付永紅 蔣裕強(qiáng) 夏國勇 陳 虎 周克明 王 錦王子萌 王占磊 尹興平 谷一凡

1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2.中國石油天然氣集團(tuán)有限公司非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)層評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室 3.中國石油西南油氣田公司開發(fā)事業(yè)部 4.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

孔隙度是頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和儲(chǔ)量計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)之一，其直接影響到頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)、有利區(qū)預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)等[1-3]。目前，頁巖孔隙度測(cè)定方法大致可分為3大類：氣體膨脹（GIP）法、飽和液體法和其他方法。GIP（Gas Injection Porosimetry）法，以波義耳定律為基本原理，通過預(yù)知壓力的氣體充填頁巖樣品孔隙后測(cè)定壓力變化，測(cè)量孔隙體積或骨架體積，進(jìn)而計(jì)算樣品孔隙度。該方法通常選取氦氣作為工作介質(zhì)，氦氣分子半徑小，分子篩效應(yīng)弱[4-5]，可有效測(cè)定頁巖孔隙度[6]。飽和液體法主要包含WIP（Water Immersion Porosimetry） 法[7]和 DLP（Dual Liquid Porosimetry）法[8]。由于頁巖礦物組分復(fù)雜，孔隙潤濕性多樣，尤其是高含易膨脹性黏土礦物，采用飽和液體法準(zhǔn)確測(cè)定頁巖孔隙度有一定難度[9]。DLP方法雖然能測(cè)定巖心總孔隙度和有效孔隙度，但實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，并且以巖心切片為測(cè)定對(duì)象，局限性強(qiáng)。其他方法如核磁共振法[10]、壓汞法[11]、氣體吸附法[12]、小角散射法[13]等主要是對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，進(jìn)而獲取一定孔徑范圍的孔隙體積，不能實(shí)現(xiàn)全孔徑孔隙測(cè)定[14]，測(cè)定結(jié)果差異較大。

與常規(guī)砂巖、碳酸鹽巖不同，頁巖總有機(jī)碳含量和黏土礦物含量高，孔隙結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜[14-15]，在有機(jī)質(zhì)內(nèi)富含大量閉孔，并且這部分孔隙空間也能存儲(chǔ)大量的天然氣[16-18]。為了準(zhǔn)確測(cè)定頁巖總孔隙度，就需準(zhǔn)確表達(dá)出這部分閉孔。國外學(xué)者主要采用GRI（Gas Research Institute）法[19-21]測(cè)量頁巖總孔隙度，且廣泛應(yīng)用于頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。但GRI法影響因素較多，如粉碎樣品的外觀體積不能直接測(cè)定，而是利用柱塞樣品的質(zhì)量與密度之比導(dǎo)入計(jì)算[7]，將導(dǎo)致樣品總體積出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。頁巖碎樣孔隙度測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上還依賴于樣品的預(yù)處理方法及測(cè)定參數(shù)的設(shè)置[6]。樣品預(yù)處理方式包含烘干溫度、洗油過程及粉碎粒徑大小等[22-24]，測(cè)量參數(shù)主要是氣體飽和壓力和平衡時(shí)間。孔隙度測(cè)定時(shí)，不管是高含黏土的碎屑巖、碳酸鹽巖（膏巖）還是頁巖，其礦物結(jié)晶水（或結(jié)合水、黏土束縛水）不能去除[25]，否則將導(dǎo)致孔隙度結(jié)果偏大，因?yàn)樗鼈冋紦?jù)的孔隙空間不是油氣的儲(chǔ)集空間。對(duì)于常規(guī)儲(chǔ)層柱塞樣，氦氣法孔隙度測(cè)定的平衡時(shí)間在幾分鐘內(nèi)即可達(dá)到平衡[19]。頁巖因發(fā)育大量微孔和閉孔，氣體分子難以快速進(jìn)入，可能需要數(shù)小時(shí)或數(shù)天才能平衡[26-27]。因此，頁巖碎樣總孔隙度（GRI法）測(cè)定需要進(jìn)一步完善樣品烘干溫度、粉碎粒徑以及氣體飽和壓力、平衡時(shí)間等測(cè)量參數(shù)，才能較準(zhǔn)確地表達(dá)頁巖總孔隙度，為頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐。

