川南龙马溪组页岩气储层纳米孔隙结构
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马溪组分 布 稳 定［9］，能 较 好 地 代 表 南 方 龙 马 溪 组 页 岩气储层特征。样品采自长宁 － 兴文地区龙马溪组 底部黑色泥页岩段（ SX07 ～ SH08 为由深到浅的样品 编号） ，有机碳含量及矿物成分见表 1。按国家标准 对样品进行取样、破碎和筛分，经玛瑙研钵磨制成颗 粒直径 0. 2 mm 以下，取样 2 ～ 3 g。
和 DFT 分析，对孔结构特征表征并讨论控制纳米孔隙结构的主因和纳米孔隙对页岩气成藏的意
义。结果表明： 龙马溪组页岩气储层孔隙结构较复杂，主要由纳米孔组成，具有一定的无规则孔结
构，孔隙多呈开放形态，以两端开口的圆筒孔及 4 边开放的平行板孔等开放性孔为主； 垂向上由深
到浅，孔隙开放 程 度 减 小； 纳 米 主 孔 位 于 2 ～ 40 nm，占 孔 隙 总 体 积 的 88. 39% ，占 比 表 面 积 的
氮气吸附法在表征孔结构时更能得到微观结构 的统计信 息 和 总 体 特 征［7］，得 到 了 广 泛 应 用［8］。 因 而选用低温液氮实验，利用比表面积分析仪研究川南 龙马溪组页岩气储层孔隙结构，探讨控制纳米孔隙结 构的主要内因，分析其对页岩气成藏等方面的意义。
1实 验
1. 1 样 品 野外露头调查及实测剖面表明川南下志留统龙
表 1 样品基础分析数据 Table 1 Fundamental analysis of samples %
样品编号
TOC
黏土矿 物含量
脆性矿物（ 石英 + 方解石） 含量
SX07 SX36 SX47 SX56 SH05 SH08
3. 82 4. 67 2. 35 1. 37 1. 11 1. 18
授，博士生导师。E － mail： yanmingzhu@ sohu. com
第3 期
陈尚斌等： 川南龙马溪组页岩气储层纳米孔隙结构特征及其成藏意义
439
and the pore specific surface of nanopores of the shale gas reservoir in Longmaxi Formation is TOC content． It is also the important substance to provide the main storage space． The nanopores have a strong ability to absorb shale gas，the interior of which is structured filled with the shale gas，thus increase shale gas storage capacity and finally make the model characteristic complicated． The open nanopores can improve the shale gas desorbing efficiency and the permeability of the reservoirs，and then improve the shale gas production． Key words： shale gas reservoir； nanopore structure； Longmaxi Formation of Lower Silurian； nitrogen adsorption
第 37 卷第 3 期 2012 年 3 月
煤炭学报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
文章编号： 0253 － 9993（ 2012） 03 － 0438 － 07
Vol． 37 No． 3 Mar． 2012
川南龙马溪组页岩气储层纳米孔隙结构 特征及其成藏意义
陈尚斌1，2 ，朱炎铭1，2 ，王红岩3 ，刘洪林3 ，魏 伟3 ，方俊华2
页岩气主要以吸附和游离状态赋存于泥页岩中， 吸附态页岩气存在于有机质和黏土矿物表面，游离态 页岩气存在于孔隙和裂隙中，还有少量溶解于液态烃 和水中的溶解态页岩气。和常规天然气相比，页岩气 评价和生产潜力受到更多因素的制约，影响了气体含 量和运移量。原位天然气评估是储层研究中首要关 注的问题［1］，储 集 层 岩 石 的 孔 隙 结 构 是 影 响 气 藏 储 集能力和页岩气开采的主要因素［2］，Schettler 等对大 量测井曲线分析后认为岩石孔隙是美国泥盆纪页岩 主要存储场所，约一半的页岩气存储在孔隙中［3］，精确 评估页岩气储层的气体孔隙体积是最为基础的问题。 现在页岩气储层评估中，将无机质中的孔隙和有机质 中的孔隙独立估算，且据此认为吸附气仅与有机质有 关，所有的游离态气体与无机质大孔隙（ ＞ 100 nm） 、裂 缝和裂隙有关； 对不同尺度的微观、超微观孔隙和裂 隙结构特征及内因研究，有助于页岩气资源和储层开 发评价。页岩由黏土矿物和有机质等成分组成，具多 微孔性、低渗透率特点［4］； 页岩气储层孔径较小，Barnett 页岩的孔喉小于 100 nm［5］，10 nm 左右的纳米孔 隙含量丰 富［6］，而 纳 米 孔 中 存 储 的 气 体 可 能 具 有 复 杂的热力学状态，因而研究页岩气储层纳米孔隙结构 对页岩气资源评价和成藏机理研究，乃至页岩气勘探 开发均具有重要意义。
收稿日期： 2011 － 03 － 08 责任编辑： 韩晋平 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 41072117） ； 国家重点基础研究发展计划（ 973） 资助项目（ 2012CB214702） 作者简介： 陈尚斌（ 1983—） ，男，甘肃通渭人，博士研究生。E － mail： shangbinchen@ 163. com。通讯作者： 朱炎铭（ 1963—） ，男，江苏丹阳人，教
China Exploration and Development Research Institute，Langfang 065007，China）
