页岩孔隙研究新进展
页岩渗透率测定方法及影响因素研究进展
第30卷第5期油气地质与采收率Vol.30，No.5 2023年9月Petroleum Geology and Recovery Efficiency Sep.2023—————————————收稿日期：2022-04-25。
作者简介：杨术刚（1993—），男，四川广元人，工程师，博士，从事气田采出水回注、CO2地质封存、地下水环境保护等方面的研究工作。
E-mail：*****************.cn。
基金项目：中国石油科学研究与技术开发项目“高含盐污水低成本脱盐外排与回注风险监控技术研究”（2021DJ6602）、“高效贫水吸收剂开发与采出水回注协同CO2封存技术研究”（2021DQ03-A2）和“CCUS/CCS埋存地质体选区评价及监测关键技术研究”（2021ZZ01-05）。
引用格式：杨术刚，张坤峰，刘双星，等.页岩渗透率测定方法及影响因素研究进展[J].油气地质与采收率，2023，30（5）：31-40. YANG Shugang，ZHANG Kunfeng，LIU Shuangxing，et al.Research progress on measurement methods and influencing factors of shale permeability[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2023，30（5）：31-40.页岩渗透率测定方法及影响因素研究进展杨术刚1，2，张坤峰1，2，刘双星1，2，赵兴雷1，2（1.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，北京102206；2.石油石化污染物控制与处理国家重点实验室，北京102206）摘要：页岩渗透率及其分布关系页岩油气开发、常规油气藏储量评估、地下储气库及CO2地质封存盖层封闭性、核废料地质处置与气田采出水回注安全性等能源环境领域重点课题，其渗透率特征研究具有广泛的理论与工程实践意义。
页岩纳米孔隙分形特征
页岩纳米孔隙分形特征页岩是一种重要的非常规能源资源，其中纳米孔隙是储存和释放天然气的主要场所。
纳米孔隙的分形特征对于描述页岩的孔隙结构和预测储气能力具有重要意义。
本文将介绍页岩纳米孔隙的分形特征及其对页岩气储层评价的影响。
首先，我们来了解一下分形理论。
分形是一种几何形态的数学表征方法，它可以描述复杂的自相似结构，即具有相似的局部特征。
分形维数是描述分形结构复杂程度的指标，用于度量结构的分枝程度和空间填充能力。
1.分形维数：页岩纳米孔隙的分形维数通常大于2，表明其具有高度的分枝程度和复杂的空间结构。
研究发现，分形维数与页岩气储层的产能之间存在一定的正相关关系，即分形维数越大，储层的产能越高。
2.分形结构：页岩纳米孔隙通常呈现出分枝、纤细的空间结构，形态复杂、密集的分支和空隙之间相互交织。
这种特殊的分形结构对于页岩气储层的气体吸附和运移具有重要影响。
分形结构可以增加气体的吸附表面积，提高孔隙的存储能力和释放效率。
3.孔隙分布：页岩纳米孔隙的分布通常呈现多尺度、多孔径的特点。
孔隙的尺度范围从纳米到亚微米，而且孔隙之间的尺度关系不是简单的线性关系，而是表现出分形分布的规律。
这种多尺度的孔隙分布对页岩气的储存和运移具有重要影响，能够提高页岩气的可采性和产能。
页岩纳米孔隙的分形特征对于页岩气储层的评价和开发具有重要意义。
首先，分形维数可以用于评估页岩气储层的产能和可渗透性，为储层筛选和区块开发提供依据。
其次，分形结构和孔隙分布对于预测页岩气的吸附、解吸和运移等过程具有重要影响，可以帮助优化页岩气开采方案和增加产能。
此外，通过研究纳米孔隙的分形特征，可以揭示页岩气形成和演化的机制，有助于进一步认识页岩气资源的形成背景和富集规律。
综上所述，页岩纳米孔隙具有明显的分形特征，包括分形维数、分形结构和多尺度的孔隙分布。
这些特征对于页岩气储层的评价和开发具有重要意义，对于优化开采方案、增加产能和认识页岩气资源的形成具有重要价值。
页岩储层压裂裂缝扩展规律及影响因素研究探讨
