页岩储层物性与有机质及矿物组成关系研究获进展

　　近年来，非常规页岩气的成功开发极大地满足了全球对天然气的能源需求。与传统碎屑岩和碳酸盐岩储层不同，页岩气储层往往具有低孔隙度（<10%）和低渗透率（<1μd）的特征。孔隙度和含气饱和度决定了游离气量，直接影响页岩气田的地质储量；渗透率影响页岩气流动方式，是页岩气井产率的核心参数。因此，有关页岩储层物性控制因素的讨论有利于加深对页岩气储集和运移机理的认识。

　　北美地区页岩气的相关研究表明：有机质丰度和成熟度控制了页岩储层的孔隙度；黏土矿物可堵塞孔喉，降低页岩的渗透性能；孔隙排列方式和相对比例对页岩渗透性能的影响更为直接。相比而言，中国南方地区下古生界富有机质页岩经历了更强烈的埋藏和热作用，使得有效应力和成熟度是影响页岩物性极重要的因素，因此，我国的页岩储层孔隙组成和渗透性能必然表现出迥异的岩石物理特征。中国科学院广州地球化学研究所彭平安课题组助理研究员王庆涛在前人研究基础上，以威远地区龙马溪页岩为例，深入讨论了页岩有机质和矿物组成与孔隙度及渗透率的相关关系，取得以下认识：

　　1. 对于富有机质页岩（TOC>2%），有机孔贡献了孔隙度的60%以上，因此TOC丰度是页岩孔隙度的主控因素；由于有机黏土复合体中广泛发育的孔隙和黏土粒间孔的存在，黏土矿物含量与孔隙度表现出正相关关系；碳酸盐和石英主要表现为对TOC的稀释作用，因而呈现出与孔隙度的负相关关系（图1）。

　　2. 在页岩有机和矿物组成中，黏土矿物含量与渗透率关系最为紧密：黏土含量低时（<30%），黏土与有机质形成有机黏土复合体，黏土含量增加有利于提高页岩的渗透性能；黏土含量高时（>30%），黏土含量增加会减小孔隙平均孔径，从而降低页岩的渗透性能。

　　3. 对于页岩孔隙网络来说，更高相对比例的介孔可提高页岩储层的渗透性能。这主要有两个原因：一方面，有机孔的孔隙连通性好于其他类型孔隙，而大量有机孔处于介孔尺度；另一方面，介孔数量多可提高与孔隙网络连通的机率（图2）。

　　课题组以上认识在四川威远和涪陵地区龙马溪页岩取得较好的应用，实测数据与预期结果一致。尽管威远地区龙马溪页岩原地气量（GIP）低于涪陵地区，但其渗透性能好于涪陵地区，因此，威远页岩气区块同样是今后页岩气勘探的有利区。

　　相关研究得到中科院战略先导专项（XDA14010102；XDB10010501）、重大科技专项(2017ZX05008-002-033)、国家重点研发项目（2017YFC0603102）、国家自然科学基金（41602130）的资助。

　　论文信息：

　　Wang, Q.； Wang, T.； Liu, W.； Zhang, J.； Feng, Q.； Lu, H.； Peng, P. a., Relationships among composition, porosity and permeability of Longmaxi Shale reservoir in the Weiyuan Block, Sichuan Basin, China. Marine and Petroleum Geology 2019, 102, 33-47.

　　Wang, Q.； Lu, H.； Wang, T.； Liu, D.； Peng, P. a.； Zhan, X.； Li, X., Pore characterization of Lower Silurian shale gas reservoirs in the Middle Yangtze region, central China. Marine and Petroleum Geology 2018, 89, 14-26.

图1 页岩有机质丰度和黏土含量与渗透率的相关关系

图2 页岩(a)孔隙度、(b)微孔体积百分含量、(c)介孔体积百分含量和(d)宏孔体积百分含量与渗透率的相关关系