页岩气及其成藏条件概述
页岩气及其成藏条件概述
2010年7月，在四川川南地区中国石油集团公司第一口页岩气井（威201井）顺利完成加砂压裂施工任务，标志着中国石油集团公司进入了页岩气的实战阶段。页岩气是一种非常规天然气资源，其储量巨大，有关统计表明全球页岩气资源量约为456.24×1012m3。较早对页岩气进行研究的是美国和加拿大，这些国家在勘探和开发中都取得了丰富的成果，形成了较为完备的页岩气系统理论，进入了快速的发展阶段；而我国对页岩气的勘探开发还在初级阶段，研究相对程度相对落后，但我国页岩气资源量也十分丰富（预测为30-100×1012m3）。据有关专家介绍，随着我国经济发展对油气资源的需求，页岩气将是我国今后油气资源勘探和开发的重点。
1 页岩气及其特点
1.1 页岩气储量
从世界范围来看泥、页岩约占全部沉积岩的60%，
表1 世界较大页岩气储量地区表(×1012m3)
其资源量巨大。全球页岩气资源量为456.24×1012m3，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、太平洋地区、拉美、前苏联等地区（表1）
在我国的松辽盆地白垩系、江汉盆地的第三系、渤海湾盆地、南华北、柴达木以及酒泉盆地均具有页岩气资源的分布。其中，四川盆地的古生代海相沉积环境形成的富有机碳页岩与美国东部的页岩气盆地发育相似。仅四川川南威远、泸州等地区的页岩气资源潜力（6.8-8.4×1012m3）,相当于整个四川盆地的常规天然气资源的总量。
1.2 页岩气及特点
页岩是由固结的粘土级的颗粒物质组成，具有薄页状或薄片层状的一种广泛分布的沉积岩。页岩致密且含有大量的有机质故成暗色（如黑色、灰黑色等）。在大多数的含油气盆地中，页岩既是生成油气的烃原岩也是封存油气的盖层。在某些盆地中，如果在纵向上沉积较厚（几十米-几百米），横向上分布广泛（几百-几万平方公里）的页岩同时作为了烃原岩和储集岩，且在其内聚集了大量的天然气，那就是页岩气。
所谓页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩，因热作用和生物作用而形成了大量储集在页岩裂缝、孔隙中的且以吸附和游离赋存形式为主的天然气。与常规储层天然气相比，页岩气具有独特的特点（表2）。表2 常规储层天然气与页岩气对比表
成因类型热成因、生物成因及石油裂解气热成因、生物成因
主要成分CH4为主，少量C2H5、C3H6CH4为主（＞90%），少量C2H5、C3H6且变化较大
储集岩类型砂岩、碳酸盐岩等泥、页岩及其间的细粒砂岩夹层运移距离相对较长（一次和多次运移）不运移或很短
赋存方式游离气为主吸附气（20-80%）、游离气为主和少量溶解气
成藏特点生、储、盖合理组合自生、自储
成藏主要动力浮力、毛细管力、水动力等范德华力、毛细管力和膨胀力
成藏时间圈闭形成和天然气运聚后早期成藏
主控地质因素气源、输导、圈闭等成分、成熟度、裂缝等
埋藏深度一般＞500m 200m以上，最浅8.2m
分布特点构造圈闭的较高部位盆地沉降-沉积中心及斜坡
开采特点自然压力开采排气降压解析开采
2 生成条件
2.1 沉积环境
稳定的沉积环境是页岩气形成的首要条件。只要沉积环境稳定，有机质含量以及成熟度较好（TOC＞0.5%，R O＞0.4%），无论是海相沉积，陆相沉积还是海陆交互相沉积环境都可以形成页岩。另外，沉积速率较快可以使富含有机质的粘土物质快速沉积而不被氧化；还原环境抑制了微生物细菌对有机质的破坏，这些都是页岩气形成的必要条件。美国的页岩气盆地的含气页岩，都是在缺氧的环境下使富含有机质的沉积物沉积而形成的。
2.2 有机质
页岩中有机质的含量和成熟度对页岩气的生成和储集都有重要的影响。有机质的含量决定了生烃的强度，因而它决定着生烃量的多少。总有机碳含量（TOC）与页岩对气的吸附能力之间存在正相关的线性关系。在相同压力下，页岩有机碳含量越高，甲烷吸附量越高；以美国福特沃斯盆地Barnett页岩气藏生产为例，有机碳（TOC）含量高的地方，对应产气量也大，其成正相关的关系（图1）。另外，有机质的成熟度（镜质体反射率R0）越高，生成烃类物质也就越多（图2）。在成熟作用的早期，天然气是主要通过干酪根经降解作用形成；在晚期阶段，天然气主要通过干酪根、沥青和石油裂解作用形成的。
图1 有机碳含量与气体含量的关系图2 页岩成熟度与产气速度的关系
2.3 热力与生物作用
有机质因热作用和生物作用而生成页岩气，故可
将页岩气分为热裂解成因气和生物成因气两种类型。
不同沉积环境和有机质形成不同类型的干酪根，
页岩一般是以Ⅰ型和Ⅱ型干酪根为主,也可有少量的
Ⅲ型干酪根。干酪根热降解过程中，先后产出沥青、原油和天然气，而干酪根，沥青和原油均可以生成天然气，以美国Barnett页岩为例（图3）。通过干酪根分解，沥青的分解以及油的分解三种途径都可以形成气体。图3 Barnett页岩热成因生气途径示意
生物成因气可以通过两种方式形成：醋酸盐的发酵作用、二氧化碳的还原作用生成甲烷。
醋酸盐发酵作用：CH3COOH→CH4+CO2 CO2的还原作用：CO2+4H2→CH4+2H2O
页岩气的形成是热成因和生物成因共同作用的结果。有机质的丰度和类型对于页岩气的形成至关重要。
3 储集条件
3.1 深度与厚度
页岩必须达到一定的厚度，才能成为有效的烃源岩层和储集层。页岩的埋深影响页岩气的生产和聚集，页岩埋深达到一定的深度（一定的温度、压力）才能形成烃类气体，随着埋深的增加，压力逐渐增大，孔隙度减小，不利于游离气富集，但有利于吸附气的赋存。另外，厚度越大，能够提供更多的有机质和储集空间，也能提高其作为盖层的封闭能力。
研究表明盆地边缘斜坡页岩厚度适当且易形成张性裂隙，是页岩气藏发育的最有利区域；盆地中心区域的厚层页岩，在热裂解生气阶段若能形成大面积的超压破裂缝，也可形成页岩气藏。
页岩的厚度和埋深是控制页岩气成藏的关键因素，以美国五大页岩气系统的总结研究为例（表3）。表3 美国5大页岩系统页岩埋深、厚度总结表
3.2 岩性特征
页岩是由粘土级的颗粒物质组成，其矿物成分比较复杂，除含有伊利石、蒙脱石、高岭石等粘土矿物除外，还含有石英、方解石、长石、云母等矿物成分。其中粘土矿物含量为30%～50%，粉砂质(石英等颗粒)为15%～25%，有机质为1%～20%，多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。
粘土矿物具有较高的微孔隙体积和比表面积，吸附能力较强，这有利于吸附页岩气的储集。当气体分子满足了吸附后，多余的气体分子一部分就以游离状态进入岩石孔隙和裂隙中（图4）。另外，天然气在满足吸附以后，可能会有少量天然气因溶解作用存在于液态物质中。由于页岩的特定矿物成分和岩性结构，使得页岩气在页岩中有不同的赋存方式，其中吸附和游离态占很大的比例，而溶解态仅少量存在。
图4 裂缝页岩气生成模式(据李明潮，1996，有修改)
3.3 孔隙度与渗透率