摘要 油气勘探开发领域从常规油气向非常规油气跨越，是石油工业发展的必然趋势。全球“页岩气革命”推 动页岩气勘探开发技术得到了迅速发展，水力压裂成为页岩气高效开发的关键技术之一。为了实现致密页岩储 层的商业开采，必须通过大规模全井段储层缝网体积改造才能获取经济产能。目前复杂裂缝网络的形态和扩展 规律仍是压裂施工中面临的关键难题，严重制约了页岩气资源的合理开发。本文归纳总结了目前常见的裂缝扩 展规律研究方法并分析了不同方法在研究裂缝扩展规律问题时存在的优缺点。此外，在页岩水力压裂裂缝扩展 的已有实验和数模的研究基础上，从地质和工程因素两个角度分析了对水力裂缝扩展规律的影响，系统总结了 各因素影响下的裂缝扩展规律，取得了如下认识：(1) 页岩物理及力学性质影响裂缝的扩展，高脆性，非均质性 强的地层容易形成复杂裂缝网络；(2) 地应力是影响裂缝扩展的最主要因素，决定了裂缝扩展的方向与裂缝形 态；(3) 页岩储层中的天然弱面 ( 层理与天然裂缝等 ) 是产生复杂裂缝的重要原因，其弱面性质、产状以及地应力 共同决定了裂缝能否穿过弱面扩展；(4) 高施工排量和高黏度可以有效增加储层的压裂改造范围，但是裂缝复杂 程度低；(5) 射孔方式能影响裂缝复杂程度，螺旋射孔得到的裂缝形态最复杂，平面射孔的裂缝形态最简单。通 过实验和数模可以研究特定地层和施工条件下的裂缝扩展规律，但是无法满足现场真实情况下的复杂裂缝网络 的裂缝扩展规律的研究。未来对于页岩储层裂缝扩展规律的研究仍然以实验和数值模拟方法为主，不断改进和 完善复杂裂缝网络的模拟，同时大力发展裂缝形态监测技术，更加准确的描述实验和现场压裂裂缝的形态。此 外积极探索研究裂缝扩展规律的新方法，为我国非常规页岩油气资源的勘探开发提供强有力的储层改造理论保 障。
页岩储层微观孔隙结构特征
第３４卷 第２期２０１３年３月石油学报ＡＣＴＡ ＰＥＴＲＯＬＥＩ ＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３４Ｍａｒ． Ｎｏ．２２０１３基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎｏ．５１２７４２１４）、教育部科学技术研究重大项目（Ｎｏ．３１１００８）和油气资源与探测国家重点实验室自主研究课题（ＰＲＰ／ｉｎｄｅｐ－３－１１０８）资助。
第一作者：杨 峰，男，１９８７年７月生，２００９年毕业于西南石油大学，现为中国石油大学（北京）博士研究生，主要从事非常规油气开发方面研究。
Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｆｅｎｇ２２７＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：宁正福，男，１９６５年１０月生，２００２年获石油大学（北京）博士学位，现为中国石油大学（北京）教授、博士生导师，主要从事油气藏工程和非常规油气开发方面研究。
Ｅｍａｉｌ：ｎｚｆ＠ｃｕｐ．ｅｄｕ．ｃｎ文章编号：０２５３－２６９７（２０１３）０２－０３０１－１１ ＤＯＩ：１０．７６２３／ｓｙｘｂ２０１３０２０１２页岩储层微观孔隙结构特征杨 峰 宁正福 胡昌蓬 王 波 彭 凯 刘慧卿（中国石油大学石油工程教育部重点实验室 北京 １０２２４９）摘要：为了研究页岩储层的微观孔隙结构特征，应用场发射环境扫描电子显微镜观察了页岩表面纳米级孔隙微观形态，并通过低温氮吸附法测定了页岩的氮气吸附等温线，同时结合高压压汞实验对页岩储层孔隙结构进行了深入研究。
研究结果表明：页岩储层孔隙处于纳米量级，孔隙类型可分为有机质纳米孔、黏土矿物粒间孔、岩石骨架矿物孔、古生物化石孔和微裂缝５种类型，其中有机质纳米孔和黏土矿物粒间孔发育最为广泛；页岩孔径分布复杂，既含有大量的中孔（２～５０ｎｍ），又含有一定量的微孔（＜２ｎｍ）和大孔（＞５０ｎｍ）；孔径小于５０ｎｍ的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积，是气体吸附和存储的主要场所；页岩阈压非常高，孔喉分选性好，连通性差，退汞效率低，中孔对气体渗流起明显贡献作用，微孔则主要起储集作用。
关键词：页岩；纳米级孔隙；扫描电镜；氮气吸附；高压压汞中图分类号：Ｐ６１８．１３ 文献标识码：ＡＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓＹＡＮＧ Ｆｅｎｇ ＮＩＮＧ Ｚｈｅｎｇｆｕ ＨＵ Ｃｈａｎｇｐｅｎｇ ＷＡＮＧ Ｂｏ ＰＥＮＧ Ｋａｉ ＬＩＵ Ｈｕｉｑｉｎｇ（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ａ ｆｉｅｌｄ－ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉ－ｃｒｏｓｃｏｐｅ ａｎｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅｒｃｕｒｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｗａｓ ｇａｉｎｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ａｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｉｎ ａ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｇｒａｄｅ，ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｉｎｔｏ ｆｉｖｅ ｔｙｐｅｓ：ｏｒｇａｎｉｃ ｎａｎｏｐｏｒｅｓ，ｉｎｔｅｒ－ｐａｒｔｉｃｌｅ ｐｏｒｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌｓ，ｍｉｎｅｒａｌ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｒｏｃｋ ｓｋｅｌｅｔｏｎｓ，ａｐｅｒｔｕｒｅｓ ｉｎ ｐａｌａｅｏｎｔｏｌｏｇｉｃ ｆｏｓｓｉｌｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｆｒａｃｔｕｒｅｓ，ｏｆ ｗｈｉｃｈｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍｍｏｎ ｏｎｅｓ ａｒｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｎａｎｏｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｐａｒｔｉｃｌｅ ｐｏｒｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌｓ．Ｔｈｅ ｐｏｒｅ－ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅｓ ａｒｅｃｏｍｐｌｅｘ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｅｓｏｐｏｒｅｓ（２～５０ｎｍ），ｂｕｔ ａｌｓｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ（＜２ｎｍ）ａｎｄ ｍａｃｒｏ－ｐｏｒｅｓ（＞５０ｎｍ）．Ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｓｏｐｏｒｅｓ ｗｉｔｈ ａ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ５０ｎｍ ａｍｏｕｎｔ ｔｏ ｍｏｓｔ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｖｏｌｕｍｅｏｆ ｓｈａｌｅ ｐｏｒｅｓ，ａｎｄ ｍａｉｎｌｙ ａｒｅ ｐｌａｃｅｓ ｆｏｒ ｇａｓ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ．Ｓｈａｌｅ ｉｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｇｏｏｄ－ｓｏｒｔｉｎｇｐｏｒｅ ｔｈｒｏａｔｓ，ｐｏｏｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｍｅｒｃｕｒｙ ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｍｅｓｏｐｏｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｌｅ ａｐｐａｒｅｎｔｌｙ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ａ ｌｏｔｔｏ ｇａｓ ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅ ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｌｅ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｆｏｒ ｇａｓ ｓｔｏｒａｇｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｅ；ｎａｎｏｐｏｒｅ；ＳＥＭ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅｒｃｕｒｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ 近年来，随着非常规油气藏勘探开发的深入，页岩由于储集丰富的油气资源而突破了将其作为烃源岩或盖层的认识，页岩储层的孔隙结构也受到了广泛关注［１－３］。
