页岩气储层孔隙微观特征及其定量表征研究

Pore structure, porosity, surface area and pore connectivity are key content in microscopic characteristics of shale gas reservoir evaluation. And they are the basis of shale gas resources evaluation, mechanism and seepage chareateristics.Because of shale reservoir has the characteristics of low porosity, low permeability, rich of organic matter and strong heterogeneity convertional analysis methods such as gas adsorption-desorption isothermal experiments, mercury, NMR and SEM imaging can't complete evaluation of shale gas reservoir microscopic characteristics. This project intends to take the marine mudstones of Paleozoic in Periphery of Sichuan Basin, use FIB milling and SEM imaging technology, at first make digital standardization and superpostition of 2D images basis on gray value, then reconstructe the 3D data using the continuous two dimensional stitching profile, combine with the micro-CT and naro-CT to estabish three-dimenstional digital rocks. The distribution frequency and contributions of different size of pores to porosity and surface area in organic and inorganic parts of shale will be quantitatively evaluate separately. At the same time, confirm the contributions of interconnected different size of pores to porosity and surface area in organic and inorganic parts of shale. The study conclusions could provide some references and scientific basis for the resource evalution, the occurrence mechanism and the seepage characteristics of shale gas.

泥页岩的孔隙结构、孔隙度、比表面和孔隙相互连通性是页岩气储层微观特征评价的核心内容，也是开展页岩气资源评价、赋存机理和渗流特征等研究的基础。由于页岩气储层具有超低孔、超低渗、富含有机质以及非均质性强等特点，常规分析方法如气体吸附-解吸等温实验、压汞、核磁共振和扫描电镜成像等都不能完整评价页岩气储层的微观特征。本项目拟以四川盆地周缘古生界海相泥页岩为研究对象，利用FIB抛光-SEM成像技术，首先对二维图像按照灰度值进行数字标准化拼接，然后再对连续的二维拼接剖面进行三维数据体重构，结合微米CT和纳米CT技术，建立不同分析尺度的三维数字化岩石，分别定量评价泥页岩有机部分、无机部分中相互连通和未连通的不同孔径的孔隙分布频率以及它们各自对孔隙度和比表面的贡献。为页岩气的资源评价、赋存机理和渗流特征等方面研究提供依据和科学基础。

能源需求的日益攀升和常规油气资源的不断消耗，使油气供需矛盾日益突出。因此，包括煤层气、致密砂岩气、页岩油气等在内的非常规能源越来越受到人们的重视。美国的勘探开发实践揭示，近年来非常规油气中发展势头最快、潜力最大的当属页岩气。中国的页岩气勘探起步晚并且面临诸多需要解决的地质问题，其中泥页岩储层的微观孔隙特征及其定量表征就是国内外众多地质工作者关心的问题之一。. 本项目的主要研究内容包括以下5个方面：1）泥页岩储层物质成分组成分析；2）建立泥页岩三维数字化岩石；3）泥页岩储层孔隙度研究；4）泥页岩储层比表面研究；5）泥页岩储层孔隙连通性研究。. 通过研究获得以下重要结果和关键数据：. 1）研究区龙马溪组泥页岩储层中的微观孔隙可以划分为无机孔隙和有机孔隙两大类。其中无机孔隙主要包括粘土矿物粒间孔、矿物孔、微裂缝、微孔道；有机孔隙主要包括有机质孔和古生物化石孔等。. 2）认为研究区龙马溪组泥页岩储层中微裂缝、微孔道和絮状物孔隙等微观孔隙相互连通性较好，为页岩气渗流提供了主要运移通道。泥页岩样品中孔径小于20nm的孔隙主要为有机质孔隙，而且不同有机颗粒之间有机孔隙相互之间的连通较差。. 3）泥页岩储集空间主要以无机孔隙为主，有机孔隙对总孔隙度的贡献相对较小。目的层段总孔隙度1.29-8.0%，平均为4.12%；有机孔隙度0.05-1.71%，平均为0.71%；无机孔隙度0.57-7.42%，平均为3.51%。. 4）研究区龙马溪组页岩样品中不同孔径孔隙对总孔隙度的贡献开展分析认为：①孔径范围为500-1000nm的孔隙对孔隙度的贡献最大，其次为孔径大于1000nm和100-500nm的孔隙；孔径范围小于100nm的孔隙对比表面的贡献最大。②泥页岩比表面积与单点孔体积呈正相关系，与平均孔径呈负相关性；单点孔体积相同时，平均孔径越小，比表面积越大；平均孔径相同时，单点孔体积值越大，比表面积越大。. 本研究建立了一套测量、计算泥页岩总孔隙度、有机孔隙度和无机孔隙度及相互连通性的方法，为定量评价泥页岩储层的微观孔隙特征提供了技术和方法支持，为后期开展页岩气资源评价、赋存机理和渗流特征等方面研究提供依据和科学基础。