富有机质泥页岩有机质孔隙研究进展

第４２卷第１期　２０１５年２月　成都理工大学学报（自然科学版）　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＥＮＧＤＵ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．４２　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１５　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—９７２７．２０１５．０１．０７　［文章编号］１６７１—９７２７（２０１５）０１—００５０—１０　

富有机质泥页岩有机质孔隙研究进展　

罗小平　，吴　飘　，赵建红　，杨　宁。　（１．油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都６１００５９；　２．中国石化中原油田分公司勘探开发科学研究院，河南濮阳４５７００１）　

［摘要］泥页岩有机质孔隙是页岩气储层的主要孔隙类型，是页岩气的富集关键因素之一。近　年来对有机质孔隙成因、控制因素及页岩气储层的储渗性能研究取得了较大的进展，研究表　明；有机质孔隙的成因包括干酪根生烃形成的孔隙与沥青裂解形成的孔隙２种类型。根据有　机质孔隙大小，可分为大孔、中孔（介孔）与微孔。页岩气以吸附态赋存在微孔、介孔中，以游离　态保存在大孔中。吸附态主要发生在孔径＜１０　１２１２１的孔隙中，大孔中游离态烃以非达西渗流　方式流动。有机质的成熟度处于０．９　～３．６　、腐泥组与镜质组显微组分、有机碳质量分数　＞２．Ｏ　是有机质孔踩发育的有利条件｝压实程度较高、较高的流体压力、脆性矿物含量高的泥　页岩是有机质孔隙保存的有利条件。　［关键词］富有机质泥页岩；有机质孔隙｝孔隙成因Ｉ影响因素｝储集能力　［分类号］ＴＥ１３２．２；ＴＥ１２２．２３　［文献标志码］Ａ　

Ｓｔｕｄｙ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｏｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅｓ　ｉｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｔｅｒ－ｒｉｃｈ　ｍｕｄ　ｓｈａｌｅ　ＬＵＯ　Ｘｉａｏ—ｐｉｎｇ　，ＷＵ　Ｐｉａｏ　，ＺＨＡＯ　Ｊｉａｎ—ｈｏｎｇ　，ＹＡＮＧ　Ｎｉｎｇ　１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏｉｌ　ａｎｄ　Ｇａｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，　Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１　００５９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，　ＳＩＮＯＰＥＣ，Ｐｕｙａｎｇ　４５７００１，Ｃｈｉｎａ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｐｏｒｅ　ｔｙｐｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｕｄ　ｓｈａｌｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ａｎｄ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ．Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ　ｇｅｎｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ａｎｄ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｈａｖｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｇｒｅａｔ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｔｈｅｓｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｔｈｅ　ｐｏｒｅｓ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ　ｉｎ　ｋｅｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｔａｒ　ｃｒａｃｋｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｚｅｓ，ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅｓ　ｃａｎ　ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ　ｉｎｔｏ　ｍａｃｒｏｐｏｒｅ，ｍｅｓｏｐｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ．Ｔｈｅ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　ｉｓ　ｒｅｓｔｏｒｅｄ　ｉｎ　ｍｅｓｏｐｏｒｅｓ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ　ａｓ　ａｎ　ａｂｓｏｒｂｅｄ　ｐｈａｓｅ，ａｎｄ　ｉｎ　ｍａｃｒｏｐｏｒｅｓ　ａｓ　ａ　ｆｒｅｅ　ｐｈａｓｅ．Ｔｈｅ　ｆｒｅｅ　ｇａｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｃｒｏｐｏｒｅｓ　ｆｌｏｗｓ　ｉｎ　ｎｏｎ－Ｄａｒｃｉａｎ　ｗａｙ．Ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｕｒｉｔｙ（Ｒ。）ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｔｅｒ　ｉｓ　０．９　～３．６　，ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｔｙｐｅ　ｗｉｔｈ　ｓａｐｒｏｐｅｌｉｃ　ａｎｄ　ｖｉｔｒｉｎｉｔｅ　ｔｙｐｅ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ＴＯＣ　ｃｏｎｔｅｎｔ　（＞２．０　）ａｒｅ　ｔｈｅ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅｓ．Ｔｈｅ　ｍｕｄ　ｓｈａｌｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　

ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｄｅｇｒｅｅ，ｈｉｇｈ　ｆｌｕｉｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｂｒｉｔｔｌｅ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓ　

［收稿日期］２０１４—０６—１０。　［第一作者］罗小￣（１９６５一），男，博士，教授，从事石油地质学的教学与研究工作，Ｅ－ｍａｉ１：１ｕ。ｘｉａｏｐｉｎｇ０７＠ｃｄｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。　第１期　罗小平，等：富有机质泥页岩有机质孔隙研究进展　·５１·　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｄ　ｓｈａｌｅ；ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｒｅ；ｇｅｎｅｓｉｓ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ；ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ａｂｉｌｉｔｙ　