页岩储层压裂液渗吸及返排机理研究进展
第49卷第11期 当 代 化 工 Vol.49，No.11 2020年11月 Contemporary Chemical Industry November，2020基金项目：“十三五”国家科技重大专项，涪陵页岩气水平井多段压裂效果与生产规律分析研究（项目编号：2016ZX05060-007）。
收稿日期： 2020-03-12页岩储层压裂液渗吸及返排机理研究进展屈亚光，巩旭，石康立，刘一凡，马国庆，王啸（长江大学 石油工程学院，武汉 430100）摘 要：中国页岩气可采资源量排名世界前列，但由于页岩气存在于致密的储层中，很难使用常规技术将其开采，需要经过大规模的压裂才可以得到较为可观的产量。
一般而言，页岩气的产量应与压裂液的返排量呈正相关。
然而，实际生产过程中普遍出现“万方液，千方砂”，甚至返排率越低产量越高的现象，这与理论分析结果相差较大。
通过调研前人文献，发现其主要是利用不同TOC 含量的岩样在常温常压下进行压裂液的渗吸与返排实验，并通过分析实验数据得出了储层岩石的含水饱和度、毛管压力、流体物性、润湿性等因素均会对压裂液的渗吸与返排产生不同程度的影响。
若能揭示压裂液在不同页岩储集层中的渗吸和返排机理，将会对优化页岩水平井设计和提高页岩气产量有很好的指导意义。
关 键 词：页岩气；压裂；渗吸；返排中图分类号：TE349 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）11-2532-04Research Progress of Imbibition and Backflow Mechanism ofFracturing Fluids in Shale ReservoirsQU Ya-guang, GONG Xu, SHI Kang-li, LIU Yi-fan, MA Guo-qing, WANG Xiao（College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan 430100, China ）Abstract : China ranks top in the world in terms of recoverable shale gas resources. However, shale gas exists in tight reservoirs, making it difficult to extract using conventional techniques and requiring extensive fracturing to produce significant production. The yield of shale gas should be positively correlated with the backflow rate of fracturing fluid. In the actual production process, there is a general phenomenon of “ten thousand of liquid, thousands of sands ", and even the lower the flowback rate, the higher the output, which is quite different from the theoretical analysis results. On the basis of researching the literatures, it was found that permeability and flowback experiments of fracturing fluids were always carried out by using rock samples with different TOC contents, and the experimental data analysis has proved thatwater saturation, capillary pressure, fluid property, wettability and other factors all can affect the imbibition and backflow