海相頁岩微觀非均質性及其吸附機理

《海相頁岩微觀非均質性及其吸附機理》是依託中國礦業大學，由陳尚斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：海相頁岩微觀非均質性及其吸附機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳尚斌
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

頁岩氣開採潛力主要取決於吸附性和滲透性兩個關鍵要素，吸附性是形成氣藏的核心基礎，高度受到微觀地質因素及其非均質性控制。項目針對吸附非均質性微觀機理問題，採集黔北牛蹄塘組富有機質頁岩段岩心樣品，以實驗、模擬與理論分析為思路，用碳硫分析儀與X-射線衍射儀測試物質組成；用等溫吸附實驗揭示吸附氣賦存態非均質性；用壓汞儀、低溫液氮/二氧化碳吸附、氬離子拋光場發射掃描電鏡、原子力顯微鏡和聚焦離子束掃描電鏡等技術對物質與孔隙進行微-納米級觀測，揭示吸附載體組成物質及其孔隙微觀非均質性，及對吸附非均質性的影響；藉助聚焦離子束掃描電鏡三維重構功能和儲層非均質性三維地質建模技術，構建基於圖像形貌、量化指標和物質成因分析的頁岩孔隙非均質性模型；在雙朗格繆爾方程建模基礎上，依據吸附載體種類與數量，進行多元多次擬合校正；從吸附賦存的分子動力學角度，揭示海相頁岩吸附非均質性及其微觀機理，建立非均質性載體的吸附模型。

結題摘要

吸附性是頁岩氣形成氣藏的核心基礎，也是決定頁岩氣開採潛力的關鍵因素。本項目針對我國海相頁岩吸附非均質性微觀機理問題，採集南方上揚子地區龍馬溪組和筇竹寺組兩套富有機質海相頁岩段岩心樣品作為研究對象，以理論分析、實驗測試以及模擬技術為手段展開研究。通過野外地質調查、資料收集和實驗測試，獲取了龍馬溪組和筇竹寺組兩套富有機質海相頁岩的儲層基本特徵。包括沉積相特徵、有機地化特徵、礦物岩石學特徵。運用掃描電鏡、壓汞儀、低溫液氮/二氧化碳吸附實驗測試其孔隙特徵，對比分析了兩套頁岩儲層孔裂隙特徵。兩套頁岩從物質組成、孔隙結構上較為相似，但進行綜合表征可以發現筇竹寺組頁岩更為緻密，優勢孔徑範圍更小，以微孔為主體發育，雖可能利於頁岩氣的吸附賦存，可對於頁岩氣的滲流極為不利，不易於開採。結合孔隙結構特徵、形貌特徵與微-納米尺度量化指標，在已有孔隙模型基礎上考慮層理孔隙度，建立了基於圖像形貌-量化指標-物質成因分析的頁岩孔隙非均質模型。該模型表明當各礦物含量相當時，有機質對儲層孔隙的貢獻最大。超壓條件有利於氣體的保存，層理的發育對氣體的保存與逸散也起到一定的影響。闡明了海相頁岩儲層非均質特徵及影響因素。沉積環境、成岩作用以及構造演化是控制頁岩儲層非均質性的直接因素。有機質是控制吸附載體的微觀非均質性的關鍵因素，黏土礦物孔隙吸附機理複雜，也是影響孔隙非均質性的重要因素。從微觀角度揭示了頁岩氣賦存相態及儲集機理，並對黏土礦物儲集效應進行了深入分析。根據吸附載體中黏土礦物的種類和比重進行多元多次擬合與有效校正，構建了非均質性吸附載體的吸附模型。項目取得的認識不僅有助於揭示頁岩氣賦存富集規律，而且對我國頁岩氣勘探開發具有指導意義。