页岩是低孔隙度的储层，通常小于5％，以微空隙为主，其孔隙性直接影响页岩气的赋存形式。微孔（平均宽度＜2nm）总体积越大，比表面积也越大，其对分子的吸附能力越强（表4）。较大的孔隙（平均宽度＞2nm）,主要发生层流的渗透和毛细管的凝聚，有利于游离气的储集。例如美国Ohio页岩和Lewis页岩，其平均孔隙度5-6%,游离气可以充填孔隙的50%。
页岩的渗透率通常也小于0.1×10-3μm2，然而在裂缝发育处，渗透率能有所改善。为了实际开采的需要，可以通过人为造缝（地层压裂）的方式提高渗透性。
表4 美国5大页岩系统储集特征
Antrim 页岩70 2-10 ＜0.1
Ohio 页岩50 2-11 ＜0.1
New Albany页岩40-60 5-15 ＜0.1
Barnett 页岩40-60 1-6 0.1
Lewis 页岩60-88 0.5-5.5 ＜0.1
3.4 裂缝
裂缝对页岩气的储集有着重要的影响。由
于构造断裂等作用的影响，使得页岩中会出现
大量裂缝（图5）。这些裂缝有二个重要的作用，
一是为气体提供了储集的空间，一般来说，裂
缝发育好的地方更利于页岩气的储集；二是提
供了气体的运移通道，当然如果裂缝规模过大，
可能导致天然气散失。
由于页岩的渗透率很低，所以裂缝的发育
（不管天然还是人为造缝）形成裂缝网络，会
使页岩渗透率、孔隙度得到一定的改善。图5 页岩的天然裂缝
3.5 温度与压力
温度能够直接影响页岩对气体的吸附能力，温度越高页岩吸附能力降低，温度与吸附能力是呈反相关的关系。Chalmers等发现温度与气体吸附能力成负幂指数关系,随着温度的升高,气体吸附能力迅速降低。
压力则与页岩吸附能力呈正相关的关系。压力越大，那么吸附的气量就越多。另外，游离气的含量也会随着压力的增加而增加。Shkolin等也指出,随着压力的增大,气体的压缩率增大,从而增加了游离态气体的储存能力。总体而言，压力与吸附气和游离气含量关系都表现出正相关的关系（图6）。
图6 压力与气量的关系
4 盖层及圈闭条件
页岩是细小的颗粒物质组成的沉积岩，较为致密、渗透率较低，通常可以作为盖层。虽然页岩气的赋存方式与常规天然气有所不同，但是致密的泥页岩仍然对页岩气藏具有封盖作用。在一些页岩气盆地中，页岩上覆的致密岩层都具有一定的封盖能力，使页岩气藏的盖层类型多样，例如页岩（阿巴拉契亚盆地和福特沃斯盆地）、冰碛岩（密执安盆地）、斑脱岩（圣胡安盆地）和页岩/碳酸盐岩（伊利诺斯盆地）。盖层的封闭包括岩石的物性封闭、泥页岩的欠压实封闭和含水层的封闭三种封闭类型。页岩气大量形成以后，被周围有致密的岩层所包围，就可以封闭页岩气（图7）。
图7 结晶灰岩对Barnett页岩气藏的封闭作用
由于页岩四周致密层的存在，阻滞了厚层泥质岩内部大量孔隙流体（水、油、气）的及时排出，造成页岩气系统内的欠压实。欠压实的泥岩具有异常高的孔隙度，其颗粒之间未达到紧密的接触，有利于天然气的保存。欠压实泥岩比相同深度的正常压实泥岩具有更高的孔隙压力，形成异常高压。上、下致密层段的毛细管阻力大于中间欠压实层段的毛细管阻力，可有效的阻止地层内天然气的散失（图8）。在成岩作用过程中,大气降水以及粘土、有机质转化水所形成的水，在页岩气藏中也可成为封闭天然气的含水盖层。
图8 泥页岩层内部欠压实毛细管阻力封闭作用示意图
页岩气藏是一边生成一边储集的，不需要构造背景，属于隐蔽的气藏。页岩具有低的孔、渗性，其可以形成一个能够将页岩气封闭在页岩体内的储集体，形成一个圈闭。页岩气藏具有较强的抗破坏能力，特别是对于以吸附方式存在的气藏，即使在构造破坏程度较高的地区，只要有天然气的生成，就仍会有页岩气的存在。
5 结论
（1）：页岩气是一种重要的非常规天然气资源，在地球上的储量巨大，是今后油气勘探和开发的重点。
（2）：页岩气从生成到最后圈闭成藏有不同于常规天然气的各面条件。加强页岩气的成藏条件研究，对形成页岩气系统成熟的理论是非常必要的。
（3）：美国和加拿大对页岩气研究较为成熟，与之合作，加强学习，对我国页岩气的勘探开发是非常有帮助的。
页岩气及其成藏条件概述
页岩气及其成藏条件概述 2010年7月，在四川川南地区中国石油集团公司第一口页岩气井（威201井）顺利完成加砂压裂施工任务，标志着中国石油集团公司进入了页岩气的实战阶段。页岩气是一种非常规天然气资源，其储量巨大，有关统计表明全球页岩气资源量约为456.24×1012m3。较早对页岩气进行研究的是美国和加拿大，这些国家在勘探和开发中都取得了丰富的成果，形成了较为完备的页岩气系统理论，进入了快速的发展阶段；而我国对页岩气的勘探开发还在初级阶段，研究相对程度相对落后，但我国页岩气资源量也十分丰富（预测为30-100×1012m3）。据有关专家介绍，随着我国经济发展对油气资源的需求，页岩气将是我国今后油气资源勘探和开发的重点。 1 页岩气及其特点 1.1 页岩气储量 从世界范围来看泥、页岩约占全部沉积岩的60%， 表1 世界较大页岩气储量地区表(×1012m3) 其资源量巨大。全球页岩气资源量为456.24×1012m3，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、太平洋地区、拉美、前苏联等地区（表1） 在我国的松辽盆地白垩系、江汉盆地的第三系、渤海湾盆地、南华北、柴达木以及酒泉盆地均具有页岩气资源的分布。其中，四川盆地的古生代海相沉积环境形成的富有机碳页岩与美国东部的页岩气盆地发育相似。仅四川川南威远、泸州等地区的页岩气资源潜力（6.8-8.4×1012m3）,相当于整个四川盆地的常规天然气资源的总量。 1.2 页岩气及特点 页岩是由固结的粘土级的颗粒物质组成，具有薄页状或薄片层状的一种广泛分布的沉积岩。页岩致密且含有大量的有机质故成暗色（如黑色、灰黑色等）。在大多数的含油气盆地中，页岩既是生成油气的烃原岩也是封存油气的盖层。在某些盆地中，如果在纵向上沉积较厚（几十米-几百米），横向上分布广泛（几百-几万平方公里）的页岩同时作为了烃原岩和储集岩，且在其内聚集了大量的天然气，那就是页岩气。 所谓页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩，因热作用和生物作用而形成了大量储集在页岩裂缝、孔隙中的且以吸附和游离赋存形式为主的天然气。与常规储层天然气相比，页岩气具有独特的特点（表2）。表2 常规储层天然气与页岩气对比表 成因类型热成因、生物成因及石油裂解气热成因、生物成因
页岩气特点及成藏机理
页岩气特点及成藏机理 ---陈栋、王杰页岩气作为一种重要的非常规油气资源，随着能源资源的日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，其重要性已经日益突出。随着国家新一轮页岩气勘探开发部署的大规模展开，正确认识和掌握页岩气的成因、成藏条件等知识，对于今后从事页岩气现场录井的工作人员提高录井质量具有较好的指导意义。 1.概况 页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。其形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的页岩烃源岩地层中。 2.特点 2.1 页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间；以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地
的有利目标。页岩气的资源量较大但单井产量较小，美国页岩气井的单井采气量为2800-28000m3/d。 2.5 在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。 2.6 原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低，因此页岩气藏的地层压力多变。 2.7 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点—-大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。 3.成因 通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合。生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降解和裂解作用形成的天然气。相对于热成因气，生物成因的页岩气分布极限，主要分布盆地边缘的泥页岩中，在美国研究比较深入的五个盆地的五套页岩中，密执安盆地和伊利诺斯盆地发现了生物成因的页岩气藏，并且是勘探目标中的主要构成(Schoell，1980；Malter 等，2000)。 3.1 生物成因
北美典型页岩气藏岩石学特征_沉积环境和沉积模式及启示
第29卷 第6期2010年 11月 地质科技情报 Geolog ical Science and Technolog y Information Vol.29 No.6Nov. 2010 北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和 收稿日期:2010 04 27 编辑:杨 勇 基金项目:国家自然科学重点基金(石油化工联合基金)项目(40839910);中国石油化工股份有限公司科研项目(J 1407 09 KK 0157)作者简介:杨振恒(1979 ),男,工程师,主要从事石油地质综合研究工作。E mail:yan gzhen hen g2010@https://www.wendangku.net/doc/0612562050.html, 沉积模式及启示 杨振恒,李志明,王果寿,腾格尔,申宝剑 (中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡214151) 摘 要:北美典型页岩气藏赋存的泥页岩主要为细颗粒沉积,呈暗色或黑色薄层状或块状产出。页岩气储层无机矿物成分中硅 质含量较高,含有黄铁矿、磷酸盐矿物(磷灰石)、钙质和黏土矿物。具有相对高有机质质量分数,代表了富有机质的缺氧的沉积环境。不含或者含较少的陆源碎屑输入。有机质类型以 和!型干酪根较为常见。生物化石碎片在页岩层中比较常见,化石碎屑的类型多样化。重点剖析了福特沃斯盆地Barnett 页岩的沉积发育模式,福特沃斯盆地是一狭长的前陆盆地,主要沉积区离物源区较远,Barnett 页岩沉积于较深的静水缺氧环境,沉积速度缓慢(饥饿性沉积),最终形成富含有机质的Barnett 页岩。常见生物化石碎片,但缺少生物扰动遗迹,推测盆地中大部分的生物化石为外部输入的结果。上升流作用致使磷酸盐矿物(磷灰石)发育。北美典型页岩气藏的岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积发育模式可以用来指导我国页岩气勘探,黔南坳陷下寒武统黑色高碳质页岩系、二叠系吴家坪组和四川广元 绵竹地区下寒武统泥页岩具有和北美典型页岩气藏可类比的岩石学特征、沉积环境和沉积模式,可作为页岩气勘探的优选区域。 关键词:页岩气;岩石学特征;有机碳含量;沉积环境;沉积模式 中图分类号:T E122.115 文献标志码:A 文章编号:1000 7849(2010)06 0059 07 近年来,页岩气在北美特别是美国得以成功地勘探和开发,引起了广泛的关注。国内外学者从页岩气系统出发,对页岩气成藏的有机碳质量分数、成熟度、裂缝系统、温度、压力、抬升与沉降史以及吸附 机理等进行了深入的研究[1 7] ,但是,对页岩气藏发育的泥页岩的岩石学特征、沉积环境和沉积模式研究还较少涉及。页岩气藏发育的泥页岩具有独特的岩石学特征,识别不同的岩石学特征是评价页岩气成藏条件、原地含气量和资源量的关键。在页岩气开发阶段,识别不同的岩相是实施开发方案的基础。在福特沃斯盆地,识别Barnett 页岩岩性是页岩气评价中关键的步骤[8]。笔者根据北美页岩气研究的最新成果,就页岩气藏发育的泥页岩的岩石学特征、沉积环境及福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积模式进行讨论。北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积模式对我国页岩气研究和勘探同样具有指导意义。 1 典型页岩气藏岩石学特征 页岩气作为非常规天然气资源,其勘探、开发思 路和方式与常规油气资源有明显的不同之处。研究 表明,沉积物的岩石学特征是页岩气成藏的重要控 制因素[8 10] ,主要包括泥页岩的构造和粒度特征、有机碳质量分数、岩石矿物组成、生物化石特征等。1.1岩石构造和粒度特征 页岩气藏发育的泥页岩主要为暗色或黑色的细颗粒沉积层,呈薄层状或块状。德克萨斯州福特沃斯盆地Bar nett 页岩及其上下相邻地层由不同的岩相组成,Barnett 页岩及上下相邻地层可识别出3种 岩性[9] ,分别为薄层状硅质泥岩、薄层状含黏土的灰质泥岩(泥灰)和块状灰质泥粒灰岩。但是,主力产气层位上Barnett 页岩和下Barnett 页岩以层状硅质泥岩为主,主要由细微颗粒(黏土质至泥质大小)的物质组成(图1)。Barnett 页岩缺少粗粒的陆源碎屑物质,表明地质历史沉积时期这一地区离陆相物源区较远,属饥饿性沉积,最终形成了层状的Bar nett 页岩沉积充填样式。富页岩气前景的英属哥伦比亚西北部Baldo nnel 层Ducette 组地层被称之为暗色的以石英为主的细粒页岩,主要由多样的放射性的、碳质的含黏土的灰岩和细粒粉砂岩组成。1.2岩石矿物质量分数 页岩气储层无机矿物成分中硅质质量分数较高,另外还含有方解石和长石等矿物。所含硅质主
北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖要点
