利用小角中子散射表征页岩闭孔结构与演化

张林浩; 徐嫣然; 孙梦迪; 蒋恕; 张钰莹; Wu Chunming; 张介辉; 梁兴; 王高成; 张林浩; 徐嫣然; 孙梦迪; 蒋恕; 张钰莹; Wu Chunming; 张介辉; 梁兴; 王高成

doi:10.14027/j.issn.1000-0550.2020.111

[1]

Hughes J D. Energy： A reality check on the shale revolution［J］. Nature， 2013， 494（7437）： 307-308.

[2]

郭洪金. 页岩气地质评价技术与实践［M］. 北京：中国石化出版社，2020.

Guo Hongjin. Technology and practice of shale gas geological evaluation［M］. Beijing： China Petrochemical Press， 2020.

[3]

邹才能，潘松圻，荆振华，等. 页岩油气革命及影响［J］. 石油学报，2020，41（1）：1-12.

Zou Caineng， Pan Songqi， Jing Zhenhua， et al. Shale oil and gas revolution and its impact［J］. Acta Petrolei Sinica， 2020， 41（1）： 1-12.

[4]

邱振，邹才能. 非常规油气沉积学：内涵与展望［J］. 沉积学报，2020，38（1）：1-29.

Qiu Zhen， Zou Caineng. Unconventional petroleum sedimentology： Connotation and prospect［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 2020， 38（1）： 1-29.

[5]

Hu Q H， Ewing R P， Rowe H D. Low nanopore connectivity limits gas production in Barnett Formation［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth， 2015， 120（12）： 8073-8087.

[6]

宋董军，妥进才，王晔桐，等. 富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展［J］. 沉积学报，2019，37（6）：1309-1324.

Song Dongjun， Jincai Tuo， Wang Yetong， et al. Research advances on characteristics of nanopore structure of organic⁃rich shales［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 2019， 37（6）： 1309-1324.

[7]

Loucks R G， Reed R M， Ruppel S C， et al. Spectrum of pore types and networks in mudrocks and a descriptive classification for matrix-related mudrock pores［J］. AAPG Bulletin， 2012， 96（6）： 1071-1098.

[8]

Sing K S W. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity （Provisional）［J］. Pure and Applied Chemistry， 1982， 54（11）： 2201-2218.

[9]

Rouquerol J， Avnir D， Everett D H， et al. Guidelines for the characterization of porous solids［J］. Studies in Surface Science and Catalysis， 1994， 87： 1-9.

[10]

Nishiyama N， Yokoyama T. Permeability of porous media： Role of the critical pore size［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth， 2017， 122（9）： 6955-6971.

[11]

Pan J N， Niu Q H， Wang K， et al. The closed pores of tectonically deformed coal studied by small-angle X-ray scattering and liquid nitrogen adsorption［J］. Microporous and Mesoporous Materials， 2016， 224： 245-252.

[12]

Mastalerz M， He L L， Melnichenko Y B， et al. Porosity of coal and shale： Insights from gas adsorption and SANS/USANS techniques［J］. Energy & Fuels， 2012， 26（8）： 5109-5120.

[13]

Bahadur J， Melnichenko Y B， Mastalerz M， et al. Hierarchical pore morphology of cretaceous shale： A Small-Angle neutron scattering and Ultrasmall-Angle neutron scattering study［J］. Energy & Fuels， 2014， 28（10）： 6336-6344.

[14]

Bahadur J， Radlinski A P， Melnichenko Y B， et al. Small-Angle and Ultrasmall-Angle Neutron Scattering （SANS/USANS） study of new Albany shale： A treatise on microporosity［J］. Energy & Fuels， 2015， 29（2）： 567-576.

[15]

Sun M D， Yu B S， Hu Q H， et al. Pore structure characterization of organic-rich Niutitang shale from China： Small angle neutron scattering （SANS） study［J］. International Journal of Coal Geology， 2018， 186： 115-125.

[16]

Sun M D， Yu B S， Hu Q H， et al. Pore characteristics of Longmaxi shale gas reservoir in the northwest of Guizhou， China： Investigations using small-angle neutron scattering （SANS）， helium pycnometry， and gas sorption isotherm［J］. International Journal of Coal Geology， 2017， 171： 61-68.

[17]

范海经，邓虎成，伏美燕，等. 四川盆地下寒武统筇竹寺组沉积特征及其对构造的响应［J］. 沉积学报，2020， doi：14027/j.issn.1000-0550.2020.041.