針對(duì)頁巖孔隙度測(cè)定存在的問題，筆者選取四川盆地榮昌地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖井下樣品為研究對(duì)象，開展了烘干溫度、粉碎粒徑、洗油與否、飽和壓力和平衡時(shí)間等對(duì)頁巖孔隙度測(cè)定結(jié)果的影響研究，以期完善頁巖氣儲(chǔ)層總孔隙度測(cè)量方法。

1 頁巖碎樣孔隙度測(cè)定方法

通過實(shí)驗(yàn)獲得樣品的總體積和顆粒體積，兩者之差即可得到樣品的孔隙體積，進(jìn)而計(jì)算樣品的孔隙度。

1.1 外觀體積測(cè)定

采用美國麥克儀器公司生產(chǎn)的GeoPyc 1360型體積測(cè)定儀測(cè)定碎樣外觀體積。將剛性小球在一定振實(shí)力作用下充填于已知直徑的容器中，根據(jù)未裝樣品和填裝樣品前后兩次柱塞的位置之差計(jì)算樣品的外觀體積，實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，實(shí)驗(yàn)過程如下。

圖1 外觀體積測(cè)定原理示意圖

1）將頁巖塊狀巖心粉碎，采用不同尺寸的標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)碎巖粒徑進(jìn)行篩選，樣品粒徑不能小于剛性小球的粒徑（0.054 mm）。

2）將剛性小球充裝于已知直徑容器中，要求剛性小球數(shù)量能完全淹沒樣品，但不宜過多，一般不超過樣品管的2/3，選擇150 N的振實(shí)壓力進(jìn)行剛性小球振實(shí)，記錄振實(shí)后柱塞與底座的距離。

3）加入被測(cè)樣品（碎樣），搖勻剛性小球和樣品，確保剛性小球完全覆蓋樣品，且樣品不能與圓柱容器壁接觸，避免樣品與壁之間出現(xiàn)空隙，選擇與步驟2）相同的振實(shí)壓力再次振實(shí)測(cè)定剛性小球和樣品，記錄裝入被測(cè)樣品振實(shí)后柱塞與底座的距離。

4）被測(cè)樣品外觀總體積計(jì)算見式（1）。

式中Vb表示被測(cè)樣品外觀總體積，cm3；d表示圓柱形容器內(nèi)徑，cm；L0表示僅裝入剛性顆粒柱塞離底座的距離，cm；L1表示裝入剛性顆粒和被測(cè)樣品后柱塞離底座的距離，cm。

為了充分說明該方法的可靠性，選擇已知體積的標(biāo)準(zhǔn)鋼塊在一定振實(shí)力和振實(shí)次數(shù)下測(cè)量其外觀總體積是否一致。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)鋼塊的總體積與其標(biāo)準(zhǔn)體積之間吻合度非常高（圖2），說明采用該方法測(cè)量頁巖粉碎樣的總體積可行。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)鋼塊測(cè)定體積與真實(shí)體積的關(guān)系圖

1.2 骨架體積測(cè)定

采用美國麥克儀器公司生產(chǎn)的AccuPycⅡ1340型真密度儀，根據(jù)波義耳定律測(cè)定樣品的骨架體積。根據(jù)波義耳定律雙室法測(cè)定巖石骨架體積的前提條件為恒溫過程，且壓力不能太高和閥門體積盡可能小，以提高儀器實(shí)驗(yàn)過程中的穩(wěn)定性和測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，具體測(cè)試方法參照《巖心分析方法：GB/T 29172—2012》[28]和《頁巖氦氣法孔隙度和脈沖衰減法滲透率的測(cè)定：GB/T 34533—2017》[29]。值得注意的是，在測(cè)量柱塞樣孔隙度時(shí)，實(shí)驗(yàn)注入氦氣壓力為2.0 MPa，較國標(biāo)高約1.2 MPa，以保證氦氣完全飽和巖心。參照本文參考文獻(xiàn)[28-29]，由測(cè)量的總體積和骨架體積計(jì)算頁巖樣品孔隙度見式（2）。

