李延軍 姚磊

摘要：本文重點(diǎn)以鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)7段低成熟度泥頁(yè)巖作為具體的研究對(duì)象，重點(diǎn)以溫壓模擬和納米CT三維表征技術(shù)來(lái)展開(kāi)分析和研究，針對(duì)泥頁(yè)巖孔隙的具體演化特征展開(kāi)了全面的分析和研究，并且有效探討了內(nèi)部主要的控制因素。

關(guān)鍵詞：湖相泥頁(yè)巖;孔隙演化;黏土礦物;納米 CT;鄂爾多斯盆地;長(zhǎng) 7 段

針對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7湖泥頁(yè)巖裂縫的具體演化特點(diǎn)的分析和研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可以看出，隨著泥頁(yè)巖孔隙的成熟度不斷上漲，長(zhǎng)7段富有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖納米孔隙大小上不斷上漲，機(jī)于納米CT三維模型的計(jì)算模式，從中可以得出泥頁(yè)巖孔隙度，由原本的0.65%慢慢上漲到了2.06%，增大的比例超過(guò)了300%，同時(shí)在整個(gè)孔隙的演化過(guò)程上表現(xiàn)出了3段式的上漲特點(diǎn)，從沒(méi)有成熟到低成熟的發(fā)展階段內(nèi)部經(jīng)歷了有機(jī)質(zhì)的生烴作用，并且在外部環(huán)境壓實(shí)的作用條件下，泥頁(yè)巖的孔隙程度會(huì)逐漸降低，從低成熟度到高成熟度的計(jì)算當(dāng)中，內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)會(huì)大量的鏈接成為相應(yīng)的生烴物質(zhì)，粘土的礦物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)比較激烈的轉(zhuǎn)化作用孔隙度會(huì)有著明顯的提升。

1.鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7湖相泥頁(yè)巖孔隙演化實(shí)驗(yàn)分析

在最近幾年的發(fā)展過(guò)程中，隨著頁(yè)巖油氣的勘測(cè)程度不斷上升，泥頁(yè)巖已經(jīng)從傳統(tǒng)的 “源蓋系統(tǒng)”慢慢發(fā)展成為 “源儲(chǔ)蓋”系統(tǒng)，泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間的大小受到了相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注，并且也成為了重要的研究熱點(diǎn)。針對(duì)泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間靜態(tài)表征特性，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員展開(kāi)了大量的實(shí)驗(yàn)和分析，并且在針對(duì)具體的孔隙大小以及空間的分布方面，取得了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工作成果，但是針對(duì)泥頁(yè)巖孔隙的演化，報(bào)道相對(duì)較少和常規(guī)的砂巖儲(chǔ)集層相比，泥頁(yè)巖孔隙的演化主要是受到了環(huán)境因素的影響作用，在巖層的孔隙演化過(guò)程當(dāng)中，會(huì)受到生烴和成熟的巖石雙重控制作用。

當(dāng)前階段關(guān)于泥頁(yè)巖孔隙演化工作的具體方式涵蓋了兩種類型，首先是直接觀察法有效的運(yùn)用高分辨率設(shè)備，比如發(fā)射掃描電鏡分析不同成熟度的泥頁(yè)巖樣品，對(duì)泥頁(yè)巖孔隙的發(fā)育程度進(jìn)行有效的對(duì)比分析，通過(guò)該方式的主要優(yōu)勢(shì)在于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程相對(duì)比較直觀，同時(shí)也比較清晰，但是忽略了樣品非均質(zhì)性所帶來(lái)的虛性差異，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中相關(guān)工作人員關(guān)注點(diǎn)多為有機(jī)質(zhì)孔隙而忽略了無(wú)機(jī)質(zhì)孔隙，因此這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能完全代表泥頁(yè)巖整體孔隙的演變特點(diǎn)，同時(shí)國(guó)內(nèi)外不同的研究學(xué)者在實(shí)驗(yàn)完成之后所得到的結(jié)果差異相對(duì)較大，并且大部分的研究學(xué)者提出，隨著泥頁(yè)巖空襲內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)演化程度不斷上漲，有機(jī)質(zhì)孔的上漲量也會(huì)有著明顯的提升。根據(jù)馬塞洛斯頁(yè)巖作為主要的研究對(duì)象，從中發(fā)現(xiàn)了孔隙值的增大會(huì)帶動(dòng)有機(jī)質(zhì)孔隙的增大，并且在整個(gè)比例方面會(huì)有著明顯的降低，有機(jī)質(zhì)孔隙的大小和數(shù)量并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的提升，通過(guò)物理模擬的方式可以有效選擇出低成熟度的樣品，設(shè)置出相應(yīng)的溫度序列，通過(guò)加溫誘發(fā)生烴的方式，有效的運(yùn)用氣體吸附來(lái)進(jìn)行定量分析，可以對(duì)不同發(fā)育階段的泥頁(yè)巖孔隙的演變過(guò)程來(lái)進(jìn)行分析和觀察，通過(guò)這種方式在很大程度上降低了實(shí)驗(yàn)樣品的非均質(zhì)性對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不良影響，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中的對(duì)比性相對(duì)較強(qiáng)，可以充分展示出泥頁(yè)巖孔隙的整個(gè)演變過(guò)程的特點(diǎn)。

