一种泥页岩的微观孔隙分类方法
【专利摘要】本发明公开了一种泥页岩的微观孔隙分类方法，根据基本形态，镜下观察孔隙大小，分为微孔与微裂缝；根据成因分类，将微孔分为有机质孔、原生晶（粒）间孔和次生溶孔；根据微孔周围基质成分及与颗粒的位置关系对微孔进行细化分类；根据成因分类，镜下观察孔隙特征，将微裂缝分为层理缝、构造缝、溶蚀缝、成岩收缩缝和超压缝等。本发明是通过分析研究泥页岩孔隙特征，建立一种基于“形态-成因-成分”综合分类方案，遵循三级分类原则的泥页岩微观储集空间分类方法，为泥页岩储层储集空间研究提供一套有效的表征方案，便于进一步展示不同孔隙类型与储集性能之间的关系，在非常规油气勘探与开发中应用前景广阔。
【专利说明】 一种泥页岩的微观孔隙分类方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油勘探和开发地质领域，具体涉及一种泥页岩的微观孔隙分类方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着北美地区页岩气的成功勘探开发，引发了全球非常规油气研究的热潮，而泥页岩孔隙的研究已经成为泥页岩油气首要解决的问题之一，不论在泥页岩油气勘探层位选取、资源潜力评价等方面，泥页岩微观储集空间的研究都具有重要意义。
[0003]Loucks等提出，在泥页岩储层研究中必须要解决两个问题:(I)油气在岩石中的储集空间是什么、有多少；(2)油气沿什么通道从基质渗流到诱导裂缝中从而到达井孔。要解决这两个问题，需要具体对泥页岩储层的孔隙结构进行研究，包括孔隙的类型、大小、形态、分布等微观特征，这样才能明确页岩中的储集空间和渗流途径(Montgomery S Letal.,2005 Jarvie D Metal., 2007 ； Curtis, 2002)。|丐质泥岩、娃质泥岩、粉砂质泥岩等不同泥页岩类型，不仅在孔隙大小上，而且在孔隙类型、特征和孔径分布上均有较大差别。因此，系统进行泥页岩储层的微观孔隙研究对目前泥页岩勘探开发具有重要的意义(PollastiX) R M，2007 ;Apl in A C，2011)。国外部分学者已经开始了此方向的研究工作，而目前国内此领域的研究甚少。
[0004]鉴于孔隙类型和特征对泥页岩储集类型、含(油)气特征、聚集特征、流体产出等有重要影响，国外学者对泥页岩的微观孔隙结构做了一些研究。Loucks等以Barnett —套富含有机质的黑色硅质页岩为研究对象，应用Ar离子束抛光和扫描电子显微镜(SEM)技术，获得了页岩内大量高分辨率岩石孔隙图像数据，并按形态、大小、分布等特征进行了分类。Slatt等对Barnett和Woodford页岩中已发现的孔隙从成因上分为以下几种孔隙类型:
(I)絮凝作用产生的粒间孔，(2)埋藏、成熟过程中形成的有机孔，(3)与生物体相关的粒内孔，(4)矿物颗粒内部孔，(5)页岩基质中的微通道，(6)微裂缝。这些孔隙由于成因和特征上的不同，对页岩气的储集和渗流能力的影响也不同。
[0005]随着国内泥页岩研究的迅速发展，国内学者对于泥页岩孔隙分类提出了新的观点。崔景伟等利用工业CT系列辐射扫描技术、高压压汞(MICP) —氮气吸附(N2) —二氧化碳吸附(CO2)流体法实现泥页岩孔隙的定量表征；陈尚斌等提出利用压汞实验测定孔隙结构，结合TOC和矿物成分构建泥页岩孔隙结构分类方案；于炳松提出页岩气储层孔隙的产状-结构综合分类方案。