式中φ表示被測(cè)樣品的孔隙度，%；Vg表示被測(cè)樣品的骨架體積，cm3。

2 樣品來源與實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)樣品取自四川盆地榮昌地區(qū)R203井龍馬溪組一段一亞段（以下簡稱龍一1亞段）黑色頁巖。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和可對(duì)比性，將順層理全直徑巖心上鉆取的柱塞樣（長×直徑為80.0 mm×25.5 mm）均分為兩個(gè)平行樣（長×直徑為40.0 mm×25.5 mm），樣品編號(hào)如X-1號(hào)和X-2號(hào)（圖3）。由于從同一柱塞樣上平均分割兩個(gè)平行樣，可認(rèn)為它們具有相似的礦物組分和相近的物性參數(shù)。共選取6組實(shí)驗(yàn)樣品用于實(shí)驗(yàn)研究，其具體過程如下。

圖3 樣品處理與測(cè)試流程示意圖

1）分別在 60 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃、110 ℃、150 ℃、200 ℃溫度條件下將X-1號(hào)柱塞樣樣品粉碎至2.0～20.0 mm（將柱塞樣粉碎，所有粉碎后的樣品均用于孔隙度測(cè)量），干燥24 h后測(cè)定其孔隙度，確定最佳烘干溫度。

2）將X-2號(hào)樣品粉碎，分別選擇0.15～0.25 mm、0.25～2.00 mm、2.00～5.00 mm、5.00～10.00 mm、10.00～20.00 mm、＞20.00 mm共6個(gè)粒徑范圍測(cè)定其孔隙度，確定最佳粉碎粒徑。

3）選擇X-2號(hào)樣品的最佳粒徑，采用甲苯洗油，測(cè)定洗油后的樣品孔隙度，確定洗油對(duì)孔隙度是否有影響。

4）選擇最佳烘干溫度、最佳粒徑和洗油后的樣品分別在 0.25 MPa、0.40 MPa、0.80 MPa、1.20 MPa、1.40 MPa、2.00 MPa壓力條件下測(cè)定樣品孔隙度，確定最佳飽和壓力和平衡時(shí)間。

5）將最佳烘干溫度、最佳粒徑和最佳飽和壓力等條件下測(cè)定的樣品總孔隙度與傳統(tǒng)GRI法測(cè)定的孔隙度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

3 最佳實(shí)驗(yàn)條件的確定

3.1 烘干溫度

頁巖孔隙中存在自由水、毛細(xì)管束縛水和黏土束縛水，通常毛細(xì)管束縛水和黏土束縛水流動(dòng)難度更大。毛細(xì)管束縛水是由于在油、水、氣對(duì)巖石的潤濕性差異和毛細(xì)管力作用下，運(yùn)移的氣不能把巖石孔隙中的水完全驅(qū)替出去，會(huì)有一定量的水殘存在巖石孔隙中[30]，但它占據(jù)了大量頁巖孔隙空間，而這些空間均是儲(chǔ)集烴類的潛在孔隙。黏土礦物因具有水合活性中心而具備吸附結(jié)合水的能力，而形成黏土束縛水，其主要以結(jié)合水形式存在于黏土礦物表面或?qū)娱g，屬于黏土礦物的屬性，難以儲(chǔ)集天然氣[31]。因此，在測(cè)定頁巖樣品總孔隙度前，需要將自由水和毛細(xì)管束縛水去除[32-33]，且需保證黏土礦物的結(jié)構(gòu)和固體有機(jī)質(zhì)的結(jié)構(gòu)不被破壞[34-35]，且不能將黏土束縛水去除，否則會(huì)導(dǎo)致頁巖總孔隙度偏大[25]。McCarty等[36]研究結(jié)果表明，不同類型黏土礦物黏土束縛水脫水溫度存在差異，低至120 ℃巖心開始脫離出黏土束縛水，200 ℃能完全去除巖心中黏土束縛水，且不改變黏土礦物的孔隙結(jié)構(gòu)。因此，GRI法和WIP法就是采用200 ℃去除黏土束縛水。也有學(xué)者如Testamanti等[37]指出美國Perth盆地頁巖在60 ℃時(shí)就能完全去除毛細(xì)管束縛水，高溫會(huì)改變頁巖孔隙結(jié)構(gòu)。顯然，不同的學(xué)者和不同的研究對(duì)象所選擇的烘干溫度差異巨大。

