019)。

引用

1. j·b·柯蒂斯“破碎页岩气系统”,中部公告卷,86年,第1938 - 1921页,2002年。视图:谷歌学术搜索
2. r . Rezaee页岩气储层的基础由约翰·威利出版& Sons,霍博肯,新泽西,美国2015。视图:出版商的网站
3. d . a . v . Stow d·j·w·笛手,“深水细粒度沉积物:相模型,”伦敦地质学会特殊的出版物,15卷,不。1,第646 - 611页,1984。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. c·r·克拉克森n .索拉诺r . m .参赛et al .,“北美页岩气储层的孔隙结构特征使用USANS / san,气体吸附和水星入侵,”燃料卷,103年,第616 - 606页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. x, h·刘,j .侯k . Wu和z陈,“在流体相平衡的纳米孔紧和页岩岩石考虑毛细管压力和吸附膜的影响,“工业化学与工程化学研究,55卷,不。3、798 - 811年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. r·g·劳克斯·r·m·里德s . c .晋升和d . m . Jarvie”形态、成因和分布的纳米孔硅质泥岩的密西西比州的巴涅特页岩,”沉积研究期刊》的研究,卷79,不。12日,第861 - 848页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. r·g·劳克斯·r·m·里德s . c .晋升和美国哈姆,“在泥岩孔隙类型和网络和相关矩阵泥岩孔隙的描述性的分类,“中部公告,卷96,不。6,1071 - 1098年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 律,z宁、问:小王和m .陈”应用NMRT2to孔隙大小分布和可动流体分布在致密砂岩,”能源和燃料,32卷,不。2、1395 - 1405年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. r·霍姆斯h . Aljamaan诉Vishal j .威尔科克斯和a . r . Kovscek“理想化的页岩吸附等温线的测量来确定孔隙容量,孔隙大小分布和表面区域,”能源和燃料,33卷,不。2、665 - 676年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. m . Mastalerz a . Schimmelmann a . Drobniak y陈,“泥盆纪和密西西比州的新奥尔巴尼页岩的孔隙度在成熟梯度:从有机岩石学、气体吸附、和水星入侵,”中部公告,卷97,不。10日,1621 - 1643年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. r . m . Slatt和n . r . O ' brien,”巴内特和伍德福德天然气页岩中孔隙类型:贡献理解气体存储和迁移途径在细粒度的岩石,“中部公告,卷95,不。12日,第2030 - 2017页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 江z l . Chen, k . Liu j . Tan f·高,p .王,“富含有机物较低的志留纪页岩的孔隙结构特征上长江平台,中国南方:孔隙的可能机制发展,”天然气的科学与工程》杂志上,46卷,页1 - 15,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. k . j . Li, z . Chen等人“精力充沛的异质性的影响在地质页岩气体吸附和气体存储系统,”应用能源,第251卷,第113368页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. k·l·肯m . Rudnicki d . n . Awwiller t·张,“有机matter-hosted孔隙系统,马塞勒斯(泥盆纪)形成,宾夕法尼亚州,”中部公告,卷97,不。2、177 - 200年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. 问:r . Passey k . Bohacs w . l .每r·克利和s . Sinha“从易生油岩气页岩储层地质和非常规页岩气储层的岩石物性特征,”国际石油和天然气在中国会展2010年,北京,中国。视图:谷歌学术搜索
16. f·杨,z .宁王,r . Zhang和b·m·克洛斯,“低志留纪页岩的孔隙结构特征四川盆地南部,中国:孔隙发展的见解和天然气存储机制,“国际煤炭地质杂志》上卷。156年,12 - 24,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 李x, z . k . Wu陈,c .郭和m .魏”模型为多个传输机制通过纳米孔的页岩气储层真实气体effect-adsorption-mechanic耦合,”传热传质卷,93年,第426 - 408页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. x z . k . Wu Chen Li et al .,“流动行为的页岩气在衬底上生长在高压力:真实气体效应,”燃料卷,205年,第183 - 173页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. r·芬克·b·m·克洛斯和a . Amann-Hildenbrand”Stress-dependence上侏罗纪波西尔页岩的孔隙度和渗透率:一个实验性研究,“伦敦地质学会特殊的出版物,卷454,不。1,第130 - 107页,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. g·r·l·查尔默斯·d·j·k·罗斯,和r . m .