文摘

的异质的页岩的孔隙类型和孔隙结构参数会影响页岩气的渗流和储层属性;因此,研究这些参数对页岩储层评价非常重要。我们用x射线衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)、低压有限公司2吸附分析、压汞毛细管压力(MICP)和高压甲烷吸附分析的特点,分析不同孔隙类型及其参数的二叠系山西形成和太原鄂尔多斯盆地的形成。不同矿物的影响内容的孔隙度和孔隙大小也调查了。山西形成(SF)是由石英(平均38.4%),斜长石,菱铁矿,Fe-dolomite,方解石、黄铁矿,和粘土矿物(平均为50.1%),而太原形成(TF)由方解石(平均37%),菱铁矿,Fe-dolomite,石英、黄铁矿和粘土矿物(平均32.3%)。最常见的类型的孔隙形成中观察到颗粒间的孔隙(插值函数毛孔),intraparticle毛孔(IntraP毛孔),interclay毛孔,晶间孔(InterC毛孔),毛孔有机质(OM毛孔),和裂隙。有限公司2吸附分析演示了I型物理吸附等温线,显示微孔固体有相对较小的外部表面。山西形成的类似类型的等温形状(SF)和太原组(TF)表明,这两种类型都有类似的孔隙大小分布(PSD)在测量孔范围内的低压有限公司2吸附实验。的微孔孔隙大小大于特遣部队的科幻小说。MICP显示了更大的毛孔(> 50 nm),而且大部分的体积由大孔隙吸附。甲烷气体吸附能力增加而增加的压力。粘土矿物和石英中扮演了一个重要的角色在提供吸附甲烷气体的场所。两种形态的总体分析表明TF具有良好的储层性能比科幻小说。

1。介绍

最重要的一个类型的非常规油气资源是页岩气资源,在满足全球能源需求中扮演着重要的角色。由于大量的钻探,常规油气资源越来越稀少。这个短缺促进全球非常规油气资源的发现和使用(1,2]。最近,页岩油气资源的主要勘探目标成功的传统的石油和天然气资源(3- - - - - -6]。中国已经极大的页岩气资源分布在不同的盆地,即。,四川盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地(3,7,8),和许多其他盆地,有非常广阔的发展前景。页岩储层的垂直异型的行为已被广泛研究,发现paleoredox条件,海平面波动,和生物生产力直接导致了纵向非均质性的页岩9- - - - - -14]。

在页岩储层属性和存储机制是完全不同的和复杂的比传统的水库;它可能包含一个免费的压缩气体,溶解气体、吸附气(15- - - - - -21]。成功的水平钻井和水下钻探后,页岩气储层获得巨大的关注。不同类型的毛孔在页岩气储层微纳米级大小的随机分布(22,23]。页岩气储层的有效的评价是相当困难的,因为他们的更高层次的异质性。页岩气储层特征可以综合评估和岩相分析的帮助下直接相关的矿物组成、岩石地球化学、岩石学和岩石物性参数(24]。不同的岩相有不同的孔隙类型和每个孔隙类型有不同的生化的特性(孔隙结构和表面属性)造成重大页岩储层的特性的变化。

marine-continental过渡页岩的二叠纪山西形成和太原在鄂尔多斯盆地具有形成厚序列,温和的成熟度,TOC含量高,和良好的气体潜在的(25,26]。石炭二叠纪页岩的沉积环境中详细研究了鄂尔多斯盆地(27- - - - - -29日]。先前的研究表明,储层参数对油气储量巨大的影响(30.- - - - - -32]。PSD和喉咙分布及其潜在连接随不同地质环境条件(33]。山西形成和太原组是鄂尔多斯盆地重要的页岩气的地方。然而,迄今为止,很少有详细的研究已经进行了描述低的储层如若二叠纪在鄂尔多斯盆地山西形成和太原组(34- - - - - -36]。在这个手稿,下二叠系山西形成和太原形成从DJ3-4取样,研究了采用全岩矿物组成的详细分析(XRD)分析,高压甲烷吸附分析、岩相分析、扫描电镜低压有限公司2吸附分析、高压压汞(MICP)分析储层参数的描述和评估下二叠系山西形成和太原鄂尔多斯盆地的形成。

