＊张健雅

（河北省煤田地质勘查院 河北 054000）

研究区位于河北省平原区的大城煤田及深部，大地构造位置位于中朝准地台、华北断坳、冀中台陷的大城断凸的斜坡上，总体构造形态为一个被新生界覆盖的复式向斜。区内山西组和太原组地层中的暗色泥岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩及煤层有机质含量较高，具有丰富的页岩气资源潜力。

孔隙结构特征与页岩生、储气能力关系密切。笔者以大城-文安地区石炭-二叠系地层页岩储层为例，基于SEM对孔隙形态定性分析基础上，采用高压压汞与低温氮气体吸附法，对研究区内储层的孔隙结构特征进行了定量研究，以更准确的了解区内石炭-二叠系地层页岩气生储能力，分析该区页岩储层微观非均质性对页岩气存储及排采的影响。

1.样品采集与测试方法

扫描电子显微镜法、高压压汞法与氮气吸附法是分析页岩储层孔隙结构的常用实验技术手段。前者可以直观观测到页岩气孔隙形态结构，但在测定孔隙大小时耗时较长，且统计代表性有一定局限；而后两种手段则定量测量储集空间。高压压汞法测试孔径范围广泛，上限为1mm；氮气吸附法测试孔径范围为0～500nm，测试下限为0.35nm[1-2]。三种手段结合，可以更精准探测页岩孔隙结构及分布。

2.实验测试结果与分析

(1)储层孔隙形貌特征

扫描电镜分析结果显示，研究区石炭-二叠系地层泥页岩孔隙主要发育微裂缝、粒内孔隙、粒间孔隙及有机质孔隙。泥页岩样品中多顺层发育微裂隙，是微孔和中孔的沟通通道[3-4]，使得孔隙间连通性好，为页岩气提供了大量的存储空间，且有利于后期压裂开发。

(2)孔径分布特征

目前，孔隙大小分类标准尚不统一，本文采用霍多特分类标准，微孔（＜10nm）、过渡孔（10nm～102nm）、中孔（102nm～103nm）、大孔（103nm～105nm）。

①高压压汞测试分析

页岩气储层中微孔隙的存在提供了大量表面积，为气体提供潜在吸附位置[5]。研究区石炭-二叠系样品压汞测试结果显示孔隙度为1.02%～9.15%，主要集中在4%以下，平均3.25%。密度测试显示样品的孔隙度为1.49%～9.06%，主要集中在3%以下，平均3.55%。表明石炭-二叠系样品的孔隙度总体较低，这与其埋藏较深，压实作用较强有关。

分析研究区石炭-二叠系样品的压力曲线，可以根据进汞曲线大致将它们分为两类：

第1种类型（图1、图2），初始进汞较慢、进汞量较少。结果显示：主导孔隙的分选性差异较大，孔径分布在 3～1000nm之间，小于10nm的微孔占比较大，10～100nm的过渡孔次之。开放孔较为发育，孔隙连通性比较好。此储层结构有利于页岩气的吸附、储存及流通。

图1 压汞曲线图

图2 孔径分布图

第2种类型（图3、图4），进汞曲线初始阶段缓慢增长后，除D31、D13样品外，均保持一小段的水平后又快速上升达到饱和。结果显示：孔径分布较集中，分选较好，多集中在3～100nm，以微孔和过渡孔为主，孔隙连通性不好，孔径范围内大多为半封闭孔，仅有少量孔为开放孔。仅初始阶段存有一定量的大孔甚至微裂隙，此种孔隙结构类型对页岩气的解吸、扩散和渗透不利。

图3 压汞曲线图

图4 孔径分布图

石炭-二叠系地层暗色泥岩孔体积主要分布在3.5×10-3～46.8×10-3ml/g，平均为15.0×10-3ml/g；泥岩比表面积主要分布在1～113×10-3cm2/g，平均为19.22×10-3cm2/g。微孔和过渡孔对孔体积、总比表面积贡献最大。页岩气主要以吸附气和游离气组成，孔体积为游离气提供主要的储集空间，吸附气赋存于有机质颗粒与黏土颗粒表面，样品的中微孔和过渡孔为页岩吸附气提供主要的场所[6-7]。由于微孔、过渡孔孔喉半径小，微裂隙发育相对较少，气体主要以扩散形式运移，这为页岩气保存和富集提供良好的条件。

②氮气吸附测试分析

所有样品氮气吸附曲线形态基本呈反“S”型，以D18和D11样品为例，通过吸附等温线BET分类，曲线与Ⅱ型吸附等温线相似，前半段曲线缓慢上升，后微向上扬，尾部突然急剧上升，至相对压力达到1.0时吸附饱和现象也没出现，该现象表明在吸附氮气阶段发生了毛细孔凝聚现象[8]。

图5 氮气吸附解吸等温线

一般封闭性孔不能产生吸附回线，本次所有测试样品均形成吸附回线，表明了石炭-二叠系页岩储层孔隙形态为开放型。

氮气吸附测试试验表明石炭-二叠系样品的孔表面积分布在4.930～27.201m2/g，平均为12.9284m2/g。孔体积分布在0.00851cm3/g～0.04650cm3/g，平均为0.01965cm3/g。比表面积分布直方图和孔体积分布直方图（图6、图7）显示：过渡孔的比表面积占总比表面积7.61%，微孔比表面积占总比表面积的92.39%。过渡孔和微孔孔体积分别占总体积的31.06%和68.94%。孔隙类型不同，孔体积也各不相同，微孔提供了大部分孔体积和比表面积，为页岩气存储提供了绝大部分空间。

图6 比表面积分布直方图

图7 孔体积分布直方图

3.结论

石炭-二叠系页岩样品中的孔隙形态多样，主要有微裂缝、粒内孔隙、粒间孔隙及有机质孔隙。丰富的微裂缝网络可以为页岩气游离气提供存储空间，连通微孔和过渡孔，有利于页岩气体存储与渗流。

联合压汞试验和氮气吸附试验对页岩储层孔径分布进行定量分析，孔隙度较低，多分布在3%以下，连通性较好，有利于后期压裂排采。各级孔隙均有发育，主要为微孔，其次为过渡孔，中孔和大孔不甚发育。微孔和过渡孔为页岩气体吸附和存储提供了大量比表面积及体积。存在一定量的半封闭孔，但其孔体积和比表面积中等，后期进行增产措施，同样有利于气体的渗流扩散。