页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义_侯晓伟
第４５卷第１期 中国矿业大学学报 Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．１２０１６年１月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊａｎ．２０１６DOI:10.13247/https://www.wendangku.net/doc/606134983.html,ki.jcumt.000376
页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义
侯晓伟１，２，王 猛１，２，刘 宇１，２，刘娇男１，２，宋 昱１，２
（１．中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州 ２２１００８；
２．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 ２２１１１６）
摘要：为了表征各类型页岩孔隙吸附机理，合理解释页岩气超临界吸附特征，建立了Ｄｕｂｉｎｉｎ－Ａｓｔａｋｈｏｖ和Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ（简称Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ）超临界吸附模型．采用等温吸附实验、低温
液氮吸附实验和压汞实验进行模型验证和页岩孔隙分布特征研究，进而依据Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ模型阐
明页岩气超临界吸附特征及意义．结果表明：Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ模型能够同时表征超临界下微孔充填
式吸附和中、大孔单层吸附机理，合理解释页岩气高压负吸附现象；基于吸附速率压力敏感性可
将页岩吸附分为４个阶段，各阶段具有不同的地质意义；过剩吸附量与绝对吸附量差异随埋深增
大愈为显著，绝对吸附量评价吸附气含量更符合实际；微孔吸附能力约为中、大孔的２倍；灰分和
水分对吸附起负作用，且对各类型孔隙的影响程度相当．
关键词：页岩气；超临界吸附；吸附阶段；吸附能力；吸附贡献
中图分类号：Ｐ ６２４文献标志码：Ａ文章编号：１０００－１９６４（２０１６）０１－０１１１－０８
Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ
ａｎｄ ｉｔｓ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ
ＨＯＵ Ｘｉａｏｗｅｉ １，２，ＷＡＮＧ Ｍｅｎｇ１，２，ＬＩＵ Ｙｕ１，２，ＬＩＵ Ｊｉａｏｎａｎ１，２，ＳＯＮＧ Ｙｕ１，２（１．Ｃｏａｌｂｅｄ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２２１００８，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｄｕｂｉｎｉｎ－Ａｓｔａｋｈｏｖ ａｎｄ Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ（Ｄ－Ａ ａｎｄ Ｌ－Ｆ）ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄｓｏｒｐ－ｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｅｘｐｌａｉｎ ｔｈｅｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ．Ｂｙ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｎ２ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅｒｃｕｒｙ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ－ｔｉｃｓ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃｌａｒｉｆｉｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｄ－Ａ ａｎｄＬ－Ｆ ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｄ－Ａ ａｎｄ Ｌ－Ｆ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｅｓｏｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｍａｃｒｏｐｏｒｅｓ ｕｎ－ｄｅｒ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｃａｎ ａｌｓｏ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｅｘｐｌａｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｄｓｏｒｐ－ｔｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ，ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐ－ｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ４ｓｔａｇｅｓ，ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｅａｃｈ ｓｔａｇｅ ｈａｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉ－ｃａｎｃｅｓ．Ｔｈｅ ｖａｒｉａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ａｂｓｏｌｕｔｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙｇｒｏｗｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ ｉｓ ｍｏｒｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｉｎｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｇａｓ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ ｉｓ ａｂｏｕｔ ｔｗｉｃｅ
收稿日期：２０１５－０６－２５
基金项目：国家自然科学基金（４１２７２１５５）；国家基础研究发展计划（９７３）项目（２０１２ＣＢ２１４７０２）
通信作者：侯晓伟（１９９０－），男，山西省灵丘县人，博士研究生，从事煤与油气地质方面的研究．
Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｕｍｔ－ｈｘｗ＠ｃｕｍｔ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｔｅｌ：１４７５２２３１９７５
中国矿业大学学报 第４５卷
ａｓ ｌａｒｇｅ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｓｏｐｏｒｅｓ ｏｒ ｍａｃｒｏｐｏｒｅｓ．Ｂｏｔｈ ａｓｈ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｈａｖｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄ ｅｘｅｒｔ ｅｑｕａｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｐｏｒｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｅ ｇａｓ；ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ；ａｄｓｏｒｐ－ｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
