纯黏土矿物甲烷吸附研究及吸附模型评价

黏土矿物在页岩储层无机矿物中占有重要的比例,其是页岩气吸附的重要场所。由于不同页岩储层成藏条件不同,黏土矿物相对含量存在较大差异,因此也影响页岩气的吸附能力。以X射线衍射(XRD)、低压氮气吸附实验及甲烷等温吸附实验为主要研究手段,XRD结果表明:4种样品(伊利石,蒙脱石,绿泥石,高岭石)纯度较高,均大于94%。低压氮气吸附结果表明:蒙脱石以微孔与中孔为主,孔隙形态主要为四边都开口的平行板状、狭缝状等,含有墨水瓶状的孔;伊利石主要发育有中孔与大孔,绿泥石主要发育有微孔和大孔,高岭石主要发育有中孔和大孔,其的孔隙形态同样都平行板状、狭缝状等为主;比表面积与孔隙体积的依次为高岭石伊利石蒙脱石绿泥石,且两者呈正相关。在61℃,压力为0～25 MPa条件下进行5组甲烷等温吸附试验,包括4组纯黏土矿物及1组由4种纯矿物等质量混合的矿物。纯黏土矿物甲烷吸附量依次为高岭石伊利石蒙脱石绿泥石,黏土矿物的比表面积越大,其甲烷吸附量也越大。对等温吸附实验数据进行拟合发现:Langmuir、Toth及Langmuir-Freundlich吸附模型对于不同矿物总体拟合效果都极好,对黏土矿物吸附模型精确选择具有一定意义。     

柴东石炭系页岩微观孔隙结构与页岩气等温吸附研究

基于柴达木盆地东部石炭系泥页岩的孔隙结构分析,结合甲烷和二氧化碳在泥页岩中的高压等温吸附实验,对超临界条件下页岩气等温吸附特征进行研究,探讨页岩气的吸附机制。结果表明:柴达木盆地东部石炭系泥页岩具有多尺度孔隙结构,微孔比较发育,微孔比表面积对BET比表面积有较大的贡献;甲烷Langmuir吸附量随微孔比表面积或微孔体积的增加而增加,两者呈正相关性,同时受到微孔大小分布的影响;在超临界条件下,简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附的实验数据,而修改的微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R+K)超临界吸附模型对甲烷和二氧化碳吸附数据的拟合效果最好;吸附气可能主要以微孔充填的方式存在,而微孔为吸附气的主要储集空间。     

宜宾地区页岩微孔特征及吸附解吸特性研究

选取四川宜宾地区志留系龙马溪组页岩,对总有机碳、黏土矿物含量等储层性质进行表征。利用扫描电镜、高压压汞法、低温氮气吸附一解吸法和二氧化碳气体吸附法对孔隙结构特征进行定性和定量分析。采用质量法对页岩样品进行不同温度时的等温吸附和解吸实验,结合吸附势理论对吸附解吸过程进行解释。结果表明,页岩样品TOC较高,页岩样品主要以微孔为主,介孔次之,大孔发育较少;微孔和介孔的发育增大了页岩的表面积,提供了更多的吸附位,有利于页岩气的吸附。页岩样品等温吸附曲线表明,随着压力的增大,吸附量先迅速增大而后逐渐趋于稳定,解吸曲线与吸附曲线相似并存在滞后现象;TOC与页岩吸附性能有着较好的正相关性;吸附势能曲线中势能零点与吸附曲线的拐点基本一致,通过吸附势的变化可以解释吸附解吸过程中页岩气的赋存状态。     

川西坳陷须五段致密气泥岩储层空间及主控因素

川西坳陷上三叠统新场须五段岩石组合以砂夹泥、泥夹砂、砂泥岩互层为特征。通过铸体薄片、扫描电镜、CT扫描等实验方法针对泥岩储层进行研究分析,结果表明,泥页岩主要以粘土矿物和石英为主,粘土矿物主要为伊利石、绿泥石及高岭石,无水敏强烈的蒙脱石。储层空间主要为裂缝和孔隙,孔隙包括粘土矿物晶间孔隙、矿物的溶蚀孔隙、有机质孔和黄铁矿粒间孔。CT扫描显示孔隙主要分布在有机质和重矿物较发育的部位,且连通性较差。成岩作用以机械压实作用为主,使川西坳陷须五段整体较致密,原生孔隙几乎不发育。岩石成分和成岩作用使须五段致密气储层空间降低。     