参赛,“地质控制基质渗透率的泥盆纪页岩气喇叭河和利亚德盆地,不列颠哥伦比亚省东北部,加拿大,”国际煤炭地质杂志》上卷,103年,第131 - 120页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. y杨和a·c·Aplin渗透率和30个自然层泥岩、”地球物理研究杂志》,卷112,不。B3, 2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. m . pom和k·肯“孔隙类型和孔隙大小分布在热成熟度,鹰福特形成,德克萨斯州南部”中部公告,卷99,不。9日,第1744 - 1713页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. Vishal, p . Psarras r·霍姆斯诉和j·威尔科克斯”,甲烷和有限公司₂吸附能力的eagle ford页岩干酪根从分子模拟,”的化学研究,50卷,不。8,1818 - 1828年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. 江x, z,黄h . et al .,“岩相特征及其对储气库的影响花纹Longmaxi海洋页岩的四川盆地东南部,中国,“天然气的科学与工程》杂志上28卷,第346 - 338页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. f·杨,z Ning, r·张h .赵和b·m·克洛斯”调查的甲烷吸附能力从四川盆地海相页岩,中国,“国际煤炭地质杂志》上卷,146年,第117 - 104页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. h . Qinhong孟x, y . Zhang l .郑z谢,和l . Maowen”表征页岩油储层微纳米孔隙网络的下第三系沙河街组地层在渤海湾盆地东营凹陷,华东,”石油勘探和开发,44卷,不。5,720 - 730年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. f·拉希德·w·j·格洛弗·Lorinczi d·侯赛因r·科利尔和j·劳伦斯,“在致密碳酸盐岩渗透率预测使用毛细管压力测量,”海洋和石油地质学卷,68年,第550 - 536页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. 高z和问:胡”,使用平均孔喉半径估算渗透率从水星入侵porosimetry,获得“地球物理与工程杂志》上,10卷,不。2、第025014条,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. l . j .克林肯伯格多孔介质的渗透率液体和气体美国石油协会,纽约,纽约,1941年。
30. d . m . Jarvie r . j·希尔,t·e·卢布和r . m . Pollastro“非常规页岩气系统:密西西比州的巴涅特页岩中北部的德克萨斯作为热成因页岩气评价的一个模型,“中部公告,卷91,不。4、475 - 499年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. b . j . Tan高天成,裸家族驿站除了跻身r·芬克et al .,“页岩气潜力的主要平台,在长江上游海洋页岩地层,第三部分:矿物学、lithofacial、岩石物性、岩石力学性能,”能源和燃料,28卷,不。4、2322 - 2342年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. 布鲁斯,r . Littke m . Gasparik j。范我们,s . Nelskamp“热演化和页岩气潜力估算的威尔德的和伊页岩NW-Germany和荷兰:三维盆地模拟研究中,“盆地的研究,28卷,不。1,2-33,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. r . Littke j·l·Urai a . k . Uffmann和f . Risvanis”的分散的镜质体反射率古生代岩石有或没有解理:影响埋葬和热历史建模Rursee地区的泥盆纪,莱因河的地块北部,德国,”国际煤炭地质杂志》上卷。89年,每周,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. a . t .股票,r . Littke j . Schwarzbauer b高天成,裸家族驿站除了跻身和c . Hartkopf-Froder”有机地球化学和岩石学伊页岩(较低的侏罗纪早期,西欧)——不成熟的进化oil-prone过成熟干气生产干酪根,”国际煤炭地质杂志》上卷,176 - 177年36-48,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. w . k .吴、李x c . Wang,陈和z,“表面吸附气体扩散模型在页岩气储层纳米孔,“工业化学与工程化学研究,54卷,不。12日,第3236 - 3225页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. h .赵z Ning, t·赵r·张,王,“矿物学对岩石物性的影响性质和渗透率估算上三叠纪延长在鄂尔多斯盆地致密油砂岩,中国北方,”燃料卷,186年,第338 - 328页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. a . Ghanizadeh a . Amann-Hildenbrand m . Gasparik y Gensterblum, b·m·克洛斯和r . Littke流体运输过程的实验研究矩阵系统欧洲富含有机物的页岩:II。伊页岩(较低的侏罗纪早期,德国北部),“国际煤炭地质杂志》上卷。123年,特尔,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. a . Ghanizadeh c·r·克拉克森阿基诺,o . h . Ardakani和h . Sanei“岩石物性和加拿大致密油和水量充足的天然气储层的地质特征:即孔隙网络和渗透率特征,“燃料卷,153年,第681 - 664页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. 问:胡锦涛,r·p·尤因,h·d·罗”Barnett形成纳米孔连接限制天然气产量低,“地球物理学研究杂志:固体地球,卷120,不。12日,第8087 - 8073页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. j·j·希和b . Henk岩相的总结密西西比州的巴涅特页岩,米切尔2 t Sims,明智的县,德克萨斯州,”中部公告,卷91,不。4、437 - 443年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. r·g·劳克斯和s . c .晋升”密西西比州的巴涅特页岩:深水页岩气的岩相及沉积环境连续在沃思堡盆地,德克萨斯州,”中部公告,卷91,不。4、579 - 601年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
