鄧 澤 王紅巖 姜振學 孫夢迪 吳澤宇 徐嫣然 柯于斌

1.中國石油大學（北京） 2.中國石油勘探開發(fā)研究院 3.中國石油集團非常規(guī)油氣重點實驗室 4.東北石油大學 5.中國散裂中子源

0 引言

頁巖氣和煤層氣是非常規(guī)天然氣的重要組成部分，不同于砂巖和碳酸鹽巖儲層，頁巖和煤巖儲層具有自生自儲的特點[1-2]。頁巖氣和煤層氣的賦存特征及產(chǎn)出規(guī)律受到儲層復雜孔隙結構（幾何結構如形狀、大小等，拓撲結構如孔隙連通性）的控制[3-4]。煤巖儲層由于其有機組分中發(fā)育大量小于3 nm的有機孔隙，因此，煤層氣主要以吸附態(tài)賦存于煤巖中[5]。頁巖儲層孔隙網(wǎng)絡主要由微納米尺度的無機礦物粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙和有機孔隙構成，頁巖氣常以游離態(tài)和吸附態(tài)賦存于頁巖儲層中[6-7]。因此，充分了解頁巖和煤巖的孔隙結構及其差異可以揭示不同儲層孔隙結構中氣體的運移機理，有助于評價非常規(guī)天然氣儲層質(zhì)量并優(yōu)化開發(fā)方案。

近年來，一系列定量化與可視化的技術被應用于頁巖和煤巖的孔隙結構表征?？梢暬夹g如場發(fā)射掃描電鏡、氦離子顯微鏡和原子力顯微鏡可以直觀地描述孔隙特征，但在高分辨率的前提下，如何擴大視域范圍提高觀察對象的代表性一直是該方法的瓶頸[8-10]。流體注入法（如氣體吸附、高壓壓汞、低場核磁共振）是常用的表征頁巖和煤巖孔隙結構的方法，但是每種方法均有自身的優(yōu)勢和缺陷[11-12]。高壓壓汞法可以定量表征對應孔喉所連通的孔隙體積分布而不是孔隙直徑所對應的孔隙體積分布，對喉道的表征可以有效評價儲層中孔隙的連通性[13-14]。但是基于目前最高的進汞壓力可以表征的孔喉下限是3 nm，高壓是否會導致樣品產(chǎn)生新的裂縫或壓縮基質(zhì)孔隙也尚無定論[15-16]。低壓CO2吸附實驗可以測定微孔的孔隙體積分布，但表征孔徑上限通常是2 nm[17]。低壓N2吸附實驗表征的孔徑范圍為幾納米到幾百納米內(nèi)N2可以進入的孔隙空間，但測量結果會受到樣品粒徑大小的影響[18]。無損的射線探測法主要包括微納米CT掃描和小角（中子和X射線）散射技術，其中小角中子散射作為一種前沿性方法，最初被應用于煤巖的孔隙結構表征[19]，2012年開始美國最先將其應用于頁巖油氣儲層表征研究[20]，2016年中國學者應用此技術表征上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁巖孔隙結構[21]。與流體注入法相比，小角中子散射技術有其自身的優(yōu)勢[22]：①通過中子束流可以無損地對頁巖或煤巖孔隙結構進行分析；②檢測的孔隙空間包括開孔和閉孔，不受孔隙連通性的限制；③通過氘代流體的注入可以檢測流體在孔隙中的分布。

筆者結合射線探測法（小角中子散射）、流體注入法（高壓壓汞、N2和CO2吸附）及場發(fā)射掃描電鏡觀察，對頁巖和煤巖的孔隙結構特征進行定量表征；基于小角中子散射與流體注入法表征樣品孔隙結構的差異，評價樣品的孔隙連通性；并通過對比分析頁巖與煤巖的孔隙結構差異及成因，研究甲烷在不同儲層中的運移機理，以期為儲層的評價及開發(fā)提供理論支撐。

