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页岩气研究中，页岩孔隙结构及多层吸附模型等方面的研究
 
 
摘要：页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附态或游离态为主要赋存方式的非常规天然气。页岩孔隙结构复杂，一般以纳米孔隙占优势，用常规储层孔隙的表征方法难以］。
目前对于页岩孔隙结构的研究和认识主要基于室内岩心样品的微—纳米观测分析测试结果。根据前人海相页岩的研究成果，不同页岩层系的主导孔隙类型不同，如在成熟度较高的Barnett页岩主要发育有机质孔，而Haynesville页岩、Marcellus页岩中则主要发育无机矿物组成的粒间孔。随着相关研究的不断深入，页岩孔隙结构的非均一性逐渐被发现并得到重视，Chalmers(2012)指出：即使在同一页岩层系中不同的页岩岩相也具有不同的孔隙结构特征。但无论是以哪种孔隙类型为主的页岩层系，其中—大孔发育程度对总孔体积具有绝对的控制作用。
2．页岩孔隙分类
(1)国外学者主要从孔径的大小、孔隙赋存状态及孔隙的连通性对页岩孔隙进行划分。目前提出的页岩储层孔隙大小的分类方案中应用最广的是国际理论和应用化学学会(IUPAC)的分类方案［3］。根据IUPAC的分类，孔径＜2nm的孔隙为微孔，孔径在2～50nm的孔隙为介孔，＞50nm的孔隙为大孔。根据孔隙的赋存状态可以将纳米孔隙分为粒内孔、粒间孔和有机质孔。根据孔隙的连通性将孔隙分为开孔和闭孔，开孔进一步可分为盲孔和通孔［1］。此分类方案中缺少对孔隙有效性的考虑，孔隙有效性主要是含油气能力大小及对渗流的影响等。
(2)孔隙的形态、大小及分布是进行孔隙分类的主要标准。使用图像观察法，可以将孔隙划分为粒内孔、粒间孔、有机质孔及微裂隙；Loucks等(2012)进一步提出了页岩基质孔隙的三端元分类模型:粒间孔、粒内孔和有机质孔隙。
(3)saltt和briens等（2011）将中国海相富有机质页岩孔隙类型进行划分为：絮凝状黏土矿物孔隙、有机质孔隙、药球粒内部孔隙、化石碎片内部孔隙、颗粒内部孔隙、微通道或微裂缝。中国海相富有机质页岩微孔纳米孔十分
发育，既有粒间孔，也有粒内孔和有机质孔，尤其是有机质成熟后形成的纳米孔甚为发育，这些纳米级孔隙是页岩气赋存的主要空间。
(4)根据镜下孔隙形态及其赋存形式，纪文明等（2016）将孔隙分为a有机质孔是发育于有机质间和有机质内，呈椭圆形、圆形、蜂窝状等多种形态；b原生残余孔是常规储层中颗粒间未被充填的原生孔隙是储集空间的主要贡献者；c次生溶蚀孔指除黏土矿物外的其他矿物或碎屑颗粒；d黄铁矿晶间孔通过扫描电镜观察到，颗粒多呈草莓状；e黏土矿物晶间孔的孔径比较小；f裂缝是页岩气渗流的主要网络，对页岩气的开发具有重要意义。
3．页岩储层孔隙结构的油气地质意义
页岩中可产生大量有机质生烃后的残留孔隙。在这些孔隙类型中，微裂隙和粒间孔隙对页岩中烃类运移最为有利，它们的孔径较大，不仅可为页岩中滞留烃类提供有效的储集空间，也能够最大限度地保持孔隙的连通性，同时对水力压裂诱导裂缝的产生具有促进作用［4］。有机质孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙和微裂缝能够为页岩气的赋存提供不同尺度的储集空间，而微裂缝和粒间孔隙对页岩气的运移是最为有利的。
4．气体等温吸附模型研究
气体等温吸附在等温条件下将N2和CO2等探针气体注入样品，记录不同压力下探针气体在介质表面的吸附