鄂尔多斯盆地延安地区延长组页岩微观孔隙定量表征

冯 强

鄂尔多斯盆地延安地区延长组页岩微观孔隙定量表征

冯 强1，2

（1. 西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065； 2. 陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065）

页岩是一种有着特低孔渗、孔隙的结构复杂多样等特点的特殊油气储集类型。对页岩微观孔隙的表征及其分类（分级）是页岩储层分级的基础，因此针对性的孔隙类型划分及其油气地质意义研究将对页岩气的发展具有重要的指导价值。文章中由鄂尔多斯盆地孔隙成因类型将延安地区延长组页岩基质孔隙，总体可分为粒间与粒内两种孔隙类型，并对BET、BJH总孔比表面积与BJH总孔体积的关系做了分析，实验表明总孔比表面积与总孔体积二者具有较好的正相关性。目的层延长组页岩中孔径对孔比表面积与孔体积具有明显贡献的主要为1.5~5 nm之间的孔隙，大于5 nm的孔贡献较小，据此可推测到在小于5 nm的孔数量在泥页岩各级孔中所占比例最大，其总孔比表面积和总孔体积二者有着较好的相关性。

鄂尔多斯盆地；延安地区；页岩；微观孔隙表征

1 区域地质概况

中国的东部与西部的结合部分，为鄂尔多斯盆地，它是一个多旋回克拉通盆地[1]。研究区划分的主要范围是延安市周边的延长、甘泉、富县的部分区域。研究的区域在构造上均处于鄂尔多斯盆地陕北斜坡之上（图1）。对延安地区页岩的微观孔隙进行定量表征，对页岩气勘探开发提供了新的理论依据。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分及研究区范围

2 孔隙特征

2.1 孔隙成因类型

泥页岩具有较为特殊的储层特征和储气方式，使用碎屑岩与碳酸盐岩的孔隙划分办法无法达到要求。故在前人[2]对页岩孔隙类型的划分基础之上，通过对延安地区延长组页岩孔隙结构的总体描述，根据其孔隙的产状特点，把延长组的页岩基质孔隙大体分成了粒间孔与粒内孔两类基本孔隙类型[3-5]。粒间孔中又有刚性颗粒边缘孔与颗粒间孔，晶间孔与黏土矿物片间孔这个四种类型，在其中的颗粒内孔与黄铁矿晶间孔，黏土集合体内矿物片间孔则可以定义属于粒内孔的范畴[6-9]。

研究依据着孔隙的产状与孔隙成因结果，表明研究区页岩的孔隙类型有矿物粒间孔与矿物粒内孔两种无机矿物孔隙，有机质孔隙与微裂缝共四种类型的孔隙，其亚类型有，矿物粒间孔有颗粒间孔和晶间孔，黏土矿物片间孔这三种孔隙类型，矿物粒内孔分为粒内溶孔和黏土矿物集合体内片间孔两种类型，在有机质方面则有干酪根孔与沥青孔这两种小类型，微裂缝可分为颗粒边缘缝、顺层面缝、有机质收缩缝和人为裂缝。具体见图2对各类型孔裂隙进行详细描述。

d，e —长石与黄铁矿的晶体表面分布着粒内孔；b—片间孔黏土矿物为主，刚性颗粒矿物含量比较低; c—石英颗粒粒内中孔与其中少量发育着，其孔径大小在10到100 nm之间；a，e—黄铁矿晶间孔其中发育的较为广泛一些；f—刚性颗粒与黏土矿物结合边缘处有着一套孔隙发育，可称之为刚性颗粒边缘孔； g, h, i—干酪根孔；j, k—沥青孔；l—顺层面微裂缝；k—在颗粒边缘发育着一个条状的微裂缝，顺颗粒接触边缘为一个弯曲状；m—有机质的收缩缝； n—条状人为裂缝形成于孔隙发育区。