1 樣品及實驗方法

1.1 樣品

筆者本次研究采用4塊新鮮巖心樣品，分別取自四川省瀘州地區(qū)Y105井下志留統(tǒng)龍馬溪組過成熟海相頁巖（1塊）、貴州省畢節(jié)地區(qū)YSL68井的上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M過成熟海陸過渡相頁巖（1塊）和山西省臨汾地區(qū)P20井上石炭統(tǒng)本溪組煤巖（2塊），樣品的基本參數(shù)如表1和表2所示。其中頁巖樣品的散射長度密度是前人根據(jù)每種組分（包括有機組分）的體積平均計算求得[23]，煤巖樣品的散射長度密度采用Ruppert等[24]對不同成熟度有機質(zhì)的散射長度密度研究結果（表3）。

表1 頁巖巖心樣品總有機碳含量及礦物組分參數(shù)表

表2 煤巖巖心樣品顯微組分及礦物含量參數(shù)表

表3 不同成熟度的有機質(zhì)的近似散射長度密度數(shù)據(jù)表

1.2 實驗方法

小角中子散射實驗在中國散裂中子源通過小角中子散射譜儀完成。巖心樣品被制成35～80目的顆粒，并在實驗前用60 ℃真空烘箱烘干48 h。干燥后的樣品放置在內(nèi)徑為1 mm的石英樣品艙中用于小角散射實驗獲取樣品的孔隙結構信息。樣品到探測器的距離固定為4 m，通過波長為1～10 ?的中子束流對樣品進行輻照，可以獲得散射矢量（Q）介于0.005～0.600 ?-1。通過散射背景（空樣品艙和同樣粒徑的石英砂）矯正后的二維散射數(shù)據(jù)利用Igor Pro軟件轉化為一維散射數(shù)據(jù)集，一維散射數(shù)據(jù)集通過Igor Pro軟件進行孔隙度計算，用軟件中IRENA macro插件通過非負最小二乘法對散射數(shù)據(jù)進行擬合，并通過多分散球體模型計算頁巖樣品的孔隙體積分布。小角中子散射數(shù)據(jù)中散射矢量（Q）與孔隙半徑（R）的關系通?？梢员硎緸镽=2.5/Q[25]。小角中子散射對于已知孔隙結構的玻璃碳標準物質(zhì)可以獲得準確的孔隙度及孔徑分布參數(shù)，但頁巖和煤巖多為有機相和無機礦物相的混合物，只能近似為兩相系統(tǒng)，通過平均的散射長度密度來計算孔隙度成為主要的誤差來源。

小角中子散射后的實驗樣品通過麥克ASPS2 020設備分別在77 K和273 K溫度條件下進行N2和CO2吸附實驗。分別對樣品中大于2 nm（N2吸附）和小于2 nm（CO2吸附）的孔隙結構進行表征。

高壓壓汞測試通過麥克AutoPore 9520設備完成，起始注入壓力設為5 psi（0.034 MPa）用于測定樣品的體密度，最大進汞壓力為60 000 psi（413.700 MPa）用于獲得最大壓力下的進汞量從而計算樣品的真密度及孔隙度。在該實驗壓力范圍下可測得的孔喉介于3～36 μm。實驗前將樣品切制成邊長為1 cm的立方體，并進行表面拋光以減少實驗過程中的麻皮效應，在60 ℃真空烘箱烘干48 h以上，以達到質(zhì)量平衡，有效地去除樣品中的揮發(fā)份和可動水。對于低孔隙度的含氣頁巖樣品通常選取0.096 mL毛細管體積的膨脹器（測定孔隙度小于8%的樣品），對于煤巖樣品選取0.412 mL毛細管體積的膨脹器（測定孔隙度介于2%～30%的樣品）。為了檢測高壓對于頁巖孔隙結構的影響及孔隙的連通性，在首次壓汞實驗結束后對該樣品進行一次重復壓汞實驗，通過首次壓汞實驗滯留在樣品中汞體積的分布可以通過第二次壓汞測試表征出來，從而區(qū)分樣品中汞在壓力作用下自由流動的通道空間及滯留的儲集空間[26]。

