页岩气储层脆性评价及其与矿物成分、微观结构关系.doc

页岩气储层脆性评价及其与矿物成分、微观结构关系 　　[摘 要] 矿物成分与微观结构对岩石储层的力学性质具有控制性的影响，利用X射线衍射实验、扫描电镜及能谱实验、力学测试实验及薄片观测，分析测试了重庆南川三泉剖面泉浅一井龙马溪组下段页岩储层、五峰组页岩储层等样品，基于矿物组分脆性评价法与力学性质评价法对页岩储层脆性进行了评价，并结合扫描电镜观测结果、矿物成分等信息，展开矿物组分和微观结构对与页岩气储层脆性关系、沉积环境与成岩作用控制机理、夹层对储层脆性影响的讨论。 　　[关键词] 页岩气储层； 脆性评价； 矿物组分； 微观结构； 沉积环境 　　页岩气储层的岩石力学性质对页岩气的开发具有重要影响。页岩气资源具有自生自储、低孔低渗的特点，压裂效果的优劣极大的影响着页岩气开发的产能和实效。页岩储层的脆性越高，则越容易形成网络型的裂缝，也就造成了更高的页岩气产能，而脆性越差，岩石的塑性特征越明显，压裂时会吸收更多的能量，岩石易形成简单形态的裂缝，压裂的效果受到不利影响[1，2]。页岩脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式等的重要因素[3]。 　　研究页岩气储层的脆性不仅仅需要探究储层脆性评价的方法，还需要探究页岩气储层脆性的控制因素与影响因素。前人常常以矿物成分和微观结构为重点，以确定力学性质与矿物成分、微观结构的相互关系为方式展开岩石力学性质的研究[4]。前人成果中，对页岩气储层力学性质及其控因的研究较少，肖贤明等（2013）在文中指出，页岩气远景区带的页岩储层特征中脆性矿物的含量需要适度，适度的脆性有利于页岩气储集和开发，并以石英/（石英+碳酸盐+黏土）为指标，认为该指标与开采中的可压裂性有关，关系到其可开采性；当石英含量超过20%时，页岩气产量明显增加[5]；但笔者认为这种基于矿物组分的评价指标可能存在误差，忽略了成岩作用、构造作用、风化作用所可能产生的影响。赵斌[4]曾以岩浆岩、化学沉积岩、碎屑沉积岩等九种岩样为研究对象，探究岩石材料力学性质与矿物组分、细观结构的关系；但其并未以页岩气储层为研究背景，所用的碎屑沉积岩岩样也并非取自我国页岩气资源潜力区域。李庆辉（2012）等曾总结改进页岩脆性的室内评价方法，具有较大的参考意义，但内容主要以评价方式为研究对象，并不涉及其控制因素。 　　本文以重庆南川三泉剖面、泉浅一井和綦江观音桥剖面龙马溪组样品为例，基于X射线衍射、力学测试实验及扫描电镜及能谱分析、薄片观测，进行页岩气储层脆性评价并讨论其与矿物成分、微观结构的关系。 　　1 测试与结果 　　1.1 页岩储层矿物成分测试 　　X衍射试验方法在储层研究中有广泛的应用。本次试验采用德国布鲁克（BRUKER）公司D8 ADVANCE型号的X射线衍射仪，在中国矿业大学矿业中心完成。测试条件：Cu靶，Kα辐射（Cu Target， Kαradiation），X射线管：电压：40kV 电流：30mA。物相分析标准：利用粉末衍射联合会国际数据中心（JCPDS-ICDD）提供的物质标准粉末衍射资料（PDF），并按照其标准分析方法和衍射判定标准（晶面间距吻合，衍射强度基本吻合）进行对照分析。 　　样品采自重庆南川三泉剖面、泉浅一井与观音桥剖面龙马溪组，从上至下间隔取样，共取样14份。取样品约50～100g，粉碎缩分后取约5g样品，放入研磨钵中研磨至300目，并将研磨好的样品分为两份，一份实验（0.5～1g）用，一份备用。 　　通过对7个样品的XRD分析测试（见表1），研究区页岩的主要矿物类型为粘土矿物，其次为粉砂级石英碎屑，伊蒙混层矿物普遍存在。7个样品在矿物种类和含量上相差不大，没有明显的差异性，反映了该段纵向上岩性较为稳定；主要粘土矿物为伊利石和绿泥石，脆性矿物主要为刚性的石英粉砂以及碳酸盐类矿物。伊利石含量范围32%-36%，均值34%，纵向上含量变化小；绿泥石含量范围21%-27%，均值24%。石英作为脆性矿物的主要组分，含量相对方解石和白云石，达到92%以上，矿物含量16%-20%，均值18.3%。黄铁矿在7个样品中普遍存在，含量1.3%-2.1%，均值1.7%。菱铁矿只在4号样品中出现，而且含量很低，只有0.5%，而且不具有特殊指示意义，故不作考虑。 　　由测试结果可知，伊利石是研究区发育最为普遍且含量最高的黏土矿物；绿泥石含量仅次于伊利石，高岭石、伊蒙混层、蒙皂石含量不多，也均占有一定组分。在泉浅一井样品的矿物含量中，脆性矿物的含量近30.5%。 　　矿物成分对脆性的控制作用直观的体现在通过改变矿物组分，可以改变其脆性。一般来说，石英、长石、方解石等脆性矿物的增加会增加地层的可压裂性。国外在计算脆性时常常只把石英作为脆度计算的分子，龙马溪组矿物组分复杂多变，在脆性矿物中（表1），以石英含量最高，占60%以