页岩纳米有机孔结构表征技术研究进展

页岩气开发利用已成为保障国家能源安全和实现全球碳中和目标的重要路径.页岩气储层是页岩气勘探开发的直接目的层,是以有机孔为主的纳米孔隙系统,具有源储一体、低孔低渗和非达西流动等特性,对其评价需要突破传统的无机孔隙评价思路的束缚和纳米尺度表征技术的瓶颈,采用更高精度、高分辨率的实验技术表征纳米孔隙并刻画有机孔,已成为页岩气储层研究和实验技术攻关的焦点.有机孔于2009年在北美Barnett页岩中首次发现以来,对其表征技术和发育特征研究进展显著:①建立了多尺度多类型的纳米孔隙表征技术,其中以压汞-吸附联合测定法和脉冲衰减法为主的微观结构定量表征技术,可准确获得孔径为0.35～10000nm、渗透率<1μD范围内页岩物性和全孔径分布的定量参数;以场发射扫描电镜和显微计算机断层扫描(CT)技术为主的高分辨率显微镜扫描则形成了纳米孔隙的多尺度结构重构技术,可提供二维-三维图像信息;②有机孔的形成演化受有机质类型和成岩演化等诸多因素协同控制,揭示各影响因素间的内在联系及有机质分子结构的物理演化规律是查明页岩储层非均质性的关键,初步认为有机孔形成与保持的实质在于成烃过程中分解与缩合反应竞争的空间效应;③前人建立了一系列干酪根和沥青结构模型,为分子层面上研究有机孔成因机制和演化规律提供了理论基础,透射电镜、原子力显微镜能够立体观测分子空间排列和微观结构内部形态,从纳米尺度上认识有机孔形成与保存机制成为可能;④原位结构成像与成分扫描技术联用,储层描述、成分分析与数字岩心融合,向结构与成分、孔渗性与脆延性一体化动态评价发展,实现微观结构分析到宏观大数据预测的跨越,以满足页岩气地质-工程一体化高效勘探开发的需要.