有机质孔隙在富有机质泥页岩中广泛发育，　是泥页岩储集空间的重要组成部分＿１］。页岩气既　可以以游离态保存在孔隙中，又可以以吸附态吸　附在矿物颗粒与有机质表面。有机质孔隙度大小　直接控制着吸附态天然气的含量，孔隙的分布情　况控制着页岩油气的分布＿２］。另一方面，原始有　机质的类型与演化程度、有机质粒内孔的发育程　度是判断页岩层区块商业开发价值的地质条件标　准；有机质孔隙的埋藏深度是判断页岩层区块商　业开发价值的开发条件标准　］。因此，有机质　孔隙研究对页岩气勘探和页岩气资源量评价具有　重要的价值，对后期的开发也具有一定的指导意　义［ｃ］，是目前页岩储层研究的热点、重点和难　点　。　富有机质泥页岩一般是指泥页岩分布面积　广、厚度稳定（＞３０　ｍ）、有机碳的质量分数　（叫　）＞２　９／６［７３。目前，不少研究者认为该类泥页　岩对页岩气富集至关重要［７］。页岩气是主体位于　暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态　为主要存在方式的天然气聚集　］。　近几年来，国内外学者对泥页岩进行了大量　研究，许多关于泥页岩作为储集层的基本问题被　提出来＿ｇ］。微观孔隙作为泥页岩有效的储集空　间，国内外学者开展了很多研究工作　；但是针对　有机质孔隙的研究尚未见到系统的研究成果，本　文的目的是希望能通过文献调研更新知识，为后　续的研究提供有价值的参考。　１　有机质孔隙的成因　富有机质泥页岩发育３类孑Ｌ隙——有机质孔　隙、粒问孔隙和粒内孔隙口　。有机质孔是指有机　质颗粒内的孔隙口　，是页岩在埋藏成岩与有机质　演化过程中形成的孑Ｌ隙，属于次生孔隙，是富有机　质泥页岩主要孑Ｌ隙类型，一般较原生孔隙发　育［１　。目前，有关有机质孔的成因主要存在两种　观点：（１）干酪根生烃形成有机质孔。Ｊａｒｖｉｅ　（２００７），Ｌｏｕｃｋｓ（２００９）等认为有机质孔主要是由　固体干酪根转化为烃类流体而在干酪根内部形成　的孔隙＿４　卜¨］。在有机质埋藏和成熟阶段（油气　生成窗），有机质生烃形成液体或气体聚积，产生　气泡，有机质体积缩小，气体体积膨胀，导致有机　质孔产生。这类孔隙主要受热演化程度的控制，　与有机质的烃转化率呈正相关关系，泥页岩烃转　化率越高，有机质孔隙越大［１　。目前，对干酪根　生烃形成有机质孔的研究较深入，在大量的泥页　岩中均可见到此种类型的孔隙（图１）。（２）沥青　质裂解阶段产生有机质孔隙。在对鄂尔多斯盆地　延长组长７页岩孔隙演化研究时，利用成岩物理　模拟实验样品进行扫描电镜观察，发现页岩有机　质孔隙在模拟温度＞３８０℃时开始出现，在３２５℃　时有机质孔隙主要是有机质边缘收缩缝，４５０℃时　开始出现有机质边缘和粒内孔，＞５５Ｏ℃时有机质　孔隙明显增加口　。对渝页１井页岩储层孔隙发　育特征的研究也证实沥青中的确存在有机质孔　（图２），说明残留的沥青质裂解阶段产生有机质　孔隙Ｅ　］。　因此，有机质孔隙按成因分类主要有干酪根　孑Ｌ隙和沥青质裂解孔隙２种类型，主要是由于富　有机质页岩有机质颗粒在成岩后期（成熟一过成　熟阶段）颗粒内部压力增大，有机质颗粒体积缩　小，伴随一次排烃过程，产生的次生有机质孔；在　高演化阶段残留沥青裂解也能产生有机质孔。这　２种类型的孑Ｌ隙发育主要与泥页岩有机质丰度及　热演化程度相关。　

２有机质孔隙的微观结构　有机质孔隙密集分布在有机质内部，大小介　于１Ｏ～９００　ｎｍ之间，主要孑Ｌ径为１５０　ｎｍ左右，　是有机质演化过程中发育的纳米孔，其平均孔径　明显小于矿物基质粒内、粒间孔＿２　。按ＩＵＰＡＣ　的纳米孔分类方法Ｉ２　，该类孔隙包括宏孑Ｌ隙（也　称大孔，直径＞５０　ｎｍ）、中孔隙（也称介孔，２～５Ｏ　ｎｍ）、微孔隙（直径＜２　ｎｍ）。其中由于丰富的有　机质是提供微孑Ｌ的主要载体，微孔又可称作有机　质：ｆＬ　Ｅ。　。有机质孔的孔隙形态呈圆形、椭圆形、　不规则形、棱角状等（图１）。有机质孑Ｌ隙的特征　主要表现为：比表面积大、结构复杂，丰富的内表　面通过吸附方式可以储存大量气体，大量的吸附　气吸附在有机质表面，少量的游离气存储于有机　质大孔隙之中＿＿５］。　‘