构造挤压对富有机质页岩微-纳米孔隙结构的改造

The shale gas production depends on the ability of pore systems to store and release hydrocarbon gas. Pore system characterization is therefore an important criterion to weigh the evaluation of shale gas reservoirs. Multiple types of sedimentary environments and multi-stage tectonic movements made the shale reservoirs widely underwent reconstruction in China. The structural rearrange in mineral, deformation in organic matter and reformation in micro-nanopore structure can be caused by structural compression, which had a great influence on reservoir property of shale. In this study, a set of experiment and analysis method will be established to make it more suitable for shale micro-nanometer pore structure research. Furthermore, three-axial compression test under porous fluid pressure and case studies in Sichuan Basin are used to investigate the pore structure characteristic of micro-nanopores in marine organic-rich shale during the structural compression and analysis the main influence factors. All these results will provide a reliable experiment basis for studying the reformation of micro-nanopore structure in organic-rich shale by structural compression during its geological evolution, and it will also provide theoretical and experimental basis for the aherationability in shale reservoirs.

页岩气的产量主要依赖于其孔隙结构储存和释放烃类气体的能力，其孔隙结构是衡量页岩是否具有生气能力、储气能力和开采价值的主要标志之一。我国多类型沉积环境和多期构造改造的页岩气储层普遍发育，构造挤压会导致页岩矿物和有机质结构变形和重新排列，进而改造其微-纳米孔裂隙结构，对页岩气储层物性起到重要影响。本研究拟优化/建立一套适用于页岩微-纳米孔隙结构特征研究的实验与分析方法，通过孔隙流体压力下页岩三轴压缩模拟实验，并结合四川盆地典型页岩气区块实例分析，来揭示构造挤压过程中页岩微-纳米孔隙结构特征变化，并对其主要影响因素进行探讨；为深入了解地质演化过程中构造挤压对页岩孔隙结构的改造提供科学的实验依据，并深化挤压作用对页岩储层物性的影响，为页岩储层可改造性等方面的应用提供理论方法和实验依据。

我国多类型沉积环境和多期构造改造的页岩气储层普遍发育，构造作用对页岩储层物性的改造作用影响巨大，尤其是对页岩气储层纳米孔隙结构具有较强的二次改造作用。本研究选取四川盆地涪陵（JY1井和JY4井）、威远‒长宁页岩气示范区（W201井）、巫溪页岩气开发区（WX2井）以及双河（SHS）浅钻区下志留统龙马溪组底部钻井岩芯样品，进行实验测试、数理统计和数值模拟，为页岩储层可改造性等方面的应用提供理论方法和实验依据。主要成果和认识如下：.（1）优化了一套适合页岩纳米孔隙结构表征的实验和分析方法.通过实验测试、理论分析、对比分析以及数理统计等手段系统分析了页岩孔隙结构表征的实验和分析方法的优劣，认为60‒140目的样品粒度范围是进行N2和CO2气体联合吸附测试比较合适的粒度范围。N2和CO2结合的NLDFT法是最适合于页岩样品纳米孔径结构参数分析的方法。该方法可以完美的覆盖0.33-100nm的纳米孔径范围。 .（2）明确了富有机质页岩纳米孔隙发育的主控因素.微孔、小介孔比表面积和介孔体积是下志留统龙马溪组页岩纳米孔隙结构最重要的孔隙结构参数。孔径小于10nm的孔隙主要受有机质含量和成熟度控制。有机质含量、石英含量以及伊利石含量是控制中介孔发育的主控因素。大介孔的发育主要受黏土矿物含量（尤其是伊利石含量）的制约。大孔隙主要是矿物溶蚀或复合成因形成的（如：方解石或长石溶蚀孔，以及复合成因的大孔隙簇）。.（3）探讨了页岩有机质孔分布特征及其形成机理.有机质孔是富有机质页岩中分布最多的孔型。有机质孔的分布具有较强的非均质性。团块状有机质边缘有机质孔相对较大，而其内部有机质孔相对较小。该分布特征主要受控于裂解气体的界面张力和表面化学作用。.（4）顺层挤压剪切破裂下富有机质页岩与金属元素共生富集的微纳米尺度特征.顺层挤压剪切破裂下过成熟页岩在300℃和500℃仍有烃类和非烃类气体生成，说明剪切作用下有机质生烃门限降低。且在剪切破裂样品中出现有机质与金属纳米颗粒富集共生的实验现象，并沿简单剪切破裂面在样品顶端富集。