[0006]目前针对微观储层的研究主要依靠野外观察、显微薄片、扫描电镜及X衍射等技术，页岩孔隙依据成因及成分因素多分为有机质(浙青)孔和/或干酪根网络、矿物质孔(矿物比表面、晶内孔、晶间孔、溶蚀孔和杂基孔隙等)以及有机质和各种矿物之间的孔隙，裂缝按发育规模分为巨型、大型、中型、小型、微型裂缝5类。不同的孔隙类型、孔隙大小、裂缝类型和裂缝规模，对页岩储能、产能的贡献不同，作用也不同。此外，页岩的孔隙按演化历史可以分为原生孔隙和次生孔隙，次生孔隙多为经后期破坏改造(包括样品制备过程)导致颗粒脱落形成的孔隙，在扫描电镜下多有圆形、椭圆形、深度较浅等特征，在研究过程中应予以剔除。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种遵循三级分类原则而进行分类，基于“形态-成因-成分”的综合分类方案，为泥页岩储层储集空间研究提供一套有效的表征方案，解决泥页岩储层中储集空间及渗流通道特征等问题，为泥页岩储层评价提供帮助的泥页岩的分类方法。
[0008]其技术方案是:一种泥页岩的微观孔隙分类方法，包括以下步骤:
1)根据基本形态，镜下观察孔隙大小，分为微孔与微裂缝；
2)根据成因分类，将微孔分为有机质孔、原生晶(粒)间孔和次生溶孔；
3)根据微孔周围基质成分及与颗粒的位置关系对微孔进行细化分类；
4)根据成因分类，镜下观察孔隙特征，将微裂缝分为层理缝、构造缝、溶蚀缝、成岩收缩缝和超压缝等。
[0009]所述步骤I)中的微孔为直径小于2mm的圆形孔隙，微裂缝为非圆形、镜下观察的长宽比大于5，长度范围在50um至2cm之间的孔隙。
[0010]所述的步骤2)中，有机质孔为在有机质团块中溶蚀方解石及粘土矿物等形成的孔隙，原生晶(粒)间孔为存在于伊利石等粘土矿物间和方解石、白云石等碳酸盐矿物间的孔隙划，次生溶孔为有溶蚀特征的孔隙。
[0011]所述步骤3)中根据有机质孔分布位置可分为有机质内部微孔和有机质边缘微孔等，根据晶间孔颗粒种类可分为粘土矿物晶(粒)间孔、碳酸盐矿物晶(粒)间孔、长英质矿物等其它颗粒之间微孔，根据溶孔发育位置可分为晶(粒)间溶孔、晶(粒)内溶孔和基质溶孔。
[0012]所述步骤4)中，将沉积层理间充填-半充填有机质、粘土或者碳酸盐等物质之间的微裂缝划分为层理缝，将岩心上缝面平直，有纹层的错断和局部或全部被方解石充填划分为构造缝，将发育在灰质、云质等易溶组分含量高的层位、具有溶蚀特征的裂缝划分为溶蚀缝，将泥岩在受热、脱水或流体交换等因素影响时发生收缩作用形成的一种与层面近于平行裂缝类型划分为成岩收缩缝，将泥岩在异常高压或低压作用下产生的一种不规则次生裂缝划分为超压缝。
[0013]本发明与现有技术相比较，具有以下优点:本发明是通过分析研究泥页岩孔隙特征，建立一种基于“形态-成因-成分”综合分类方案，遵循三级分类原则的泥页岩微观储集空间分类方法，为泥页岩储层储集空间研究提供一套有效的表征方案，同时解决泥页岩储层中储集空间及渗流通道特征等问题，为泥页岩储层评价提供帮助。
【具体实施方式】
[0014]本发明通过以下具体操作步骤实施:
1)根据基本形态，观察孔隙大小，一般直径小于2mm的圆形孔隙划分为微孔，非圆形、镜下观察的长宽比大于5，长度范围在50um至2cm之间的孔隙划分为微裂缝；
2)根据成因分类，观察孔隙特征，将在有机质团块中溶蚀方解石及粘土矿物等形成的孔隙划分为有机质孔；将存在于伊利石等粘土矿物间和方解石、白云石等碳酸盐矿物间的孔隙划分为原生晶(粒)间孔；将有溶蚀特征的孔隙划分为次生溶孔；
3)根据微孔周围基质成分及与颗粒的位置关系对微孔进行细化分类，如根据有机质孔分布位置可分为有机质内部微孔和有机质边缘微孔等；根据晶间孔颗粒种类可分为粘土矿物晶(粒)间孔、碳酸盐矿物晶(粒)间孔、长英质矿物等其它颗粒之间微孔；根据溶孔发育位置可分为晶(粒)间溶孔、晶(粒)内溶孔和基质溶孔；