為了分析烘干溫度對(duì)孔隙度測(cè)定結(jié)果的影響，筆者采用不同干燥溫度將樣品烘干24 h后，測(cè)定頁巖樣品孔隙度。圖4顯示，當(dāng)烘干溫度小于100 ℃時(shí)，孔隙度隨烘干溫度的增加而增加，孔隙度增加趨勢(shì)變化基本呈直線。由于孔隙內(nèi)自由水和毛細(xì)管束縛水流動(dòng)能力較黏土束縛水強(qiáng)，認(rèn)為小于100 ℃的干燥過程主要去除了孔隙內(nèi)的自由水和大部分毛細(xì)管束縛水。當(dāng)烘干溫度介于100～110 ℃時(shí)，孔隙度測(cè)定結(jié)果較穩(wěn)定，主要是由于更細(xì)小孔隙內(nèi)的毛細(xì)管束縛水所占孔隙體積相對(duì)較小。當(dāng)烘干溫度大于110℃時(shí)，孔隙度又出現(xiàn)了上升趨勢(shì)，該過程孔隙度增加由兩類因素引起，一是高溫過程中使黏土束縛水脫水[7]，二是高溫過程中，黏土礦物脫水過快，可能會(huì)造成頁巖孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[38]。2-1號(hào)和6-1號(hào)樣品的烘干溫度繼續(xù)增加至200 ℃時(shí)，孔隙度增加幅度較大，是因?yàn)?-1號(hào)和6-1號(hào)樣品在干燥過程中產(chǎn)生了微裂縫，破壞了原有的孔隙結(jié)構(gòu)，使孔隙度增加明顯。剩余樣品的孔隙度略微增加主要是由于黏土束縛水損失所致。考慮到研究區(qū)龍馬溪組頁巖埋藏深大于3 500 m，地層溫度大于100 ℃。因此使用烘干溫度為110 ℃較適合。

圖4 孔隙度測(cè)定結(jié)果與不同烘干溫度關(guān)系圖

3.2 粉碎粒徑

不同粉碎粒徑是造成實(shí)驗(yàn)室頁巖孔隙度測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生差異的主要原因[22-24]。GRI方法推薦頁巖樣品粉碎粒徑范圍為6.350～0.074 mm可獲得穩(wěn)定的孔隙度[19]。Comisky等[38]將Eagle Ford頁巖在密封容器中粉碎至0.830～0.425 mm，在保證粉碎過程中無重量損失的條件下，認(rèn)為0.830～0.425 mm的粒徑是頁巖孔隙測(cè)量的最佳粒徑。不同學(xué)者推薦不同的粒徑，使孔隙度測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)較大分歧。