2。地质背景

鄂尔多斯盆地是长方形的沉积克拉通盆地面积370000平方公里,位于中国西部的一部分北部平台(37- - - - - -39]。这个盆地构造演化经历了四个阶段:(i)下古生代浅海洋平台,(ii)上古生代海洋盆地,(iii)中生代陆内盆地新生代构造(iv)和沉降,这主要是发达在中生代时期(40]。鄂尔多斯盆地可以进一步分为六个不同的单位(沂蒙隆起、西褶皱和冲断带,Tianhuan抑郁,陕北斜坡,锦西挠曲褶皱带、和Weibei隆起)(41,42)(图1)。一个厚的碳酸盐岩沉积序列从Proterozoic-Lower古生代海洋设置时间25,43]。石炭二叠纪系统是一个独特的marine-continental过渡系统,导致层间的页岩的沉积,砂岩、煤、上石炭系本溪碳酸盐岩地层,形成较低的二叠系太原,山西在鄂尔多斯盆地形成44- - - - - -46)(图2)。油井DJ3-4位于鄂尔多斯盆地的东南部。

3所示。数据和方法

3.1。x射线衍射分析

全岩的矿物成分已被确定通过XRD分析。山西形成和太原的样本,分析了鄂尔多斯盆地的形成全岩矿物和全岩粘粒成分使用PANalytical X 'Pert Pro X射线衍射仪配备了X射线源(Co-K铜α辐射,40 kV, 40 mA)。每个样本重5克在烤箱干了两天,然后磨成粉末形式有< 200网格大小玛瑙研钵和杵。角范围的速度是5 - 10° 全岩的矿物和粘土分数分析。

3.2。扫描电子显微镜

基于矿物组成、页岩样品从山西太原的形成有不同的矿物学被选为扫描电镜(SEM)研究对比各种矿物质和micro-nanopores分布特性,裂隙,有机质(OM)。页岩样本选择这两种形态进行扫描电镜分析。SEM分析,页岩样品第一次抛光与氩离子增加平滑,然后涂上了非盟以提高其导电性。这种分析进行狮子座SEM(模型:LEO1450VP)加上EDS(能量色散光谱)。

3.3。有限公司2吸附分析

孔隙结构组成的孔隙大小分布(PSD)、孔隙体积、比表面积(SSA)的页岩研究了低压气体吸附分析(小于18.4 psi)。所需的样品有60 - 100网格大小脱气了18个小时清洁毛孔表面。这个实验进行了使用QUADRASORB站1装置。低压有限公司2气体吸附(LP-CO2ga)是由273.15 K温度来演示作用(从0.35到2 nm)。微孔隙(< 2海里)计算通过使用密度泛函理论(DFT)模型(47]。等温线的特点使用预定义的模式解释了唱et al。48]。

3.4。压汞毛细管压力的分析

MICP分析是衡量大孔隙的孔径(> 50 nm)在二叠纪页岩利用压汞孔隙度仪的Quantachrome PoreMaster 60。每个样本的页岩段真空烘箱中干燥24小时在423 K,然后大约1.53 g的每个样本加载到压强和体积的贯入仪获得水星入侵和挤压。汞(非润湿流体)进入毛孔通过随后的这些参数:水星密度为13.53 g / mL, Hg表面张力为480 erg / cm,接触角为140°。汞填充压力0.51 psi应用,其次是注入高压(0.1 MPa - 413.7 MPa = 60000 psi)与孔喉大小(3.6 nm - 1100μ,探讨了孔喉分布米)。在这个研究工作通过使用沃什伯恩方程(1)的圆柱形孔(49]。 在哪里 孔喉半径计算吗μ米, Hg的表面张力(480 erg /厘米), Hg的接触角(140°),然后呢 是水银注入压力(从14.5 psi 60000 psi)。

3.5。高压甲烷吸附分析

甲烷吸附等温线(20 - 100°C;12 MPa)进行1000年FY-KT等温吸附平衡湿设备设置采用中国国家标准测试(GB / T 19560 - 2004)在石油勘探和开发研究所,中国廊坊。代表页岩样品在104.25 g质量是地面和渗< 60网格大小的粒子(少于250微米)。我们取得平衡水分条件控制相对湿度(RH)条件下的疏散干燥器通过饱和盐条件K2所以4( )。达到恒重,样本的重量每24小时后,这个过程持续了三天。详细的信息关于这个实验被广泛描述霁et al。50]。实验从页岩甲烷吸附数据样本参数化使用朗缪尔吸附模型(51]: ,“ “页岩气吸附体积每单位重量的样品(cm3岩石/ g)在一定的压力平衡,” “朗缪尔卷基于单层吸附代表气体的最大吸附容量在完整的表面接触,” ”是气体压力(MPa)和“ “代表了朗缪尔压力(MPa)的吸附总量等于一半的朗缪尔体积。