42. j .戴c .邹s廖et al .,“地球化学的极高的热成熟度Longmaxi页岩气,四川盆地南部”有机地球化学卷,74年,页3 - 12,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
43. t .郭”,高度评价热成熟页岩气储层复杂的四川盆地的结构部分,“地球科学期刊,24卷,不。6,863 - 873年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
44. 朱f, t·郭y, x Cai, h .邹和p·李,“证据为多个阶段的石油裂解和热化学硫酸盐还原在普光气田,四川盆地,中国,“中部公告,卷92,不。5,611 - 637年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
45. f, h .邹,y,“页岩气储存机制:对中国页岩气勘探,”中部公告,卷97,不。8,1325 - 1346年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
46. 江z l . Chen, k . et al .,“岩相影响海洋和大陆页岩天然气存储容量的四川盆地,中国,“天然气的科学与工程》杂志上36卷,第785 - 773页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
47. 郭t·h·张,“Jiaoshiba页岩气的形成和富集模式,四川盆地,”石油勘探和开发第41卷。。1,31-40,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
48. 李郭x, d . Hu y, z, x, z . Liu,“地质因素控制在涪陵页岩气页岩气富集和高生产领域,“石油勘探和开发,44卷,不。4、513 - 523年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
49. d . y . y . f . Li邵,h . g . Lv y张x l . Zhang和t·w·张”之间的关系元素地球化学特征和海洋页岩的有机质富集聚Formation-Longmaxi四川盆地形成,”学报学报36卷,第1483 - 1470页,2015年。视图:谷歌学术搜索
50. c . l .μ,k . k .周w·梁,x和y通用电气,“早古生代烃源岩的沉积环境中上扬子地区和石油和天然气勘探,”学报一般,卷85,不。4、526 - 532年,2011页。视图:谷歌学术搜索
51. l . Zhang b . Li s江et al .,“异质性特征的志留纪Longmaxi海洋页岩县道地区,中国南方,”国际煤炭地质杂志》上卷,195年,第266 - 250页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
52. y . f . z . f . Wang,梁x l . et al .,“页岩岩相特征形成Wufeng-Longmaxi形成不同水动力条件下,四川盆地,”学报学报,35卷,不。4、623 - 632年,2014页。视图:谷歌学术搜索
53. 美国j·格雷格和k . s . w .唱歌,吸附、表面积和孔隙度、学术出版社,纽约,第二版,1982年版。
54. w . c . Krumbein岩相图和地区sedimentary-stratigraphic分析,“中部公告,32卷,不。10日,1909 - 1923年,1948页。视图:谷歌学术搜索
55. Kuila, d . k . McCarty, a . Derkowski t·b·菲舍尔t . Topor m·普拉萨德,“纳米结构和孔隙度在富含有机物泥岩的有机质和粘土矿物,”燃料卷,135年,第373 - 359页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
56. a . r .班达里p·b·佛兰芒p . j . Polito m·b·克罗宁和s . l .科比”的巴涅特页岩渗透率各向异性和应力依赖,”多孔介质中传输,卷108,不。2、393 - 411年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
57. g .高斯a . Amann-Hildenbrand b·m·克洛斯和r·芬克“透气性测试核心插头从非常规储层岩石应力控制:比较不同的瞬态方法,”天然气的科学与工程》杂志上卷,65年,第236 - 224页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
58. c·r·克拉克森j·l·詹森·m·弗里曼,p . k . Pedersen”创新流单元和孔隙结构分析方法在严密的粉砂岩和页岩气藏,”中部公告,卷96,不。2、355 - 374年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
59. r·阿奎莱拉,毛细管压力、孔径孔隙半径、高度自由的水位,和Winland r₃₅值哨情节。”中部公告卷,86年,第624 - 605页,2002年。视图:谷歌学术搜索

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