這一方式的主要缺陷在于直觀的表現(xiàn)力相對(duì)較差，無(wú)法清晰地觀察到同一區(qū)域范圍內(nèi)礦物質(zhì)的孔隙演變特點(diǎn)，同時(shí)也無(wú)法對(duì)有機(jī)質(zhì)孔以及無(wú)機(jī)質(zhì)孔的演變差異性來(lái)進(jìn)行分析。以鄂爾多斯盆地有機(jī)質(zhì)的低成熟度，泥頁(yè)巖作為重點(diǎn)的研究對(duì)象，運(yùn)用高溫高壓的外部物理環(huán)境來(lái)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，針對(duì)同一個(gè)樣品進(jìn)行納米CT重構(gòu)以及掃描電鏡二維表征實(shí)驗(yàn)分析和研究，在同一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)泥頁(yè)巖孔隙的結(jié)構(gòu)隨著溫度變化的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析，并且有效結(jié)合實(shí)驗(yàn)圖像氣體吸附程度以及X射線的衍射效果等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，從中有效得出了不同演化階段泥頁(yè)巖孔隙的具體演化特點(diǎn)，并且明確了不同種類型的礦物質(zhì)對(duì)泥頁(yè)巖孔隙演化工作所產(chǎn)生的不良影響。

2.泥頁(yè)巖孔隙演化特征與實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)納米CT設(shè)備、立體顯微鏡等相關(guān)設(shè)備來(lái)進(jìn)行操作，同時(shí)使用了X射線光學(xué)顯微鏡成像技術(shù)來(lái)進(jìn)行觀察，在整個(gè)泥頁(yè)巖孔隙的演變特性的觀察效果上，所表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)非常明顯。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中可以達(dá)到無(wú)損探測(cè)，并且對(duì)泥頁(yè)巖微觀結(jié)構(gòu)有著更加深層次的觀察和了解，在光學(xué)測(cè)定原理上先是內(nèi)部的X射線經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡，直接在泥頁(yè)巖樣品當(dāng)中來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，然后通過(guò)物鏡波在放大成相應(yīng)的收集圖像，鏡片經(jīng)過(guò)對(duì)焦之后可以得到清晰度更高的相位圖像，通過(guò)納米CT有效的運(yùn)用透鏡聚光，可以保證整個(gè)圖像的分辨率更高成像更加清晰，最大的分辨率可以達(dá)到50納米。為了有效描述泥頁(yè)巖孔隙的具體發(fā)展特性，在研究過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)納米掃描參數(shù)設(shè)置出了相應(yīng)的溫度測(cè)試方式，通過(guò)單張圖片曝光的時(shí)間控制在120秒，采集圖像設(shè)置為1600張，單次累計(jì)掃描時(shí)間大約為50小時(shí)。

2.1孔隙演化控制因素探討

泥頁(yè)巖縫隙的演化過(guò)程受到了礦物質(zhì)的構(gòu)成，有機(jī)質(zhì)含量以及外部溫度以及壓力等多方面因素的干擾，由于在不同的環(huán)境因素影響下，泥頁(yè)巖裂縫在實(shí)際的研究工作當(dāng)中所發(fā)揮出的作用也有所差異。依照研究和分析，在最開(kāi)始的研究階段當(dāng)中，泥頁(yè)巖孔隙度的大小受到了沉積顆粒的大小以及數(shù)量的影響，隨后在沉積壓實(shí)和膠結(jié)作用下，直接造成了內(nèi)部孔隙度的降低，有機(jī)質(zhì)的生烴在溶蝕作用下增加了頁(yè)巖的孔隙程度，同時(shí)提出了壓實(shí)作用會(huì)造成孔隙內(nèi)部的損失率達(dá)到83%～88%，埋設(shè)深度超過(guò)了2.5千米，泥頁(yè)巖孔隙度小于10%。在生烴的作用條件下后續(xù)的溶蝕作用會(huì)更加明顯，會(huì)慢慢形成全新的孔隙。溫度對(duì)孔隙的演化過(guò)程受到基礎(chǔ)礦物質(zhì)的影響，有效提出了泥頁(yè)巖孔隙在演化工作當(dāng)中受到三種因素的影響，及生烴機(jī)械壓實(shí)作用以及化學(xué)壓實(shí)作用等，有效對(duì)比了泥頁(yè)巖演化特征，從中發(fā)現(xiàn)了不同程度的孔隙發(fā)育程度和TOC值之間有著明顯的關(guān)聯(lián)，并且多數(shù)的數(shù)學(xué)研究人員證明，很多的成熟樣品當(dāng)中比表面積會(huì)隨著TOC值的上升而已上升，并且在泥頁(yè)巖低成熟度樣品當(dāng)中的比表面積和TOC的關(guān)系值并不是非常明顯，由此可以看出有機(jī)質(zhì)生烴的作用和泥頁(yè)巖成熟孔隙演化存在著一定的關(guān)聯(lián)。