2.2 纳米孔隙定量表征

本阶段针对研究区15口井的延长组长7段的13个泥页岩样品中进行了低温氮气吸附实验，孔比表面积采用了BET与BJH两种方法获得，其中BET总孔比表面积 （SBET）为0.682~3.881 m2·g-1，平均为1.682 m2·g-1；BJH总孔比表面积（SBJH）相对SBET要大一些，其测试值在1.048~5.897 m2·g-1之间，平均为2.509 m2·g-1；BJH平均孔直径（dBJH）分布在3.8~28.1 nm之间，平均为17.99 nm；BJH总孔体积（VBJH）在0.002 1~0.968 cm3·g-1之间，平均为0.0303 cm3·g-1。另外，对BET、BJH总孔比表面积与BJH总孔体积的关系做了分析，从而得出结论总孔比表面积与总孔体积，这二者呈现出了一个较好的正向相关性(图3，图4)。

2.3 孔径与阶段孔比表面、孔体积

图5和图6分别为纳米级孔隙孔径分布与泥页岩BJH阶段孔比表面积和孔体积的相关性图，从中可知：目的层页岩中孔径对孔比表面积与孔体积具有明显贡献的主要为1.5~5 nm之间的孔隙，大于5 nm的孔贡献较小。因此，可以推测到在小于5 nm的孔数量在泥页岩各级孔中所占比例最大。

图3 BET总孔比表面积与BJH总孔体积关系图

图4 BJH总孔比表面积与BJH总孔体积关系图

图5 BJH平均孔直径与BJH阶段孔比表面积关系图

图6 BJH平均孔直径与BJH阶段孔体积关系图

3 结 论

1）鄂尔多斯盆地延长组的页岩基质孔隙大体分成了粒间孔与粒内孔两类基本孔隙类型。粒间孔中又有刚性颗粒边缘孔与颗粒间孔，晶间孔与黏土矿物片间孔这个四种类型，在其中的颗粒内孔与黄铁矿晶间孔，黏土集合体内矿物片间孔则可以定义属于粒内孔的范畴。

2）在鄂尔多斯盆地延长组的页岩中，孔径对孔比表面积与孔体积具有明显贡献的主要是1.5~5 nm之间的孔隙，而大于5 nm的孔贡献较小，据此可推测到在小于5 nm的孔数量在泥页岩各级孔中所占比例最大，其总孔比表面积与总孔体积，这二者呈现出了一个较好的正向相关性。

［1］满平,王翠姣,王倩,等.鄂尔多斯盆地差异压实作用及其石油地质意义[J].河北工程大学学报(自然科学版),2017,34(02):74-79.

［2］耳闯, 赵靖舟, 白玉彬, 等. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组富有机质泥页岩储层特征[J]. 石油与天然气地质, 2013, 34(5) : 708-716.

［3］蒋裕强, 董大忠, 漆麟, 等. 页岩气储层的基本特征及其评价[J]. 天然气工业, 2010, 30(10) : 7-12．

［4］邹才能, 李建忠, 董大忠, 等. 中国首次在页岩气储集层中发现丰富的纳米级孔隙[J].石油勘探与开发, 2010, 37(5) : 508-509.

［5］聂海宽,张金川. 页岩气储层类型和特征研究: 以四川盆地及其周缘下古生界为例[J].石油实验地质, 2011, 33(3): 219-225.

［6］杨峰, 宁正福, 胡昌蓬, 等. 页岩储层微观孔隙结构特征［J］. 石油学报, 2013, 34(2) : 301-310.

［7］王香增, 张丽霞, 李宗田, 等. 鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩孔隙类型划分方案及其油气地质意义[J]. 石油与天然气地质, 2016, 37(1) : 1- 7.

［8］王香增，张丽霞，雷裕红，等. 低熟湖相页岩内运移固体有机质和有机质孔特征——以鄂尔多斯盆地东南部延长组长7油层组页岩为例[J]. 石油学报，2018,39（2）：141-151.

［9］胡钦红，张宇翔，孟祥豪，等. 渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组页岩油储集层微米——纳米孔隙体系表征[J]. 石油勘探与开发，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

冯强（1994-），男，陕西西安人，硕士研究生在读，研究方向：非常规油气地质。

TE122.2

A

1004-0935（2021）01-0122-03