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比表面积仪：开发页岩气十大参考因素

点击次数：1469 发布时间：2013/7/12 9:59:48

1.有机碳含量

页岩的有机碳含量是影响页岩吸附气体能力的主要因素。页岩的有机碳含量（ T OC）越高 ,则页岩气的吸附能力就越大。有机碳含量较高的钙质或硅质页岩对吸附态页岩气具有更高的存储能力。其原因主要有 2方面 ,一方面是 T OC值高 ,页岩的生气潜力就大 ,单位体积页岩的含气率就高;另一方面 ,由于干酪根中微孔隙发育 ,表面具亲油性 ,对气态烃有较强的吸附能力 ,同时气态烃在无定形和无结构基质沥青体中的溶解作用也有不可忽视的贡献。

2.矿物成分

页岩的矿物成分比较复杂 ,除伊利石、蒙脱石、高岭石等粘土矿物以外 ,常含有石英、方解石、长石、云母等碎屑矿物和自生矿物 ,其成分的变化影响了页岩对气体的吸附能力。粘土矿物往往具有较高的微孔隙体积和较大的比表面积 ,吸附性能较强。Schettler认为页岩中的吸附态甲烷主要分布在伊利石表面 ,其次吸附于干酪根之中。碳酸盐矿物和石英碎屑含量的增加 ,会减弱岩层对页岩气的吸附能力,同时还会降低页岩的孔隙度 ,使游离态页岩气的储集空间减少,但是 ,随着石英、碳酸盐矿物含量增加 ,岩石的脆性提高 ,使页岩在外力的作用下 ,极易形成天然裂隙和渗导裂缝 ,有利于页岩气的渗流

3.含水量的影响。

含水量的变化对页岩气的吸附能力有很大的影响。煤的内表面上可供气体分子“ 滞留 ” 的有效吸附点位是一定的 ,煤中水分越高 ,可能占据的有效吸附点位就越多 ,留给气体分子“ 滞留 ” 的有效点位就会减少 ,从而降低了煤层气的吸附量。与此相似 ,在页岩层中 ,含水量越高,水占据的孔隙空间就越大 ,从而减少了游离态烃类气体的容留体积和矿物表面吸附气体的表面位置,因此含水量相对较高的样品 ,其气体吸附能力就较小。此外,页岩层中含水量的增加 ,可能会导致天然气相态的改变 ,因为当页岩层中孔隙水增加时 ,天然气溶解于孔隙水中的量就会增加 ,从而使一定数量的游离态和吸附态页岩气溶于水 ,呈溶解态存在。

4.孔隙结构和孔隙度

岩石孔隙的容积和孔径分布能显著影响页岩气的赋存形式。按孔隙的平均宽度来分类 ,可分为大孔（ > 50 nm）、介孔（ 2～50 nm）、微孔（ < 2nm）。大孔和介孔主要发生气体的层流渗透和毛细管凝聚 ,有利于游离态页岩气的储存。胡爱军和 Raut认为当孔径较大时 ,气体分子存储于孔隙之中 ,此时游离态气体的含量增加。孔隙容积越大 ,则所含游离态气体含量就越高。Ross发现当孔隙度从 0 . 5%增大到 4 . 2%时 ,游离态气体的含量从原来的 5%上升到 50%。Chal mers认为孔隙度与页岩的气体总含量之间呈正相关关系 ,也就是说页岩的气体总含量随页岩孔隙度的增大而增大。相对于大孔和介孔而言 ,微孔对吸附态页岩气的存储具有重要的影响。微孔总体积越大 ,比表面积越大,对气体分子的吸附能力也就越强 ,主要是由于微孔孔道的孔壁间距小 ,吸附能要比更宽的孔高 ,因此表面与吸附质分子间的相互作用更加强烈。张晓东等也认为气体吸附能力与微孔比表面积总体上有正相关性但同时又受孔径分布的影响。

5.渗透率

渗透率在一定程度上影响页岩气的赋存形式。渗透率是指在一定压差下 ,岩石允许流体通过其连通孔隙的能力 ,它主要影响页岩层中游离态气体的存储。页岩层渗透率越大 ,游离态气体的储集空间就越大。通常 ,页岩层属于低渗透性储层 ,其渗透率多0.0002～0.0363 md之间 ,一般小于 0 . 01md。但渗透率随裂隙发育程度的不同而有较大的变化 ,裂隙能够大大增加页岩层的渗透率 ,聚集相当数量的游离态页岩气。此外 ,后期的水力压裂作用也会形成诱发裂隙 ,增大页岩层的渗透率 ,使游离态页岩气的储集空间增大。

6.温度影响

温度是影响页岩气赋存形式的因素。气体吸附过程是一个放热的过程 ,随着温度的增加 ,气体吸附能力降低。Lu模拟了不同温度下Antrim页岩的气体吸附能力 ,当温度从 25°C升至 60°C时 ,气体吸附能力依次递减。Chal mers等发现温度与气体吸附能力成负幂指数关系 ,随着温度的升高,气体吸附能力迅速降低,其影响远大于有机碳含量的影响,在温度低于 30°C时,有机碳含量的影响几乎可以忽略。Ross在研究了加拿大西部的泥盆系— 密西西比亚系页岩地层后发现,在温度较高时,吸附态气体可以忽略不计,以游离态气体为主。

