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鄂尔多斯盆地三叠系延长组发育大量的陆相富有机质泥页岩,中国陆相泥页岩相对于海相泥页岩具有分布面积小、热演化程度低、频繁的砂泥互层、黏土矿物含量高、石英含量低等特点。近些年来,非常规油气勘探开发迅速发展,泥页岩的孔隙发育特性成为了非常规油气研究的重点。同时,在页岩气中,吸附气含量占有较大比重,因此,有必要对泥页岩的甲烷吸附特性进行研究。泥页岩孔隙特征及甲烷吸附特性是页岩气藏储集能力及可开采性评价的关键参数。 本文以鄂尔多斯盆地南部铜川地区瑶科1井延长组泥页岩样品为研究对象,通过有机碳分析、矿物XRD分析、扫描电镜、低温氮气吸附、索氏抽提等实验手段,对延长组各段泥页岩的孔隙体积与结构特征及影响孔隙发育的各种因素进行研究。同时,借助于甲烷等温吸附实验和吸附实验理论,对泥页岩甲烷吸附特性及影响吸附气含量的因素,特别是可溶有机质对甲烷吸附特征的影响进行研究,并探讨泥页岩甲烷绝对吸附量与过剩吸附量的差别。研究表明: (1)鄂尔多斯盆地南部延长组泥页岩孔隙类型主要有黏土矿物粒间孔、粒内孔、溶蚀孔、黄铁矿晶间孔、微裂缝,其中黏土矿物粒间孔最发育,有机孔基本不发育。 (2)延长组不同段的纳米孔隙发育特征有明显的差异性,长9段微孔含量相对较高,BET比表面积较大,长8段中孔比例较高,孔隙形态都以管状孔和平行壁的狭缝状孔为主;长7段有最大的宏孔比例和最小的微孔比例,比表面积最小,孔隙含有相对较多的封闭型孔,还有一端或两端开口的楔V型孔;长6段孔隙比例、比表面积大小介于其他各段之间,以平行板状的狭缝型孔隙为主。 (3)黏土矿物含量、石英含量是控制孔隙发育的主要因素,而孔隙总体积、比表面积与TOC含量基本呈负相关关系,这除了因有机质成熟较低,造成有机孔基本不发育之外,主要是由于孔隙中的可溶有机质堵塞了部分孔隙,且可溶有机质主要残留于小于5nm的孔隙中,抽提后可以发现样品孔隙总体积、比表面积都有所增加。 (4)长7泥页岩含气性比长9好。现场解吸法测量的总气量小于甲烷等温吸附实验测得的吸附量,这主要与构造抬升剥蚀,以及因可溶有机质较多实际测得的吸附量包括很多溶解气量有关。 (5)当压力小于8MPa时,两样品的甲烷过剩吸附量都随压力的升高而增加,且增速很快。当压力介于8~12MPa时,甲烷吸附量缓慢增加到最大吸附量,随后开始缓慢降低。当压力大于12MPa时,随压力增大甲烷吸附量降低。而实际甲烷吸附量(绝对吸附量)是当压力逐渐增大到20MPa时,吸附量增加放缓直至一最大吸附量。 (6)当泥页岩孔隙中可溶有机质含量很少时,抽提后甲烷视吸附量增加。相反,可溶有机质含量较高时,可溶解较多的溶解气,抽提后造成甲烷视吸附量降低。