基于低溫氮吸附實驗的頁巖儲層孔隙分形特征.pdf

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1、東北石油大學(xué)學(xué)報第38卷第62014年l2月J()URNAIOFNORTHEASTPETR()LEUMUNIVERSITYVoL38No．Dec．2014基于低溫氮吸附實驗的頁巖儲層孔隙分形特征趙迪斐，郭英海。，解德錄～，蘇馳。，楊玉娟。，于一帆(1．中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州221]16；2．中國礦業(yè)大學(xué)煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗窒，江蘇徐州221l16)摘要：為研究頁巖儲層L隙結(jié)構(gòu)特征，以重慶南川I_二泉剖面泉淺l井、綦江觀音橋剖面、涪陵B井和石柱打風(fēng)坳剖面等龍馬溪組頁巖儲層樣品為例。通過低溫氮吸附實驗數(shù)據(jù)

2、建立FHH分形模型，討論分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)、T()(質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相互關(guān)系．結(jié)果表明：樣品孔隙以微孔為主，孔徑分布集中在40nm以下，具有明顯的分形特征，分形維數(shù)介于2．760～2．850之間，相關(guān)因數(shù)大多超過0．99，反映復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)與較強(qiáng)的非均質(zhì)性；部分樣品顯示明顯的雙重分形特征，以甲烷分子自由程為界可將納米孔分為滲透孔隙和吸附孔隙，吸附孔隙階段分形維數(shù)變化范同在2．881～2．9l7之間，滲透孔隙階段分形維數(shù)變化范同在2．791～2．823之間；L隙體積和平均孔徑與分形維數(shù)具有負(fù)相關(guān)性，BE1、比表面積與分形維數(shù)呈明顯的正相

3、關(guān)關(guān)系，即平均孔徑越小、孔隙體積越小、BET比表面積越大，分形維數(shù)越接近于3；TO(、質(zhì)量分?jǐn)?shù)也與分形維數(shù)呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，是分形維數(shù)的重要影響網(wǎng)索．通過分形維數(shù)可以定量評價儲層孔隙的復(fù)雜程度和非均質(zhì)程度，為儲層評價和頁巖氣在納米孔隙中的賦存和運移機(jī)理研究提供思路．關(guān)鍵詞：頁巖儲層；孔隙；分形維數(shù)；氮氣吸附法；FHH分形模型中圖分類號：TE352文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095—4l07(2014)0601(Jf]一O90引言頁巖儲層作為多孑L介質(zhì)，孑L隙結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的復(fù)雜性和不規(guī)則性J，研究多孔介質(zhì)中孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的分布規(guī)律，是進(jìn)

4、一步研究頁巖氣賦存狀態(tài)、解吸擴(kuò)散與滲流機(jī)理的基礎(chǔ)口一．目前對頁巖儲層孑L隙的研究主要以結(jié)構(gòu)觀測、孔隙分類為主，定量化評價孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究成果較少．分形模型是研究儲層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的重要方法，它基于高壓壓汞、低溫氮吸附等實驗數(shù)據(jù)建立分形模型，可以定量化描述儲層孔隙的微觀結(jié)構(gòu)j，為儲層孔隙和吸附解吸機(jī)理的研究提供新的思路．MandelbrotBR應(yīng)用分形幾何克服歐式幾何在特殊結(jié)構(gòu)描述中的不足，在地學(xué)領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用．人們應(yīng)用分形幾何對儲層孔隙展開大量研究，PfeiferP等研究儲層孑L隙的吸附分形特征：；KatzAJ、KrohnCE、A

5、nguloRF、TsakiroglouCD等分別利用掃描電鏡圖像和高壓壓汞測試數(shù)據(jù)研究砂巖孔隙的分形特征“；傅雪海、賀偉鐘、趙愛紅、戚靈靈、楊宇等分別研究煤層孔隙的分形特征；胡琳、賴錦等應(yīng)用壓汞分形對頁巖孔隙進(jìn)行劃分．壓汞法適用于研究大孔以上的分形特征，圖像分析法受限于圖像的成像清晰度，對整體規(guī)律的研究把握性不強(qiáng)．頁巖儲層具有分形特征，孑L隙以納米孑L為主卜。，而低溫氮吸附法以氮氣分子作為吸附介質(zhì)，測量的最小尺度為0．5nm，適用于揭示孔徑分布極小的頁巖氣儲層孔隙特征．楊峰、熊健等應(yīng)用分形理論研究下寒武統(tǒng)頁巖_]‘。j，但目前針對已

6、經(jīng)實現(xiàn)頁巖氣開發(fā)開采的志留系龍馬溪組頁巖的分形研究還較少．筆者以重慶綦江、石柱、南川的龍馬溪組下部頁巖儲層樣品為例，在頁巖孔隙的研究中引入FHH分形模型，對頁巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行定量化評價，分析分形特征所指代的地質(zhì)意義，進(jìn)而討論分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(黏土礦物、總孔隙體積、BET比表面積和吸附能力)、T()C質(zhì)量分?jǐn)?shù)間的相互關(guān)系．收稿日期：2Ol4一l0—30；編輯：張兆虹基金項目：國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)資助項目(2012CB214702)；中國礦業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金資助項目(20l415)作者簡介：趙迪斐(

7、1991)，男，碩士研究生，主要從事沉積巖石學(xué)與非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)方面的研究．通訊作者：郭英海，E—mail：guoyh@cumt．edu．cn·l00·第6期趙迪斐等：基于低溫氮吸附實驗的頁巖儲層孔隙分形特征1實驗樣品與測試條件四川盆地志留紀(jì)加里東構(gòu)造階段強(qiáng)烈的擠壓導(dǎo)致古隆起面積擴(kuò)大，在川東南一鄂西渝東地區(qū)發(fā)生強(qiáng)制海侵]，使盆地在東南高、西北低的基底上沉積范圍廣、厚度大的龍馬溪組頁巖．龍馬溪組沉積環(huán)境的主體為局限的深水陸棚，下部富含筆石，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，向上砂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增多l(xiāng)_2．實驗樣品取自龍馬溪組下部頁巖儲層，取樣位置包括重慶

8、南川三泉剖面泉淺l井、綦江觀音橋剖面、涪陵B井和石柱打風(fēng)坳剖面．在12O塊頁巖儲層樣品中選取6塊新鮮樣品，作為低溫氮吸附實驗的測試樣品．龍馬溪組下部頁巖儲層礦物組分穩(wěn)定，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其次為石英，并含有一定的方解石、長石、黃鐵