Fan Haijing， Deng Hucheng， Fu Meiyan， et al. Sedimentary characteristics of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Sichuan Basin and its response to construction［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 2020， doi： 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.041.

[18]

Radliński A P， Boreham C J， Lindner P， et al. Small angle neutron scattering signature of oil generation in artificially and naturally matured hydrocarbon source rocks［J］. Organic Geochemistry， 2000， 31（1）： 1-14.

[19]

Ilavsky J， Jemian P R. Irena： Tool suite for modeling and analysis of small-angle scattering［J］. Journal of Applied Crystallography， 2009， 42（2）： 347-353.

[20]

Washburn E W. The dynamics of capillary flow［J］. Physical Review， 1921， 17（3）： 273-283.

[21]

Melnichenko Y B. Small-angle scattering from confined and interfacial fluids： Applications to energy storage and environmental science［M］. Cham： Springer， 2016.

[22]

Ruppert L F， Sakurovs R， Blach T P， et al. A USANS/SANS study of the accessibility of pores in the Barnett shale to methane and water［J］. Energy & Fuels， 2013， 27（2）： 772-779.

[23]

Schmidt P W， Avnir D， Levy D， et al. Small‐angle x‐ray scattering from the surfaces of reversed‐phase silicas： Power‐law scattering exponents of magnitudes greater than four［J］. The Journal of Chemical Physics， 1991， 94（2）： 1474-1479.

[24]

Clarkson C R， Solano N， Bustin R M， et al. Pore structure characterization of North American shale gas reservoirs using USANS/SANS， gas adsorption， and mercury intrusion［J］. Fuel， 2013， 103： 606-616.

[25]

Lee S， Fischer T B， Stokes M R， et al. Dehydration effect on the pore size， porosity， and fractal parameters of shale rocks： Ultrasmall-Angle x-ray scattering study［J］. Energy & Fuels， 2014， 28（11）： 6772-6779.

[26]

Anovitz L M， Cole D R. Characterization and analysis of porosity and pore structures［J］. Reviews in Mineralogy and Geochemistry， 2015， 80（1）： 61-164.

[27]

Milliken K L， Rudnicki M， Awwiller D N， et al. Organic matter-hosted pore system， Marcellus Formation （Devonian）， Pennsylvania［J］. AAPG Bulletin， 2013， 97（2）： 177-200.

[28]

Cai J G， Du J Z， Chen Z W， et al. Hydrothermal experiments reveal the influence of organic matter on smectite illitization［J］. Clays and Clay Minerals， 2018， 66（1）： 28-42.

[29]

Zhao J H， Jin Z J， Hu Q H， et al. Integrating SANS and fluid-invasion methods to characterize pore structure of typical American shale oil reservoirs［J］. Scientific Reports， 2017， 7： 15413.

[30]

Wu Z R， He S， Han Y J， et al. Effect of organic matter type and maturity on organic matter pore formation of transitional facies shales： A case study on Upper Permian Longtan and Dalong Shales in middle Yangtze Region， China［J］. Journal of Earth Science， 2020， 31（2）： 368-384.

[31]

Shi M， Yu B S， Zhang J C， et al. Evolution of organic pores in marine shales undergoing thermocompression： A simulation experiment using hydrocarbon generation and expulsion［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering， 2018， 59： 406-413.

[32]

Tang X L， Jiang Z X， Jiang S， et al. Heterogeneous nanoporosity of the Silurian Longmaxi Formation shale gas reservoir in the Sichuan Basin using the QEMSCAN， FIB-SEM， and nano-CT methods［J］. Marine and Petroleum Geology， 2016， 78： 99-109.

[33]

Sun M D， Zhang L H， Hu Q H， et al. Multiscale connectivity characterization of marine shales in southern China by fluid intrusion， small-angle neutron scattering （SANS）， and FIB-SEM［J］. Marine and Petroleum Geology， 2020， 112： 104101.

[34]

Yang R， He S， Hu Q H， et al. Applying SANS technique to characterize nano-scale pore structure of Longmaxi shale， Sichuan Basin （China）［J］. Fuel， 2017， 197： 91-99.

[35]

Sun M D， Zhang L H， Hu Q H， et al. Pore connectivity and water accessibility in Upper Permian transitional shales， southern China［J］. Marine and Petroleum Geology， 2019， 107： 407-422.

[36]

Clarkson C R， Freeman M， He L， et al. Characterization of tight gas reservoir pore structure using USANS/SANS and gas adsorption analysis［J］. Fuel， 2012， 95： 371-385.