4所示。结果与讨论

4.1。页岩的矿物组成样本

山西太原形成和形成有不同的矿物成分。XRD分析表明,山西形成(SF)是由石英(平均38.4%),斜长石(平均2.24%),菱铁矿(平均3.70%),Fe-dolomite(平均3%),方解石(平均1%),黄铁矿(平均1.29%),和粘土矿物(平均50.1%)(图3、表1太原组(TF)),而由方解石(平均37%),菱铁矿(平均1.24%),Fe-dolomite(平均3.69%),石英(平均21.9%),黄铁矿(平均1.59%),和粘土矿物(平均32.3%)(图3、表1)。三元图显示全岩的矿物成分的多样性较低的二叠系山西形成和太原形成在鄂尔多斯盆地(数字4(一)4 (b))。

4.2。山西形成的孔隙类型和孔隙大小分布和太原的形成
4.2.1。准备通过SEM特征不同孔隙类型

有各种类型的孔隙中遇到山西形成和太原通过SEM分析鄂尔多斯盆地的形成。我们把毛孔根据劳克斯et al。23),即。,interparticle (InterP) pores, intraparticle (IntraP) pores, interclay pores, intercrystalline (InterC) pores, organic matter (OM) pores, and microfractures.

插值函数毛孔中遇到的大多是长石组成、石英、粘土絮凝物,和黄铁矿微球粒和也出席的边缘粒子暴露于压力。插值函数孔的形状是三角形,多边形,并与纳米尺度不规则。插值函数毛孔有助于提高页岩储层质量和脆性矿物中最常见,也有助于提高骨折期间页岩储层开发的潜力。在我们的研究区域,这些毛孔浓度随着埋藏深度下降,但他们中的一些人可能会保持压实谷物(数字之间5(一个)5 (b))。

IntraP毛孔内大多是观察长石、方解石和白云石颗粒(数字5 (c)5 (d))。IntraP孔的形状是线性的,椭圆和不规则,而他们在纳米尺寸。这些毛孔的产品各类矿物成岩作用有助于提高山西的储层属性形成和太原鄂尔多斯盆地的形成。

Interclay毛孔大多是遇到了粘土颗粒之间。这些孔的形状是三角形和slit-like而它们的大小范围从纳米到毫米。这些毛孔也发挥了至关重要的作用在提高页岩储层孔隙度(数字5 (e)5 (f))。

InterC毛孔大多是发现在草莓状黄铁矿的晶体结构和粘土矿物和观察到的不规则或小球形的形状。这些孔的大小从纳米到不同μm。InterC毛孔大量分布在黄铁矿微球粒和帮助储存气体分子在山西形成和太原形成在鄂尔多斯盆地(数字5 (g)5 (h))。

OM毛孔大多分布在有机物质和观察到的不规则,小球形,或狭缝形状(人物5(我)5 (j))。这些类型的毛孔开发由于有机质的生烃(23]。OM毛孔在山西形成和太原形成发达,特别是在OM-rich间隔。他们主要发生在纳米尺寸,但是他们的贡献在页岩储气库是非常重要的。

裂隙的这开发页岩由于三种可能的原因:(i)构造活动,(2)收缩的矿物质在成岩过程中,和(3)超压在生烃和驱逐。刚性粒子和周围的裂隙容易出现在科幻小说中的有机物质和特遣部队(数字5 (k)5(左))。这些裂隙提高储层孔隙度,也提供了一个迁移途径在页岩气系统(28]。

4.2.2。微孔隙的特征有限公司2吸附技术

低压有限公司2吸附分析应用于描述和探讨毛孔有< 2 nm大小(作用)下二叠系山西形成和太原的形成。DFT的平均孔隙尺寸、比表面积、体积和DFT的山西形成和太原形成页岩如表所示2。的有限公司2吸附等温线的两种类型的页岩(山西、太原的科幻和TF)的形成,如图6(一)不显示,高原,可以归类为I型物理吸附等温线(48),显示有相对较小的外部表面微孔固体。相似类型的等温科幻和TF表明两种类型的形状也有类似的孔隙大小分布(PSD)在测量孔范围内的低压有限公司2吸附实验。