mechanism of fracturing fluidsto some extent. If the mechanism of percolation and flowback of fracturing fluids in different shale reservoirs can be revealed, it will be of great significance to optimize the design of horizontal shale wells and increase shale gas production. Key words : Shale gas; Fracturing; Imbibition; Backflow页岩气储层与常规油气层相比具有低孔、低渗、难开采的特点。
页岩气吸附与解吸附机理研究进展
１ 页岩气 的赋存及影响 因素
１ ． １ 页 岩气 的赋存 形态
页岩 气具 有生 储 同层 的地 质 特 点 ， 研 究 整个 页 岩气 的吸附 与解 吸 附过 程 ， 应 首 先分 析 页 岩气 的赋 存形 式与 含气 量 ， 它们 决 定 了解 吸气 原 始 含量 和 相
态间转化 量的多少 。美 国页岩气研究 领域著名学
裂缝 网络 里 的 解 吸 、 扩散 和渗流ｌ ５ 耦合传质 （ 目前
无专 门术 语描 述解 吸 、 扩 散 和 渗 流 三 种机 理 耦 合 过
改造
等 与工 艺 密 切 相 关 的领 域 ， 对 页岩 气
传 质 的起 点 或 基 础—— 吸 附和 解 附机 理 关 注 还 是 相 对较 少 ， 特 别 是 一 些 最 基 础 的研 究 依 然 不 足 ， 如 各 种矿 物 和 有 机 质 的吸 附 特 性 数 据 还 不 多 。现 对
页岩气 吸 附 与解 吸 附 机 理 国 内外 研 究 现 状 进 就 行 分析 ， 并 提 出值得 关注 的一 系列 问题 。
程， 此暂以传质特指 ， 国内已有学者这样使用 ） 过
程为研 究 难 点 。这 些 问 题 研 究 得 不 充 分 或 相 对 滞
后， 势 必影 响 和制 约我 国今 后 对 页 岩气 的科 学 有 效
中裂缝 扩 展 机 理 也 处 于探 索 研 究 阶段 ’ ” 。 唯 页
岩 对气 体 的 吸 附 与解 吸 附 的研 究 仅 通 过 宏 观 实 验
就 可进 行 。另 就 目前 国 内对 页 岩 气 开 发 的研 究 来 看， 大家 主要 针对 的是钻 井 ｎ 、 储 层评 价 和
者Ｊ ｏ ｈ ｎ Ｂ ． Ｃ ｕ ｒ ｔ ｉ ｓ 在２ ０ ０ ２年提 出 ， 页岩 气在 本 质上 就
页岩油微观渗流机理研究进展
页岩油微观渗流机理研究进展
王鸣川;王燃;岳慧;张薇;王付勇;陈志强
【期刊名称】《石油实验地质》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】页岩油已成为全球非常规油气资源勘探开发的重点,但其开发面临诸多挑战。
针对页岩油赋存孔隙空间复杂、渗流机理尚不明确和研究方法亟需探索的关键问题,从孔隙尺度和岩心尺度,系统阐述了页岩油微观渗流机理在实验方法和计算模拟方面的研究现状,探讨了目前存在的问题和未来研究的发展趋势。
结果显示,目前多种实验方法结合能较好表征页岩孔隙结构,但对微尺度与岩心尺度流动的表征尚存在不足;孔隙尺度流动机理研究以格子玻尔兹曼方法为代表的直接法和以孔隙网络模拟为代表的间接法为主,但对微尺度效应的考虑有待完善;岩心尺度流动机理研究主要为基于毛管束模型和分形理论,建立考虑边界层效应的渗流模型。
指出充分考虑页岩油微纳米孔隙中流动边界吸附/滑移、密度/黏度非均质性、应力敏感、启动压力梯度等因素,耦合不同尺度渗流机理,构建能够准确表征页岩油多相多尺度流动特征的数学模型是未来的主要研究方向。
【总页数】13页(P98-110)
【作者】王鸣川;王燃;岳慧;张薇;王付勇;陈志强
【作者单位】中国石化页岩油气勘探开发重点实验室;中国石化石油勘探开发研究院;中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TE311
【相关文献】
1.油滴在界面张力下的渗流——添加表面活性剂蒸汽吞吐微观渗流机理
2.吉木萨尔凹陷页岩油储集层渗流机理
3.基于微观渗流特征的水驱后残余油动用机理研究
4.高含水油藏微观剩余油渗流机理与孔喉动用特征
5.矿物组成对页岩油渗流机理的影响
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页岩气钻采技术现状及展望