Abstract： Presented a study on shale gas reservoir of Longmaxi Formation of Lower Silurian in southern Sichuan Basin． The reservoir porosity was measured using nitrogen adsorption method． The pore volume，pore specific surface area and pore size distribution were studied through the isotherms and DFT analysis． Based on all of these，discussed the main factors to control the nanopore structure and the nanopore’s influence on shale gas accumulation． The results show that，the pore structure of the shale gas reservoir of Longmaxi Formation is relatively complex，which is composed of nanopores and possesses a certain ruleless structure（ the amorphous pore） ，pores are open in style and mainly consist of the cylinder pores with two ends open and parallel-plate pores with four sides open． It is concluded that openness degree of the pores improved with the increase of the vertical depth，the sizes of the main nanopores are in a range of 2 ～ 40 nm，which take up 88. 39% of the total volume of pores and 98. 85% of specific surface area． Most of the pore volume is occupied by the mesopores which are 2 ～ 50 nm in size． The micropores and mesopores of which the diameters are less than 50 nm dominate the main pore specific surface． The main internal factor to control the volume
98.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ85% ； 2 ～ 50 nm 的中孔提供了主要的孔隙体积，小于 50 nm 的微孔和中孔提供了主要的孔比表
面积； TOC 是控制该储层中纳米孔隙体积及其比表面积的主要内在因素，也是提供页岩气主要储
存空间的重要物质； 纳米孔对页岩气的吸附能力极强，在其内部有大量页岩气以结构化方式存在，
增加了页岩气的存储量，并使模型表征复杂化； 开放状纳米孔可提高页岩气解吸效率和储层渗透
CHEN Shang-bin1，2 ，ZHU Yan-ming1，2 ，WANG Hong-yan3 ，LIU Hong-lin3 ，WEI Wei3 ，FANG Jun-hua2
（ 1. Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process Key Laboratory of Ministry of Education（ China University of Mining and Technology） ，Xuzhou 221116，China； 2. School of Resources and Earth Science，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China； 3. Langfang Branch，Petro
（ 1. 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室（ 中国矿业大学） ，江苏 徐州 221116； 2. 中国矿业大学 资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116； 3. 中国石油勘探开发研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007）
摘 要： 以川南龙马溪组页岩气储层为例，运用氮气吸附法对储层纳米孔隙进行测定，通过等温线
率，提高页岩气的产量。
关键词： 页岩气储层； 纳米孔隙结构； 下志留统龙马溪组； 氮吸附
中图分类号： P618. 12
文献标志码： A
Structure characteristics and accumulation significance of nanopores in Longmaxi shale gas reservoir in the southern Sichuan Basin
16. 8 43. 2 57. 3 57. 2 58. 9 63. 5
73. 7 39. 5 29. 2 25. 8 29. 9 22. 8
1. 2 实验方法及仪器 孔隙结构是在中国矿业大学化工学院专业实验
中心、美国 Quantachrome 公司生产的 Autosorb － 1 型 比表面积及孔径测定仪上进行的，样品经 150℃ 真空 充分脱气 4 h 后（ 抽真空至 266. 664 Pa） 以除去杂质 气体，后放在盛有液氮的杜瓦瓶中与仪器分析系统相 连。在 77. 3 K 液氮中进行等温物理吸附 － 脱附测 定，孔径测量范围为 0. 35 ～ 500 nm，吸附 － 脱附相对 压力（ p / p0 ） 范围为 0. 001 ～ 0. 998； 得到样品的吸附、 脱附等温线数据和平均孔径数据； 比表面积选用多点 BET 模型线性回归得到； 孔径分布选用 DFT 模型计 算得到。