北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖 1、阿巴拉契亚盆地俄亥俄页岩系统 （1）概况 阿巴拉契亚盆地（Appalachian）位于美国的东部,面积280000平方公里，包括New York西部、Pennsylvania、West Virginia、Ohio、Kentucky和Tennessee 州等，是美国发现页岩气最早的地方。俄亥俄（Ohio）页岩发育在阿巴拉契压盆地西部,分布在肯塔州东北部和俄亥俄州，是该盆地的主要页岩区（图2）。该区古生代沉积岩是个巨大的楔形体，总体上是富含有机质页岩、碎屑岩和碳酸盐岩构成的旋回沉积体。 图1 美国含页岩气盆地分布图 1953年，Hunter和Young对Ohio页岩气3400口井统计，只有6%的井具有较高自然产能（平均无阻流量为2.98万m2/d），主要原因是这些井的页岩中天然裂缝网络比较。其余94%的井平均产量为1726m3/d，经爆破或压裂改造后产量达8063m3/d，提高产量4倍多。1988年前，美国页岩气主要来自Ohio页岩气系统。截止1999年末,该盆地钻了多达21000口页岩井。年产量将近34亿m3。天然气资源量58332—566337亿m3,技术性可采收资源量4106~7787亿m3。每口井的成本$200000-$300000，完井成本$25~$50。 （2）构造及沉积特征 阿巴拉契亚盆地东临Appalachian山脉，西濒中部平原，构造上属于北美地台和阿巴拉契亚褶皱带间的山前坳陷。伴随Laurentian古陆经历了由被动边缘型
向前陆盆地的演化过程。盆地以前寒武纪结晶岩为基底，古生代沉积岩呈巨大的楔形体(最大厚度12 000 m)埋藏于不对称的、向东变深的前陆盆地中。寒武系和志留一密西西比系为碎屑岩夹碳酸盐岩，奥陶系为碳酸盐岩夹页岩，宾夕法尼亚系为碎屑岩夹石灰岩及煤层。总体上由富有机质泥页岩(主要为碳质页岩)、粉砂质页岩、粉砂岩、砂岩和碳酸盐岩等形成3～4个沉积旋回构成，每个旋回底部通常为富有机质页岩，上部为碳酸盐岩。泥盆系黑色页岩处于第3个旋回之中，分布于泥盆纪Acadian 造山运动下形成的碎屑岩楔形体内（James,2000）。该页岩层可再分成由碳质页岩和较粗粒碎屑岩互层组成的五个次级旋迥(Ettensohn ，1985)。它们是在阿卡德造山运动的动力作用下和Catskill 三角洲的向西进积中沉积下来的。 （3）页岩气成烃条件分析 ①页岩分布特征 阿巴拉契亚盆地中南部最老的泥盆纪 页岩层系属于晚泥盆世。Antrim 页岩和New Albany 大致为Chattanooga 页岩和Ohio 页 岩的横向同位层系（Matthews,1993）。在俄 亥俄东边和南边,Huron 段分岔。有的地区已 经被插入的灰色页岩和粉砂岩分成两个层。 俄亥俄页岩系统，覆盖于Java 组之上 (图3)。由三个岩性段组成：下部 Huron 段 为放射性黑色页岩，中部Three Lick 层为 灰色与黑色互层的薄单元，上部Cleveland 段为放射性黑色页岩。俄亥俄页岩矿物组成 包括：石英、粘土、白云岩、重金属矿（黄 铁矿）、有机物。 图2是西弗吉尼亚中部和西部产气区泥 盆纪页岩层的地层剖面。中上泥盆统的分布 面积约128，000mi 2(331，520km 2)，它们沿 盆地边缘出露地表。页岩埋藏深度为610～ 1520m ，页岩厚度一般在100－400ft(30— 120m),泥盆系黑色页岩最大厚度在宾夕尼亚州的中北部(图3)(deWitt 等，1993)。 ②页岩地球化学特征 图4表示Ohio 页岩下Huron 段烃源岩有机碳等值线图。从镜质体反射率特征来图2 阿巴拉契亚盆地西部中泥盆统－下密西西比系剖面 （据Moody 等，1987）
天然气分布规律及页岩气藏特征
天然气分布规律 辽河盆地的天然气在纵向上和横向上分布都很广泛。在横向上，由于气体形成的途径多于油的形成途径，气体的分布区域远远大于油层的分布；在纵向上，自目前勘探的最深部位到浅层均有气体存在，含气层系多，自下而上发育了太古界、中生界和新生界。特别是第三系自沙四段到明化镇组各层段均有气藏存在，沉积环境和演化史的特征，造成天然气原始组分富烃，贫H：S，少CO：和N2。 辽河断陷广泛发育多期张性断裂，把二级构造带切割成复杂的断块油气田。受构造、断裂活动影响，造成多次油气聚集、重新分配而形成多套含油气层系。 通过天然气的地球化学研究，结合盆地地质背景，天然气有如下分布规律：1．自生自储的天然气垂向分布 以自生自储为主的天然气层，自下而上分布有侏罗系的煤型气、正常凝析油伴生气、正常原油伴生气、生物一热催化过渡带气和生物成因气等。其特征主要是613C，依次变轻。侏罗系煤型气主要分布在深大断裂边缘，仅处于侏罗系发育的地区，如东部凹陷三界泡地区。正常凝析油伴生气主要发育在有机质埋深达到高成熟阶段的地区，主要为各个凹陷的沉降中心部位，如整个盆地的南部地区及东部凹陷北部地区。正常原油伴生气在整个盆地均有分布，主要是与原油伴生的气顶气和溶解气。生物一热催化过渡带气主要发育在有机母质埋深浅于3000m 的未成熟和低成熟阶段，并有良好的盖层发育的地区，部分地区的局部构造亦可形成小型气藏，在盆地的大部分地区均有分布，主要在东部和大民电凹陷的有利地区。生物成因气理论上在整个盆地浅层都存在。因此，只要有良好的储盖组合，在整个盆地中都可望发现生物成因气藏。 总体来看，三个凹陷中，大民屯凹陷以成熟阶段的石油伴生气和生物一热催化过渡带气为主．有少量生物成因气。东部凹陷在不同的构造部位分布不同类型的气体，中生界发育并位于深大断裂边缘的地区，有煤型气和深源气的存在。南、北凹陷深部位置，主要是高成熟和成熟的热催化一热裂解气。而凹陷中部广泛发育生物一热催化过渡带气。在构造高部位有利地区，发育有较可观的生物成因气。西部凹陷主要发育热催化一热裂解气，特别是凹陷南部沉降中心处，热裂解形成的正常凝析油伴生气更为广泛。在有机母质埋深浅的部位发育生物一热催化过渡带气。当然，如果存在有利的储盖组合，生物成因气的存在勿需置疑。 2．断裂构造导致天然气广泛运移 广泛发育的断裂构造，使大多数天然气发生不同程度的运移，造成天然气更加广泛、更加复杂的分布格局。断裂构造或不整合面为气体运移通道，形成新生古储的古潜山油气藏。天然气的垂向和侧向运移，造成了大面积浅层气藏的形成。这部分气体的气源岩母质类型、演化程度，特别是天然气同位素组成特征均与原生气藏一致。最明显的差别是甲烷含量相对高，重烃含量低，愈向浅层，甲烷含量愈高，反映运移的地质特点是由斜坡低部位向高部位甲烷含量升高，由低台阶向高台阶甲烷含量亦升高，如兴隆台气田不同台阶的天然气组分由下到上变干。曙光一高升油气藏也有类似分布。在大民屯凹陷东部浅层及东、西部凹陷的大部分地区浅层干气也是运移形成 3．天然气藏类型分布 构造运动造成了多套油气层和多种类型的储集层，形成了多样的天然气藏类型，根据控制油气的主要因素，可以划分出四大类油气藏：(1)构造油气藏，包括背
三 页岩气藏的开采
