天然气地球科学
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天然气地球科学 ›› 2020, Vol. 31 ›› Issue (10): 1501–1514.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.06.011

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南华北盆地下二叠统泥页岩孔隙特征及控制因素

刘艳杰1,2,3(),程党性4,5,邱庆伦2,3,瓮纪昌6,王晓瑜2,3,郭力军7,李朋朋8,鲁新川8()   

  1. 1.河南省地质科学研究所，河南 郑州 450001
    2.河南省地质调查院，河南 郑州 450001
    3.地下清洁能源勘查开发产业技术创新战略联盟，河南 郑州 450000
    4.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018
    5.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710018
    6.河南豫矿地质勘查投资有限公司，河南 郑州 450012
    7.中国石油青海油田公司勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736200
    8.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃 兰州 730000
  • 收稿日期:2020-05-25 修回日期:2020-06-30 出版日期:2020-10-10 发布日期:2020-09-30
  • 通讯作者: 鲁新川 E-mail:liuyanjie111@163.com;xclu@lzb.ac.cn
  • 作者简介:刘艳杰（1979-），男，内蒙古赤峰人，工程师，主要从事地质调查研究. E-mail: liuyanjie111@163.com.
  • 基金资助:
    河南省重大科技专项“河南页岩气勘查开发及示范应用研究”(151100311000);国家科技重大专项(2017ZX050010 02-008);中国科学院学部项目(E0290803)

Characteristics of pores and controlling factors of Lower Permian shales in Southern North China Basin

Yan-jie LIU1,2,3(),Dang-xing CHENG4,5,Qing-lun QIU2,3,Ji-chang WENG6,Xiao-yu WANG2,3,Li-jun GUO7,Peng-peng LI8,Xin-chuan LU8()   

  1. 1.Henan Institute of Geological Sciences，Zhengzhou 450001，China
    2.Henan Institute of Geological Survey，Zhengzhou 450001，China
    3.Henan Industry & Technology Innovation Strategy Alliance of Underground Clean Energy Exploration and Development，Zhengzhou 450000，China
    4.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfieid Company，Xi’an 710018，China
    5.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low?Permeability Oil & Gas Fields，Xi’an 710018，China
    6.Henan Yukuang Geological Exploration Investment Co. Ltd. ，Zhengzhou 450012，China
    7.Exploration and Development Research Institute，PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736200，China
    8.Northweest Institute of Eco?Environment and Resources，CAS，Lanzhou 730000 China
  • Received:2020-05-25 Revised:2020-06-30 Online:2020-10-10 Published:2020-09-30
  • Contact: Xin-chuan LU E-mail:liuyanjie111@163.com;xclu@lzb.ac.cn
  • Supported by:
    The Major Scientific and Technological Projects in Henan Province， China （Grant No. 151100311000）；The China National Science & Technology Major Project（Grant No. 2017ZX05001002-008）；The Project of Academic Department of Chinese Academy of Sciences（Grant No. E0290803）.

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220

摘要：

泥页岩孔隙特征研究是评估页岩气储集能力和评价页岩气开采可行性的关键一步。以南华北盆地MY1井下二叠统山西组和太原组泥页岩样品为研究对象，通过场发射扫描电镜（FE?SEM）、低温氮气吸附、X?射线衍射、等温吸附、有机碳（TOC）含量和镜质体反射率（RO）等实验手段，对南华北盆地下二叠统泥页岩孔隙特征及其控制因素进行了研究。结果表明：南华北盆地下二叠统泥页岩孔隙类型包括粒间孔、晶间孔、有机孔、黏土矿物聚合孔、矿物颗粒表面溶孔和微裂缝，其中黄铁矿粒间孔和黏土矿物聚合孔、有机-黏土矿物复合孔和有机质收缩缝比较发育，表面溶孔不发育；孔体积在0.004 0~0.052 8 cm3/g之间，平均值为0.019 6 cm3/g，比表面积在1.198 9~26.525 7 m2/g之间，平均值为9.506 2 m2/g。平均孔径在2.35~14.38 nm之间，平均值为8.68 nm。泥页岩孔体积和比表面积同步增加，但不同孔径段孔隙对孔体积和比表面积贡献有差异，比表面积主要由孔径小于10 nm的孔隙贡献，而孔径主要由孔径大于10 nm的孔隙贡献，孔体积和比表面积随孔径的增量曲线呈单峰分布。有机质含量和矿物类型及其含量共同制约着孔隙的发育。