页岩气作为一种新型非常规天然气能源其勘探开发越来越受重视［１］．页岩气的赋存形式包括游离态、吸附态、溶解态和固溶态，且以游离态和吸附态为主，其中吸附气含量占２０～８５％［２－３］．等温吸附实验依据Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型得到的是过剩吸附量，而非绝对吸附量［４－６］．实验和实际地质条件下页岩气（ＣＨ４）往往属于超临界流体，超临界流体吸附量随压力的升高会出现负吸附现象［７－８］．随着研究的深入，Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型对描述页岩气超临界吸附的局限性愈为突出．文献［８］提出过剩吸附，认为等温吸附实验获得的过剩吸附量低于实际吸附量；文献［９］研究认为Ｌ－Ｆ模型更适用于表征超临界吸附；文献［１０］对超临界吸附机理进行了探讨，并建立了相关模型；文献［１１］针对有机质和黏土吸附差异性建立了ＤＡ－Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型，并对有机质和黏土矿物吸附性进行定量表征；文献［１２］基于等温吸附实验对各吸附模型反应的吸附机理进行了对比和分析，此外还有很多学者进行了相关研究．前人研究过程中均从单方面进行研究，未综合考虑各类型孔隙超临界吸附机理差异以及吸附贡献差异性．页岩储层发育不同类型的孔隙，且微孔较为发育，本次研究基于各类型孔隙吸附机理差异，以及超临界页岩气吸附特征，进行页岩气超临界吸附模型建立，进而阐明页岩气超临界吸附机理，定量表征孔隙吸附能力和吸附贡献，对于认识页岩气超临界吸附机理以及储层吸附性评价具有重要意义．
１ 页岩气吸附作用
１．１ 页岩吸附势
页岩储层致密且发育不同类型的孔隙．Ｖａｎｄｅｒ Ｗａａｌｓ吸附势的大小决定气／固介质之间吸附作用方式以及附着稳定性，孔隙曲率与孔径大小对吸附势起着决定作用，微孔孔径小、曲率大而具有更大的吸附势［１０，１３］．Ｅｖｅｒｅｔｔ和Ｐｏｗｌ研究发现，孔隙孔径较大时，吸附势出现两个极小值，指示孔壁间吸附势不发生重叠，越靠近孔壁其相对吸附势越大；随着孔径变小，孔壁吸附势发生重叠，只出现一个极小，且吸附势强度变大（图１）．吸附势的叠加使得其优先发生吸附［１４］，故页岩储层不同类型孔隙吸附能力为：微孔（＜２ｎｍ）＞中孔（２～５０ｎｍ）＞大孔（＞５０ｎｍ）
．
图１ 气／固ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ吸附势与
孔径关系（据文献［１４］修改）
Ｆｉｇ．１ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇａｓ／ｓｏｌｉｄ Ｖａｎ ｄｅｒ
Ｗａａｌｓ ａｄｓｏｒｐｔｉｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ
１．２ 过剩吸附与绝对吸附
等温吸附实验测得的吸附量是在吸附平衡后，根据ｐＶ＝ｎＲＴ方程计算气体物质的量的差值，该过程认为体积Ｖ不变．文献［８］固体表面吸附层中的气体分子中按气相密度分布于吸附相空间的气体分子与气／固分子间的作用力无关，故等温吸附实验得到的页岩吸附量对应于吸附相中超过气相密度的过剩量，而非页岩的真实吸附量即绝对吸附量，即
ｎ＝∫（ρ（ｚ）－ρｇ）ｄＶ，（１）
式中：ρ
ｇ
是气相密度，ｍｏｌ／Ｌ；ρ（ｚ）是吸附相在固体表面法线方向上的密度分布，ｍｏｌ／Ｌ；ｎ指过剩吸附量，ｍｏｌ．
由于ρ（ｚ）只能通过模拟估计而不能进行实验测试，引用文献［８］中ｎ的另一表达式，得
ｎ＝ｎｓ－ρｇＶａ＝Ｖａ（ρａ－ρｇ），（２）式中：ｎｓ为绝对吸附量，ｍｏｌ；Ｖａ是吸附空间，Ｌ；ρａ
指吸附相密度，ｍｏｌ／Ｌ．由ｐＶ
ｇ＝ｎＺＲＴ
，Ｒ＝８３１４·Ｐａ·Ｌ／（ｍｏｌ·Ｋ），得到ρｇ＝
ｎ
Ｖｇ
＝ｐ
ＲＴ
＝
１０６ ｐ
８３１４Ｔ
，其
中Ｖ
ｇ
指游离相空间，Ｌ；ｐ指测试压力，ＭＰａ．
２１１
第１期 侯晓伟等：页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义
２ 超临界状态页岩气吸附模型
２．１ 超临界状态下微孔吸附模型
超临界条件下页岩气吸附具有特殊性：微孔与中、
大孔吸附方式不同，微孔吸附时，甲烷分子首先聚集于容易接近的微孔入口处，
甲烷在微孔中的吸附不是简单的单层吸附，而是以填充方式进行
的［１５］
（图２）
．
图２ 页岩不同类型孔隙吸附示意
Ｆｉｇ．２ Ｍｅｔｈａｎｅ ａｄｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ页岩气超临界状态微孔充填式吸附应采用Ｄｕｂｉｎｉｎ－Ａ
ｓｔａｋｈｏｖ微孔充填吸附模型（简称Ｄ－Ａ模型）［１５］
，方程形式如下
Ｖｗ＝Ｖｗ，０·ｅｘｐ－ＲＴｌｎｐｓｐ
熿燀燄燅Ｅ熿燀燄燅ｑ
，（３）式中：Ｅ为特征吸附能，Ｊ／ｍｏｌ；系数ｑ反映了吸附剂表面势能分布的不均一性，此处取ｑ＝２［８］
；Ｖｗ
指微孔绝对吸附量，ｍ３／ｔ；Ｖｗ，０指微孔最大吸附量，ｍ３
／ｔ；Ｔ指实验温度，Ｋ；ｐ指测试压力，ＭＰａ；ｐｓ指
饱和蒸汽压，ＭＰａ
，对于超临界气体没有意义，文献［１５－
１６］采用虚拟饱和蒸汽压计算ｐｓ＝ｐｃ