基于势理论对比泥页岩中主要黏土矿物吸附特征

利用吸附势理论对泥页岩中4种主要黏土矿物:蒙脱石、高岭石、绿泥石及伊利石吸附特征进行了描述,同时加入石英岩作为对比样。在吸附势分析中重点探讨了吸附量a、微分吸附功A、特征能量E及特征系数n间的关系。结果表明,随吸附量的增加,微分吸附功降低,微分吸附功可以用来大体表征吸附各阶段变化特征。对于5种无机矿物,n的最佳值在1.5附近;特征能量随温度升高发生略降。对各矿物吸附过程中吸附热及吸附熵进行了计算并讨论,结果表明,随着吸附的进行,不同矿物吸附热及吸附熵发生不同变化,表明吸附过程的复杂性。对于黏土矿物,吸附热及吸附熵绝对值满足:蒙脱石高岭石绿泥石伊利石,与最大吸附量结果一致;同时不同种类黏土矿物的孔隙体积与吸附热及吸附熵绝对值之间具有较好的正相关性,因此吸附热及吸附熵可用来表征不同种类黏土矿物的吸附能力。     

黔北凤岗地区页岩气吸附量影响因素分析

摘 要 页岩气的吸附态是页岩气开采的主要来源之一,为了研究黔北凤岗地区影响页岩气吸附量的因素,选取凤岗1井（FC-1）等的页岩作为实验研究对象,分别进行了有机碳含量、矿物组分、孔隙结构和等温吸附曲线等分析。研究表明：凤参1井及相邻试验井页岩平均有机碳含量为4.97%,主要矿物质以石英、粘土矿物和钠长石为主,页岩孔隙的形状多为不规则的球形、椭球形、三角形;页岩对甲烷的吸附量与有机碳含量、粘土矿物质、有机质孔隙和压力呈正相关,与温度、石英矿物质、水含量呈负相关。适当进行储层改造,改善控制开采过程中页岩气解吸的影响因素,对提高页岩气开采效率、延长开采时间具有重要意义。     

二连盆地巴彦乌拉铀矿床目的层粘土矿物特征及其意义

二连盆地巴彦乌拉铀矿床是我国典型的古河谷砂岩型铀矿床,铀主要经潜水-层间氧化作用富集成矿。为了研究其粘土矿物组成、含量、形态特征及其产状,对区内目的层粘土矿物进行了X射线衍射、扫描电镜及能谱分析。分析结果表明,二连盆地巴彦乌拉铀矿床目的层粘土矿物成分基本一致,主要为蒙脱石、高岭石、伊利石,个别样品中见少量绿泥石。蒙脱石集合体呈花朵状、片状,高岭石集合体呈书页状、扇状,伊利石集合体呈片状,绿泥石集合体呈玫瑰花朵状。粘土矿物以分散质点式不完全充填于孔隙中和薄膜式贴附于颗粒表面。根据分析结果,文章总结了该矿床氧化带分带粘土矿物特征,并探讨了粘土矿物对砂岩的孔隙度和渗透率的影响及其与铀成矿的关系。     

渝东南渝页1井页岩气吸附能力及其主控因素

页岩气是一种重要的非常规天然气,其中大部分的天然气以吸附态存在。为了探讨渝东南地区下志留统龙马溪组黑色页岩的天然气吸附能力和主控因素,对渝页1井的岩芯进行了系统地采样,并做了孔隙结构和体积、矿物组成、有机质含量、成熟度测定和等温吸附实验。实验测试结果显示,饱和吸附量VL在1.25～3.90 m3/t,平均为2.17 m3/t;Langmuir压力常数pL在1.90～9.48 MPa,平均为3.69 MPa。饱和吸附量与微孔体积具有负相关,与中孔体积和宏孔体积具有正相关。粘土矿物通过对微孔和中孔体积的控制来影响页岩的吸附能力,石英含量通过对宏孔体积的控制来影响页岩吸附能力。有机碳含量对页岩的吸附能力主要由其较发育的宏孔隙控制,另外,还可能有其他方面的影响因素,比如有机碳表面的亲油性对气态烃较强的吸附能力以及气态烃在无定形和无结构基质沥青体中的溶解作用等。当Ro>2.0%时,饱和吸附量与Ro呈正相关,这可能与高成熟有机质中纳米级显微裂缝的发育导致宏孔体积的增加有关。     

卫城油田沙四段粘土矿物的研究

卫城油田沙四段碎屑岩储层属于三角洲沉积,通过扫描电镜、X衍射分析表明,储层的粘土矿物主要有绿泥石、伊/蒙混层和伊利石及高岭石。并且粘土矿物随深度的增加呈规律的变化。绿泥石单体主要呈针叶片状,集合体为片状杂乱堆积、花朵状或绒球状,绿泥石以及孔隙充填式存在于颗粒间,减少了孔隙的空间。但同时又抑制了石英的次生加大,对原生孔隙的保存起了积极作用。伊利石粘土矿物单体呈片状、蜂窝状和丝缕状,集合体形态多为碎片状、鳞片状,以孔隙衬垫或孔隙充填物形式存在于颗粒间,导致砂岩中孔隙结构的明显破坏。高岭石单体呈全自形的六角板状晶体,集合体多呈蠕虫状、书本状。     