3、强化环保措施。加大对废水、废弃物处理技术的研究力度，推行环保型 钻采技术，降低对环境的影响。
4、加强政策支持。政府应加大对页岩气开发的扶持力度，制定相应的政策 措施，推动页岩气产业的健康发展。
四、结论
页岩气作为一种清洁、高效的能源资源，其开发利用对于保障能源安全和降 低碳排放具有重要意义。本次演示分析了页岩气钻采技术的现状和未来发展趋势， 讨论了纳米技术在页岩气开发中的应用前景。针对现有问题提出了加强基础研究、 推动技术创新、强化环保措施等建议，以期为页岩气钻采技术的进一步发展提供 参考。随着科技的不断进步和政策支持的加强，相信页岩气钻采技术将在未来发 挥更大的作用，为全球能源结构的优化做出贡献。
页岩气钻采技术现状及展望
目录
01 一、页岩气钻采技术 现状
03 三、问题与建议
02
二、页岩气钻采技术 展望
04 四、结论
随着全球对清洁能源的需求不断增加，页岩气作为一种丰富的能源资源，正 日益引起人们的。页岩气钻采技术的发展对于缓解能源紧张、降低碳排放具有重 要意义。本次演示将探讨页岩气钻采技术的现状及未来发展趋势，以期为相关领 域的研究提供参考。
2、未来发展方向
展望未来，页岩气钻采技术将朝着更加高效、环保、安全的方向发展。首先， 需要进一步优化现有的水力压裂和水平井技术，以提高开采效率和降低成本。其 次，低能耗、低排放的绿色钻采技术将得到更广泛的应用，以实现页岩气开发的 可持续发展。此外，加强非常规页岩气藏（如深层、高含水、低渗透等复杂条件 下的页岩气藏）的研究，将为页岩气资源的开发提供更广阔的前景。
3、解决方案
为解决上述问题，研究人员正在不断探索新的技术和方法。例如，新型的增 产措施如酸化、压裂等，能够提高页岩气的开采效率。同时，通过改进钻井液、 优化井身结构等措施，可降低钻采成本，提高生产效率。此外，加强废水、废弃 物的处理和循环利用技术的研究，有助于实现页岩气开发的可持续发展。
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第27卷第12期2012年12月地球科学进展ADVANCESINEARTHSCIENCEVol．27No．12Dec．，2012
崔景伟，邹才能，朱如凯，等．页岩孔隙研究新进展［J］．地球科学进展，2012，27（12）：1319-1325．［CuiJingwei，ZouCaineng，ZhuRukai，etal．Newadvancesinshaleporosityresearch［J］．AdvancesinEarthScience，2012，27（12）：1319-1325．］
页岩孔隙研究新进展*
崔景伟1，邹才能1，2，朱如凯1，2，白斌1，2，吴松涛1，2，王拓1（1．中国石油勘探开发研究院，北京100083；2．提高采收率国家重点实验室，北京100083）
摘要：随着非常规油气勘探的兴起页岩孔隙研究备受重视，如何研究页岩孔隙已经成为非常规油气首要解决的问题之一，其对页岩油气勘探层位选取、资源潜力评价和油气渗流能力计算具有重要意义。对页岩微—纳米孔隙表征技术、页岩孔隙类别的划分以及页岩孔隙演化规律分别进行了综述并指出存在问题，同时结合最新研究进展对页岩孔隙研究进行展望。提出工业CT—微米CT—纳米CT/FIB系列辐射扫描方法和压汞（MICP）—氮气吸附（N2）—二氧化碳吸附（CO2）
流体法是
孔隙定量表征的最优方法，通过单井孔隙度测井资料与实验室测定结果建立校正图版指导储层孔隙发育段优选；页岩孔隙分类研究还应该考虑含油气性，利用原子力显微镜等工具加强孔隙含油性研究；孔隙演化规律研究应该采用模拟实验和真实剖面样品对比并结合矿物组成分析等寻找主控因素。关键词：页岩；孔隙表征；孔隙分类；孔隙演化中图分类号：P62文献标志码：A文章编号：1001-8166（2012）12-1319-07
1引言
近年来，世界范围内掀起一场“页岩气革命”，北美地区已形成Barnett，Fayetteville，Haynesville在内的8个重要页岩气产区，探明可采储量约24×1012m3，仅美国2011年产量就达到1800×108m3；中国、欧洲、印度、澳大利亚以及新西兰等国家和地区也相继开展了页岩气勘探的选区评价和先导试验［1～5］。2011年中国国土资源部评估中国页岩气可采资源量约为25×1012m3，中国石油和中国石化分别在四川盆地古生界海相页岩和陆相页岩中取得页岩气勘探的突破。另外，美国还在福特沃斯盆地（FortWorth）Barneet页岩层系、南加州西海湾盆地（WesternGulfBasin）Eagleford页岩层系和威利斯顿盆地（WillistonBasin）Bakken页岩层系获得工业性原油产量，而纯页岩贡献量存在争议［6～8］。页岩层系油气勘探表明，页岩不仅能作为生油岩和盖层，还能成为储层。近年来，国内外加强了对页岩油气成藏机理和评价方法的研究，美国地质调查局（USGS）专家提出“连续性油气聚集”的概念，并认为页岩油气是其中