4)根据成因进行微裂缝分类，如将沉积层理间充填-半充填有机质、粘土或者碳酸盐等物质之间的微裂缝划分为层理缝；将岩心上缝面平直，有纹层的错断和局部或全部被方解石充填划分为构造缝；将发育在灰质、云质等易溶组分含量高的层位，具有溶蚀特征的裂缝划分为溶蚀缝；将泥岩在受热、脱水或流体交换等因素影响时发生收缩作用形成的一种与层面近于平行裂缝类型划分为成岩收缩缝；将泥岩在异常高压或低压作用下产生的一种不规则次生裂缝划分为超压缝。
[0015]实施例:
苏北盆地阜二段页岩储集空间类型多样复杂，且工区内脆性矿物较多，受火山、构造作用影响较大，微观储集空间分类难度较大，采用本方法，对不同特征的孔隙类型进行划分。
[0016]第一步，观察该工区的岩心和显微薄片、扫描电镜照片，根据划分依据，把直径小于2mm的圆形孔隙划分为微孔,非圆形、镜下观察的长宽比大于5,长度范围在50um至2cm之间的孔隙划分为微裂缝。
[0017]第二步，按照成因对微孔分类，将工区中有机质团块中溶蚀方解石及粘土矿物等形成的孔隙划分为有机质孔，将存在于伊利石等粘土矿物间和方解石、白云石等碳酸盐矿物间的孔隙划分为原生晶(粒)间孔，将有溶蚀特征的孔隙划分为次生溶孔。
[0018]第三步，根据微孔周围基质成分及与颗粒的位置关系对有机质微孔进行细化分类，工区中有机质孔有三种形式:一为分布于有机质絮团内部的有机质内部微孔,呈集合体蜂窝状，单孔平面为规则-不规则椭圆形，面孔率可达30%，孔径变化范围广，从纳米级到微米级均有分布，均径1.76um，多为蜂窝状聚集；二为围绕有机质发育的有机质边缘微孔，也可切穿到有机质内部，呈新月形-环形，多为纳米孔，均径154nm;三为与黄铁矿共生的有机质孔，平面上为多边形-椭圆形，在与有机质共生的黄铁矿晶粒间发育，为纳米孔，均径219nm。
[0019]第四步，根据微孔周围基质成分及与颗粒的位置关系对原生晶(粒)间孔进行细化分类，工区晶(粒)间孔按颗粒种类分为三种:一为粘土矿物晶(粒)间孔，房室状、长条形、三角形等，发育于伊利石等粘土矿物之间，连通性好，均径836nm ;二为碳酸盐矿物晶(粒)间孔，多边形或环形，发育于白云石、方解石等碳酸盐矿物间，多孤立分布，均径1.652um;三为长英质等其他颗粒晶(粒)间孔，多边形或近椭圆形，发育于颗粒周边，多孤立分布，均径
2.851um。
[0020]第五步，根据微孔周围基质成分及与颗粒的位置关系对溶孔进行细化分类，工区溶孔按孔隙发育位置分为三种类型:一为晶(粒)间溶孔，半环或多边形，分布于晶(粒)周边，随溶蚀作用增强其连通性增加，均径为2.453um,晶(粒)间溶孔可以说是原生晶(粒)间孔发生溶蚀的结果，其发育程度受地下水进入、易溶矿物、矿离子含量等有关；二为晶(粒)内溶孔，平面上为不同程度的椭圆-圆形，分布于矿物颗粒或晶体内部，多孤立分布，为纳米孔，均径为217nm ;三为基质溶孔，空间形态为椭球形_长条形洞穴，散布于基质中，少量为泥质和云母等充填，连通性较差，均径为7.08um。基质溶洞是基质中的矿物颗粒生物物质等，随着溶蚀作用的进行完全溶解，只在基质中原地残余的孔、洞。不同形态的有机质孔可推断其原物质，如长条形基质溶孔，可能为云母溶蚀形成，三种溶孔形态相似成因相同，但大小差异大，溶孔形态取决于被溶颗粒和溶蚀程度。随着溶蚀程度的增强，其连通性增加。
第六步，按照成因对微裂缝分类，工区微裂缝有五种类型:层理缝、构造缝、溶蚀缝、收缩缝和超压缝。
