深海页岩气储层中纹层非均质性对含气性与可压裂性的控制机制

针对深海页岩气开发中纹层非均质性影响储层评价的难题，中国研究人员通过多尺度表征技术（XRD/TOC、ImageJ、CO2/N2吸附等），首次建立纹层特征参数（塑性/刚性分类、整合/梯度/互层组合）与孔隙结构、含气量及可压裂性的定量关系，提出融合弹性模量与纹层参数的创新可压裂性预测模型，为深层页岩气高效开发提供理论支撑。

　　

深海页岩气作为全球能源转型的重要资源，其开发潜力与储层特性密切相关。在四川盆地龙马溪组页岩中，毫米级纹层（Laminae）的广泛发育成为影响储层性能的关键因素。尽管前人已认识到纹层对页岩气储集的重要性，但关于其如何通过微观结构调控含气量（Gas Content）和可压裂性（Fracability）仍存在三大空白：沉积环境如何通过纹层特征影响储层性能的机制不明、缺乏纹层参数与储层特性的定量关联模型、传统可压裂性指数计算忽视纹层非均质性。这些认知缺口严重制约着深层页岩气的精准开发。

针对上述问题，中国地质大学（武汉）等机构的研究人员Xiao Xiao、Jizhen Zhang等对四川盆地泸州中部龙马溪组Long-1₁^1-4段页岩展开系统研究。通过整合显微观测、矿物地球化学分析、多尺度孔隙表征（CO₂/N₂吸附、压汞）、等温吸附实验及力学测试（三轴应力、巴西圆盘劈裂），首次建立了纹层特征参数与储层性能的定量关系模型。研究样本来自L213井4130-4170米井段，采用模块化自动处理系统（MAPS）等先进技术确保数据可靠性。

纹层特征
研究创新性地将纹层按力学行为分为塑性（含有机质纹层OML和黏土纹层CL）和刚性（硅质纹层SL和碳酸盐纹层CAL）两类，并根据厚度与叠置关系识别出整合型（>5mm厚塑性纹层）、梯度型（塑性-刚性渐变）和互层型（塑性/刚性交替）三种纹层组合（Laminaset）。通过ImageJ量化分析发现，纹层密度（单位厚度纹层数）和平均厚度是控制储层非均质性的核心参数。

成因分析
元素地球化学指标揭示，整合型纹层形成于缺氧深水环境（V/Cr>4.25），梯度型与周期性浊流事件相关（Ba/Al突变），互层型则受潮汐作用调控（Fe/Mn波动）。这种沉积动力学差异直接导致纹层在矿物组成（石英含量28-54%）、有机质丰度（TOC 1.3-5.7%）和结构连续性上的显著分异。

孔隙结构
多尺度测试表明：塑性纹层主导有机孔（OM pores）发育（孔径<20nm），刚性纹层以无机粒间孔（interP）为主（孔径50-200nm）。整合型纹层因高TOC（4.2±0.8%）具有最优的孔隙连通性（迂曲度τ=1.3），而互层型因矿物分异产生孔径双峰分布。值得注意的是，纹层密度与孔隙度呈非线性关系——中等密度（15-20层/cm）时有机-无机孔协同发育使孔隙度达峰值（7.1%）。

含气性调控
甲烷等温吸附实验显示，整合型纹层因高TOC和微孔优势具有最大吸附气量（2.8 cm³/g），而互层型因宏孔发育利于游离气赋存。研究首次发现纹层厚度与含气量呈正相关（R²=0.76），因厚层纹层（>0.3mm）能更好抵抗压实作用保护孔隙。

可压裂性突破
传统基于矿物脆性指数（BI）的模型预测误差达23%，研究创新性提出融合弹性模量（E）与纹层连续性参数（L_c）的新模型：F_new=0.67BI+0.33L_c·E，使预测精度提升至R²=0.89。实验证实梯度型纹层因矿物渐变产生应力差，最易形成复杂裂缝网络（裂缝密度较均质岩样高40%）。

该研究通过多学科交叉方法，首次系统阐明了深海页岩纹层非均质性影响储层性能的微观机制，建立的定量预测模型显著提升了开发参数设计的准确性。提出的"纹层工程甜点"概念（整合型纹层为主、厚度>0.25mm、密度15-20层/cm）为四川盆地深层页岩气靶区优选提供了新标准。相较于传统岩心测试，新模型可节省90%的取样量并缩短评价周期，对页岩气经济高效开发具有重要实践意义。论文成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，相关方法已申请国家发明专利。