PSDs的微孔隙利用DFT的科幻和TF样本模型图所示6 (b)。毛孔大多分散在区域小于2纳米的页岩(图6 (b))。PSDs大多表现为三个容量最大值(约0.36纳米孔隙直径,0.56 nm,和0.81海里)小于1纳米孔隙尺寸范围内。超过50%的微孔总额主要由0.43和0.81 nm之间的孔隙直径。孔隙 显示了小孔隙体积(图6 (c))。TF的比表面积比科幻小说,而且大部分的表面积所提供的在两种类型的页岩孔隙大小介于0.35和0.6 nm(图6 (d))。

之间的相关性不同的矿物质和DFT孔隙体积的微孔隙情节图所示。石英和DFT孔隙体积之间的相关性的作用是弱阳性(图7(一)),这个关系表明,石英矿物对微孔体积的贡献很低。方解石和DFT孔隙体积之间的关系作用显示了一个负相关关系(图7 (b)),这表明方解石微孔体积没有贡献。粘土矿物也显示一个非常弱的积极关系的DFT孔隙体积微孔隙(图7 (c)),这表明,粘土也没有发挥好作用在微孔体积的贡献。总的来说,矿物质没有表现出强烈的对微孔体积的贡献。所以,在这里,我们可以建议TOC和成岩事件可以有很好的贡献微孔体积,但证明提议,我们需要TOC分析来确认一下。

4.2.3。中孔和大孔隙参数通过MICP分析

MICP方法直接使用注射汞体积测量压强和体积。平均孔隙直径、喉/孔隙比,总体积,总表面积由MICP分析如表所示2。的平均孔隙直径的meso-macropores山西太原组为形成和562.96和522.24 nm,分别。平均喉/山西形成的孔隙率和太原组是0.60和1.07,分别。的平均总数量和总表面积山西形成0.006 cc / g和1.57米2分别/ g,而平均总数量和总表面积的太原形成0.001 ccc / g和0.22米2分别/ g。

数据8(一个)8 (b)代表山西形成的汞入侵和挤压曲线数据8 (c)8 (d)显示水星入侵和挤压太原形成的曲线。MICP曲线在两种类型的形成(山西形成和太原组)中孔和大孔隙的分布在这项研究中,但山西形成大孔隙的浓度很高,因为更高的Hg体积吸收。

山西中孔和大孔隙的形成和太原的形成是由MICP决定的。孔隙大小分布绘制微分孔隙体积的中孔和大孔隙。微分曲线孔隙体积和孔隙直径的中孔和大孔隙的形成和太原山西形成数据所示9(一个)9 (b)。山西的PSD参数形成来源于MICP从8(中孔)到10000 nm(大孔隙(图)9(一个))。的PSD参数产生的太原形成MICP扩展从7纳米到10000纳米(图(大孔隙中孔,分别)9 (b))。数据的分析表明,这两种类型的页岩有类似的PSD山西中孔和大孔隙的形成和太原的形成。在两种类型的页岩中孔导致显著的孔隙体积,大孔隙的贡献低于中孔的孔隙体积的贡献。这些结果表明,山西形成和太原最初形成具有丰富的中孔分布,然后这些毛孔转化成大孔隙是由于一些结构性变形后成岩事件。这些结构性变形可能改变山西形成和太原的中孔形成大孔隙。这种现象可能扮演了一个重要的角色在提高纳米裂缝造成的孔隙连通性。

情节之间的相关性不同的矿物质和孔隙体积的展示着阴谋meso-macropores图。石英和孔隙体积之间的相关情节的meso-macropores山西形成和太原组是弱阳性(图10 ()),这个关系表明,石英矿物很低贡献meso-macropore体积。方解石和孔隙体积之间的相关性的meso-macropores显示了一个非常弱的负相关关系(图10 (b)),这表明方解石没有贡献meso-macropore体积。粘土矿物没有相关性的孔隙体积meso-macropores(图10 (c)),这表明,粘土矿物也没有发挥好作用meso-macropore体积的贡献。总的来说,矿物质并没有显示出强有力的贡献meso-macropore体积。这里,我们也可以建议成岩事件和TOC可以有很好的贡献meso-macropore体积,但它需要进一步分析关于TOC证实这个假说。

4.2.4。高压甲烷吸附技术

甲烷气体的吸附能力在70°C的代表性样本山西形成和太原形成显示在表中3。山西形成的甲烷气体吸附量样本范围从0.915到13.792米3/ t(收到样品),从9.977到26.812米3干燥无灰样品/ t()在1889 - 4564.5 kPa / 70°C。太原的甲烷吸附量形成样本范围从0.47到24.55米3/ t(收到样品),从1.133到35.823米3/ t(干燥无灰样品)1130.7 - -11958.2 kPa / 70°C。太原形成的结果表明,样品表现出最高的甲烷气体吸附量在两个样本(收到样品和样品干燥无灰),而山西形成最低气体吸附能力。