[0021]第七步，对微裂缝特征进行详细分析，层理缝作为一种原生微裂缝，是沉积层理间充填-半充填有机质、粘土或者碳酸盐等物质之间的微裂缝，平行于层理、页理方向，镜下形态为连续-不连续线型，长度> 300um，平均宽度23.13um,平均缝间距427um，多为半充填；构造缝是岩石承受构造应力后产生的一种次生裂缝。可按产状分为低角度构造缝(与层理面交角<30° )、高角度构造缝(> 60° )、斜交构造缝(30° <交角<60° )。按力学性质分为张性构造缝、剪性构造缝、扭性构造缝和其他复合构造缝。平面形态可为锯齿状、雁列状、平直状，长度> 300um，平均宽度为53.22um，平均间距为872um。少部分为石膏或方解石充填；溶蚀缝的平面形态为蛇曲型、港湾状，长度多> lOOum，平均宽度为33.76um，裂缝多为方解石等部分充填，显示不完全溶蚀特征。收缩缝是泥岩在受热或流体交换等因素影响时发生收缩作用形成的一种裂缝类型。平面形态为环绕型、网络状，长度> 50um，平均宽度17.44um，相互之间连通性好，少数有充填。这种裂缝在工区数量有限，在火山岩烘烤部位较集中发育；超压缝是泥岩在异常高压或低压作用下产生的一种不规则次生裂缝。平面形态多为树枝状，长度> 300um，平均宽度20.93um，连通性好，多数有充填。这种裂缝直接受控于异常压力区的分布。
[0022]从分析结果看，上述孔隙分类基本上涵盖了研究区目的层所有微观储集空间特征，微孔隙类型丰富，包括9种微孔:有机质孔(3种)、晶(粒)间孔(3种)、溶孔(3种)，5种微裂缝:层理缝、构造缝、溶蚀缝、收缩缝和超压缝。不同微孔隙形态、大小不同，其中孔隙大小对储集空间大小及有效性有着决定性作用，其中有机质孔、粘土矿物晶(粒)间孔、碳酸盐晶(粒)间孔、粒内溶孔是主要纳米孔类型。
【权利要求】
1.一种泥页岩的微观孔隙分类方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)根据基本形态，镜下观察孔隙大小，分为微孔与微裂缝； 2)根据成因分类，将微孔分为有机质孔、原生晶(粒)间孔和次生溶孔； 3)根据微孔周围基质成分及与颗粒的位置关系对微孔进行细化分类； 4)根据成因分类，镜下观察孔隙特征，将微裂缝分为层理缝、构造缝、溶蚀缝、成岩收缩缝和超压缝等。
2.根据权利要求1所述的一种泥页岩的微观孔隙分类方法，其特征在于:所述步骤I)中的微孔为直径小于2_的圆形孔隙，微裂缝为非圆形、镜下观察的长宽比大于5，长度范围在50um至2cm之间的孔隙。
3.根据权利要求1所述的一种泥页岩的微观孔隙分类方法，其特征在于:所述的步骤2)中，有机质孔为在有机质团块中溶蚀方解石及粘土矿物等形成的孔隙，原生晶(粒)间孔为存在于伊利石等粘土矿物间和方解石、白云石等碳酸盐矿物间的孔隙划，次生溶孔为有溶蚀特征的孔隙。
4.根据权利要求1所述的一种泥页岩的微观孔隙分类方法，其特征在于:所述步骤3)中根据有机质孔分布位置可分为有机质内部微孔和有机质边缘微孔等，根据晶间孔颗粒种类可分为粘土矿物晶(粒)间孔、碳酸盐矿物晶(粒)间孔、长英质矿物等其它颗粒之间微孔，根据溶孔发育位置可分为晶(粒)间溶孔、晶(粒)内溶孔和基质溶孔。
5.根据权利要求1所述的一种泥页岩的微观孔隙分类方法，其特征在于:所述步骤4)中，将沉积层理间充填-半充填有机质、粘土或者碳酸盐等物质之间的微裂缝划分为层理缝，将岩心上缝面平直，有纹层的错断和局部或全部被方解石充填划分为构造缝，将发育在灰质、云质等易溶组分含量高的层位、具有溶蚀特征的裂缝划分为溶蚀缝，将泥岩在受热、脱水或流体交换等因素影响时发生收缩作用形成的一种与层面近于平行裂缝类型划分为成岩收缩缝，将泥岩在异常高压或低压作用下产生的一种不规则次生裂缝划分为超压缝。
【文档编号】G01N15/08GK104007049SQ201410248400
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】马存飞, 董春梅, 林承焰, 鞠传学 申请人:马存飞