頁巖和煤巖樣品通過場發(fā)射掃描電鏡進行孔隙結構觀察。在觀察前通過氬離子拋光（采用Gatan 697氬離子拋光儀對樣品表面進行6 h拋光處理）對表面進行處理獲得盡量光滑的觀察面，并噴5 nm厚的鉑金以增強樣品表面的導電性。場發(fā)射掃描電鏡成像在2～4 mm的工作距離下通過1 kV的加速電壓進行。

2 實驗結果

2.1 小角中子散射實驗

圖1為4個樣品在常溫常壓下的小角中子散射結果。在Q≤0.1 ?-1（孔徑大于等于5 nm）的范圍內(nèi)煤巖的散射強度明顯小于頁巖樣品；反之，當Q＞0.1 ?-1（孔徑小于5 nm）時煤巖的散射強度高于頁巖樣品。當樣品近似為兩相系統(tǒng)（孔縫空間和固體基質(zhì)）時，樣品孔隙度與散射強度和Q的關系[27-28]可以表達為：

式中Q表示散射矢量，?-1；I（Q）表示散射強度，cm-1；ρ1表示巖石基質(zhì)的散射長度密度，1010cm-2；ρ2表示巖石孔縫空間的散射長度密度，1010cm-2，通常取值0；φ表示巖樣孔隙度。

計算結果顯示，小角中子散射曲線在一定的Q值范圍（0.005～0.100 ?-1）內(nèi)，I（Q）可以用斜率接近-3的直線在雙對數(shù)坐標軸上表示（圖1），這表明I（Q）和Q呈冪律分布[I（Q）～Q-p，p表示Porod指數(shù)][29-30]。當p＞3時，通常指示樣品結構具有表面分形特征，表面分形維數(shù)為6-p；當p＜3時，代表樣品結構服從質(zhì)量分形特征，質(zhì)量分形維數(shù)為p。小角中子散射對樣品的測試結果顯示樣品孔隙分形特征多在孔徑大于5 nm的范圍出現(xiàn)，并且對煤巖樣品的測定呈現(xiàn)了表面分形特征，而對頁巖樣品的測定反映了質(zhì)量分形特征。

圖1 煤巖和頁巖樣品原始小角中子散射曲線圖

如圖1所示，4個樣品的小角中子散射數(shù)據(jù)在大Q值區(qū)域，I（Q）會接近水平，稱為“水平”背底。散射強度的“水平”背底主要是樣品中的氫原子導致，樣品中的氫原子主要來源于有機組分和黏土礦物中的結合水[31]。因此，煤巖樣品的散射背底均高于頁巖樣品。YSL68-12號頁巖樣品較Y105-10號頁巖樣品因具有更高的總有機碳含量和黏土礦物含量，因此其散射背底值也較高。

如圖2所示，將原始數(shù)據(jù)導入Igor Pro軟件的Irena插件中進行處理，扣除背底，輸入散射長度密度等參數(shù)，選擇相應模型擬合，計算出樣品的孔隙結構信息。將4個樣品的原始數(shù)據(jù)扣除背底值后通過非負最小二乘法對數(shù)據(jù)擬合10次以減少數(shù)據(jù)誤差（圖3），從而計算樣品的孔隙度及孔密度（單位體積內(nèi)孔隙的數(shù)量）（表4）。表4結果顯示煤巖的孔隙度主要由直徑介于1～5 nm的孔隙貢獻，并且此孔徑范圍內(nèi)的孔密度遠高于孔徑大于5 nm的孔密度。相比煤巖，頁巖在直徑介于5～100 nm的孔隙度和孔密度均較高，但在小于5 nm范圍內(nèi)則較低。Y105-10號海相頁巖樣品在兩個孔徑范圍內(nèi)的孔隙度和孔密度均要高于YSL68-12號海陸過渡相頁巖樣品。