和 DFT 分析，对孔结构特征表征并讨论控制纳米孔隙结构的主因和纳米孔隙对页岩气成藏的意
义。结果表明： 龙马溪组页岩气储层孔隙结构较复杂，主要由纳米孔组成，具有一定的无规则孔结
构，孔隙多呈开放形态，以两端开口的圆筒孔及 4 边开放的平行板孔等开放性孔为主； 垂向上由深
到浅，孔隙开放 程 度 减 小； 纳 米 主 孔 位 于 2 ～ 40 nm，占 孔 隙 总 体 积 的 88. 39% ，占 比 表 面 积 的
氮气吸附法在表征孔结构时更能得到微观结构 的统计信 息 和 总 体 特 征［7］，得 到 了 广 泛 应 用［8］。 因 而选用低温液氮实验，利用比表面积分析仪研究川南 龙马溪组页岩气储层孔隙结构，探讨控制纳米孔隙结 构的主要内因，分析其对页岩气成藏等方面的意义。
1实 验
1. 1 样 品 野外露头调查及实测剖面表明川南下志留统龙
表 1 样品基础分析数据 Table 1 Fundamental analysis of samples %
样品编号
TOC
黏土矿 物含量
脆性矿物（ 石英 + 方解石） 含量
SX07 SX36 SX47 SX56 SH05 SH08
3. 82 4. 67 2. 35 1. 37 1. 11 1. 18
授，博士生导师。E － mail： yanmingzhu@ sohu. com
第3 期
陈尚斌等： 川南龙马溪组页岩气储层纳米孔隙结构特征及其成藏意义
439
and the pore specific surface of nanopores of the shale gas reservoir in Longmaxi Formation is TOC content． It is also the important substance to provide the main storage space． The nanopores have a strong ability to absorb shale gas，the interior of which is structured filled with the shale gas，thus increase shale gas storage capacity and finally make the model characteristic complicated． The open nanopores can improve the shale gas desorbing efficiency and the permeability of the reservoirs，and then improve the shale gas production． Key words： shale gas reservoir； nanopore structure； Longmaxi Formation of Lower Silurian； nitrogen adsorption
第 37 卷第 3 期 2012 年 3 月
煤炭学报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
文章编号： 0253 － 9993（ 2012） 03 － 0438 － 07
Vol． 37 No． 3 Mar． 2012
川南龙马溪组页岩气储层纳米孔隙结构 特征及其成藏意义
陈尚斌1，2 ，朱炎铭1，2 ，王红岩3 ，刘洪林3 ，魏 伟3 ，方俊华2
页岩气主要以吸附和游离状态赋存于泥页岩中， 吸附态页岩气存在于有机质和黏土矿物表面，游离态 页岩气存在于孔隙和裂隙中，还有少量溶解于液态烃 和水中的溶解态页岩气。和常规天然气相比，页岩气 评价和生产潜力受到更多因素的制约，影响了气体含 量和运移量。原位天然气评估是储层研究中首要关 注的问题［1］，储 集 层 岩 石 的 孔 隙 结 构 是 影 响 气 藏 储 集能力和页岩气开采的主要因素［2］，Schettler 等对大 量测井曲线分析后认为岩石孔隙是美国泥盆纪页岩 主要存储场所，约一半的页岩气存储在孔隙中［3］，精确 评估页岩气储层的气体孔隙体积是最为基础的问题。 现在页岩气储层评估中，将无机质中的孔隙和有机质 中的孔隙独立估算，且据此认为吸附气仅与有机质有 关，所有的游离态气体与无机质大孔隙（ ＞ 100 nm） 、裂 缝和裂隙有关； 对不同尺度的微观、超微观孔隙和裂 隙结构特征及内因研究，有助于页岩气资源和储层开 发评价。页岩由黏土矿物和有机质等成分组成，具多 微孔性、低渗透率特点［4］； 页岩气储层孔径较小，Barnett 页岩的孔喉小于 100 nm［5］，10 nm 左右的纳米孔 隙含量丰 富［6］，而 纳 米 孔 中 存 储 的 气 体 可 能 具 有 复 杂的热力学状态，因而研究页岩气储层纳米孔隙结构 对页岩气资源评价和成藏机理研究，乃至页岩气勘探 开发均具有重要意义。
收稿日期： 2011 － 03 － 08 责任编辑： 韩晋平 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 41072117） ； 国家重点基础研究发展计划（ 973） 资助项目（ 2012CB214702） 作者简介： 陈尚斌（ 1983—） ，男，甘肃通渭人，博士研究生。E － mail： shangbinchen@ 163. com。通讯作者： 朱炎铭（ 1963—） ，男，江苏丹阳人，教
China Exploration and Development Research Institute，Langfang 065007，China）
