页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于暗色泥页岩中的天然气[1~3], 其中吸附气吸附于有机质或黏土矿物表面, 游离气赋存于基质孔隙和裂缝中, 溶解气仅少量存在[4, 5]。页岩孔隙既是游离气的主要存储空间, 也是吸附气的直接或间接的赋存场所, 因而页岩孔隙特征是决定页岩储层含气性的关键因素[6, 7], 页岩微观孔隙特征的表征显得尤为重要。
页岩孔隙结构复杂, 孔径大小分布范围广, 有微米级孔, 也存在很多纳米级孔, 目前主要的页岩孔隙研究方法可分为:①定性表征方法, 通过图像定性观察获取泥页岩中孔隙类型、形态特征以及颗粒接触关系等信息[6]。②定量表征方法表征页岩孔径大小及分布区间、比表面积、孔隙结构信息等[7~9]。而定量分析方法多基于多种分析化验实验, 实验成本非常高[10], 在条件有限的情况下, 如何更加经济有效地评价页岩孔隙特征也是众多学者必须考虑的。
图像分析技术直观可见, 特别在孔隙形态学方面具有优势, 结合统计学方法还能获取孔隙度、孔径分布等定量信息[11], 能够做到定性与定量评价相结合, 扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)及高分辨率场发射扫描电镜(Field Emission Scanning Electron Microscopy, FESEM)是目前主流的页岩图像分析研究手段[6]。而目前SEM和FESEM研究主要集中于页岩气储层孔隙的形态学定性研究, 很少研究涉及利用SEM和FESEM图像获取页岩孔隙的定量数据, 定量表征页岩孔隙特征。基于此种考虑笔者选取四川盆地彭水地区龙马溪组黑色页岩样品进行截面制备, 获取页岩样品不同视域的SEM和FESEM图像, 并利用专业的图像分析软件IamgeJ2x对页岩孔隙进行了定性观察与定量研究, 充分挖掘利用SEM和FESEM图像蕴含的页岩孔隙信息表征彭水地区龙马溪组页岩的微观孔隙特征, 并通过分形基本理论, 在图像分析软件IamgeJ2x提取的页岩孔隙定量数据基础上, 对页岩的微观孔隙特征进行定量表征, 并通过孔隙分形特征探讨页岩的孔隙结构。以期对页岩气孔隙定性定量研究提供新的思路以及对四川盆地彭水地区页岩储层的评价提供参考与借鉴。
1 测试样品及方法1.1 实验样品