页岩气藏的开采技术 过去150年所钻的数百万口油气井在达到其目标深度之前，都钻透了大量页岩层段。既然页岩层段的暴露如此普遍，是否每口干井实际上都是潜在的页岩气井呢？当然不是，页岩气只有在某些特定条件下才可以被开采出来。 页岩是一种渗透率极其低的沉积岩，通常被认为是油气运移的天然遮挡。在含气油页岩中，气产自其本身，页岩既是气源岩，又是储层。天然气可以储存在页岩岩石颗粒之间的孔隙空间或裂缝中，也可以吸附在页岩中有机物的表面上。对常规气藏而言，天然气从气源岩运移到砂岩或碳酸盐岩地层中，并聚集在构造或地层圈闭内，其下通常是气水界面。因此，与常规气藏相比，将含气页岩看作非常规气藏也就理所当然了。 美国地质调查局（USGS）认为，页岩气产自连续的气藏。USGS列举了16个特征，所有这些特征都可能在连续气藏中出现。与含气页岩有关的独特特征包括区域性分布，缺少明显的盖层和圈闭，无清晰的气水界面，天然裂缝发育，估算最终采收率（EUR）通常低于常规气藏，以及极低的基岩渗透率。 此外，其经济产量在很大程度上还依赖于完井技术。尽管页岩具有很多明显的不利因素，但是美国已经将某些具有合适页岩类型、有机质含量、成熟度、孔隙度、渗透率、含气饱和度以及裂缝发育等综合条件的页岩作为开采目标。一旦经济上可行，非常规天然气开采活动将呈现出一派繁荣的景象。天然气需求的日益增长以及油田新技术的不断发展，促进了页岩气远景区的勘探与开发。在美国这一趋势正在扩大，天然气价格的不断上扬和每年23万亿英尺3（651.82亿米3）的天然气消耗量推动了其陆上钻井活动的发展。勘探与生产公司正在租赁数十万英亩的矿区钻井权，而先进的钻完井技术正在帮助作业者扩大已知页岩气盆地的范围。这些远景区同时也促进了技术的发展，使人们对这种普通的碎屑岩有了更深入的认识，并且推动了评价页岩资源的新设备、新技术的发展。 气藏开发 岩石内必须具备足够的通道以使天然气流入井筒，产至地面。在页岩中，气源岩中裂缝引起的渗透性在一定程度上可以补偿基质的低渗透率。因此将页岩作为开采目标的作业者应事先考虑系统渗透率，即由页岩基质和天然裂缝的综合渗透率。为了更好地利用储层中的天然裂缝，并且使井筒穿越更多储层，越来越多的作业者都在应用水平钻井技术（下图）。虽然该技术在石油工业中并不是一项新技术，但它对扩大页岩气成功开发的战果却有着重大的意义。 钻井穿过裂缝。FMI 全井眼微电阻率扫描成像测井显示出水平井钻遇的裂缝和层理特征。钻井诱发的裂缝沿着钻井轨迹顶部和底部出现，但沿着该井筒侧面终止，井筒侧面的应力最高。井筒钻穿的原有天然裂缝以垂直线的形态穿过井筒的顶部、底部和侧面。图中颜色较深的黄铁矿结核非常明显，与层理面平行出现。 通过得克萨斯州中北部Fort Worth盆地Barnett 页岩的开发进程可以清楚地看到水平钻井的作用。1 9 8 1 年，Mitchell 能源公司开始在该地区钻了第一口直井，15 年以后井的数量才超过300口。2002年，在收购Mitchell公司后，丹文能源公司开始在该地区钻水平井。截至2005 年，水平井数量已超过2000口。此外，Barnett页岩实际钻井经验表明，从水平井中获得的估计最终采收率大约是直井的三倍，而费用只相当于直井的两倍。除水平井技术之外，其它技术也发挥了重要作用。如作业者通过采用三维地震解释技术能够更好地设计水平井轨迹。由于采用了该技术，作业者将Barnett 页岩钻井活动扩展了那些原来被一直误认为没有产能、含水且位
页岩气及其成藏机理
页岩气及其成藏机理 页岩气及其成藏机理 摘要：本文介绍了页岩气的特征、形成条件和富集机理等，认为不同阶段、不同成因类型的天然气都可能会在泥页岩中滞留形成页岩气；页岩气生气量的主要因素是有机质的成熟度、干酪根的类型和有机碳含量；吸附态的赋存状态是页岩气聚集的重要特征。我国页岩地质结构特殊复杂，需要根据我国具体的地质环境进行分析以便更加合理的进行开采。 关键词：页岩气富集资源 天然气作为一种高效、优质的清洁能源和化工原料，已成为实现低碳消费的最佳选择。全球非常规天然气资源量非常巨大，是常规油气资源的1.65倍。其中页岩气占非常规天然气量的49%约456 1012m3，巨大的储量和其优质、高效、清洁的特点，使得页岩气这一非常规油气资源成为世界能源研究的热点之一。我国页岩气可采储量丰富，约31 1012m3，与美国页岩气技术可采储量相当。通过对页岩气资源的勘探和试采开发，发现其储集机理、生产机制与常规气藏有较大的差别。 一、页岩气及其特征 页岩是一种具有纹层与页理构造由粒径小于0.004mm的细粒碎屑、黏土矿物、有机质等组成。黑色页岩及含有机质高的碳质页岩是形成页岩气的主要岩石类型。页岩气是从黑色页岩或者碳质泥岩地层中开采出来的天然气。页岩气藏的形成是天然气在烃原岩中大规模滞留的结果，由于特殊的储集条件，天然气以多种相态存在，除了少数溶解状态的天然气以外，大部分在有机质和黏土颗粒表面上吸附存在和在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在。吸附状态的天然气的赋存与有机质含量有关，从美国的开发情况来看，吸附气在85～20%之间，范围很宽，对应的游离气在15～80%，其中部分页岩气含少量溶解气。 页岩气主体上是以吸附态和游离态同时赋存与泥页岩地层且以 自生自储为成藏特征的天然气聚集。复杂的生成机理、聚集机理、赋
页岩气成藏地质条件分析
页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集为典型的“原地”成藏模式，页岩气大部分吸附在有机质和粘土矿物表面，与煤层气相似，另一部分以游离状态储集在基质孔隙和裂缝孔隙中，与常规储层相似。页岩气藏按其天然气成因可分为两种主要类型：热成因型和生物成因型，此外还有上述两种类型的混合成因型。北美地区是全球唯一实现页岩气商业开发的地区。目前北美地区已发现页岩气盆地近３０个，发现Ｂａｒｎｅｔｔ等６套高产页岩。２００８年，北美地区的页岩气产量约占北美地区天然气总产量的１３％。至２００８年底，美国页岩气井超过４．２万口；页岩气年产量６００亿方以上，约占美国当年天然气总产量的１０％。目前，美国已发现页岩气可采储量约７．４７万亿方。ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ盆地密西西比系Ｂａｒｎｅｔｔ页岩气藏的成功开采掀起了全球开采页岩气的热潮。美国涉足页岩气的油气公司已从２００５年２３家增至２００８年６０多家；欧洲石油公司纷纷介入美国的页岩气勘探开发。页岩气作为一种非常规油气藏在国内也逐步受到关注。页岩气藏形成的主体是富有机质页岩，它主要形成于盆地相、大陆斜坡、台地凹陷等水体相对稳定的海洋环境和深湖相、较深湖相以及部分浅湖相带的陆相湖盆沉积体系，如ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ盆地Ｂａｒｎｅｔｔ组沉积于深水（１２０￣２１５ｍ）前陆盆地，具有低于风暴浪基面和低氧带（ＯＭＺ）的缺氧厌氧特征，沉积营力基本上通过浊流、泥石流、密度流等悬浮机制完成，属于静水深斜坡盆地相。生物成因气的富集环境不同于热成因型页岩气。富含有机质的浅海地带，寒冷气候下盐度较低、水深较大的极地海域，以及大陆干旱－半干旱的咸水湖泊都是生物成因气形成的有利沉积环境；而缺氧和少硫酸盐是生物气大量生成的生化环境。在陆相环境中，由于淡水湖相盐度低，缺乏硫酸盐类矿物，甲烷在靠近地表不深的地带即可形成。但由于埋得太浅，大部分散失或被氧化，不易形成气藏。只有在半咸水湖和咸水湖，特别是碱性咸水湖中，可以抑制甲烷菌过早地大量繁殖，同时也有利于有机质的保存。