甲烷吸附被认为是物理吸附过程,尤其是在多孔页岩储层,这与表面之间的范德华力不对称的气体和气体分子气体分子之间的联系(52,53]。热力学过程的甲烷气体吸附在页岩普遍认识到,温度和压力的影响,对甲烷的吸附能力在页岩是复杂的20.,54,55]。这个推理是这项研究证实了我们的研究。甲烷气体吸附能力的科幻和TF页岩样品在70°C逐渐增加压力从0到20000 kPa(数字(11日)11 (c)),达到最大吸附容量在25000 kPa压力,表明气体吸附能力增加而增加的压力。由于这一事实,压强和压力/体积之间的关系是强阳性页岩的两种类型,即。分别0.9994和0.9995,科幻和特遣部队(数字11 (b)11 (d))。

根据以前的文献,矿物成分也能影响甲烷气体的吸附能力56];这表明页岩矿物有显著的表面区域能吸收一定数量的甲烷气体(17,57,58]。XRD结果表明,科幻,特遣部队由更高的石英、方解石和粘土矿物。干燥无灰块朗缪尔吸附体积的样品与石英、方解石和粘土矿物在图所示12(一个)- - - - - -12 (c),分别。石英显示了疲软的积极关系和方解石显示与朗缪尔吸附量呈负相关,但粘土矿物与朗缪尔吸附体积有很强的正相关关系。这些相关性表明,石英和粘土矿物( 分别为0.23和0.45)在我们的研究领域有更大的甲烷吸附能力比方解石矿物和其他小的钱。这些结果是一样的先前的研究在古生代页岩和中生代页岩在荷兰17和泥盆纪页岩在美国59),甲烷吸附量随粘土矿物内容。但它被认为是无关紧要的甲烷的吸附能力,因为其nonadsorptive行为在这些页岩(16,24),但这句话是很抵触的与我们的结果,因为在我们的分析中,石英和朗缪尔体积之间的关系表明,石英也起着重要的作用,造成一定量的吸附甲烷吸附的网站。

4.3。山西形成的孔隙度和太原MICP形成

山西形成的平均总疏和太原形成衡量MICP分析分别为1.52%和0.25%,分别。插值函数和IntraP毛孔造成的总孔隙度山西形成和太原的形成。山西形成的平均插值函数和IntraP疏密度分别为0.074%和1.45%,分别与总孔隙度为1.52%,而平均插值函数和IntraP疏的太原组分别为0.039%和0.211%,分别与总孔隙度为0.251%(表4)。所以,从上面的结果,我们可以认为科幻的总孔隙度高于特遣部队。

5。结论

山西形成和太原形成的储层属性详细研究了这项研究工作。一些先进的方法已经被用来研究山西形成的孔隙特性和太原鄂尔多斯盆地的形成。经过详细的分析实验,得出以下的结论:(1)山西形成的主要矿物成分(SF)是由石英(平均38.4%),斜长石(平均2.24%),菱铁矿(平均3.70%),Fe-dolomite(平均3%),方解石(平均1%),黄铁矿(平均1.29%),和粘土矿物(平均为50.1%),而太原形成(TF)由方解石(平均37%),菱铁矿(平均1.24%),Fe-dolomite(平均3.69%),石英(平均21.9%),黄铁矿(平均1.59%),和粘土矿物(平均为32.3%)(2)微孔隙大量分布在这些形态。TF的微孔表面积比科幻小说。矿物内容没有显示与DFT微孔隙体积的关系,表明OM DFT孔隙体积的起着重要的作用(3)中孔和大孔隙也大量散落在这两种形态。科幻小说和TF有相似的PSD在鄂尔多斯盆地的中孔和大孔隙。中孔为重要孔隙体积,大孔隙的贡献低于中孔的孔隙体积的贡献。矿物的内容没有显示良好的关系与meso-macropore体积(4)甲烷吸附能力增加而增加的压力。粘土矿物和石英中扮演了一个重要的角色在提供吸附甲烷气体的场所(5)平均插值函数和IntraP疏科幻的0.074%和1.452%,分别与总孔隙度为1.527%,而平均插值函数和IntraP疏特遣部队的0.039%和0.211%,分别与总孔隙度为0.251%(6)所有以上参数确认TF比科幻有利的储层属性

数据可用性

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的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。