四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数及其甲烷吸附效应
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ＦａｎｇＫｕｎ１，２，ＬｉｕＺｈｉｃｈｅｎｇ１，２，ＺｈａｎｇＬü１，２，ＨｅＹｉ１，２，ＺｈａｎｇＰｅｎｇ１，２
（１．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＳｈａｌｅＧａｓＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＣｏｍｐｌｅｘＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｒｅａｏｆＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｉｃｈｕａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｒｒｉｔｏｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ５１０１０７，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期：２０１９－０３－０２；责任编辑：陈朋磊 ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０１９．０７．０１９ 基金项目：四川省重点研发项目（２０１８ＳＺ０２７２） 作者简介：方 坤（１９８０—），男，湖北枣阳人，高级工程师，博士研究生，研究方向为复杂地层页岩气钻井效率的提升。 通讯作者：刘治成（１９８３—），男，四川仪陇人，高级工程师，博士后，研究方向为页岩气调查评价和资源管理。 引用格式：方坤，刘治成，张律，等．四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数及其甲烷吸附效应［Ｊ］．能源与环保，２０１９，４１（７）：８６９４．
中图分类号：Ｐ６１８．１３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３－０５０６（２０１９）０７－００８６－０９
Ｐｏｒｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅ ｏｆＸｕｊｉａｈｅｉｎＸｉｎｃｈａｎｇｇａｓｆｉｅｌｄ，ＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ
（１．自然资源部ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ杂构造区页岩气勘探开发工程技术创新中心，四川 成都 ６１００００； ２．四川省国土科学技术研究院，四川 成都 ５１０１０７）
摘要：四川盆地陆相页岩的孔隙结构、分形维数和甲烷吸附能力认识不清，制约了陆相页岩气选区和 评价。针对川西新场须五段陆相页岩，开展了超低压氮气吸附、高压甲烷吸附测试，基于低压氮气吸 附 ＦｒｅｎｋｅｌＨａｌｓｅｙＨｉｌｌ（ＦＨＨ）模型计算得到分形维数 Ｄ１和 Ｄ２（相对压力在 ０～０５和 ０５～１０条件 下），分析了须五段陆相页岩的分形维数与基质组分（ＴＯＣ和矿物组分）、孔隙结构（平均孔径，比表面 积，总孔体积）的相关关系，揭示了页岩分形维数对甲烷吸附能力的控制。结果表明，须五段陆相页岩 分形维数 Ｄ１为 ２４９５０～２５７４４，分形维数 Ｄ２为 ２６５７８～２８４１２，Ｄ１代表页岩孔隙表面分形维数， 而 Ｄ２表示孔隙体积的分形特征。须五段页岩的基质组分对分形维数 Ｄ１和 Ｄ２产生不同的影响。分 形维数 Ｄ１和 Ｄ２与甲烷吸附量呈正相关。研究表明分形维数可以作为评价页岩气储层的关键参数。 关键词：陆相页岩；分形维数；吸附效应；新场气田；四川盆地
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅａｒｅｓｔｉｌｌｕｎｃｌｅａｒｉｎｔｈｅＳｉｃｈｕａｎＢａ ｓｉｎ，ｗｈｉｃｈｈｉｎｄｅｒｓｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅｇａｓ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｎｉｔｒｏｇｅｎｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＬＰＮＰ）ａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＨＰＭＡ），ｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅ ｆｒｏｍ Ｘｕｊｉａｈｅ５ｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＸｉｎｃｈａｎｇｇａｓｆｉｅｌｄ．ＩｔｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓＤ１ ａｎｄＤ２）ｕｓｉｎｇｔｈｅＦｒｅｎｋｅｌＨａｌｓｅｙＨｉｌｌ（ＦＨＨ） ｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎＤ１ ｏｆｔｈｅＸｕｊｉａｈｅ５Ｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅｗａｓ２．４９５０～２．５７４４，ａｎｄｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎＤ２ｒａｎｇｅｓｆｒｏｍ２．６５７８～２．８４１２．Ｄ１ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｓｈａｌｅｐｏｒｅｓｕｒｆａｃｅ，ｗｈｉｌｅＤ２ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌｆｅａｔｕｒｅｏｆｐｏｒｅｖｏｌｕｍｅ．ＴｈｅｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅＸｕｊｉａｈｅ５ＦｏｒｍａｔｉｏｎｓｈａｌｅｈａｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓＤ１ ａｎｄＤ２．ＦｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓＤ１ ａｎｄＤ２ ｗｅｒｅｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｈｏｗｓｔｈａｔｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓａｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｓｈａｌｅｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｓｈａｌｅ；ｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ；Ｘｉｎｃｈａｎｇｇａｓｆｉｅｌｄ；ＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ
第 ４１卷第 ７期 ２０１９年 ７月
能 源 与 环 保
ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
Ｖｏｌ４１ Ｎｏ７ Ｊｕｌ． ２０１９
四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数 及其甲烷吸附效应
方 坤１，２，刘治成１，２，张 律１，２，何 益１，２，张 鹏１，２
ＦａｎｇＫｕｎ，ＬｉｕＺｈｉｃｈｅｎｇ，ＺｈａｎｇＬü，ｅｔａｌ．ＰｏｒｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅｏｆＸｕｊｉａｈｅｉｎＸｉｎｃｈａｎｇｇａｓｆｉｅｌｄ， ＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４１（７）：８６９４．