Ｔ
Ｔ（）ｃ
２
，（４）ｐｓ＝ｐｃｅ
ｘｐＴｂＴｃ
×ｌｎｐｃ
１－
Ｔｂ
Ｔｃ×１－Ｔｃ
（）熿
燀燄燅
Ｔ，
（５
）式中：ｐｃ指甲烷临界压力，
４．６ＭＰａ；Ｔｃ指甲烷临界温度，１９０．６Ｋ；Ｔｂ指单位大气压下甲烷沸点，１１１．７Ｋ；
其他符号意义同上．文献［１２］进行甲烷超临界吸附特征研究中对比了上述两种方法计算饱和蒸汽压ｐｓ的合理性，并认为将ｐｓ作为未知参数对于研究甲烷超临界吸附更为合理．
２．２ 超临界状态下中、
大孔吸附模型吸附温度在临界温度以上时，页岩储层中、大
孔则不发生多层吸附［１７］
，实际地质和实验条件下，
温度均远高于甲烷临界温度（－８２．６℃）．Ｌａｎｇ－ｍｕｉｒ吸附模型虽然是基于单层吸附理论进行该类型吸附描述，但该模型无法从吸附机理层面解释等
温吸附高压段出现的负吸附现象，因此Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型对于解释页岩气超临界吸附机理存在局限性．有关学者研究认为，Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附模型（简称Ｌ－
Ｆ模型）对超临界流体吸附特征的表征更为有效［９］
，故采用Ｌ－
Ｆ吸附模型表征页岩储层中、
大孔的吸附Ｖｚｈ，ｄ＝Ｖｚｈ，ｄ；ｓＫｂｐｍ
１＋Ｋｂｐ
ｍ，（６）式中：Ｖｚｈ，ｄ指中、大孔绝对吸附量，ｍ３／ｔ；Ｖｚｈ，ｄ；ｓ指
中、大孔最大吸附量，ｍ３／ｔ；Ｋｂ为Ｌａｎｇｍｕｉｒ常数，ｍ３·［ｔ·（ＭＰａ）ｍ］－１
；ｍ为校正吸附位与吸附分子系数，无量纲；其他符号意义同上．
２．３ 页岩气超临界吸附模型
基于上述分析，笔者综合考虑超临界状态下页
岩气的吸附特征，同时针对不同类型孔隙吸附机理差异性，联立微孔充填式Ｄｕｂｉｎｉｎ－Ａ
ｓｔａｋｈｏｖ吸附模型［１５］
和中、大孔Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附模型［９］建立页岩气超临界吸附模型，简称Ｄ－Ａ和Ｌ－
Ｆ吸附模型，
方程形式如下Ｖｔ＝（Ｖｚｈ，ｄ＋Ｖｗ）１－ρｇ
ρ（）
ａ＝Ｖｗ，０·
ｅｘｐ－ＲＴｌｎｐｓｐ
熿燀燄燅Ｅ熿燀燄燅
ｑ
１－ρｇ
ρ（）
ａ＋Ｖｚｈ，ｄ；ｓＫｂｐｍ
１＋Ｋｂｐ（）ｍ
１－ρｇ
ρ
（）
ａ，（７）式中：Ｖｔ指过剩吸附量（即实验测得吸附量），ｍ
３／ｔ；此处取ρａ极限值３
７５ｍ３
／ｔ［１８］，即１６．７ｍｍｏｌ／ｇ；其他符号意义同上．方程第１项表征超临界状态下
页岩微孔充填吸附行为；第２项表征超临界状态下页岩中、
大孔单层吸附行为．为验证Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ吸附模型对页岩气超临界吸附表征的合理性，本次研究采集到沁水盆地新章ＺＫ１０１钻井山西组页岩样品，编号ＱＸ－１０（表１），进行等温吸附实验．等温吸附实验采用容量法，实验仪器型号为ＩＳ－１００高压轻烃吸附仪．实验分为两个部分：
样品制备和实验操作．样品制备：称取ＱＸ－１０页岩样品１６０ｇ，将样品粉碎至１８０～２５０μｍ．将制备好的样品放入洁净而干燥的盘子中，
摊成均匀薄层，然后将其移入干燥箱中，控制干燥箱温度低于５０℃，进行干燥，随后取出冷却称重，直至质量变化不超过０．１％．
实验操作：１）将制好的样品放入等温吸附仪样品缸内（小于样品缸容积的２／３）；２）气密性检验．向系统内充入氦气，压力高于最高测试压力２ＭＰａ
，并保持压力在１ｈ内变化不超过总压力的３
１１
中国矿业大学学报 第４５卷
１％；３）自由空间体积测定．调节系统温度至设定温度（３０℃），向系统冲入氦气，调节参考阀压力，然后采集数据，重复进行３次，进而计算自由空间体积；４）等温吸附实验．向系统充入甲烷气体，调节参考缸压力至吸附压力点的设定压力，本次实验设计７组压力点，每一压力点达到平衡的时间不小于１２ｈ，重复测试最终得到相关等温吸附数据，见表２．表１ ＺＫ１０１钻井页岩样品信息
Ｔａｂｌｅ １ Ｓｈａｌｅ ｓａｍｐｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
样品信息ＱＸ－１０
埋深／ｍ ４７７．９０
层位山西组／Ｐ１ｓ
ＴＯＣ／％３．９５
Ｒｏ／％１．４８
孔隙度／％１．５６
表２ ＱＸ－１０页岩样品等温吸附实验数据
Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｈａｌｅ ｓａｍｐｌｅ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ空气干燥基（３０３．１５Ｋ）
压力／ＭＰａ吸附量／（ｍ３·ｔ－１）