筆者選取龍馬溪組頁巖樣品研究孔隙度測(cè)定結(jié)果與粉碎粒徑的關(guān)系。當(dāng)樣品從塊狀（大于20.00 mm）粉碎至10.00 mm時(shí)，孔隙度隨粒徑的減小而增大，平均增加0.78%。當(dāng)粒徑介于10.00～0.25 mm時(shí)，隨粒徑減小其孔隙度基本不變（圖5）。當(dāng)粒徑小于0.25 mm時(shí)，部分樣品的測(cè)量孔隙度出現(xiàn)減小的現(xiàn)象。Tinni等[39]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樣品粉碎至0.70 mm時(shí)，壓汞孔隙度明顯增加，同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著粒徑減小，不連通孔隙被打開，Comisky等和Karathasis等也取得相同認(rèn)識(shí)。由此說明粒徑減小，可打開頁巖中存在的不連通孔隙，若采用較大粒徑的頁巖樣品測(cè)定孔隙度，則在相同的飽和壓力條件下其孔隙度偏小，當(dāng)樣品被粉碎至一定粒徑時(shí)，氦氣分子能有效進(jìn)入那些微孔和閉孔中，才能有效反映頁巖總孔隙度。然而在測(cè)量頁巖總孔隙度時(shí)，樣品粒徑粉碎至較小的粒徑可能會(huì)破壞頁巖樣品孔隙結(jié)構(gòu)[6]，導(dǎo)致頁巖樣品中的孔隙遭到破壞，使孔隙度測(cè)量結(jié)果偏小，進(jìn)而引發(fā)了粉碎程度越高孔隙測(cè)定結(jié)果是否越精確的爭議。隨著頁巖氣不斷的勘探開發(fā)，頁巖定義更加寬泛，主要是指粒徑小于0.003 9 mm的顆粒含量大于50%的細(xì)粒沉積巖，其中包括泥巖、頁巖（狹義）、黏土巖、混合質(zhì)泥頁巖、泥灰?guī)r等眾多低能環(huán)境中沉積的巖類。換言之，頁巖顆粒組成中仍然存在小于50%的顆粒粒徑大于0.003 9 mm。如果這部分顆粒在粉碎過程中被破壞，那么頁巖孔隙也將遭到破壞，進(jìn)而在粉碎過程中造成人為孔隙“消亡”。圖5中粒徑小于0.25 mm時(shí)，部分樣品孔隙度出現(xiàn)減小的現(xiàn)象，極有可能是由于頁巖內(nèi)孔隙遭受破壞引起。綜上所述，為準(zhǔn)確測(cè)量頁巖總孔隙度，粉碎的粒徑范圍應(yīng)為0.25～10.00 mm。

圖5 孔隙度測(cè)定結(jié)果與粉碎粒徑關(guān)系圖

3.3 洗油

樣品洗油是為了去除頁巖孔隙中的液態(tài)烴、瀝青質(zhì)和可溶有機(jī)質(zhì)等，但不能去除有機(jī)質(zhì)骨架，以免破壞其孔隙結(jié)構(gòu)[40-41]。傳統(tǒng)的GRI方法、WIP法和GIP法測(cè)定常規(guī)總孔隙度時(shí)均進(jìn)行了洗油。但DiStefano等[42]研究表明，洗油可能使黏土礦物膨脹或不完全溶解的有機(jī)質(zhì)堵塞孔隙，造成測(cè)量孔隙度減小。有機(jī)質(zhì)成熟度較高的頁巖是否需要洗油仍需進(jìn)一步研究。

采用甲苯作為有機(jī)溶劑，利用索氏抽提裝置對(duì)頁巖碎樣（5.00～0.25 mm）連續(xù)洗油7 d，然后在110 ℃條件下烘干24 h測(cè)定其孔隙度。如圖6所示，樣品洗油后孔隙度減小，表明甲苯洗油對(duì)頁巖中可溶有機(jī)質(zhì)提取效果不佳或存在負(fù)面影響。在洗油過程中，黏土礦物長時(shí)間與有機(jī)溶劑作用可能出現(xiàn)膨脹，堵塞喉道和減小孔隙，導(dǎo)致可測(cè)量的孔隙空間減小，使測(cè)定孔隙度偏小[42]。同時(shí)，甲苯沸點(diǎn)約為110 ℃，頁巖樣品經(jīng)110 ℃干燥后，在其微孔隙中仍可能存在殘余甲苯，占據(jù)部分孔隙空間，也有可能導(dǎo)致測(cè)量孔隙度偏小。研究區(qū)頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度較高，可溶有機(jī)質(zhì)含量少[43-44]，洗油不會(huì)增加過多孔隙空間。因此，對(duì)于有機(jī)質(zhì)成熟度高的頁巖樣品，孔隙度測(cè)定無需洗油。