[37]

Zhang Y X， Barber T J， Hu Q H， et al. Complementary neutron scattering， mercury intrusion and SEM imaging approaches to micro- and nano-pore structure characterization of tight rocks： A case study of the Bakken shale［J］. International Journal of Coal Geology， 2019， 212： 103252.

[1]	Hughes J D. Energy： A reality check on the shale revolution［J］. Nature， 2013， 494（7437）： 307-308.
[2]	郭洪金. 页岩气地质评价技术与实践［M］. 北京：中国石化出版社，2020. Guo Hongjin. Technology and practice of shale gas geological evaluation［M］. Beijing： China Petrochemical Press， 2020.
[3]	邹才能，潘松圻，荆振华，等. 页岩油气革命及影响［J］. 石油学报，2020，41（1）：1-12. Zou Caineng， Pan Songqi， Jing Zhenhua， et al. Shale oil and gas revolution and its impact［J］. Acta Petrolei Sinica， 2020， 41（1）： 1-12.
[4]	邱振，邹才能. 非常规油气沉积学：内涵与展望［J］. 沉积学报，2020，38（1）：1-29. Qiu Zhen， Zou Caineng. Unconventional petroleum sedimentology： Connotation and prospect［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 2020， 38（1）： 1-29.
[5]	Hu Q H， Ewing R P， Rowe H D. Low nanopore connectivity limits gas production in Barnett Formation［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth， 2015， 120（12）： 8073-8087.
[6]	宋董军，妥进才，王晔桐，等. 富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展［J］. 沉积学报，2019，37（6）：1309-1324. Song Dongjun， Jincai Tuo， Wang Yetong， et al. Research advances on characteristics of nanopore structure of organic⁃rich shales［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 2019， 37（6）： 1309-1324.
[7]	Loucks R G， Reed R M， Ruppel S C， et al. Spectrum of pore types and networks in mudrocks and a descriptive classification for matrix-related mudrock pores［J］. AAPG Bulletin， 2012， 96（6）： 1071-1098.
[8]	Sing K S W. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity （Provisional）［J］. Pure and Applied Chemistry， 1982， 54（11）： 2201-2218.
[9]	Rouquerol J， Avnir D， Everett D H， et al. Guidelines for the characterization of porous solids［J］. Studies in Surface Science and Catalysis， 1994， 87： 1-9.
[10]	Nishiyama N， Yokoyama T. Permeability of porous media： Role of the critical pore size［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth， 2017， 122（9）： 6955-6971.
[11]	Pan J N， Niu Q H， Wang K， et al. The closed pores of tectonically deformed coal studied by small-angle X-ray scattering and liquid nitrogen adsorption［J］. Microporous and Mesoporous Materials， 2016， 224： 245-252.
[12]	Mastalerz M， He L L， Melnichenko Y B， et al. Porosity of coal and shale： Insights from gas adsorption and SANS/USANS techniques［J］. Energy & Fuels， 2012， 26（8）： 5109-5120.
[13]	Bahadur J， Melnichenko Y B， Mastalerz M， et al. Hierarchical pore morphology of cretaceous shale： A Small-Angle neutron scattering and Ultrasmall-Angle neutron scattering study［J］. Energy & Fuels， 2014， 28（10）： 6336-6344.
[14]	Bahadur J， Radlinski A P， Melnichenko Y B， et al. Small-Angle and Ultrasmall-Angle Neutron Scattering （SANS/USANS） study of new Albany shale： A treatise on microporosity［J］. Energy & Fuels， 2015， 29（2）： 567-576.
[15]	Sun M D， Yu B S， Hu Q H， et al. Pore structure characterization of organic-rich Niutitang shale from China： Small angle neutron scattering （SANS） study［J］. International Journal of Coal Geology， 2018， 186： 115-125.
[16]	Sun M D， Yu B S， Hu Q H， et al. Pore characteristics of Longmaxi shale gas reservoir in the northwest of Guizhou， China： Investigations using small-angle neutron scattering （SANS）， helium pycnometry， and gas sorption isotherm［J］. International Journal of Coal Geology， 2017， 171： 61-68.
[17]	范海经，邓虎成，伏美燕，等. 四川盆地下寒武统筇竹寺组沉积特征及其对构造的响应［J］. 沉积学报，2020， doi：14027/j.issn.1000-0550.2020.041. Fan Haijing， Deng Hucheng， Fu Meiyan， et al. Sedimentary characteristics of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the Sichuan Basin and its response to construction［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 2020， doi： 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.041.