埋藏到一定深度后，有机质分解，使ＰＨ值降低到６．５￣７．５范围时，产甲烷的细菌才能大量繁殖。这时形成的甲烷就比较容易保存，并能在一个条件下聚集成气藏。（１）热成熟度（Ｒｏ）。美国五大页岩气系统的页岩气的类型较多，既有生物气、未熟－低熟气、热解气，又有原油、沥青裂解气据（Ｃｕｒｔｉｓ，２００２），这些类型的天然气形成的成熟度范围较宽，可以从０．４００％变化到２．０％，页岩气的生成贯穿于有机质生烃的整个过程。不同类型的有机质在不同演化阶段生气量不同，页岩中只要有烃类气体生成（Ｒ＞０．４％），就有可能在页岩中聚集起来形成气藏。 生物成因气一般形成于成熟度较差的岩层中。密执安盆地Ａｎｔｒｉｍ生物成因型页岩的Ｒ仅为０．４％￣０．６％，未进入生气窗，页岩Ｒｏ越高，ＴＯＣ越低，越不利于生物气的形成。而福特沃斯盆地Ｂａｒｎｅｔｔ页岩热成因型气藏的页岩处于成熟度大于１．１％的气窗内，Ｒｏ值越高越有利于天然气的生成。所以热成熟度不是判断页岩生烃能力的唯一标准。 （２）有机碳含量（ＴＯＣ）。有机碳含量是评价页岩气藏的一个重要指标，多数盆地研究发现页岩中有机碳的含量与页岩产气率之间有良好的线性关系，原因有两方面：①是因为有机碳是页岩生气的 物质基础，决定页岩的生烃能力，②是因为它决定了页岩的吸附气大小，并且是页岩孔隙空间增加的重要因素之一，决定页岩新增游离气的能力。如Ａｎｔｒｉｍ黑色页岩页岩气以吸附气为主（７０％以上），含气量１．４１５￣２．８３ｍ／ｔ，高低与有机碳含量呈现良好的正相关性。Ｒｏｓｓ等的实验结果表明，有机碳与甲烷吸附能力具有一定关系，但相关系数较低（Ｒ２＝０．３９）。他认为在这个地区有机碳与吸附气量关系还可能受其他多种因素的影响，如粘土成分及含量、有机质热成熟度等。（１）矿物成分。页岩中的矿物成分主要是粘土矿物、陆源碎屑（石英、长石等）以及其他矿物（碳酸盐岩、黄铁矿和硫酸盐等），由于矿物结构、力学性质的不同，所以矿物的相对含量会直接影响页岩的岩石力学性质、物性、对气体的吸附能力以及页岩气的产能。粘土矿物为层状硅酸盐，由于Ｓｉ－Ｏ四面体排列方式，决定了它电荷丰富、表面积大，因此对天然气有较强的吸附能力，并且不同的粘土矿物对天然气的吸附能力也不同，蒙皂石吸附能力最强，高岭石、绿泥石次之，伊利石最弱。石英则增强了岩石的脆性，增强了岩石的造缝能力，也是水力压裂成功的保证。Ｎｅｌｓｏｎ认为除石英之外，长石和白云石也是黑色页岩段中的易脆组分。但石英和碳酸盐矿物含量的增加，将降低页岩的孔隙，使游离气的储集空间减少，特别是方解石的胶结作用，将进一步减少孔隙，因此在判断矿物成分对页岩气藏的影响时，应综合考虑各种成分对储层的影响。 （２）储集空间。页岩气除吸附气吸附在有机质和粘土矿物表面外，游离气则主要储集在页岩基质孔隙和裂缝等空间中。虽然页岩为超致密储层，孔隙度和渗透率极低，但是在孔隙度相对较高的区带，页岩气资源潜力仍然很大，经济可采性高，特别是吸附气含量非常低的情况下。页岩中孔隙包括原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙系统由微孔隙组成，内表面积较大。在微孔隙中拥有许多潜在的吸附地方，可储存大量气体。裂缝则沟通页岩中的孔隙，页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解析，增强岩层渗透能力，扩大泄油面积，提高采收率。一般来说，裂缝较发育的气藏，其品质也较好。美国东部地区产气量高的井，都处在裂缝发育带内，而裂缝不发育地区的井，则产量低或不产气，说明天然气生产与裂缝密切相关。实际上，裂缝一方面可以为页岩中天然气的运移提供通道和储集空间，增加储层的渗透性；另一方面裂缝也可以导致天然气的散失和水窜。 （３）储集物性。页岩的物性对产量有重要影响。在常规储层研究中，孔隙度和渗透率是储层特征研究中最重要的两个参数，这对于页岩气藏同样适用。据美国含气页岩统计，页岩岩心孔隙度小于４％￣６．５％（测井孔隙度４％￣１２％），平均５．２％；渗透率一般为 （０．００１￣２）×１０μｍ，平均４０．９×１０μｍ。页岩中也可以有很大的孔隙度，并且有大量的油气储存在这些孔隙中，如阿巴拉契亚盆地的Ｏｈｉｏ页岩和密歇根盆地的Ａｎｔｒｉｍ页岩，孔隙度平均为５％￣６％，局部可高达１５％，游离气可以充满孔隙中的５０％。页岩的基质渗透率很低，但在裂缝发育带，渗透率大幅度增加，如在断裂带或裂缝发育带，页岩储层的孔隙度可达１１％，渗透率达２×１０μｍ。页岩气藏是自生自储型气藏，从某种意义来说，页气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果，烃源岩中天然气向常规储层初次运移的通道为裂缝、断层等，所以连通烃源岩和常规［１］［２］［３］ ［４］［５］ ［６］［７］３－３２ －６２－３２１ 沉积环境 ２ 生烃条件 ３ 储集条件 ４ 保存条件 ｏｏ岩（转１２９页） 页岩气成藏地质条件分析 黄菲 王保全 ① ② （中法渤海地质服务有限公司 ②中海石油＜中国＞有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院） ①摘要关键词页岩气藏为自生自储型气藏，它的生烃条件、储集条件、保存条件相互影响，息息相关，热成熟度和有机碳含量控制页岩的生气能力，而有机碳含量还影响页岩的储集性，是增加页岩孔隙空间的重要因素；页岩气藏储层致密，孔隙度和渗透率极低，裂缝的存在会提高储层的渗透率，矿物成分影响其储集性能，其中粘土矿物有利于增加微孔隙，并且增加岩石对天然气的吸附能力，而石英和白云石脆性较大，则有利于增加储层中的裂缝，并且对水力压裂造缝有利；页岩气藏对保存条件的要求较低。 页岩气有机碳含量热成熟度储集条件保存条件
泥页岩储层特征及油气藏描述
泥页岩储层特征及油气藏描述 1、页岩气地质理论 页岩气藏因其自身的有效基质孔隙度很低，主要由大范围发育的区域性裂缝或热裂解生气阶段异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面、脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的储集孔隙度和渗透率，孔隙度最高仅为4%-5%，渗透率小于1x10-3μm2。 页岩在地层组成上多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。在页岩中，天然气的赋存状态多种多样，除极少量的溶解状态天然气以外，大部分以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面，或以游离状态赋存于孔隙、裂缝中。吸附状态天然气的赋存与有机质含量关系密切，其中吸附状态天然气的含量为20%-85%，其成藏体现出非常复杂的多机理递变特点，表现为成藏过程中的无运移或极短距离的有限运移，因此页岩气藏具有典型煤层气、典型常规圈闭气成藏的多重机理。 页岩气藏的形成是天然气在烃源岩中大规模滞留的结果，是“自生自储”式气藏，运移距离极短，现今保存状态基本上可以反映烃类运移时的状态，即天然气主要以游离相、吸附相和溶解相存在。