黔北牛蹄塘组页岩是海相页岩气勘探与开发的重要储层之一,但对有机质孔隙结构及其微观力学的定量表征难度较大,制约了页岩气的安全高效开采。本文以牛蹄塘组三口井页岩岩芯为研究对象,采用了现场取样、物理试验、理论分析等方法,系统描述了孔隙结构及微观力学特征,并结合了安全评价法对页岩气开采风险进行评估,主要取得的认识如下: (1)采用X射线衍射仪、显微镜片分析、碳硫分析仪综合测定矿物组成和地球化学特征。黔北牛蹄塘组以石英为主要矿物,硅质矿物颗粒在三口井均有发育与分布。区域总有机碳含量超过2%,属于富有机页岩,等效镜质体反射率在2.30~3.72%,处于过成熟和变质期阶段。 (2)通过气体吸附实验定量表征全岩与有机质孔隙结构特征。三口井中均发育有粒内孔、粒间孔及有机质孔隙,形状主要为平行板状、墨水瓶状。全岩与有机质孔隙结构的主控因素包括总有机碳含量、矿物组成、热成熟度。不同孔径孔隙发育不同,总有机碳含量促进全岩与有机质孔隙的发育;石英含量抑制全岩与有机质孔隙发育;热成熟度达到过成熟阶段,有机质孔隙开始逐渐减少,直到变质阶段逐渐消失,高石英含量、热成熟度过高不利于孔隙的保存。 (3)利用原子力显微镜定量表征有机质微观力学。随着热成熟度的上升,有机质杨氏模量与热成熟度呈正相关关系,增加率达84%。在三口井中,FC1井平均杨氏模量最高,达15.51 GPa,TM1井平均杨氏模量最低,达6.48 GPa。研究结果表明,与介-宏孔相比(R²=0.33),有机质微孔更易于被压实(R²=0.63),且受杨氏模量值的影响较大。由于有机质在热演化过程中逐渐碳化,有机质总孔隙体积、比表面积与其微观力学呈负相关,不利于有机质孔隙的保存,影响页岩气的富集与运移。 (4)基于模糊决策法与层次分析法评估了页岩气开采风险。内部与外部因素评价结果显示风险等级为中等。其中,地质构造风险值>力学特性风险值>储层特性风险值。针对不同井页岩的储集物性、孔隙结构、微观力学存在差异,从而结合评价结果提出从技术、监测等多方面综合风险防控措施。研究成果将进一步丰富和发展南方复杂构造区海相页岩气安全高效开采理论。