【摘要】：頁巖氣儲層以納米、微米級孔喉為主,微觀孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了其具有極低孔隙度和滲透率,泥頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)控制了氣體的運(yùn)移方式、賦存狀態(tài)、流動機(jī)理以及富集規(guī)律等多個方面。本文在研究柴東石炭系泥頁巖地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上,研究了泥頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu),微觀孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖氣運(yùn)聚以及泥頁巖宏觀破裂的影響和控制作用。柴達(dá)木盆地東部地區(qū)石炭系泥頁巖廣泛發(fā)育,巖性多以富有機(jī)質(zhì)泥頁巖和碳質(zhì)泥巖為主,變質(zhì)程度較小,越來越多的油氣顯示被發(fā)現(xiàn),表明柴達(dá)木盆地石炭系泥頁巖有過生烴過程。井下泥頁巖具有良好的地化指標(biāo),有機(jī)碳含量在2㳠左右、成熟度比較高在1.2%左右;泥頁巖的X射線衍射礦物含量分析顯示具有較高的石英含量,總體脆性礦物在55%左右;泥頁巖的可壓裂性較好;孔隙度較高達(dá)10.75%。研究發(fā)現(xiàn)柴東石炭系泥頁巖發(fā)育的孔隙類型有3種,即有機(jī)質(zhì)孔、粒間孔、粒內(nèi)孔,其中粒間孔和粒內(nèi)孔比較發(fā)育,而有機(jī)質(zhì)孔不發(fā)育;孔隙直徑具有多尺度性,納米和微米級孔隙均有發(fā)育;微孔孔隙體積小,比表面積大;中孔和大孔比表面積小,孔隙體積大。泥頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖氣的吸附具有重要的影響。理論研究表明,在超臨界條件下,吸附勢微孔充填模型能很好的擬合實驗數(shù)據(jù);通過分析孔隙體積和比表面積與吸附量之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn),微孔體積、比表面積與吸附量之間的相關(guān)性非常好,且孔隙直徑小于0.821nm和0.5nm的累積體積與吸附量之間的相關(guān)性最好,相關(guān)性系數(shù)分別達(dá)到0.94和0.954;表明頁巖氣主要吸附或充填于微孔中,特別是小于1nm的孔隙,而不只是簡單的單分子層吸附。泥頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖氣的運(yùn)移具有控制作用。氣體分子在泥頁巖納米級孔隙中運(yùn)移受到限制,且在高壓下氣體為稠密性氣體,氣體分子的體積不能被忽略,通過引入稠密氣體理論計算,發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣體的壓力大于1.135MPa時(350K),在大于2nm的孔隙中,不會發(fā)生Knudsen擴(kuò)散;同時Knudsen滲透率修正因子受到孔隙大小、壓力以及溫度的影響,隨孔隙半徑的減小而增加,隨壓力增加而減小;隨溫度的升高而增加;孔隙越小溫度的影響就越明顯。滲透率受到泥頁巖微觀組構(gòu)的控制,具有明顯的各向異性,分析泥頁巖孔隙結(jié)構(gòu)與滲透率之間的關(guān)系表明,直徑為3-20nm的孔隙發(fā)育程度對氣體的運(yùn)移具有重要的影響。泥頁巖的宏觀破裂與其微觀孔隙結(jié)構(gòu)之間存在密切的關(guān)系。泥頁巖特殊的組構(gòu)特征影響到微裂隙發(fā)育,而宏觀破裂是由其內(nèi)部的微裂隙經(jīng)過擴(kuò)展、合并、貫通而成。宏觀破裂模式包括剪切型破裂、拉張型破裂和滑移型破裂;微觀上,微裂隙破裂主要包括剪切滑移型(II型)、拉張型(I型)兩種類型。從本質(zhì)上講,頁巖的剪切破裂和滑移破裂,都是由于微裂隙的剪切滑移破裂引起的,只是受到泥頁巖組構(gòu)的影響而表現(xiàn)出不同的破裂模式;拉張性破裂是由于微裂隙的張性擴(kuò)展。另外,宏觀破裂的過程中,微裂隙的剪切和拉張兩種類型的破裂是同時共存的,只不過是在宏觀破裂中貢獻(xiàn)大小不同。
【圖文】：

中國石油大學(xué)（華東）博士學(xué)位論文第二章 地質(zhì)概況2.1 區(qū)域地質(zhì)位置柴達(dá)木盆地東部地區(qū)位于南祁連山和東昆侖山之間，包括北部斷陷、霍布遜坳陷和錫鐵山-牦牛山隆起、德令哈坳陷等四個構(gòu)造單元。其范圍在東經(jīng) 95o45’-98o10’，北緯36o00’-37o40’之間（圖 2-1）。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)柴達(dá)木盆地東部地區(qū)石炭系在埃姆尼克山、扎布薩尕秀山、歐龍布魯克山及牦牛山等地廣泛出露，厚度可達(dá) 1300 余米，巖性多以灰色灰?guī)r和黑色泥頁巖、碳質(zhì)泥巖為主，暗色泥頁巖在石灰溝、都蘭、扎布薩尕秀等地發(fā)育，厚度可達(dá) 498m，變質(zhì)程度較小，說明石炭系具有良好的生成頁巖氣潛力，可望成為柴達(dá)木盆地油氣勘探的新領(lǐng)域，從而引起國土資源部的重視。

圖 2-2 柴東地區(qū)地層劃分組主要分布在大柴旦的勝利口、錫鐵山、大煤溝口以及德令哈爾木大干溝一帶。穿山溝是原來城墻溝組分出來的巖性溝組與阿木尼克組之間，是阿木尼克紫紅色礫巖與城墻溝角洲的向海的過渡沉積，在城墻溝的巖性主要為紫紅色、黑色灰?guī)r以及生物灰?guī)r，還有少量鈣質(zhì)泥頁巖、粉砂巖合接觸。組組和懷頭他拉組之間的地層，，灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)灰?guī)r、結(jié)核為城墻溝組的主要巖性。城墻溝組與下伏地層呈整的結(jié)綠素、勝利口、錫鐵山、穿山溝、城墻溝地區(qū)和德
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P618.13

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本文編號：2525397