陆相页岩孔隙发育特征及其控制因素—以莱阳凹陷水南组为例

为了研究莱阳凹陷陆相水南组页岩的孔隙发育特征,通过扫描电镜实验观察页岩孔隙微观形貌,高压压汞、低温液氮吸附及低温二氧化碳吸附实验对水南组页岩孔隙进行全尺度表征;并结合有机地化参数和矿物组成分析孔隙发育的控制因素。结果表明:扫描电镜镜下观察发现莱阳凹陷陆相页岩主要发育有机质孔、粒间孔、粒内孔及微裂隙等4种微观孔缝。高压压汞、低温液氮吸附及低温二氧化碳吸附实验联合表征发现孔隙连通性整体较好,孔隙形态以平行板状的狭缝形孔和细颈广体的墨水瓶形孔为主,孔径分布曲线呈多峰形态,大孔、中孔、微孔均发育较多,而比表面积主要由小于100 nm的孔隙,尤其以小于2 nm的微孔贡献为主。有机碳含量对孔隙发育有一定的控制作用,黏土矿物主要贡献中孔和微孔体积,石英、长石对大孔发育有积极的影响,而碳酸盐矿物会胶结堵塞孔隙,造成大孔、中孔及微孔体积均减小,对孔隙发育为消极的影响。     

页岩纳米孔隙分形特征及其对甲烷吸附性能的影响

为了更好地了解页岩纳米孔隙特征及其对甲烷吸附性能的影响,对四川盆地上三叠统须五段的6个页岩样品进行了分形分析。通过对氮气吸附/解吸等温线的分析表明,页岩在相对压力为0~0.5和0.5~1时具有不同的吸附特征。利用Frenkel-Halsey-Hill(FHH)方程计算得到两个分形维数D_1和D_2。甲烷的吸附性能随着D_1和D_2的增加而增强,其中D_1对吸附有着更显著的影响。进一步研究表明,D_1代表由于页岩表面不规则性产生的孔隙表面分形特征;而D_2代表的是孔隙结构分形特征,其主要受页岩组分(有机碳含量、石英、黏土矿物等)和孔隙参数(平均孔径、微孔含量等)控制。更高的分形维数D_1对应更不规则的孔隙表面,为甲烷吸附提供更多的空间。而更高的分形维数D_2代表更复杂的孔隙结构以及孔隙表面更强烈的毛细凝聚作用,进而增强甲烷的吸附能力。因此,页岩孔隙表面越不规则,孔隙结构越复杂,甲烷吸附能力越强。     

南堡凹陷古近系泥页岩孔隙结构特征

对南堡凹陷古近系泥页岩采用岩石热解、X衍射矿物分析、扫描电镜观察、氮气吸附测试等实验方法,探讨主要目的层段泥页岩孔隙结构特征。结果表明,南堡凹陷古近系泥页岩具有低孔致密的储层特征,部分样品具有较高的脆性矿物含量,有利于形成裂缝网络;微观孔隙类型主要包括有机质孔隙、粒间孔、粒内孔和微裂缝;微孔和中孔提供了绝大部分比表面积与孔体积,是气体吸附和存储的主要场所;泥页岩孔隙结构主要有细颈长体的墨水瓶孔型、四面开放的平行板型,其中以有利于气体吸附存储的墨水瓶型为主;有机碳含量是控制南堡凹陷古近系泥页岩中纳米级孔隙体积及其比表面积的主要内在因素;石英含量与孔体积有较好的正相关性;脆性矿物对于孔隙有积极的建设作用;有机碳含量是影响页岩吸附气体能力的主要因素。     

龙马溪组岩相类型及其对孔隙特征的影响因素

以川南黔北地区下志留统龙马溪组下段页岩储层为研究对象,以全岩矿物分析为手段,结合岩芯薄片观察,划分出4种页岩岩相,其中,黏土质页岩岩相和混合页岩岩相是本研究区发育的主要岩相.基于扫描电镜、有机碳含量和低温氮气吸附实验,系统地分析了两种主要岩相孔隙结构特征.结果表明,黏土质页岩岩相储层中较大孔隙以细颈瓶状、开放型孔隙和半...     