圖2 Y101-10號樣品小角中子散射曲線處理過程圖

圖3 煤巖和頁巖樣品扣除背景的SANS數(shù)據(jù)及非負最小二乘法擬合圖

表4 小角中子散射實驗測定的樣品孔隙結構參數(shù)表

2.2 流體注入實驗

4個樣品的CO2吸附結果（根據(jù)DFT模型計算）和N2吸脫附結果（根據(jù)BJH模型計算）如圖4和表5所示。煤巖樣品的CO2吸附量遠高于頁巖樣品（圖4-a、b）。相比頁巖，煤巖樣品在孔徑2 nm以內(nèi)具有更高的孔隙體積和比表面積，這與中子散射的實驗結果相一致。因此，煤巖可以為氣體提供大量的吸附空間。通過N2吸脫附結果（圖4-c、d）可以看出在2 nm到數(shù)百納米的孔徑范圍內(nèi)頁巖比煤巖具有更高的N2吸附量，具有更高的孔隙體積和比表面積，同時具有更小的平均孔徑值，因此，提供了更多的游離氣空間，N2吸附結果同樣與中子散射數(shù)據(jù)相吻合。另外，頁巖的N2吸脫附曲線相比煤巖具有更大的滯留環(huán)，基于N2吸脫附形態(tài)反映的孔隙結構[32]，煤巖在相應的孔隙空間內(nèi)多以楔形孔和狹縫孔為主，而頁巖中存在更多的墨水瓶形態(tài)孔隙或小尺寸喉道連通大孔徑孔隙空間的特征。

圖4 煤巖和頁巖樣品低壓CO2吸附和N2吸脫附等溫曲線和孔隙體積分布圖

表5 CO2和N2吸附實驗測定的樣品孔隙結構參數(shù)表

4個樣品從0.034 MPa到413.700 MPa壓力下的累計進退汞曲線可以發(fā)現(xiàn)煤巖和頁巖的曲線形態(tài)具有顯著差別（圖5-a）。煤巖樣品的累計進汞量隨著壓力升高持續(xù)升高，說明煤巖樣品中存在更小的孔喉通道，如果壓力繼續(xù)升高，汞將進入更小的孔隙空間。當壓力下降后，汞迅速從煤巖孔隙中退出，進退汞曲線形態(tài)呈現(xiàn)牛角狀，也反映出煤巖中孔隙形態(tài)以狹縫孔和楔形孔為主，與N2吸附結果相一致。頁巖樣品的最大進汞量明顯小于煤巖樣品，因此，通過高壓壓汞法得到的頁巖的孔隙度明顯低于煤巖樣品（表6）。當頁巖樣品達到最大進汞壓力時，隨著壓力的下降，累計進汞量出現(xiàn)先升高后下降的趨勢，這種“超頂”現(xiàn)象通常出現(xiàn)在低孔隙度且孔隙連通性較差的頁巖樣品中[33]。通過進汞曲線衍生的孔喉分布曲線（圖5-b）可以看出煤巖樣品較頁巖樣品具有更多的微納米尺度微裂縫，因此，煤巖的平均孔喉直徑大于頁巖樣品。煤巖樣品在孔喉直徑小于20 nm后出現(xiàn)進汞量的快速增加，相比頁巖具有更高的總孔隙面積（表6），在Y105-10號頁巖樣品中也出現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。