2.2有機(jī)質(zhì)生烴演化

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)期泥頁(yè)巖樣品在整體的發(fā)育形態(tài)上分為兩種，第一種屬于一種不規(guī)則的有機(jī)質(zhì)發(fā)展形態(tài)內(nèi)部存在較多的細(xì)微裂縫;第二種為塊狀有機(jī)物質(zhì)內(nèi)部存在發(fā)育不完全裂縫，這兩種形態(tài)的有機(jī)質(zhì)在整體的演化形式上基本相同，并且隨著模擬溫度的不斷上升，有機(jī)質(zhì)裂解生烴內(nèi)部會(huì)形成相應(yīng)的有機(jī)質(zhì)孔，最后有機(jī)制會(huì)慢慢消失演變成為更大的孔隙，但是在二者的演變過(guò)程當(dāng)中所表現(xiàn)出的差異性也尤為明顯，在第一種發(fā)育條件下內(nèi)部的細(xì)微裂縫當(dāng)中含有大量的有機(jī)物質(zhì)，在孔隙的演化過(guò)程當(dāng)中存在雙向性，首先是沿著原有的微裂縫向有機(jī)質(zhì)的內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行擴(kuò)展，其次是在有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)基質(zhì)之間形成了相應(yīng)的微裂縫，兩種基質(zhì)的整體出現(xiàn)明顯的收縮狀況，同時(shí)有機(jī)質(zhì)孔主要是在有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)基質(zhì)之間形成。隨著泥頁(yè)巖孔隙的演化程度不斷上漲，有機(jī)制的鏈接程度會(huì)逐漸上升，在后期的礦物殘留當(dāng)中掃描顯微鏡，可以有效掃描到有機(jī)質(zhì)殘留部分，這也是后續(xù)孔隙當(dāng)中礦物質(zhì)量上漲的一個(gè)重要原因，隨著熱氧化程度的不斷提升，泥頁(yè)巖內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)孔隙在整個(gè)發(fā)生規(guī)律上會(huì)存在一定的變化，基本上會(huì)從蜂窩狀慢慢轉(zhuǎn)化成為方塊狀，然后在孔隙當(dāng)中互相連接，形成更大的孔隙，最后完成整個(gè)有機(jī)質(zhì)的全部鏈接，進(jìn)而形成了一個(gè)全新的孔隙蜂窩狀有機(jī)質(zhì)，這和之前人們所研究的頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)形態(tài)保持一致，因此可以進(jìn)一步證明該實(shí)驗(yàn)的模擬結(jié)果具有較高的科學(xué)性，蜂窩狀有機(jī)質(zhì)大量發(fā)育所對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度大約在350℃左右，此時(shí)在靜置體的反射率上大約為1.2%～1.5%之間，在此期間范圍內(nèi)會(huì)存在大量的有機(jī)質(zhì)鏈裂解，和之前人們的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果保持相同，以此可以有效得出泥頁(yè)巖孔隙的具體演化特性以及相關(guān)的發(fā)展規(guī)律。

3.結(jié)束語(yǔ)：

在進(jìn)入到高成熟階段當(dāng)中，有機(jī)質(zhì)的生烴能力和粘土的礦物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化作用會(huì)明顯減弱，并且孔隙系統(tǒng)當(dāng)中基本保持一種相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，在充分明確了不同成分對(duì)泥頁(yè)巖孔隙的演變所產(chǎn)生的巨大差異，富有機(jī)質(zhì)的演化所產(chǎn)生的作用力最為明顯，粘土礦物質(zhì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化作用力次之，脆性礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)換重力最小，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析三者之間的比例大小大約為6：3：1，相關(guān)研究人員有效推測(cè)泥頁(yè)巖物質(zhì)內(nèi)部的反射率超過(guò)1.2%的情況下，有機(jī)質(zhì)的孔隙率開(kāi)始大量發(fā)育。

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