龔月 邵林 胡微雪

(1.中國石油化工股份有限公司華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院 江蘇揚(yáng)州 225000；2.華東石油技師學(xué)院 江蘇揚(yáng)州 225129)

頁巖氣主要以吸附態(tài)和游離態(tài)形式存在。目前，對頁巖氣賦存方式的研究，國內(nèi)外的學(xué)者主要借助等溫吸附、數(shù)值模擬等方法計算求得，文中主要借助現(xiàn)場含氣量測試數(shù)據(jù)并根據(jù)頁巖巖心的自然解吸規(guī)律來確定頁巖含氣量中游離氣和吸附氣的含量，分析氣體的賦存方式。低壓氮氣吸附法在測定納米級孔隙的分布方面應(yīng)用較為廣泛，文中用該方法研究頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其控制因素，并探討微觀孔隙對頁巖賦存方式的影響。

1 樣品與實驗方法

1.1 樣品

分別選取川東南地區(qū)彭水區(qū)塊PY1井龍馬溪組、彭水區(qū)塊道真-湄潭構(gòu)造LQ1井龍馬溪組、渝東南地區(qū)黔江區(qū)塊ZY1井龍馬溪組-五峰組、川西南坳陷壽保場-金石構(gòu)造JS1井九老洞組、川西地區(qū)新場構(gòu)造XC1井和XC2井須家河組頁巖為研究對象，樣品具體信息見表1。

1.2 實驗方法

頁巖氣含氣量測試參照SY/T 6940-2013《頁巖含氣量測定方法》，新鮮巖心先后在鉆井液循環(huán)溫度和地層溫度下解吸。解吸完成后繪制解吸速率曲線，發(fā)現(xiàn)在頁巖氣解吸初期，解吸速率先升高后降低的，在二階升溫后慢慢平穩(wěn)降低，解吸過程中出現(xiàn)2個拐點，第二個拐點的出現(xiàn)是由于二階升溫造成的，第一個拐點與頁巖本身性質(zhì)有關(guān)，該拐點前的含氣量以游離氣為主，拐點后的含氣量以吸附氣為主，從而計算出頁巖中吸附氣含量和游離氣含量。

樣品的微觀孔隙測試使用美國麥克儀器公司ASAP2020型全自動比表面分析儀，吸附氣體為純度大于99.999%的高純氮氣，實驗時通過向系統(tǒng)增加氣體量測定不同壓力下的吸附量，從而繪制出樣品在液氮溫度（77.5K）下的以相對壓力p/p0為橫坐標(biāo)，單位質(zhì)量樣品的吸附量V為縱坐標(biāo)的吸附脫附等溫線。

表1 樣品信息

圖1 吸脫附等溫線

2 結(jié)果與討論

2.1 頁巖氣賦存方式

根據(jù)表1，PY1井、LQ1井和ZY1井吸附氣含量較高，高于其游離氣含量，這三口井頁巖氣以吸附氣為主，JS1井、XC1井、XC2井游離氣含量高于吸附氣含量，其頁巖氣以游離氣為主。

2.2 吸脫附等溫線

圖2 納米孔隙與TOC關(guān)系圖

圖3 納米孔隙粘土礦物關(guān)系圖

圖1為6口井頁巖樣品典型的吸附脫附等溫線。由圖可見，樣品的吸附等溫線均呈反“S”形且都存在回滯環(huán)，說明樣品的孔隙從微孔到大孔均有分布，具有相對連續(xù)完整的孔隙系統(tǒng)。低相對壓力時吸附量迅速上升，氮氣分子在巖樣表面發(fā)生單分子層吸附或者孔填充；在0.05＜p/p0＜0.35的相對壓力范圍時，吸附等溫線近似為一條直線，此時氮氣分子在頁巖樣品表面發(fā)生多分子層吸附；在p/p0＞0.4的高相對壓力范圍時，吸附曲線與脫附曲線不重合，形成回滯環(huán)，各井的回滯環(huán)形態(tài)略有不同：PY1井、LQ1井和ZY1井的滯后回線在相對壓力0.4～0.8時，解吸曲線比吸附曲線更為陡峭，形成較寬的滯后環(huán)；當(dāng)相對壓力為0.8～1.0時，吸附曲線急劇上升，即使接近飽和蒸汽壓時也未達(dá)到飽和吸附，表明巖樣中的大孔發(fā)生了毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象，樣品的孔隙類型主要為墨水瓶形孔，中孔微孔較為發(fā)育，微孔充當(dāng)孔隙瓶頸，利于氣體的吸附聚集，這與PY1井、LQ1井和ZY1井頁巖氣以吸附氣為主要賦存方式不謀而合。JS1井、XC1井、XC2井的回滯環(huán)在相對壓力為0.4～0.8時，吸附曲線上升迅速較慢，呈線性關(guān)系；在相對壓力接近1.0時，吸附曲線急劇上升，在接近飽和蒸汽壓時也未達(dá)到飽和吸附，滯后環(huán)很小，反映了孔隙類型為四面開口的平板型孔，這類樣品孔徑范圍很廣，從微孔到大孔都有發(fā)育，特別是中孔和大孔，孔隙連通性好，利于氣體的滲流擴(kuò)散，這與JS1井、XC1井、XC2井頁巖氣以游離氣為主要賦存方式的結(jié)果一致。

2.3 比表面積

進(jìn)一步研究孔徑分布與比表面積的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)微孔含量與比表面積呈正相關(guān)關(guān)系。以吸附氣為主的PY1井、LQ1井和ZY1井，其比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以游離氣為主的JS1井、XC1井和XC2井的比表面積，說明大的比表面積利于氣體在頁巖上的吸附。

2.4 頁巖孔隙發(fā)育的影響因素

鑒于頁巖樣品中中孔普遍比較發(fā)育，含量基本高于50%，文中主要分析TOC（總有機(jī)碳）、粘土礦物、脆性礦物與微孔、大孔含量的相關(guān)性，分析發(fā)現(xiàn)TOC、粘土礦物含量均隨著微孔含量的增加而增加（圖2、圖3），特別是TOC與微孔含量的相關(guān)性較好，說明TOC是微孔含量的主控因素；脆性礦物含量與大孔含量呈正相關(guān)，說明頁巖中大孔的發(fā)育與脆性礦物有關(guān)，頁巖作為超低孔低滲儲集層，大孔隙利于氣體的滲流，使氣體以游離的方式賦存。

3 結(jié)語

（1）以吸附氣為主要賦存方式的頁巖氣井，孔隙類型為墨水瓶形孔等無定形孔，微孔中孔較發(fā)育；以游離氣為主要賦存方式的頁巖氣井，孔隙類型為四面開口的平板型孔，孔徑范圍從微孔到大孔都有發(fā)育，特別是中孔大孔較為發(fā)育。

（2）以吸附氣為主要賦存方式的頁巖氣井比表面積一般遠(yuǎn)大于以游離氣為主要賦存方式的頁巖氣井。

（3）TOC、粘土礦物含量與微孔含量均成正相關(guān)， TOC是微孔含量的主控因素；脆性礦物含量與大孔含量成正相關(guān)，頁巖大孔的發(fā)育與脆性礦物有關(guān)。