圖5 煤巖和頁巖樣品高壓壓汞曲線特征圖

表6 高壓壓汞實驗測定的樣品孔隙結構參數(shù)表

為了通過滯留汞的分布評價孔隙連通性及檢測高壓對樣品孔隙結構的影響，對同一個樣品進行了重復高壓壓汞實驗。通過對比兩次測定的增量進汞體積（對應孔喉直徑所連通的孔隙體積）分布的差值反映滯留汞的空間分布，而第二次的增量進汞體積分布則代表了汞在降壓過程中自由運移的通道。如圖6所示，反映了同一樣品在第一次壓汞和第二次壓汞中孔喉所連通的孔隙體積的增量進汞體積，可以發(fā)現(xiàn)第二次壓汞的孔隙體積分布曲線均低于第一次壓汞的結果。通過對比一次壓汞和二次壓汞的增量進汞體積分布曲線，二者的差值為滯留汞分布范圍，如P20-15號煤巖樣品和YSL68-12號頁巖樣品具有明顯的滯留汞分布范圍。同時，本次煤巖的測試結果未出現(xiàn)之前對五峰組—龍馬溪組頁巖測試中滯留汞大量分布在小于10 nm孔喉內(nèi)的現(xiàn)象[34]。與之前的研究結果[34]相比較，頁巖中小于10 nm孔喉的增量進汞量也明顯偏低。說明在本次高壓壓汞實驗中對頁巖和煤巖樣品表征的主要孔隙體積為汞流動的通道空間體積，并未出現(xiàn)大量汞滯留的儲集空間。

圖6 煤巖和頁巖樣品第一次和第二次高壓壓汞的孔喉直徑與孔隙體積分布圖

通過千分尺測量壓汞測試前后頁巖樣品的幾何尺寸，發(fā)現(xiàn)其外觀體積沒有變化。如果高壓壓汞實驗產(chǎn)生了新的裂縫，產(chǎn)生裂縫的壓力將與第二次壓汞實驗汞注入裂縫的壓力不會一致，第二次壓汞的增量進汞曲線將會超過第一次。筆者測試的實驗結果并未發(fā)現(xiàn)之前研究推測的在高壓下樣品會產(chǎn)生新裂縫的情況，以及壓汞后頁巖樣品體積會減小的情況[33]。對于無法被汞進入的基質(zhì)孔隙網(wǎng)絡是否會在高壓下被壓縮尚未被實驗證實，但是對比樣品在壓汞實驗中的壓縮系數(shù)，煤巖相比頁巖具有更高的可壓縮性（表6）。

3 孔隙結構差異及其天然氣運移機理

不同互補性技術聯(lián)合應用可以更全面地揭示頁巖和煤巖的孔隙結構特征[2,35-36]。高壓壓汞的結果可以指示汞通過喉道進入樣品的連通孔隙度，而小角中子散射則測定樣品的總孔隙度，二者的對比結果可以作為孔隙可進入性的指標[30,37]。Swift等[38]通過對比高壓壓汞和中子散射的結果表征不同巖相頁巖孔隙結構的差異，評估孔徑、孔喉比。King等[39]通過結合小角中子散射、高壓壓汞和氦離子顯微鏡觀察等技術測定頁巖孔徑、孔喉比用于評價頁巖儲層孔隙連通性。Okolo等[40]和Pan等[41]基于射線探測法（小角X射線散射）和流體注入法（高壓壓汞和低壓氣體吸附）測定煤巖不同孔徑段的孔隙結構及封閉性?；谥凶由⑸浜透邏簤汗▽Ρ劝l(fā)現(xiàn)頁巖中也含有一定量的封閉孔隙網(wǎng)絡并與有機質(zhì)中發(fā)育的孔隙相關[42-44]。