的一种，属于非常规油气［9，10］。非常规页岩油气勘探的核心不同于常规油气勘探的寻找圈闭而是寻找储层，而页岩微—纳米孔隙的识别和定量，孔隙分类
和赋集油气有效性判识以及孔隙演化规律的认识是页岩储层研究的难点和重点，其对页岩油气水平井层位选取、资源潜力评价和油气渗流能力计算具有
重要意义。
2页岩储集空间表征
近年来，国外在泥页岩储层的平面微观特征研究方面进行了大量的工作，对象集中在泥页岩微孔隙和微裂缝［11～15］。采用的仪器和分析手段包括高
分辨率的场发射扫描电镜、原子力显微镜（AFM）、
收稿日期：2012-07-09；修回日期：2012-09-13．*基金项目：中国博士后科学基金项目“鄂尔多斯盆地延长组长7泥页岩孔喉表征与石油聚集机制”（编号：2012M510481）；国家油气重
大专项“国家大型气田及煤层气开发项目”（编号：20082X05001）资助．作者简介：崔景伟（1980-），男，河北衡水人，博士后，主要从事非常规页岩油气地质综合研究．E-mail：jingwei．cui@126．com小角散射（SAXS）和透射电子显微镜等手段［13，14，16］。同时，通过对比泥页岩机械剖光和氩离子切割抛光之后的效果，得出观察泥页岩孔隙平面分布在制样阶段最好进行氩（Ar）离子抛光。另外，为了观察泥页岩孔隙的三维分布特征，采用了样品无损检测的3DX-射线微米CT、Nano-CT以及破坏样品的双离子束（FIB-SEM）手段，并结合能谱（ESD）或背散射图像（BEI）还可以实现不同矿物成分的三维分布图像［14，17，18］（图1）。国内的学者在充分调研和吸收国外页岩储层研究的基础上，也开始尝试利用氩离子抛光技术对页岩样品进行处理，在高分辨率扫描电镜下观察页岩纳米级孔隙与微裂缝的结构特征。不仅对泥岩烃源岩的孔隙形态特征与大小进行了初步的探讨［19，20］，还在四川盆地海相页岩中首次发现微米—纳米级孔隙与微裂缝发育，并利用场发射—扫描电镜和纳米CT扫描重构了泥/页岩和砂岩中的孔隙结构［21，22］。双离子束系统（FIB-SEM）实现样品切割和扫描电镜良好结合，实现切割与扫描同时进行，结合图像重构软件和能谱，实现泥页岩储集空间的三维重构和观察，尽管分辨率提高到2nm可以实现真正的纳米级储集空间表征，但是该方法属于破坏式。CT技术在表征泥页岩三维储层方面也有巨大潜力，特别是Nano-CT实现纳米级孔隙三维立体观测，其分辨率可以达到50～70nm，若结合图像处理技术可以对泥页岩储层连通性、各向异性和孔隙度等进行定量评价，引入逾渗理论可实现泥页岩储集空间内流体流动的探讨［23］。但是纳米CT技术同样存在样品尺寸和分辨率之间的矛盾，这对非均质性很强的页岩而言可能分析结果不具代表性，因此建议岩芯先实行工业CT扫描进行类别划分，再按类别将样品进行微米CT扫描并再分类，最后对不同类别样品分别进行纳米CT扫描使得分析样品具有代表性，形成工业CT—微米CT—纳米CT/FIB系列扫描分析的表征手段。不同于光学辐射方法，流体渗入方法也是储集空间表征的重要手段。如，汞作为非润湿性的流体，利用不润湿性的汞进入量和进入压力之间的关系，可以根据Washburn方程得出压力对应的孔喉半径，高压（＞0．7MPa）40s达到平衡，低压（＜0．7MPa）10s即达到平衡后，根据每个压力步下进入的汞量即为压力对用孔喉半径下的孔隙度。但是，由于压力的限制，压汞测得孔隙度缺少部分纳米级尺寸的孔隙度，一般常用正态分布来估算［24］。孔隙的形状不一定是圆柱状、压汞存在遮挡效应（即样品表面的狭窄孔喉可能导致样品内部较大孔喉内部流体无法进入）和边界效应（压汞在很低的压力下进入狭窄孔喉内）可能会对压汞法的测试结果造成部分影响。本文提出利用N2吸附和CO2吸附分别测定介孔（2～50nm）和微孔（＜2nm）的方法实现对缺失部分空隙大小和孔径分布的测定，形成高压压汞（MICP）—氮气吸附（N2）—二氧化碳吸附（CO2）流
体法（图2）。但是N2吸附和CO2吸附测定介孔（2～50nm）和微孔（＜2nm）的孔容和孔径分布可能
受到页岩粉碎程度、页岩含水量和页岩非均质性等方面因素影响。总之，页岩孔隙的表征和定量研究在实验室已经取得重要的进展。但是不同沉积环境下页岩（海相、海陆过渡相和海相）以及不同有机质类型页岩（Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型）内部孔隙发育特征及控制因素
