泥页岩裂缝特征及成岩作用研究

天然裂缝发育程度是影响页岩气开发的主要条件之一。具有低泊松比、高弹性模量、富含有机质的脆性泥页岩层段易于产生裂缝，有助于页岩层中游离态天然气的增加和吸附态天然气的解吸。但实际上，裂缝对页岩气（藏）具有双重作用：裂缝系统既是气体的主要储存空间，也是渗流的主要通道，有助于页岩气总含气量的增加。由于页岩具有非常低的原始渗透率，天然裂缝发育不够充分的地区需要进行压裂来产生更多的有效裂缝与井筒相连，为页岩气解吸提供更大的压降和面积。因此，页岩水力压裂应该尽量选择天然裂缝发育程度高的层位。水力压裂是改善储层裂缝系统、增加渗流通道的最有效方法。然而，如果压裂规模过大，可能导致天然气散失。因此，裂缝的研究对于页岩气的勘探和开发具有重要意义与影响（杨迪等，2013）。

图6—11　有机质孔的扫描电子显微照片（韩辉等，2013）

黄振凯等（2013）在研究松辽盆地白垩系青山口组泥页岩孔隙结构特征时发现，泥页岩样品中发育大量微米—纳米级微裂缝，主要有充填缝、溶蚀缝等。图6—12（a）为样品中被方解石半充填形成的泥质裂缝，剩余缝宽1～3 μm；图6—12（b）为泥质中的溶蚀裂缝，缝宽3～5 μm，其成因与溶蚀孔隙相似；图6—12（c）为聚集离子速扫描电镜观察的薄片状伊利石层间缝，缝宽在40 nm左右；图6—12（d）为利用二次电子成像观察到的样品中亚微米级（纳米级）微裂缝的平面分布，缝宽120～400 nm，这些较大规模的裂缝与其他孔隙相连组成裂缝网络—孔隙系统。

图6—12　松辽盆地白垩系青山口组泥页岩中发育的微裂缝（黄振凯等，2013）(www.xing528.com)

（a）SL1—11，方解石半充填微裂缝，SEM；（b）SL1—13，泥质中溶蚀裂缝，SEM；
（c）SL1—15，薄片状伊利石层间缝，FE—SEM；（d）SL1—22，微裂缝的平面分布，FE—SEM

实验发现页岩中的有机质颗粒、骨架矿物、黏土矿物都能发育微裂缝（图6—13）。页岩中的微裂缝主要有两种类型，一种发育在颗粒内部，另一种发育在碎屑颗粒边缘。颗粒内部的微裂缝一般比较平直，曲折度较小，少有胶结物充填。颗粒间的微裂缝呈锯齿状弯曲。微裂缝长度为5.5～12 μm，裂缝间距可达50 nm以上，但很少延伸至整个切片表面。存在微裂缝的区域，岩石脆性指数较高，易形成微裂缝网络，从而成为页岩中微观尺度上油气渗流的主要通道。裂缝可以有效地改善储层的渗流能力，裂缝发育程度是评价储层好坏的重要指标。但是针对页岩储层，具有裂缝不一定是有利因素。天然裂缝的大规模发育使页岩作为盖层的保护作用降低，从而导致气体的流失。好的页岩储层是“可压裂性好”、广泛发育微裂缝的储层。扫描电镜观察到页岩中微裂缝发育位置多样，有机质、骨架矿物等中都可发育，其长度一般在微米级。页岩内部若广泛发育短裂缝，既有利于游离气的大量存储，又可以显著地提高储层的渗透性。

图6—13　页岩中的微裂缝（杨峰等，2013）

研究表明广泛发育的垂直层面的裂缝，主要受构造作用形成。此种裂缝利于各层系间气体的串通，特别是高碳页岩与硅质页岩等薄层极易形成裂缝。而微型裂缝主要在扫描电镜下观测到，为纳米级与微米级的裂缝，一般为黏土矿物脱水与烃类热增压等非构造成因形成的。微裂缝的发育对页岩低渗流至关重要，它是吸附气体经过解吸成为游离状态的主要通道。