关键词: 孔隙特征, 氮气吸附, 下二叠统泥页岩, MY1井, 南华北盆地

Abstract:

The key step in evaluating shale gas reservoir capacity and feasibility of shale gas exploitation is the research on pore characteristics of shale. By means of field emission electron microscopy， low temperature nitrogen adsorption， X-ray diffraction， organic carbon （TOC） content and vitrinite reflectance （RO）， the paper investigates the pore characteristics and controlling factors of Permian shale from Well MY1 in Southern North China Basin. The results show that the pore types of Lower Permian shale are intergranular pores， inter-crystal pores， organic pores， dissolution pores on the surface of mineral particles and micro-fractures， in which inter-crystal pores of pyrite， intergranular pores of clay mineral polymer， organic-clay mineral combined pores and contraction joints of organic matters are relatively developed， and dissolution pores on the surface of mineral particles is not developed. Pore volume is in the range of 0.004 0~0.052 8 cm3/g， with a mean of 0.019 62 cm3/g； specific surface area ranges from 1.198 9 m2/g to 26.525 7 m2/g， on average of 9.506 m2/g； average pore diameter is within 2.35~14.38 nm， with an average of 8.68 nm. Pore volume and specific surface area of shales increase synchronously， while pores within different pore diameters makes different contributions to pore volume and specific surface area of shales， such as pores with pore size more than 10 nm mainly contribute to pore volume and with pore size less than 10 nm mainly contribute to specific surface area. Unimodal distributions for the incremental curves of pore volume and specific surface area with increasing pore diameter can be observed. The content of organic matter and the types of minerals and their respective contents jointly govern pore developed conditions.

Key words: Characteristics of porosity, N2 adsorption, Lower Permian shale, Well MY1, Southern North China Basin

中图分类号: 

  • TE122.2+3

图1

南华北盆地构造背景、地理位置及MY1井位置图(修改自文献[9])"

图2

南华北盆地MY1井综合柱状图"

图3

南华北盆地MY1井泥页岩矿物含量"

图4

MY1井泥岩页的微观表面特征（a） 黄铁矿晶间孔；（b） 黏土矿物—颗粒—有机质复合孔；（c）方解石边缘铸模孔；（d）石英表面的溶蚀孔；（e）有机质孔；（f）有机质收缩缝"

图5

低温液氮吸附—脱附曲线"

表1

孔隙结构参数测定结果"

样品编号孔体积/(cm3/g)比表面积/(cm2/g)平均孔径/nm样品编号孔体积/(cm3/g)比表面积/(cm2/g)平均孔径/nm
JY-10.008 72.704 412.85JY-250.009 34.104 59.08
JY-20.008 95.441 36.55JY-260.020 011.996 96.66
JY-30.010 74.708 59.08JY-270.033 119.079 76.94
JY-40.012 44.382 111.35JY-280.023 010.444 18.81
JY-60.018 48.738 88.41JY-320.033 019.230 86.86
JY-70.018 08.879 98.12JY-330.052 826.525 77.96
JY-80.016 96.444 210.02JY-340.010 916.638 72.35
JY-90.016 05.388 311.36JY-380.031 38.429 314.38
JY-100.013 55.648 39.55JY-390.009 86.947 33.86
JY-110.019 37.051 910.94JY-410.036 913.319 110.76
JY-120.013 75.788 39.43JY-420.004 01.198 911.82
JY-130.016 07.789 48.19JY-450.017 26.655 69.93
JY-140.012 37.219 76.85JY-480.017 78.803 57.87
JY-160.009 65.834 16.60JY-500.009 23.044 911.59
JY-170.011 16.113 87.25JY-520.021 311.931 07.24
JY-190.014 110.876 55.18JY-530.026 010.545 09.36
JY-220.028 111.494 79.52JY-540.033 316.270 28.15
JY-230.021 36.904 211.46JY-550.030 616.938 66.83

图6

孔体积与比表面积关系"

图7

平均孔径与孔体积和比表面积关系"

图8

孔体积和比表面积随孔径增量曲线"

图9

泥页岩物质组成与孔体积、比表面积和兰氏体积的关系"

图10

南华北盆地MY1井泥页岩黏土矿物含量"

图11

黄铁矿和有机质伴生现象"

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