圖6 洗油前后孔隙度測(cè)量結(jié)果對(duì)比圖

3.4 飽和壓力與平衡時(shí)間

氣體飽和壓力大小決定樣品平衡時(shí)間[25]。粒徑較大的樣品，氣體分子完全進(jìn)入微孔隙后的平衡時(shí)間需要數(shù)小時(shí)或數(shù)天[25]。氣體充注和平衡時(shí)間越長，實(shí)驗(yàn)溫度變化越大，實(shí)驗(yàn)誤差也越大[6]。筆者選取粒徑為5.00～0.25 mm的頁巖樣品開展飽和壓力與平衡時(shí)間的影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖7、8所示。當(dāng)飽和壓力偏低（小于0.36 MPa）時(shí)，氦氣分子不能完全填充頁巖樣品的微孔，孔隙度測(cè)定結(jié)果偏小。當(dāng)飽和壓力大于0.36 MPa時(shí)，樣品孔隙度基本不變（圖7）。頁巖大顆粒樣品需較高飽和壓力，通過將樣品粉碎成小顆?？捎行Ы档惋柡蛪毫Γ也粫?huì)影響孔隙度測(cè)定結(jié)果。圖8為不同壓力條件下平衡時(shí)間的孔隙度測(cè)定結(jié)果，隨著平衡時(shí)間的增加，測(cè)量孔隙度先增大，最終趨于一個(gè)定值，表明氦氣分子進(jìn)入頁巖微孔隙是一個(gè)緩慢的過程。在相同時(shí)間內(nèi)，高壓下氦氣分子能進(jìn)入更多的樣品孔隙空間將樣品快速充分飽和，測(cè)量時(shí)間相對(duì)較短。當(dāng)飽和壓力低于0.66 MPa時(shí)，平衡時(shí)間在25 min以內(nèi)測(cè)量的孔隙度結(jié)果略?。划?dāng)飽和壓力大于0.66 MPa時(shí)，平衡時(shí)間超過10 min測(cè)量的孔隙度結(jié)果基本保持不變；當(dāng)飽和壓力大于1.03 MPa，測(cè)量平衡時(shí)間縮短至8 min。由于孔隙度測(cè)量儀器中的傳感器對(duì)溫度較敏感，孔隙度測(cè)量時(shí)間不宜太長，避免室內(nèi)溫度和大氣壓力變化給測(cè)量結(jié)果帶來誤差。同時(shí)，壓力過大后，易造成較小顆粒頁巖樣品由于高壓釋放的瞬間出現(xiàn)漂浮而堵塞管線。因此，綜合考慮飽和壓力和平衡時(shí)間兩個(gè)影響因素，推薦研究區(qū)龍馬溪組頁巖孔隙度測(cè)定的飽和壓力介于0.66～1.03 MPa，平衡時(shí)間不少于10 min。

圖7 孔隙度與飽和壓力的關(guān)系圖

圖8 不同飽和壓力下孔隙度與平衡時(shí)間的關(guān)系圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

國外頁巖總孔隙度測(cè)定通常采用GRI法，GRI法已廣泛用于測(cè)量頁巖的總孔隙度[45]。筆者采用GRI法測(cè)定孔隙度，主要步驟參照Luffel等[27]提出的方案，此次實(shí)驗(yàn)與原有GRI法不同之處在于樣品處理（干燥溫度為110 ℃和未洗油）。具體步驟如下：①采用高精度天平（精度為0.000 1 g）稱取規(guī)則圓形柱頁巖柱塞樣的干重；②通過游標(biāo)卡尺或汞浸法測(cè)量總體積（Vb），進(jìn)而計(jì)算規(guī)則巖樣的體積密度；③用不規(guī)則樣品的干重和體積密度估算其外觀總體積，不規(guī)則樣品的骨架體積（Vg）測(cè)定方法與1.2節(jié)一致；④使用式（2）計(jì)算不規(guī)則樣品的GRI法孔隙度。

