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中国南方海相页岩孔隙特征及其对气体储集与迁移的制约

孙梦迪  
【摘要】:富有机质龙马溪组和牛蹄塘组海相页岩是中国南方重要的页岩气勘探层位。本文以中国南方黔西北-渝东南地区的两套海相页岩为研究对象,利用中子小角散射技术、低压气体吸附、高压压汞、氦气孔隙测定、场发射扫描电镜、自发吸入实验、饱和扩散实验等技术对页岩的孔隙特征进行表征。本文结合页岩的热演化史和成岩作用,揭示了龙马溪组和牛蹄塘组页岩有机孔和无机孔的演化规律。本文也是首次将中子小角散射技术用于中国海相页岩的显微结构的研究。通过与其他孔隙测量方法的对比来定量计算页岩孔隙度的闭孔率。在页岩中氦气孔隙度和小角中子散射孔隙度均与有机碳含量呈正比,粘土矿物含量主要影响页岩中的宏孔部分。同时得出龙马溪组和牛蹄塘组页岩大多属于集合分形维数特征。越低的集合分形维数意味着页岩具有更低的闭孔率,对应更多的开放孔隙结构。本文系统研究了影响页岩甲烷吸附能力的主控因素,结合不同的地质背景,建立了龙马溪组与牛蹄塘组富有机质页岩气体吸附量与埋藏史的关系模型。在过成熟页岩中仅靠吸附气不能满足页岩气的商业化开发,因此在页岩中游离气的保存情况是实现商业化开采的先决条件。页岩孔隙的连通性控制着页岩气的迁移和开采。本文通过场发射扫描电镜、高压压汞、低压气体吸附、接触角、自发吸入实验和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱分析法研究页岩的孔隙连通性。通过去离子水和正葵烷流体的对比可以反映出页岩中亲水孔隙网络和亲油孔隙网络的连通性。研究显示页岩的孔隙连通性是受有机孔和无机孔的发育程度以及彼此的连通程度决定的。不同流体在页岩中的运移同样也受构成页岩孔隙的组分的影响。页岩孔隙的连通性会影响页岩气的保存和最终的采收率。


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