对比研究需要加强。此外，如何将采集分析样品孔隙表征技术放大到地质尺度上并指导页岩油气的勘探是未来页岩油气储层研究的一个重要的发展方向。可以通过单井密集取样分析孔隙与孔隙度测井方法如声波测井、中子测井和密度测井等结合建立校正图板并尽而推广。
3页岩孔隙分类标准和含油气有效性
一般认为页岩内（83±4）%孔隙度来自纳米孔隙的贡献。IUPAC按照孔径的大小分为极微孔（＜1．5nm）、超微孔（0．5～2．0nm）、介孔（2．0～50nm）和大孔（＞50nm），其中＞2nm的介孔采用
BJH方法或者密度泛函理论（DFT）计算，＜2nm的
微孔现在采用的较多的也是参考密度泛函方法（DFT）方法计算。根据孔隙的连通性分为盲孔（单
边连通）、闭孔（孤立无连通）和连通孔。邹才能等［21］提出页岩中喉隙直径＜2μm的为纳米孔喉，2μm～2mm之间为微米孔喉，＞2mm的为宏观孔
喉。有机质丰度较高的页岩中（TOC1%～20%），＜50nm的孔隙占据绝大部分的孔隙度。Katsube等［25］指出4400～5600m深度下页岩孔大小为2．7～11．5nm，大于25nm的孔隙很少。此外，国外学者对泥
页岩中的微观孔隙大小进行了统计和研究［11，12，26］。其中，Chalmers等建议取消错误的纳米孔叫法，根据国际纯粹和应用化学联合会的分类法称为微孔［27，28］。
目前主要根据电镜观察进行的分类方法中几种代表性的分类见表1：一种是页岩中孔隙介质可分为4类：无机矿物基质、有机质、天然裂缝以及水力
0231地球科学进展第27卷压裂缝［29］；另一种是将页岩孔隙分为有机物孔、黄铁矿粒间孔、生物化石中矿物微裂缝等孔隙类型［14］；还有一类是将泥页岩中的微观孔隙分为页硅酸盐孔（PF-pore）、碳酸盐溶蚀孔（CD-pore）和有机质孔（OM-pore）。比较简单和实用的方案是将泥页岩中的孔隙分为有机质孔、粒间孔隙和粒内孔隙3类［30］，既考虑简单可行性还考虑油气润湿性和油气
流动差异。
表1页岩孔隙分类依据和类别Table1Classificationandtypesofshaleporosity依据分类孔径大小孔隙连通性孔隙基质
1大孔毫米孔闭孔粒间孔无机孔页硅酸盐孔
2中孔微米孔盲孔粒内孔有机质孔碳酸盐孔
3超微孔纳米孔通孔有机质孔自然裂缝有机质孔
4极微孔///人工裂缝/
毫无疑问，现今的孔隙分类不管是孔隙大小还是形貌均没有考虑含油气性能。有效孔隙度才是流体流动的空间，而不是总孔隙度，不包括孤立孔。JoachimDorsch［31］提出了泥岩的有效孔隙度测定方法。汞孔隙度和氦孔隙度以及水浸入方法测试孔隙度为有效孔隙度。Freeze等［32］指出在低渗透沉积物中内扩散被认为是主要的运移方式，与基质孔隙相比裂缝孔隙度是主要的扩散通道。Pearson等［33］提出泥岩的孔隙包括总孔隙度（或者物理孔隙度，没有被矿物颗粒占据的体积），平流孔隙度（与平均线性流速有关），扩散孔隙度（与扩散基质和物质有关），地球化学孔隙度（流体反应的孔隙度，在泥岩中一般等于其他孔隙度的30%～70%）。目前，利用扫描电镜可以看到页岩热模拟样品中存在沥青球，环境扫描电镜观测到沥青膜和裂缝沥青，但是各类纳米级孔隙的含油性的观测受控于分辨率和真空—低真空环境中的挥发作用不可能实现。如果孔隙含油气，即使轻质组分挥发也应该在孔隙内残留重质部分沥青质，因此，建议加强微—纳米孔隙内残留沥青质的研究，这样可以作为含油气有效性的直接证据（图3）。简言之，页岩孔隙分类标准和关注角度导致类别不同。但是对页岩油气勘探而言，如何实现页岩孔隙含油气性及饱和度确定才是页岩储层的关键。如何加强测井手段的预测无疑是一个重要的研究方向，孔隙流体和测井资料本身品质无疑是重要的影响因素。4页岩孔隙演化研究Connell-Madore等［36］通过加拿大Beaufort-Mackenzie盆地28块样品分析显示微孔孔隙度（10～250μm）随着砂质的增加而增加，随着粘土和粉砂含量的增加而减小；中孔（0．025～10μm）孔隙度随着砂质和粘土的增加而增加，随着砂质含量的增加而降低；纳米孔隙度（2．5～25nm）与颗粒之间缺少明显的相关性。美国Barnett页岩，Haynesville页岩以及加拿大Buckinghorse，Shaftesbury页岩的孔径分布实验显示中孔和微孔在甲烷吸附能力方面的重要性，发现微孔和甲烷吸附能力之间存在良好的正相关关系，微孔主要分布在有机质中，且随着成熟度增加而增加［28］。Barnett页岩贫粘土矿物，钙质和硅质页岩粒内孔隙约占据总孔隙的20．15%，碳酸盐颗粒内部的孔隙主要是有机质成熟过程中流体溶蚀形成［37］。