涪陵页岩气田为重要的具有商业开发价值的大型页岩气田,它的发现极大地推动了我国页岩气产业的发展。上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组一段富有机质海相页岩为该气田的主力产层。因此,页岩气储层孔隙结构和甲烷吸附性能的研究对页岩气地质评价和勘探开发有理论意义和应用价值。论文以平桥区块JY-B井和梓里场区块JY-C井为研究对象,通过文献调研、资料收集、有机地球化学分析和X射线衍射全岩矿物定量获得页岩样品岩石学和地球化学特征。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)及Image Pro-plus软件、低温气体吸附(CO₂和N₂)和高压压汞实验研究页岩样品有机孔及全孔径孔隙结构特征,采用重量法高压甲烷吸附实验获得页岩样品的甲烷吸附性能。对比五峰组与龙一段页岩样品、两口井页岩样品的孔隙结构和甲烷吸附性能的差异性,结合页岩样品岩石学和地球化学特征讨论页岩孔隙结构和甲烷吸附性能的影响因素。五峰组-龙一段页岩的有机质热演化程度处于高演化过成熟阶段,有机质类型以Ⅰ型为主。JY-B井和JY-C井中五峰组-龙一段下部页岩TOC含量主要介于2⁵%,为优质层段;龙一段上部页岩TOC含量主要介于1²%,为次优质层段。目的层段页岩主要矿物组成为石英和黏土矿物,含有少量长石和碳酸盐矿物以及黄铁矿等,主要发育混合硅质页岩相、富泥硅质页岩相、含泥/硅混合质页岩相和富硅泥质页岩相。采用气体吸附(CO₂和N₂)和高压压汞实验对页岩样品中基质孔隙和微裂缝进行多尺度表征。由气体吸附和高压压汞实验结果可知:1)页岩中的孔隙由圆柱状、墨水瓶状和层状狭缝形等孔隙共同组成;2)优质层段页岩的微孔和介孔较次优质层段发育,优质层段中龙一段下部(3)小层微孔相对发育,次优质层段中龙一段上部(7)和(8)小层微孔及介孔相对较发育;3)页岩孔隙孔径分布呈多峰型,五峰组优势平均孔径分布在0.35nm和0.90¹5nm处,龙一段下部优势平均孔径分布在0.35nm、0.45⁰.60nm、0.90¹5nm和25²70nm处,龙一段上部优势平均孔径分布在0.80⁰.90nm和25²70nm处;4)根据高压压汞实验结果可知,在进汞压力大于30 MPa时,五峰组-龙一段页岩样品TOC含量越高进汞量越大。优质层段的连通介孔较次优质层段发育,次优质层段的连通宏孔及微裂缝较优质层段发育;5)对比两口井的孔隙结构参数发现,JY-B井优质层段内介孔发育,JY-C井微孔发育,且JY-C井中介孔孔隙孔喉较小,连通性较差,发育大量闭孔和墨水瓶状孔隙。采用极高分辨率场发射扫描电镜(FE-SEM)对页岩中孔隙类型及形态进行观察发现五峰组-龙一段页岩基质孔隙中有机孔最为发育,利用Image Pro-plus软件对有机质颗粒扫描电镜照片进行有机孔观察和统计分析可知:1)五峰组页岩样品有机孔形状以边缘收缩的多角形为主,龙一段下部多呈不规则椭圆形和近圆形,龙一段上部多呈压扁状椭圆形、不规则近圆形和长条形;2)在五峰组-龙一段页岩样品中可观察到的有机孔孔径主要介于2⁶00nm,5³0nm范围的有机孔数量均较多,龙一段页岩样品中孔径在100⁶00nm范围的有机孔数量明显多于五峰组页岩样品;3)优质层段中五峰组和龙一段下部(3)小层的页岩样品平均单颗粒有机质面孔率相对最大,次优质层段中(7)小层和(8)小层样品的有机质面孔率相对较大且接近;4)JY-C井页岩样品有机孔形态比JY-B井更不规则,且有机孔孔径总体小于JY-B井样品。孔隙结构的影响因素来自于外部因素(沉积环境和构造运动)和内部因素(有机碳含量和矿物组分及含量)。沉积环境影响了页岩岩性、矿物组成及含量,侧向构造挤压产生的褶皱、顺层滑脱和抬升作用使页岩气储层原有储集空间被压缩改变,从而影响了页岩孔隙结构。TOC含量与微孔和2¹5nm介孔孔隙体积呈较好的线性正相关关系性。由于五峰组-龙马溪组页岩中石英主要为生物成因,随着硅质含量的增加,页岩BET总比表面积、微孔和介孔孔隙体积呈增加趋势。黏土矿物与微孔和介孔孔隙体积呈负相关性,由于研究区目的层段埋深较大,成岩作用强,使部分黏土矿物晶间孔和粒间孔隙坍塌或破坏。利用重量法高压甲烷等温吸附实验对页岩样品进行测试。在30℃条件下,优质层段五峰组(1)小层和龙一段下部(3)小层甲烷饱和吸附量最大,次优质层段中龙一段上部(8)小层吸附量相对较大,JY-C井优质层段页岩样品的甲烷饱和吸附量大于JY-B井。甲烷饱和吸附量与TOC含量呈线性正相关关系;由于该层段内石英为生物成因,甲烷饱和吸附量与石英含量也呈正相关关系;甲烷饱和吸附量随黏土矿物含量的增大呈减少趋势。甲烷饱和吸附量与页岩微孔和中孔比表面积呈线性正相关关系。因此有机质含量越高,有机微孔和介孔越发育,越有利于五峰组-龙一段页岩样品对甲烷气体的吸附。