页岩储层的物性特征分析

页岩孔隙度和渗透率反映页岩储层的储集能力和渗流能力,是对页岩气勘探开发影响较大的两个关键参数。 页岩储层的储渗空间可分为基质孔隙和裂缝。 基质孔隙有残余原生孔隙、有机质生烃形成的微孔隙、黏土矿物伊利石化形成的微裂(孔)隙和不稳定矿物(如长石、方解石)溶蚀形成的溶蚀孔等。 黔页1 井及黔浅1 井测试结果表明,页岩渗透率与解吸气含量及总含气量呈较好的正相关关系,页岩气测孔隙度与页岩渗透率亦呈较好的正相关关系。

页岩孔隙度测试采用压力脉冲衰减法、气体吸附法或者氮气膨胀法,这三种方法皆可满足页岩孔隙度测试精度要求;页岩渗透率测试采用压力脉冲衰减法,可满足页岩纳米级孔隙渗透率测试要求。

从石油地质观点看,烃源岩经过一系列地质条件作用生成大量天然气,并在持续压力作用下大量排出,向渗透性地层如砂岩和碳酸盐岩运移、聚集成构造或岩性气藏,而残留在细粒沉积岩层系中的部分形成页岩气资源。 其中很大部分吸附在有机质和黏土矿物表面,与煤层气相似,另一部分以游离状态储集在基质孔隙和裂缝孔隙中,与常规储层相似,二者构成比例取决于多种地质作用过程,商业开发前后的一系列研究和实践也因此变得更复杂。(www.xing528.com)

尽管泥页岩孔隙度(基质孔隙度几乎都小于0.01×10-3 μm2)、渗透率极低,但一定范围内二者依然显示出正相关性,仍需重视储层基质孔隙度和裂缝评价。 孔隙度相对较高的区带,页岩气资源潜力大,经济可采性高,特别是吸附气含量非常低的情况下;裂缝则沟通致密储层孔隙,增强岩层渗透能力,扩大泄油面积,提高采收率。 裂缝发育受内、外因控制。外因主要与生烃过程、地层孔隙压力、各向异性的水平压力、断层与褶皱等构造作用相关,内因主要取决于页岩矿物学特征。

页岩岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩和高碳泥页岩类,岩石组成一般为30%~50%的黏土矿物、15%~25%的粉砂质(石英颗粒)和4%~30%的有机质。 脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式等的重要因素。页岩中黏土矿物含量越低,石英、长石、方解石等脆性矿物含量越高,岩石脆性越强,在人工压裂外力作用下越易形成天然裂缝和诱导裂缝,形成多树—网状结构缝,有利于页岩气开采。 而高黏土矿物含量的页岩塑性强,吸收能量,以形成平面裂缝为主,不利于页岩体积改造。 美国产气页岩中石英含量为28% ~52%、碳酸盐含量为4% ~16%,总脆性矿物含量为46% ~60%。 中国3 种不同类型页岩的矿物组成,无论是海相页岩、海陆过渡相炭质页岩,还是陆相页岩,其脆性矿物含量总体比较高,均达到40%以上,如:上扬子区古生界海相页岩石英含量24.3% ~52.0%、长石含量4.3% ~32.3%、方解石含量8.5% ~16.9%,总脆性矿物含量40% ~80%;鄂尔多斯盆地中生界陆相页岩石英含量27% ~47%,平均40%,总脆性矿物含量58% ~70%。 岩石矿物组成对页岩气后期开发至关重要,具备商业性开发条件的页岩,一般其脆性矿物含量要高于40%,黏土矿物含量小于30%。 中国海相页岩、海陆交互相炭质页岩和陆相页岩均具有较好的脆性特征,无论是野外地质剖面还是井下岩心观察,发现发育较多的裂缝系统。 如:上扬子地区寒武系筇竹寺组、志留系龙马溪组黑色页岩性脆、质硬,节理和裂缝发育,在三维空间成网络状分布,岩石薄片显示,微裂缝细如发丝,部分被方解石、沥青等次生矿物充填;鄂尔多斯盆地上古生界山西组岩心切片可看到呈网状分布的微裂缝;鄂尔多斯盆地中生界长7 段黑色页岩页理十分发育,风化后呈薄片状。 页岩本身既是气源岩又是储集层,其总孔隙度一般小于10%,而含气的有效孔隙度一般不及总孔隙度的一半,渗透率则随裂缝的发育程度不同而有较大变化。 页岩气虽然为地层普遍含气性特点,但目前具有工业勘探价值的页岩气藏或甜点主要依赖于页岩地层中具有一定规模的裂缝系统。 根据有关资料分析(Curtis,2002),页岩的含气量变化幅度较大,从0.4 m3/t 到10 m3/t,在美国的大约30 000 口钻井中,钻遇具有自然工业产能的裂缝性甜点的井数只有大约10%,表明裂缝系统是提高页岩气钻井工业产能的重要影响因素。 除了页岩地层中的自生裂缝系统以外,构造裂缝系统的规模性发育为页岩含气丰度的提高提供了条件保证。 因此,构造转折带、地应力相对集中带以及褶皱—断裂发育带通常是页岩气富集的重要场所。 页岩气藏因为页岩自身的有效基质孔隙度很低,主要由大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。 通常孔隙度最高仅为4%~5%,渗透率小于1×10-3 μm2(Law,2002)。