（１．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＳｈａｌｅＧａｓＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＣｏｍｐｌｅｘＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｒｅａｏｆＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｉｃｈｕａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｒｒｉｔｏｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ５１０１０７，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期：２０１９－０３－０２；责任编辑：陈朋磊 ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０１９．０７．０１９ 基金项目：四川省重点研发项目（２０１８ＳＺ０２７２） 作者简介：方 坤（１９８０—），男，湖北枣阳人，高级工程师，博士研究生，研究方向为复杂地层页岩气钻井效率的提升。 通讯作者：刘治成（１９８３—），男，四川仪陇人，高级工程师，博士后，研究方向为页岩气调查评价和资源管理。 引用格式：方坤，刘治成，张律，等．四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数及其甲烷吸附效应［Ｊ］．能源与环保，２０１９，４１（７）：８６９４．
中图分类号：Ｐ６１８．１３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３－０５０６（２０１９）０７－００８６－０９
Ｐｏｒｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅ ｏｆＸｕｊｉａｈｅｉｎＸｉｎｃｈａｎｇｇａｓｆｉｅｌｄ，ＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ
（１．自然资源部ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ杂构造区页岩气勘探开发工程技术创新中心，四川 成都 ６１００００； ２．四川省国土科学技术研究院，四川 成都 ５１０１０７）
摘要：四川盆地陆相页岩的孔隙结构、分形维数和甲烷吸附能力认识不清，制约了陆相页岩气选区和 评价。针对川西新场须五段陆相页岩，开展了超低压氮气吸附、高压甲烷吸附测试，基于低压氮气吸 附 ＦｒｅｎｋｅｌＨａｌｓｅｙＨｉｌｌ（ＦＨＨ）模型计算得到分形维数 Ｄ１和 Ｄ２（相对压力在 ０～０５和 ０５～１０条件 下），分析了须五段陆相页岩的分形维数与基质组分（ＴＯＣ和矿物组分）、孔隙结构（平均孔径，比表面 积，总孔体积）的相关关系，揭示了页岩分形维数对甲烷吸附能力的控制。结果表明，须五段陆相页岩 分形维数 Ｄ１为 ２４９５０～２５７４４，分形维数 Ｄ２为 ２６５７８～２８４１２，Ｄ１代表页岩孔隙表面分形维数， 而 Ｄ２表示孔隙体积的分形特征。须五段页岩的基质组分对分形维数 Ｄ１和 Ｄ２产生不同的影响。分 形维数 Ｄ１和 Ｄ２与甲烷吸附量呈正相关。研究表明分形维数可以作为评价页岩气储层的关键参数。 关键词：陆相页岩；分形维数；吸附效应；新场气田；四川盆地
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅａｒｅｓｔｉｌｌｕｎｃｌｅａｒｉｎｔｈｅＳｉｃｈｕａｎＢａ ｓｉｎ，ｗｈｉｃｈｈｉｎｄｅｒｓｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅｇａｓ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｎｉｔｒｏｇｅｎｐｈｙｓｉｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＬＰＮＰ）ａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＨＰＭＡ），ｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅ ｆｒｏｍ Ｘｕｊｉａｈｅ５ｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＸｉｎｃｈａｎｇｇａｓｆｉｅｌｄ．ＩｔｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓＤ１ ａｎｄＤ２）ｕｓｉｎｇｔｈｅＦｒｅｎｋｅｌＨａｌｓｅｙＨｉｌｌ（ＦＨＨ） ｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎＤ１ ｏｆｔｈｅＸｕｊｉａｈｅ５Ｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅｗａｓ２．４９５０～２．５７４４，ａｎｄｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎＤ２ｒａｎｇｅｓｆｒｏｍ２．６５７８～２．８４１２．Ｄ１ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｓｈａｌｅｐｏｒｅｓｕｒｆａｃｅ，ｗｈｉｌｅＤ２ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌｆｅａｔｕｒｅｏｆｐｏｒｅｖｏｌｕｍｅ．ＴｈｅｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅＸｕｊｉａｈｅ５ＦｏｒｍａｔｉｏｎｓｈａｌｅｈａｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓＤ１ ａｎｄＤ２．ＦｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓＤ１ ａｎｄＤ２ ｗｅｒｅｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｈｏｗｓｔｈａｔｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓａｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｓｈａｌｅｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｓｈａｌｅ；ｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ；Ｘｉｎｃｈａｎｇｇａｓｆｉｅｌｄ；ＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ
第 ４１卷第 ７期 ２０１９年 ７月
能 源 与 环 保
ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
Ｖｏｌ４１ Ｎｏ７ Ｊｕｌ． ２０１９
四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数 及其甲烷吸附效应
方 坤１，２，刘治成１，２，张 律１，２，何 益１，２，张 鹏１，２
ＦａｎｇＫｕｎ，ＬｉｕＺｈｉｃｈｅｎｇ，ＺｈａｎｇＬü，ｅｔａｌ．ＰｏｒｅｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｓｈａｌｅｏｆＸｕｊｉａｈｅｉｎＸｉｎｃｈａｎｇｇａｓｆｉｅｌｄ， ＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４１（７）：８６９４．