馮 強(qiáng)

鄂爾多斯盆地延安地區(qū)延長組頁巖微觀孔隙定量表征

馮 強(qiáng)1，2

（1. 西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065； 2. 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065）

頁巖是一種有著特低孔滲、孔隙的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣等特點(diǎn)的特殊油氣儲(chǔ)集類型。對(duì)頁巖微觀孔隙的表征及其分類（分級(jí)）是頁巖儲(chǔ)層分級(jí)的基礎(chǔ)，因此針對(duì)性的孔隙類型劃分及其油氣地質(zhì)意義研究將對(duì)頁巖氣的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。文章中由鄂爾多斯盆地孔隙成因類型將延安地區(qū)延長組頁巖基質(zhì)孔隙，總體可分為粒間與粒內(nèi)兩種孔隙類型，并對(duì)BET、BJH總孔比表面積與BJH總孔體積的關(guān)系做了分析，實(shí)驗(yàn)表明總孔比表面積與總孔體積二者具有較好的正相關(guān)性。目的層延長組頁巖中孔徑對(duì)孔比表面積與孔體積具有明顯貢獻(xiàn)的主要為1.5~5 nm之間的孔隙，大于5 nm的孔貢獻(xiàn)較小，據(jù)此可推測到在小于5 nm的孔數(shù)量在泥頁巖各級(jí)孔中所占比例最大，其總孔比表面積和總孔體積二者有著較好的相關(guān)性。

鄂爾多斯盆地；延安地區(qū)；頁巖；微觀孔隙表征

1 區(qū)域地質(zhì)概況

中國的東部與西部的結(jié)合部分，為鄂爾多斯盆地，它是一個(gè)多旋回克拉通盆地[1]。研究區(qū)劃分的主要范圍是延安市周邊的延長、甘泉、富縣的部分區(qū)域。研究的區(qū)域在構(gòu)造上均處于鄂爾多斯盆地陜北斜坡之上（圖1）。對(duì)延安地區(qū)頁巖的微觀孔隙進(jìn)行定量表征，對(duì)頁巖氣勘探開發(fā)提供了新的理論依據(jù)。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨把芯繀^(qū)范圍

2 孔隙特征

2.1 孔隙成因類型

泥頁巖具有較為特殊的儲(chǔ)層特征和儲(chǔ)氣方式，使用碎屑巖與碳酸鹽巖的孔隙劃分辦法無法達(dá)到要求。故在前人[2]對(duì)頁巖孔隙類型的劃分基礎(chǔ)之上，通過對(duì)延安地區(qū)延長組頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的總體描述，根據(jù)其孔隙的產(chǎn)狀特點(diǎn)，把延長組的頁巖基質(zhì)孔隙大體分成了粒間孔與粒內(nèi)孔兩類基本孔隙類型[3-5]。粒間孔中又有剛性顆粒邊緣孔與顆粒間孔，晶間孔與黏土礦物片間孔這個(gè)四種類型，在其中的顆粒內(nèi)孔與黃鐵礦晶間孔，黏土集合體內(nèi)礦物片間孔則可以定義屬于粒內(nèi)孔的范疇[6-9]。

研究依據(jù)著孔隙的產(chǎn)狀與孔隙成因結(jié)果，表明研究區(qū)頁巖的孔隙類型有礦物粒間孔與礦物粒內(nèi)孔兩種無機(jī)礦物孔隙，有機(jī)質(zhì)孔隙與微裂縫共四種類型的孔隙，其亞類型有，礦物粒間孔有顆粒間孔和晶間孔，黏土礦物片間孔這三種孔隙類型，礦物粒內(nèi)孔分為粒內(nèi)溶孔和黏土礦物集合體內(nèi)片間孔兩種類型，在有機(jī)質(zhì)方面則有干酪根孔與瀝青孔這兩種小類型，微裂縫可分為顆粒邊緣縫、順層面縫、有機(jī)質(zhì)收縮縫和人為裂縫。具體見圖2對(duì)各類型孔裂隙進(jìn)行詳細(xì)描述。

d，e —長石與黃鐵礦的晶體表面分布著粒內(nèi)孔；b—片間孔黏土礦物為主，剛性顆粒礦物含量比較低; c—石英顆粒粒內(nèi)中孔與其中少量發(fā)育著，其孔徑大小在10到100 nm之間；a，e—黃鐵礦晶間孔其中發(fā)育的較為廣泛一些；f—?jiǎng)傂灶w粒與黏土礦物結(jié)合邊緣處有著一套孔隙發(fā)育，可稱之為剛性顆粒邊緣孔； g, h, i—干酪根孔；j, k—瀝青孔；l—順層面微裂縫；k—在顆粒邊緣發(fā)育著一個(gè)條狀的微裂縫，順顆粒接觸邊緣為一個(gè)彎曲狀；m—有機(jī)質(zhì)的收縮縫； n—條狀人為裂縫形成于孔隙發(fā)育區(qū)。

2.2 納米孔隙定量表征

本階段針對(duì)研究區(qū)15口井的延長組長7段的13個(gè)泥頁巖樣品中進(jìn)行了低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)，孔比表面積采用了BET與BJH兩種方法獲得，其中BET總孔比表面積 （SBET）為0.682~3.881 m2·g-1，平均為1.682 m2·g-1；BJH總孔比表面積（SBJH）相對(duì)SBET要大一些，其測試值在1.048~5.897 m2·g-1之間，平均為2.509 m2·g-1；BJH平均孔直徑（dBJH）分布在3.8~28.1 nm之間，平均為17.99 nm；BJH總孔體積（VBJH）在0.002 1~0.968 cm3·g-1之間，平均為0.0303 cm3·g-1。另外，對(duì)BET、BJH總孔比表面積與BJH總孔體積的關(guān)系做了分析，從而得出結(jié)論總孔比表面積與總孔體積，這二者呈現(xiàn)出了一個(gè)較好的正向相關(guān)性(圖3，圖4)。