在生物化学生气阶段，天然气首先吸附在有机质和岩石颗粒表面，饱和后则富余的天然气以游离相或溶解相进行运移，当达到热裂解生气阶段，由于压力升高，若页岩内部产生裂缝，则天然气以游离相为主向其中运移聚集，受周围致密页岩烃源岩层遮挡、圈闭，易形成工业性页岩气藏。由于扩散作用对气态烃的运移起到相当大的作用，天然气继续大量生成，将因生烃膨胀作用使富余的天然气向外扩散运移，此时无论是页岩地层本身还是薄互层分布的砂岩储层，均表现为普遍的饱含气性。 在陆相盆地中，湖沼相和三角洲相沉积产物一般是页岩气成藏的最好条件，但通常位于或接近盆地的沉降-沉积中心，导致页岩气的有利分布区集中于盆地中心处。从天然气的生成角度分析，生物气的产生需要厌氧环境，而热成因气的产生也需要较高的温度条件，因此靠近盆地中心方向是页岩气成藏的有利区域。 2、页岩气的主要特征 2.1页岩气的成因特征 页岩气的成因类型有生物成因型、热解成因型和热裂解成因3类型及其混合类型。对生物成因气而言，其源岩的热演化程度低，R o一般不到0.7%，所生成
页岩气成藏机理及气藏特征
页岩气成藏机理及气藏特征 页岩气是泛指赋存于富含有机质的暗色页岩或高碳泥页岩中，主要以吸附或游离状态存在的非常规天然气资源。在埋藏温度升高或有细菌侵入时，暗色泥页岩中的有机质，甚至包括已生成的液态烃，裂解或降解成气态烃，游离于基质孔隙和裂缝中，或吸附于有机质和矿物表面，在一定地质条件下就近聚集，形成页岩气藏。 从全球范围来看，页岩气拥有巨大的资源量。据统计，全世界的页岩气资源量约为456.24×1012m3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总和，具有很大的开发潜力，是一种非常重要的非常规资源[1-6]。页岩气资源量占3种非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气）总资源量的50%左右，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区，与常规天然气相当。页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。 1.1 页岩气成藏机理 1.1.1 成藏气源 页岩气藏的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成，页岩既是烃源岩、储层，也是盖层。研究表明，烃源岩中生成的烃类能否排出，关键在于生烃量必须大于岩石和有机体对烃类的吸附量，同时必须克服页岩微孔隙强大的毛细管吸附等因素。因此，烃源岩所生成的烃类只有部分被排出，仍有大量烃类滞留于烃源岩中。 北美地区目前发现的页岩气藏存在3种气源，即生物成因、热成因以及两者的混合成因。其中以热成因为主，生物成因及混合成因仅存在于美国东部的个别盆地中，如Michigan盆地Antrim生物成因页岩气藏及Illinois盆地New Albany混合成因页岩气藏[21]。 1.1.2 成藏特点 页岩气藏中气体的赋存形式多种多样，其中绝大部分是以吸附气的形式赋存于页岩内有机质和黏土颗粒的表面，这与煤层气相似。游离气则聚集在页岩基质孔隙或裂缝中，这与常规气藏中的天然气相似。因此，页岩气的形成机理兼具煤层吸附气和常规天然气两者特征，为不间断充注、连续聚集成藏（图1-1）。
页岩气藏中孔裂隙特征及其作用
页岩气藏中孔裂隙特征及其作用 韩建斌 (大庆石油学院地球科学学院,黑龙江大庆 163318) 摘 要:笔者通过总结国内外泥页岩类气藏发现:在主力产层均发育裂缝。由于此类岩层孔隙度渗透率极低,且空隙曲折度高,裂缝的存在不但可以做为储存空间,而且还能改善孔渗特性,同时更能连接孔隙以及层面微裂隙,极大地缩短气体扩散渗流的通道,对气体的产出有重要意义。 关键词:页岩气;裂缝;赋存机理;产出模式 中图分类号:T E321 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2011)02—0147—02 1 空隙特征及其关系 页岩是一类特殊的储层,它和普通的储层差别较大,一般属超低孔、低渗类型。泥页岩类基质孔隙极不发育,多为微毛细管孔隙,孔隙度变化范围一般1%～5%,渗透率一般小于0.001×10-3 m2。因此,有裂缝发育在储层是泥质岩类气藏成藏的关键因素,且裂缝在泥页岩储集层中各向异性很强。 泥页岩裂缝主要分为构造裂缝、成岩裂缝、异常超压裂缝、垂向载荷裂缝、垂向差异载荷裂缝、变质收缩裂缝等六种。其中泥页岩裂缝气藏烃源岩的裂缝主要有构造裂缝、超压裂缝及成岩收缩裂缝。这种裂缝多形成于有机质演化过程中,并随压力变化间歇开启和闭合。这些裂缝的产状一般主要有5种,即纵向裂缝、层间裂缝、鸡笼状裂缝、剪切缝、微裂缝。 通过对美国正在进行商业性采气的页岩层气总结分析发现:Barnett组(For tWo rth盆地)、Ohio 组(Appalachian盆地)、Ant rim组(M ichigan盆地)、页岩层段的裂缝发育。其中在Ohio页岩的3400口井中,只有6%的井发育天然裂缝网络,未采用增产措施完井,可以得到可观的产量。同时在Ant rim组生产区以外的页岩中,尽管也钻到了富含天然气的有机质页岩,但其天然裂缝不发育,因而渗透率很低,未得到可观产量。密集、连通、天然的裂缝也影响着Barnett层段井的生产能力。国内的松辽盆地古龙凹陷、辽河坳陷、济阳坳陷沾化凹陷、临清坳陷东濮凹陷、柴达木盆地茫崖坳陷及西部凹陷等相继发现和开采的裂缝性泥岩页岩气藏。 国内外泥页岩气裂缝发育情况统计 柴达木盆地 茫崖凹陷 松辽盆地古龙 凹陷青山口组 济阳坳陷渤南 洼陷/沾化凹陷 /四扣洼陷 东濮凹陷 文留地区 阿拉巴契亚 盆地泥盆系 布朗页岩裂缝宽度 (mm) 0.5～100.05～0.10.1-0.30.01-0.04<1 裂缝一般发育厚层泥岩里面,同时具有非均质性,通过对前人研究成果总结发现,裂缝的一般宽度为0.01～0.5m m,上述空隙的关系中,裂缝不但起着储存空间的作用,更重要的是还起着连接若干空隙和微裂缝的作用,裂缝将单独发育的孔隙和裂缝连接成一个更大规模的空隙-裂缝体系,并成为该系统的主干通道。 2 赋存机理 通过查询国内外资料,结合页岩气成藏机理的认识,可以将页岩气概括为:主体上以吸附和游离状态(即吸附于干酪根和黏土矿物表面或游离于微孔隙和裂缝中)赋存于泥页岩地层中的天然气聚集,其中吸附作用是页岩气的重要机理之一,尤其是吸附状态天然气的含量直接决定着页岩气藏的品质。统计美国五大页岩气产层发现,吸附含气量是主要存在形式。 美国页岩气五大盆地资料统计 特征参数阿巴拉契亚盆地密执安盆地伊利诺斯盆地福特沃斯盆地圣胡安盆地层位Ohio Antrim New Albany Ba rne tt L ew is Ro,%0.4-1.30.4-1.60.4-1.30.1-1.3 1.6-1.88有效厚度,英尺30-10070-12050-10050-200200-300 总有机碳,%0- 4.70.3-241-25 4.50.45- 2.5 吸附含气量,%507040-6040-6060-85 3 产出模式 天然气往往以逐步释放的形式产出,首先排出 147 2011年第2期 内蒙古石油化工 收稿日期:2010-12-10