7. 压力影响

压力与页岩气吸附能力呈正相关关系。Raut指出在压力较低的情况下 ,气体吸附需达到较高的结合能 ,当压力不断增大 ,所需结合能不断减小 ,气体吸附的量随之增加。Chal mers研究了Gordondale地层岩芯样品在不同储层压力下的气体吸附能力 ,发现储层压力越大 ,吸附气体的能力就越大 ,当储层压力从 2 . 9 MPa增大到 17 . 6 MPa时 ,页岩的气体吸附能力从 0 . 03 cm3/g增大到了 1 . 86cm3/g。Shkolin也指出 ,随着压力的增大 ,气体的压缩率增大 ,从而增加了游离态气体的储存能力。

8. CH4在粘土矿物表面的吸附

CH4是页岩气的主要成分 ,可以存储于页岩的基质孔隙和裂隙之中 ,也可以吸附于有机质和粘土矿物表面。由于粘土矿物表面的电化学特征的差异性较强 ,因此甲烷在粘土矿物表面的吸附作用异常复杂。矿物表面往往存在一层紧密排列的水膜 ,厚约 3A,这层水膜对甲烷的吸附有着重要的影响。1988年, Cha发现被粘土吸附的水分子和甲烷分子更容易形成甲烷水合物。

9. 纳米孔隙的孔径分布

孔径分布是影响岩石纳米孔隙吸附性能的关键参数。页岩具有低孔隙度和低渗透率的特性 ,其孔径大小一般都很小 ,其中孔径在 10 nm左右的微孔含量丰富。在这些纳米尺度的孔隙中 ,孔壁间距非常小 ,吸附能相对较高 ,使得其表面与吸附质分子间的相互作用非常强烈 ,因此对气体具有很强的吸附能力。因此 ,表征页岩的孔径分布有着重要的意义 ,基于探针气体吸附等温线可以计算出样品的表面积、孔径分布和表面分形维数值等表面性质 ,选用适合的方法表征岩石样品 ,能够得到更为可靠的结果,从而有利于对页岩纳米孔隙吸附性能有更全面的认识。

10. 地质储量评估

页岩气藏储层连续分布 ,具有较强的非均质性 ,包括多种气体富集机制、控制产能的多样性。页岩气总含量是游离态页岩气和吸附态页岩气之和。对于以游离态形式存在的页岩气 ,关键是确定页岩的有效孔隙度和含气饱和度 ,因为页岩气含量是页岩含气孔隙度的函数。页岩气藏的有效孔隙度包括基质孔隙度和裂缝孔隙度。利用声波、中子、密度和核磁共振等测井资料可以测得较为可靠的基质孔隙度;通过双侧向测井资料则可以计算出较为精确的裂缝孔隙度。含气饱和度是在建立岩石电阻率、泥质水电阻率、有效孔隙度同地层混合水电阻率关系式的基础上 ,利用阿尔奇公式计算得到的。对于吸附态页岩气 ,在资源评价时需要确定的是页岩的气体吸附能力 ,往往是通过等温吸附实验得到 ,但是它通常受到多种因素的影响 ,如有机碳含量、矿物成分、含水量、孔隙结构、温度和压力等。研究页岩气在粘土矿物表面的赋存形式和纳米孔隙的孔径分布对页岩吸附性能的影响 ,可以更精确的确定页岩的气体吸附能力 ,有利于吸附态页岩气含量的计算。容积法中关键参数选择不同 ,计算出的页岩气地质储量值会有较大的差异 ,因此选择正确的评价参数 ,才能得到更全面、更准确的页岩气地质储量数据。

生成的页岩气首先满足有机质和岩石表面吸附的需要 ,当吸附气量与溶解气量达到饱和时 ,富裕的天然气才以游离态进行运移和聚集。

研究测试油页岩的孔隙度、孔径分布、比表面积这些重要数据对研究油页岩含气量、天然气赋存状态并决定是否具有工业勘探开发价值具有重要意义。北京精微高博科技公司自主研发的JW-BK系列全自动比表面及孔径分析仪采用静态容量法测量原理，具有多项技术，特别设计了岩芯测试专用的样品管，国内具有独立P₀测试位的仪器，该系列仪器广泛应用于包括中国石油大学、上海大学、中国地质大学、北京理工大学，中南大学在内的众多科研院所，企业单位，受到客户一致好评，JW-BK系列型全自动比表面及孔径分析仪具有极高的性价比，精度高，测试效率高，是测试岩芯孔隙、孔径分布、比表面积的专业仪器，非常适合广大页岩气、油岩气、泥页岩、砂岩油、砂岩气、灰岩油、煤岩气等科研机构和企业单位使用，对预测页岩气藏储量具有重要的价值。

原创作者：北京精微高博科学技术有限公司

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