由于頁巖氣儲層和煤層氣儲層中孔隙多發(fā)育在小于100 nm的尺度范圍內(nèi)，因此可以通過小角中子散射和高壓壓汞實驗結果對比發(fā)現(xiàn)頁巖和煤巖的孔隙具有不同的連通程度（圖7）。對于煤巖樣品，除了較頁巖樣品有更多的微孔以外，在高壓壓汞實驗中汞可以進入到大于3 nm孔喉連通的大部分孔隙空間中（圖7-a、b），具有較好的孔隙連通性。通過場發(fā)射掃描電鏡對煤巖孔隙的觀察也可以發(fā)現(xiàn)煤巖中有大量開度為納米級的微裂縫有利于連通基質(zhì)孔隙（圖8-a、b），與高壓壓汞的測試結果相一致。同時，小角中子散射和高壓壓汞對煤巖孔隙度的測定結果相近也反映了其較好的孔隙連通性。通過對比煤巖的重復壓汞數(shù)據(jù)（圖6-a、b），發(fā)現(xiàn)孔徑小于20 nm的孔隙很少有滯留汞分布，納米級基質(zhì)孔隙與微米級裂縫的連通性較高，煤層氣可以有效地從基質(zhì)孔隙向裂縫通道供給。P20-15號煤巖樣品在孔喉100 nm左右的滯留汞明顯多于P20-19號煤巖樣品，可能與P20-15號煤巖樣品具有更高的灰分含量有關。

圖7 煤巖和頁巖樣品小角中子散射與高壓壓汞測定的孔隙體積分布圖

頁巖的小角中子散射測定的孔隙度均高于高壓壓汞的實驗結果，說明部分孔隙空間在壓汞實驗過程中汞無法進入。雖然兩種測試方法表征的孔徑范圍不同，但過成熟頁巖儲層孔隙主要發(fā)育在小于100 nm的尺度范圍內(nèi)[32,45]，如果包含大于100 nm的孔徑范圍，則中子散射測定的總孔隙度將更大于壓汞測定的連通孔隙度。通過對比兩種方法測定的孔隙和孔喉對應孔隙體積的分布情況發(fā)現(xiàn)大量大于20 nm孔徑的孔隙網(wǎng)絡未被汞充入（圖7-c、d）。通過場發(fā)射掃描電鏡對頁巖孔隙的觀察，這部分孔隙網(wǎng)絡主要為有機質(zhì)孔隙構成（圖8-c、d）。但是大量的有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡被無機礦物所封閉，并未發(fā)現(xiàn)明顯的與周圍基質(zhì)相連通的喉道。對比筆者本次研究的Y105-10號海相頁巖樣品與YSL68-12號海陸過渡相頁巖樣品可以發(fā)現(xiàn)，海陸過渡相樣品的無機礦物孔隙相比海相頁巖更發(fā)育（圖8-e），但是有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡不如海相頁巖發(fā)育，且存在大量的無孔有機質(zhì)（圖8-f）。通過對比頁巖小角中子散射和高壓壓汞實驗測得的進汞飽和度（壓汞孔隙度和小角中子散射孔隙度），發(fā)現(xiàn)海相頁巖的孔隙連通性要優(yōu)于海陸過渡相頁巖。重復壓汞實驗（圖6-c、d）也發(fā)現(xiàn)Y105-10號海相頁巖樣品相比YSL68-12號海陸過渡相頁巖樣品具有更少的滯留汞分布，并且汞可以進入更多的基質(zhì)孔隙。頁巖喉道體系所連通的基質(zhì)孔隙體積大小控制了頁巖氣從基質(zhì)孔隙空間向裂縫通道的供給能力。因此，筆者本次研究中海相頁巖儲層基質(zhì)孔隙中的氣體相比海陸過渡相頁巖更容易運移到裂縫體系中。