页岩气成藏特点及勘探选区条件
页岩气成藏特点及勘探选区条件 范柏江1，2，师良3，庞雄奇 1，2（1．中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2．中国石油大学（北京）盆地与油藏研究中心， 北京102249；3．中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249） 摘要：中国页岩气勘探尚属于早期阶段，对页岩气成藏的认识还不够深入，页岩气的资源评价亦处于薄弱环节。通过北美与四川盆地页岩气的对比可知，与常规天然气相比，页岩气的成藏条件只需要物源条件、储集条件、初次运移条件及保存条件，没有二次运移和圈闭条件的要求。页岩气具有3个典型的成藏特征，即独特的成因特征、气源生产力特征和赋存特征。基于页岩气成藏条件和成藏特征的分析，综合考虑地质状况、经济效益和环境影响等多方面的因素，建立了页岩气勘探开发的选区指标，以此为页岩气资源评价服务。 关键词：页岩气成藏条件成藏特征选区条件资源评价 中图分类号：TE112．1文献标识码：A 文章编号：1009－9603（2011）06－0009－05随着常规油气勘探难度的增大，非常规油气勘 探逐渐被重视，2000年以来，页岩气的勘探更是开 始引起广泛关注。中国页岩气资源丰富，以四川盆 地为例，威远和泸州地区的页岩气资源达6．8? 1012 8．4?1012m 3，相当于四川盆地常规天然气资 源的总量［1］， 2009年成功开钻中国第1口页岩气井— ——威201井。前人对页岩气成藏的地质条件、页岩气的成藏机理进行了诸多探索，但对页岩气成藏条件和成藏特征尚未进行分类总结。由于对页岩气成藏机理认识不足，导致对页岩气资源评价存在困难［2－3］。就页岩气资源评价而言，成因法计算过于粗略，统计法要求勘探程度高，因而均不适用，而类比法由于尚未建立评价参数标准，其应用受到了限制。笔者基于北美5大页岩气盆地和中国四川盆地的实例研究，进行页岩气成藏条件及成藏特征的剖析，最终建立页岩气选区的评价标准，以期为页岩气的资源评价服务。1页岩气成藏条件与常规天然气相比较而言，页岩气的成藏条件有其自身特点，页岩气成藏需要充足的气源、裂缝适度发育的规模页岩等，但却不需要特定的圈闭条件。1．1物质来源页岩气的物源主要是富沥青质或富有机质的暗 色泥页岩，亦即高炭泥页岩。高炭泥页岩为页岩气的工业聚集提供了充足的气源物质基础。从北美阿巴拉契亚、密执安、伊利诺斯、福特沃斯、圣胡安盆地和中国四川盆地页岩气气源的统计情况来看，能提供页岩气的高炭泥页岩的粘土矿物含量为30% 55%，有机质含量为2% 35%，有机碳含量（TOC ）为0．4% 25%，粉砂质含量一般小于25%，母质类型包括Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，但以Ⅰ型和Ⅱ型为主（表 1）。高炭泥页岩生成的所有气体如生物气、低熟— 未熟气、热解气、裂解气、沥青气等都可以成为页岩 气的气源。 1．2储集条件 页岩气的储层即页岩本身。地质条件下，绝大 部分页岩的孔隙度小于15%，含气的有效孔隙度一 般仅为1% 5%，单一的页岩孔隙不足以为商业聚 集的页岩气提供足够的储集空间，但通过页岩发育 规模和页岩裂缝的弥补作用，页岩能为页岩气提供 充足的储集空间。北美产气页岩的厚度规模一般在 30m 以上，而四川盆地威远地区下寒武统产气页岩 厚度最小规模大约只有20m （表1）。目前已发现 的具有工业价值的页岩气藏均发育裂缝，而构造转 换带、地应力集中带及褶皱—断裂带往往都是裂缝 发育的地区，这些地区的页岩一般都发育裂缝，因 此，盆地边缘斜坡、构造背斜缓翼的轴部、盆地中心 （受上覆载荷力诱导）等区域的页岩均是页岩气藏收稿日期：2011－09－19。 作者简介：范柏江，男，在读博士研究生，从事含油气盆地分析工作。联系电话：（010）58910086， E－mail ：632258611@qq．com 。基金项目：国土资源公益性行业科研专项 “东北地区油页岩科学研究基地研究”（201111012）。第18卷第6期 油气地质与采收率Vol．18，No．62011年11月Petroleum Geology and Recovery Efficiency Nov．2011
一页岩气成藏机理及控制因素
第一章页岩气成藏机理及控制因素 页岩气（Shale gas），是一种重要的非常规天然气类型，与常规天然气相比，其生成、运移、赋存、聚集、保存等过程及成藏机理既有许多相似之处，又有一些不同点。页岩气成藏的生烃条件及过程与常规天然气藏相同，泥页岩的有机质丰度、有机质类型和热演化特征决定了其生烃能力和时间；在烃类气体的运移方面，页岩气成藏体现出无运移或短距离运移的特征，泥页岩中的裂缝和微孔隙成了主要的运移通道，而常规天然气成藏除了烃类气体在泥页岩中的初次运移以外，还需在储集层中通过断裂、孔隙等输导系统进行二次运移；在赋存方式上，二者差别较大，首先，储集层和储集空间不同（常规天然气储集于碎屑岩或碳酸盐岩的孔隙、裂缝、溶孔、溶洞中，页岩气储集于泥页岩粘土矿物和有机质表面、微孔隙中。），其次，常规天然气以游离赋存为主，页岩气以吸附和游离赋存方式为主；在盖层条件方面，鉴于页岩气的赋存方式，其对上覆盖层条件的要求比常规天然气要低，地层压力的降低可以造成页岩气解吸和散失。页岩气的成藏过程和成藏机理与煤层气极其相似，吸附气成藏机理、活塞式气水排驱成藏机理和置换式运聚成藏机理在页岩气的成藏过程中均有体现，进行页岩气的勘探开发研究，可以在基础地质条件研究的基础上，借助煤层气的研究手段，解释页岩气成藏的特点及规律。 第一节页岩气及其特征 页岩（Shale），主要由固结的粘土级颗粒组成，是地球上最普遍的沉积岩石。页岩看起来像是黑板一样的板岩，具有超低的渗透率。在许多含油气盆地中，页岩作为烃源岩生成油气，或是作为地质盖层使油气保存在生产储层中，防止烃类有机质逸出到地表。然而在一些盆地中，具有几十－几百米厚、分布几千－几万平方公里的富含有机质页岩层可以同时作为天然气的源岩和储层，形成并储集大量的天然气（页岩气）。页岩既是源岩又是储集层，因此页岩气是典型的“自生自储”成藏模式。这种气藏是在天然气生成之后在源岩内部或附近就近聚集的结果，也由于储集条件特殊，天然气在其中以多种相态存在。这些天然气可以在页岩的天然裂缝和孔隙中以游离方式存在、在干酪根和粘土颗粒表面以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。我们把这些储存在页岩层中的天然气称为页岩气（Shale gas）。页岩气是指赋存于暗色泥页岩、高碳泥页岩及其夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩中以自生自储成藏的天然气聚集。