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柴达木盆地东部石炭系页岩纳米级孔隙特征研究

孙艳玲  
【摘要】:页岩气是一种自生自储于页岩孔隙中的清洁能源,随着社会对能源需求量的增加,世界各国越来越重视对页岩气的研究和开采。中国对页岩的研究及开采要落后于发达国家,尤其对页岩微观结构观测及页岩气渗流等方面研究仍处于起步阶段。微观孔隙是页岩孔隙网络组成中数量最多的的孔隙类型,查明其结构特征及其对页岩气渗流的影响对页岩气开采至关重要。柴达木盆地是目前国内证实具有页岩气开采潜力的盆地之一,选取盆地东部石灰沟地区zk1-1井及石浅井的石炭系克鲁克组页岩展开研究。采用实验室内FESEM二次成像技术,观察页岩样品新鲜断面及氩离子抛光后的微观结构。证实研究区页岩存在基质内孔、矿物颗粒晶间孔、溶蚀孔、有机质内孔及微裂缝五种孔隙类型。利用压汞法及气体吸附法分别测定页岩宏孔、介孔及微孔的孔径分布,得出页岩平均孔径为4nm-6nm左右,孔隙度在0.86%-5.48%之间。观察孔隙分布范围从几纳米纸几微米不等,孔隙特征与美国Barnett页岩及四川盆地龙马溪组页岩相近似,可以作为页岩气储集及运移的空间通道。根据国家相关的标准,测定研究区样品的孔隙度、矿物成分、TOC、成熟度(R0)及干酪根类型等地化性质。结果表明研究区页岩矿物成分主要包括碎屑矿物、黏土矿物及碳酸盐矿物;干酪根类型主要为II型;成熟度1.32-2.05之间,属于中等水平;TOC较低,但达到最低产气要求。表明柴达木盆地石炭系为一套具有开发价值的烃源岩。为了得出孔隙特征的控制因素,分别作出其与页岩孔容的相关关系图。表明页岩孔隙受矿物成分及孔隙度影响较大,而TOC、干酪根类型及成熟度与页岩产气能力关系密切。对于页岩气的渗流主要考虑了达西流、滑脱效应及克努森扩散三种流动方式。根据达西实验的原理设计渗流实验,得出实验数据表明渗流能力与样品孔径呈正相关关系。结合质量通量模型和表观渗透率公式计算得出滑脱因子、扩散系数及达西渗透率。结果表明纳米孔中的渗流克努森扩散所占比例很小,在压力小时以滑脱为主达西流次之,随着压力升高,达西流所占比例升高,并超过滑脱效应。


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