Abstract： Presented a study on shale gas reservoir of Longmaxi Formation of Lower Silurian in southern Sichuan Basin． The reservoir porosity was measured using nitrogen adsorption method． The pore volume，pore specific surface area and pore size distribution were studied through the isotherms and DFT analysis． Based on all of these，discussed the main factors to control the nanopore structure and the nanopore’s influence on shale gas accumulation． The results show that，the pore structure of the shale gas reservoir of Longmaxi Formation is relatively complex，which is composed of nanopores and possesses a certain ruleless structure（ the amorphous pore） ，pores are open in style and mainly consist of the cylinder pores with two ends open and parallel-plate pores with four sides open． It is concluded that openness degree of the pores improved with the increase of the vertical depth，the sizes of the main nanopores are in a range of 2 ～ 40 nm，which take up 88. 39% of the total volume of pores and 98. 85% of specific surface area． Most of the pore volume is occupied by the mesopores which are 2 ～ 50 nm in size． The micropores and mesopores of which the diameters are less than 50 nm dominate the main pore specific surface． The main internal factor to control the volume
98.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ85% ； 2 ～ 50 nm 的中孔提供了主要的孔隙体积，小于 50 nm 的微孔和中孔提供了主要的孔比表
面积； TOC 是控制该储层中纳米孔隙体积及其比表面积的主要内在因素，也是提供页岩气主要储
存空间的重要物质； 纳米孔对页岩气的吸附能力极强，在其内部有大量页岩气以结构化方式存在，
增加了页岩气的存储量，并使模型表征复杂化； 开放状纳米孔可提高页岩气解吸效率和储层渗透
CHEN Shang-bin1，2 ，ZHU Yan-ming1，2 ，WANG Hong-yan3 ，LIU Hong-lin3 ，WEI Wei3 ，FANG Jun-hua2
（ 1. Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process Key Laboratory of Ministry of Education（ China University of Mining and Technology） ，Xuzhou 221116，China； 2. School of Resources and Earth Science，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China； 3. Langfang Branch，Petro
（ 1. 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室（ 中国矿业大学） ，江苏 徐州 221116； 2. 中国矿业大学 资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116； 3. 中国石油勘探开发研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007）
摘 要： 以川南龙马溪组页岩气储层为例，运用氮气吸附法对储层纳米孔隙进行测定，通过等温线
率，提高页岩气的产量。
关键词： 页岩气储层； 纳米孔隙结构； 下志留统龙马溪组； 氮吸附
中图分类号： P618. 12
文献标志码： A
Structure characteristics and accumulation significance of nanopores in Longmaxi shale gas reservoir in the southern Sichuan Basin
16. 8 43. 2 57. 3 57. 2 58. 9 63. 5
73. 7 39. 5 29. 2 25. 8 29. 9 22. 8
1. 2 实验方法及仪器 孔隙结构是在中国矿业大学化工学院专业实验
中心、美国 Quantachrome 公司生产的 Autosorb － 1 型 比表面积及孔径测定仪上进行的，样品经 150℃ 真空 充分脱气 4 h 后（ 抽真空至 266. 664 Pa） 以除去杂质 气体，后放在盛有液氮的杜瓦瓶中与仪器分析系统相 连。在 77. 3 K 液氮中进行等温物理吸附 － 脱附测 定，孔径测量范围为 0. 35 ～ 500 nm，吸附 － 脱附相对 压力（ p / p0 ） 范围为 0. 001 ～ 0. 998； 得到样品的吸附、 脱附等温线数据和平均孔径数据； 比表面积选用多点 BET 模型线性回归得到； 孔径分布选用 DFT 模型计 算得到。