已有研究表明GRI法仍存在較多的不確定因素，諸如粉碎粒徑、烘干溫度和洗油改變潤濕性等問題[6]直接影響了孔隙度測(cè)定結(jié)果的可靠性。為了評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，針對(duì)GRI法進(jìn)行了優(yōu)化（以下簡稱為改進(jìn)法），選取6組頁巖樣品（烘干溫度為110 ℃、粒徑介于5.00～0.25 mm、樣品質(zhì)量為50 g、樣品未洗油、飽和壓力為0.8 MPa）測(cè)定孔隙度，并將測(cè)定結(jié)果與GRI法測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。筆者提出的改進(jìn)法與GRI法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 改進(jìn)法與GRI法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

筆者推薦的改進(jìn)法與GRI法的不同在于樣品外觀體積的測(cè)定。GRI法是先測(cè)定規(guī)則干燥狀態(tài)樣品的外觀體積和質(zhì)量后計(jì)算樣品密度，然后將樣品粉碎，再利用質(zhì)量與密度之比反算粉碎樣品的外觀體積。如圖9所示，GRI法測(cè)定的孔隙度普遍大于改進(jìn)法測(cè)定孔隙度（偏大0.20%～1.10%），原因是GRI法測(cè)定規(guī)則樣品的外觀體積通常采用汞浸沒法或游標(biāo)卡尺法。汞浸沒法測(cè)定時(shí)的樣品表面不易與汞完全接觸，使測(cè)定體積偏大；而采用游標(biāo)卡尺法時(shí)需要有規(guī)則的樣品幾何形狀。若規(guī)則樣品外觀體積偏大，則樣品密度偏小，造成粉碎樣品外觀體積偏大。當(dāng)巖心骨架體積一定時(shí)，則GRI法的孔隙度偏大。因此，改進(jìn)法測(cè)量龍馬溪組頁巖總孔隙度，克服了GRI法在計(jì)算外觀總體積過程中引入的潛在誤差，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。同時(shí)，建議不進(jìn)行洗油操作，大大節(jié)省了孔隙度測(cè)量的時(shí)間，提高了分析效率。改進(jìn)法孔隙度與柱塞樣孔隙度（注入壓力為2 MPa）對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)法孔隙度較柱塞樣孔隙度高0.98%～1.69%，更好地表達(dá)了頁巖總孔隙度信息，對(duì)四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值。

圖9 不同方法測(cè)定的孔隙度對(duì)比圖

5 結(jié)論

1）GRI改進(jìn)法利用GeoPyc 1360體積測(cè)定儀測(cè)定樣品總體積和利用AccuPycⅡ1340固體密度儀測(cè)定樣品骨架體積，進(jìn)而計(jì)算樣品孔隙度，克服了傳統(tǒng)GRI法無法直接測(cè)量外觀體積而引起的孔隙度測(cè)量誤差。

2）改進(jìn)法推薦四川盆地榮昌地區(qū)龍馬溪組頁巖孔隙度測(cè)定的最佳烘干溫度為110 ℃，最佳粒徑為10.00～0.25 mm，推薦飽和壓力為0.66～1.03 MPa，平衡時(shí)間不少于10 min，孔隙度測(cè)定時(shí)不需要采用有機(jī)溶劑對(duì)樣品洗油。

3）改進(jìn)法孔隙度較GRI法孔隙度低0.20%～1.10%，較柱塞樣孔隙度高0.98%～1.69%，改進(jìn)法提高了頁巖樣品孔隙度測(cè)定準(zhǔn)確度和分析測(cè)定效率，對(duì)四川盆地頁巖氣的勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。