黔北地区下古生界页岩有机质孔隙结构特征及三维重构

来源：石油科学通报杂志2025年第2期北京时间：

作者：范青青；刘达东；许名扬；蒋欣怡；陈祎；冯霞；杜威；刘冀蓬；唐梓俊；赵帅

单位：中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室,北京 102249;中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院,北京 102249;自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室,贵阳 550004%中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室,北京 102249;中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院,北京 102249%自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室,贵阳 550004;贵州省油气勘查开发工程研究院,贵阳 550004

摘要：页岩的孔隙作为页岩气的主要储集空间,其结构特征直接决定了气体的赋存状态、富集程度及渗流机制.然而页岩气储层中有机孔的结构十分复杂,非均质性强裂,制约了储层的精细评价和动态开发.为明确我国南方下古生界页岩储层有机孔的三维结构特征,本文以黔北地区寒武系牛蹄塘组和志留系龙马溪组两套富有机质页岩为研究对象,针对这两套热成熟度差异显著的页岩层系,本研究综合运用有机质提取、低温氮气吸附以及聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)三维重构技术,系统表征了两套页岩有机孔的微观结构特征,并且基于氮气吸附和FIB数据,分别利用FHH和盒子计数模型评估了不同尺度下有机孔的孔隙结构复杂程度.研究结果表明,中等热成熟度的龙马溪组页岩(等效镜质体反射率Ro=2.1%～2.8%)有机孔十分发育,孔隙形态以气泡状、海绵状团簇为主,孔径主要介于200～450 nm,具有较高的比表面积(133.9～159.5 m2/g)和孔体积;与之相比,过成熟的牛蹄塘组页岩(Ro=3.0%～3.8%)有机孔的孔径较小(r=10～140 nm),其形态多呈不规则状或狭缝状,比表面积(30.9～31.4 m2/g)和孔体积较低.三维孔隙网络建模显示,在龙马溪组页岩中,有机孔孤立分布,连通性差,大孔(r>140 nm)贡献了总孔隙体积的 70%.牛蹄塘组页岩由于热演化程度较高,有机质发生缩聚形成微裂缝,提高了大孔(r>150 nm)之间的连通性;而小孔呈孤立分布,孔隙之间的连通性差,小孔贡献了总孔隙体积的64%.另外,两套页岩的有机孔分形表征显示,牛蹄塘组页岩的大孔具有更高的分形维数(D2=2.37～2.78),表明其孔隙结构更为复杂;而龙马溪组页岩有机孔的形态相对规则,这主要受有机质热演化程度控制.该研究不仅为不同热成熟度页岩的三维孔隙结构演化机制提供了系统认识,还为黔北地区页岩气储层评价和渗流开发提供了理论依据.

关键词：页岩气储层,有机孔,孔隙结构,孔径分布,非均质性,机器学习