2.3 孔徑與階段孔比表面、孔體積

圖5和圖6分別為納米級(jí)孔隙孔徑分布與泥頁巖BJH階段孔比表面積和孔體積的相關(guān)性圖，從中可知：目的層頁巖中孔徑對(duì)孔比表面積與孔體積具有明顯貢獻(xiàn)的主要為1.5~5 nm之間的孔隙，大于5 nm的孔貢獻(xiàn)較小。因此，可以推測到在小于5 nm的孔數(shù)量在泥頁巖各級(jí)孔中所占比例最大。

圖3 BET總孔比表面積與BJH總孔體積關(guān)系圖

圖4 BJH總孔比表面積與BJH總孔體積關(guān)系圖

圖5 BJH平均孔直徑與BJH階段孔比表面積關(guān)系圖

圖6 BJH平均孔直徑與BJH階段孔體積關(guān)系圖

3 結(jié) 論

1）鄂爾多斯盆地延長組的頁巖基質(zhì)孔隙大體分成了粒間孔與粒內(nèi)孔兩類基本孔隙類型。粒間孔中又有剛性顆粒邊緣孔與顆粒間孔，晶間孔與黏土礦物片間孔這個(gè)四種類型，在其中的顆粒內(nèi)孔與黃鐵礦晶間孔，黏土集合體內(nèi)礦物片間孔則可以定義屬于粒內(nèi)孔的范疇。

2）在鄂爾多斯盆地延長組的頁巖中，孔徑對(duì)孔比表面積與孔體積具有明顯貢獻(xiàn)的主要是1.5~5 nm之間的孔隙，而大于5 nm的孔貢獻(xiàn)較小，據(jù)此可推測到在小于5 nm的孔數(shù)量在泥頁巖各級(jí)孔中所占比例最大，其總孔比表面積與總孔體積，這二者呈現(xiàn)出了一個(gè)較好的正向相關(guān)性。

［1］滿平,王翠姣,王倩,等.鄂爾多斯盆地差異壓實(shí)作用及其石油地質(zhì)意義[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,34(02):74-79.

［2］耳闖, 趙靖舟, 白玉彬, 等. 鄂爾多斯盆地三疊系延長組富有機(jī)質(zhì)泥頁巖儲(chǔ)層特征[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2013, 34(5) : 708-716.

［3］蔣裕強(qiáng), 董大忠, 漆麟, 等. 頁巖氣儲(chǔ)層的基本特征及其評(píng)價(jià)[J]. 天然氣工業(yè), 2010, 30(10) : 7-12．

［4］鄒才能, 李建忠, 董大忠, 等. 中國首次在頁巖氣儲(chǔ)集層中發(fā)現(xiàn)豐富的納米級(jí)孔隙[J].石油勘探與開發(fā), 2010, 37(5) : 508-509.

［5］聶海寬,張金川. 頁巖氣儲(chǔ)層類型和特征研究: 以四川盆地及其周緣下古生界為例[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2011, 33(3): 219-225.

［6］楊峰, 寧正福, 胡昌蓬, 等. 頁巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征［J］. 石油學(xué)報(bào), 2013, 34(2) : 301-310.

［7］王香增, 張麗霞, 李宗田, 等. 鄂爾多斯盆地延長組陸相頁巖孔隙類型劃分方案及其油氣地質(zhì)意義[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2016, 37(1) : 1- 7.

［8］王香增，張麗霞，雷裕紅，等. 低熟湖相頁巖內(nèi)運(yùn)移固體有機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)孔特征——以鄂爾多斯盆地東南部延長組長7油層組頁巖為例[J]. 石油學(xué)報(bào)，2018,39（2）：141-151.

［9］胡欽紅，張宇翔，孟祥豪，等. 渤海灣盆地東營凹陷古近系沙河街組頁巖油儲(chǔ)集層微米——納米孔隙體系表征[J]. 石油勘探與開發(fā)，2017,44（5）：681-690.

Quantitative Characterization of Micro-pores in Shale of Yan’an Formation in Ordos Basin

1,2

（1. College of Geosciences and Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi 'an Shaanxi 710065, China；2. Shaanxi Key Lab of Petroleum Accumulation Geology, Xi 'an Shaanxi 710065, China）

Shale is a special type of oil and gas reservoir with extremely low pore permeability and complex and diverse pore structure. The characterization and classificationof shale micro-pores are the basis of shale reservoir classification, so the specific classification of pore types and the study on the significance of oil and gas geology will have important guiding value for the development of shale gas. In this paper,the matrix pores of Yanchang formation in Yan'an area were divided into two types: intergranular and intragranular pores based on pore genetic types of Ordos basin, and the relationship between BET and BJH pore specific surface area and total BJH pore volume was analyzed. The experiment results showed that there was a good positive correlation between the total pore specific surface area and total pore volume. In the shale of the Yanchang formation of the target layer, the pores with significant contribution to pore specific surface area and pore volume were mainly pores between 1.5 nm and 5 nm, and pores larger than 5 nm contributed less. Based on this, it was inferred that the number of pores less than 5 nm accounted for the largest proportion of the pores of each level in shale, and the total pore specific surface area and total pore volume had a good correlation..

Ordos Basin; Yan 'an region; Shale; Micropore characterization

2020-12-08

馮強(qiáng)（1994-），男，陜西西安人，碩士研究生在讀，研究方向：非常規(guī)油氣地質(zhì)。

TE122.2

A

1004-0935（2021）01-0122-03