黏土矿物微观孔隙对甲烷吸附行为的分子模拟

为了研究黏土矿物对CH_4的吸附规律和页岩储层对CH_4的最小储集空间界限,利用Materials Studio软件构建三种黏土矿物伊利石、蒙脱石和高岭石的微观模型,运用蒙特卡洛方法和分子动力学方法,研究在不同压力、不同孔径空间下三种黏土矿物对CH_4的吸附规律。结果表明:随着孔径和压力的增大,CH_4气体在三种黏土矿物层间的吸附量逐渐增大;不含水的黏土矿物对CH_4的最小储集空间为0. 4 nm,三种黏土矿物对甲烷的吸附能力随孔隙大小的变化而不同;随着孔径的减小或压力的增大,CH_4气体在三种黏土矿物孔径中吸附越稳定;随着孔径的增加,CH_4气体在黏土矿物孔径中出现多层吸附;三种黏土矿物中吸附的CH_4分子之间的距离均大于0. 075 nm,距离CH_4分子0. 125 nm处出现另一个CH_4分子的概率最大。研究结果对页岩气赋存特征和渗流规律具有重要基础认识作用。     

基于吸附势理论的页岩对甲烷吸附特性

 页岩气藏的甲烷吸附性能是页岩气藏开发的前提和基础,对页岩气资源预测、产能评价等有重要影响。根据不同温度下实测的页岩等温吸附数据,以吸附势理论为基础,对等温吸附数据进行处理分析得到ε-ω吸附特性曲线及其数学表达式。研究结果表明,页岩吸附甲烷的ε-ω吸附特性曲线是唯一的且与温度无关,可预测不同温度下甲烷吸附量,得到页岩吸附甲烷的吸附等温线;吸附相密度计算对ε-ω吸附特性曲线预测甲烷吸附量有重要的影响,吸附相密度经验公式与预测甲烷吸附量准确度有关,需进一步研究甲烷吸附相密度计算方法。     

煤储层孔隙结构与甲烷吸附能量变化的非均质性特征

煤储层具有复杂的孔隙结构,在吸附甲烷气体过程中伴随能量变化。为研究煤储层孔隙和甲烷吸附过程中能量变化的非均质特性,使用分形维数分析煤孔隙的非均质性,运用吸附势和表面自由能理论分析等温吸附过程中的能量变化非均质性。结果表明：PY-1、PB-1、PB-2样品主要发育微孔,PY-2样品主要发育大孔,不同样品的孔隙分布差异明显;微孔是吸附甲烷的主要场所,但并非是影响甲烷吸附量的决定因素。煤的孔隙结构和本身性质影响了煤吸附甲烷的非均质性选择,镜质组含量越高,孔隙结构越复杂,孔隙分形维数越大,非均质性越强;甲烷吸附量越高,吸附势和表面自由能变化越大。     

准噶尔盆地乌尔禾组凝灰岩孔隙特征及其主控因素

为明确东道海子凹陷乌尔禾组凝灰岩孔隙结构与主控因素,基于低压CO₂吸附、低温N₂吸附以及高压压汞实验,对凝灰岩全尺寸孔隙孔径进行表征;基于分形理论,对凝灰岩微孔和介孔的孔隙复杂程度和非均质性进行定量表征,阐明影响与控制凝灰岩孔隙结构的主要因素。结果表明,凝灰岩主要发育锥形管孔、开口的锥形平板孔和狭窄的平行板孔等形态孔隙,孔径呈多峰分布;凝灰岩总孔体积介于0.005 4～0.047 8 cm³/g,各类孔隙发育程度差异较大,凝灰岩总孔体积主要由介孔所提供,介孔体积介于0.004 2～0.041 3 cm³/g,平均0.026 0 cm³/g,平均占比75.10%;其次是微孔和宏孔,微孔体积介于0.000 6～0.005 5 cm³/g,平均0.003 1 cm³/g,宏孔体积介于0.000 6～0.005 3 cm³/g,平均0.002 8 cm³/g,二者的占比分别为11.5%和13.4%;...     

松辽盆地北部陆相泥页岩孔隙特征及其对页岩油赋存的影响

综合应用气体吸附、高压压汞和扫描电镜方法对松辽盆地白垩系陆相泥页岩内部微观孔隙特征进行刻画,进而结合岩石热解、全岩矿物分析等实验手段对泥页岩孔隙发育的控制因素及其对含油性的影响进行分析。结果表明:研究区泥页岩孔隙类型以片状黏土矿物的层间微孔隙为主,裂缝发育程度不高,孔隙级别以微孔和介孔为主,泥页岩孔隙发育总体受控于埋深和次生孔隙发育情况,有机孔隙对页岩油储层不具有重要意义;油源充足的情况下,泥页岩含油性明显受控于孔隙度,其中直径大于20 nm孔隙是页岩油的主要赋存空间,在进行页岩油勘探开发时应着力寻找较大孔隙发育的甜点区;龙虎泡阶地南部与齐家-古龙凹陷交界处青山口组含砂岩或砂质薄夹层的泥页岩层系中泥岩次生孔隙发育,含油性高,易于压裂,是松辽盆地北部页岩油勘探开发的首选区域。