[18]	Radliński A P， Boreham C J， Lindner P， et al. Small angle neutron scattering signature of oil generation in artificially and naturally matured hydrocarbon source rocks［J］. Organic Geochemistry， 2000， 31（1）： 1-14.
[19]	Ilavsky J， Jemian P R. Irena： Tool suite for modeling and analysis of small-angle scattering［J］. Journal of Applied Crystallography， 2009， 42（2）： 347-353.
[20]	Washburn E W. The dynamics of capillary flow［J］. Physical Review， 1921， 17（3）： 273-283.
[21]	Melnichenko Y B. Small-angle scattering from confined and interfacial fluids： Applications to energy storage and environmental science［M］. Cham： Springer， 2016.
[22]	Ruppert L F， Sakurovs R， Blach T P， et al. A USANS/SANS study of the accessibility of pores in the Barnett shale to methane and water［J］. Energy & Fuels， 2013， 27（2）： 772-779.
[23]	Schmidt P W， Avnir D， Levy D， et al. Small‐angle x‐ray scattering from the surfaces of reversed‐phase silicas： Power‐law scattering exponents of magnitudes greater than four［J］. The Journal of Chemical Physics， 1991， 94（2）： 1474-1479.
[24]	Clarkson C R， Solano N， Bustin R M， et al. Pore structure characterization of North American shale gas reservoirs using USANS/SANS， gas adsorption， and mercury intrusion［J］. Fuel， 2013， 103： 606-616.
[25]	Lee S， Fischer T B， Stokes M R， et al. Dehydration effect on the pore size， porosity， and fractal parameters of shale rocks： Ultrasmall-Angle x-ray scattering study［J］. Energy & Fuels， 2014， 28（11）： 6772-6779.
[26]	Anovitz L M， Cole D R. Characterization and analysis of porosity and pore structures［J］. Reviews in Mineralogy and Geochemistry， 2015， 80（1）： 61-164.
[27]	Milliken K L， Rudnicki M， Awwiller D N， et al. Organic matter-hosted pore system， Marcellus Formation （Devonian）， Pennsylvania［J］. AAPG Bulletin， 2013， 97（2）： 177-200.
[28]	Cai J G， Du J Z， Chen Z W， et al. Hydrothermal experiments reveal the influence of organic matter on smectite illitization［J］. Clays and Clay Minerals， 2018， 66（1）： 28-42.
[29]	Zhao J H， Jin Z J， Hu Q H， et al. Integrating SANS and fluid-invasion methods to characterize pore structure of typical American shale oil reservoirs［J］. Scientific Reports， 2017， 7： 15413.
[30]	Wu Z R， He S， Han Y J， et al. Effect of organic matter type and maturity on organic matter pore formation of transitional facies shales： A case study on Upper Permian Longtan and Dalong Shales in middle Yangtze Region， China［J］. Journal of Earth Science， 2020， 31（2）： 368-384.
[31]	Shi M， Yu B S， Zhang J C， et al. Evolution of organic pores in marine shales undergoing thermocompression： A simulation experiment using hydrocarbon generation and expulsion［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering， 2018， 59： 406-413.
[32]	Tang X L， Jiang Z X， Jiang S， et al. Heterogeneous nanoporosity of the Silurian Longmaxi Formation shale gas reservoir in the Sichuan Basin using the QEMSCAN， FIB-SEM， and nano-CT methods［J］. Marine and Petroleum Geology， 2016， 78： 99-109.
[33]	Sun M D， Zhang L H， Hu Q H， et al. Multiscale connectivity characterization of marine shales in southern China by fluid intrusion， small-angle neutron scattering （SANS）， and FIB-SEM［J］. Marine and Petroleum Geology， 2020， 112： 104101.
[34]	Yang R， He S， Hu Q H， et al. Applying SANS technique to characterize nano-scale pore structure of Longmaxi shale， Sichuan Basin （China）［J］. Fuel， 2017， 197： 91-99.
[35]	Sun M D， Zhang L H， Hu Q H， et al. Pore connectivity and water accessibility in Upper Permian transitional shales， southern China［J］. Marine and Petroleum Geology， 2019， 107： 407-422.
[36]	Clarkson C R， Freeman M， He L， et al. Characterization of tight gas reservoir pore structure using USANS/SANS and gas adsorption analysis［J］. Fuel， 2012， 95： 371-385.
[37]	Zhang Y X， Barber T J， Hu Q H， et al. Complementary neutron scattering， mercury intrusion and SEM imaging approaches to micro- and nano-pore structure characterization of tight rocks： A case study of the Bakken shale［J］. International Journal of Coal Geology， 2019， 212： 103252.