圖8 煤巖和頁巖樣品的場發(fā)射掃描電鏡顯微照片

通過對比頁巖與煤巖的孔隙結構差異，可以發(fā)現(xiàn)頁巖孔隙的類型較煤巖豐富，頁巖孔隙的非均質(zhì)性更強。煤巖中以有機組分為主，灰分較少，有機組分中又以鏡質(zhì)組為主（表2），而鏡質(zhì)組中含有大量2 nm以下的微孔，這是煤巖微孔含量遠高于頁巖的主要原因（表4），同時無機組分較少導致孔隙體系具有較強的可進入性，有利于流體在孔隙網(wǎng)絡中的流動[46]。頁巖組分相比煤巖更加復雜（表1），有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡內(nèi)部連通性較好，但是由于外圍無機礦物的封閉使得有機質(zhì)孔隙缺乏與外部連通的途徑，導致頁巖整體內(nèi)部孔隙連通性變差。對過成熟海相頁巖閉孔的研究結果表明，閉孔體系多與有機質(zhì)孔隙相關，主要是脆性無機礦物對有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡的封閉形成的[47]。Sun等[34]通過場發(fā)射掃描電鏡對過成熟海相頁巖三維孔隙網(wǎng)絡重建的結果也顯示有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡具有較好的孔隙連通性，但是有機質(zhì)周圍無機礦物的封閉降低了頁巖基質(zhì)整體的孔隙連通性。Mastalerz等[20]通過氘代甲烷注入樣品后的小角中子散射實驗也發(fā)現(xiàn)頁巖的孔隙連通性較煤巖差。

頁巖和煤巖的孔隙連通性是控制儲層中流體運移和天然氣開發(fā)的重要因素[48-49]，在保存條件較好的頁巖氣和煤層氣儲層中高孔隙連通性有助于提高天然氣產(chǎn)量和采收率。相反，在保存條件不理想的儲層中，高孔隙連通性也同樣會加速氣體的逸散。煤巖雖然具有較好的孔隙連通性，但主要的儲集空間集中在小于5 nm的孔徑范圍內(nèi)，甲烷以吸附氣為主賦存方式可以有效地降低氣體的逸散，但在開發(fā)過程中微孔中的吸附氣如何解吸成為游離氣是煤層氣開發(fā)中的關鍵。而對于頁巖儲層，由于其較差的孔隙連通性，需要通過水力壓裂技術產(chǎn)生更多的裂縫通道來提高頁巖儲層的孔隙連通性，從而提高壓裂后的初始產(chǎn)量，但后期頁巖氣遞減規(guī)律主要受控于基質(zhì)孔隙與裂縫的連通程度。因此，頁巖中相似孔隙度的層段更要突出對于孔隙連通性的評價，這關系到頁巖氣能否從基質(zhì)儲集空間中運移到天然裂縫或人工裂縫中。

4 結論及建議

1）小角中子散射和流體注入法的結果顯示頁巖與煤巖的孔隙結構存在較大的差異，煤巖主要的儲集空間集中在孔徑小于5 nm的范圍內(nèi)，而頁巖在孔徑大于5 nm的范圍內(nèi)同樣是重要的儲集空間。

2）基于小角中子散射與高壓壓汞的對比結果，可以利用進汞飽和度參數(shù)來評價孔隙的連通性，實驗結果顯示煤巖的孔隙連通性要優(yōu)于頁巖，其孔隙連通性的差異主要受其儲層組分的控制。頁巖的低孔隙連通性是由于無機礦物對有機質(zhì)的封閉導致有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡缺少與外界連通的喉道。

3）重復壓汞法證明，對于頁巖和煤巖在高壓壓汞實驗過程中并不會因高壓而產(chǎn)生新的裂縫，但是否會對不連通的基質(zhì)孔隙產(chǎn)生壓縮尚需要實驗證實。

4）對于煤層氣儲層，孔隙連通性均較好的情況下，孔隙儲集性的評價則尤為重要，微孔中的吸附氣如何解吸成為游離氣是煤層氣開發(fā)中的關鍵。對于頁巖儲層，相似孔隙度的層段更要突出對于孔隙連通性的評價，這關系到頁巖氣能否從基質(zhì)儲集空間中運移到天然裂縫或人工裂縫中。頁巖中的有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡是有機質(zhì)組分裂解生成頁巖氣后的產(chǎn)物，也是頁巖氣最早的儲集空間，因此，對于頁巖孔隙連通性的評價可以反映有機質(zhì)孔隙網(wǎng)絡與外界空間的連通情況。