干燥无灰基（３０３．１５Ｋ）
压力／ＭＰａ吸附量／（ｍ３·ｔ－１）００００
０．９０ ０．４６３ ０．９０ ４．６８２
２．３３ ０．７２６ ２．３３ ７．３２９
３．７１ ０．８５０ ３．７１ ８．５９０
５．１４ ０．９４２ ５．１４ ９．５１８
６．８３ ０．８７６ ６．８３ ８．８５０
８．４５ １．００５ ８．４５ １０．１５
通过Ｍａｔｌａｂ软件对实验测试数据进行页岩气超临界Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ吸附模型非线性拟合，得到各参数值如下（表３）．
表３ Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ模型参数拟合结果
Ｔａｂｌｅ ３ Ｄ－Ａ ａｎｄ Ｌ－Ｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖａｌｕｅｓ
Ｖｗ，０／（ｍ３·ｔ－１）
Ｅ／
（Ｊ·ｍｏｌ－１）
ｐｓ／
ＭＰａ
Ｖｚｈ，ｄ；ｓ／
（ｍ３·ｔ－１）
Ｋｂ／
（ｍ３·［ｔ·（ＭＰａ）ｍ］－１）
ｍ Ｒ２
空气干燥基０．０３２ ８ ２３３．８０４ ７ ４．４１５ ２ ０．０９８ ５ ０．３０５ ０ ０．６３６ ２ ０．９９８ ３干燥无灰基０．２７６ ５ ２４２．０５５ ５ ４．４１７ ０ １．００２ ５ ０．３０２ １ ０．６３３ １ ０．９９８ ４
Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ吸附模型能够表征页岩气超临界吸附特征，以及微孔与中、大孔之间吸附机理差异性．不仅能够揭示页岩气超临界吸附机理，还能够对页岩气超临界条件下负吸附现象进行合理解释，同时能够对不同类型孔隙的吸附性进行定量评价，克服了Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型的局限性，且模型拟合精度高，相关系数Ｒ２达到０．９９８以上，更适合用于表征页岩气超临界吸附．
４ 地质意义
４．１ 吸附特征认识
依据本次等温吸附实验测试结果，分析Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ吸附模型和Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型等温吸附曲线，并进行对比，图３，４．
等温吸附曲线特征：Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型在低压阶段随着压力的增大吸附量增幅较为显著（＜５ＭＰａ），随后吸附量随压力的增加增幅减小（５～９ＭＰａ），当压力达到某一值时（９ＭＰａ），吸附达到饱和１ｍ３／ｔ，１０ｍ３／ｔ（空气干燥基、干燥无灰基），而后随着压力的增加吸附量基本不发生变化，保持平稳；Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ吸附模型在低压阶段与Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附模型表现为相似的吸附特征，当压力达到某一值时（９ＭＰａ），其吸附量达到最大值１ｍ３／ｔ，１０ｍ３／ｔ（空气干燥基；干燥无灰基），而后随着压力的增大吸附量呈减小趋势，出现“负吸附”，这与超临界流体吸附规律相一致，可见Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ吸附模型更适合用于表征页岩气超临界吸附
．
图３ 等温吸附曲线对比（空气干燥基）
Ｆｉｇ．３ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ（ａｉｒ－ｄｒｉｅｄ
）
图４ 等温吸附曲线对比（干燥无灰基）
Ｆｉｇ．４ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ
（ｄｒｙ－ａｓｈ－ｆｒｅｅ）
４．２ 吸附阶段性
页岩储层各类型孔隙均有不同程度的发育，微孔具有更高的吸附势而优先于中、大孔吸附．引入吸附速率对页岩储层的吸附特性进行分析，定义吸
４１１
第１期 侯晓伟等：页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义
附速率ｖ为单位增压过程中页岩气吸附量（ｍ３／ｔ
·ＭＰａ
），即ν＝ｄＶｔ／ｄｐ．
对Ｄ－Ａ和Ｌ－
Ｆ吸附模型进行求导，得到吸附速率与压力之间的关系如下
ν＝ｄＶｔ／ｄｐ＝－Ｖｗ，０·ｅｘｐ－ＲＴｌｎｐｓｐ
烄烆烌烎Ｅ熿燀燄燅
ｑ
·ｑｐ
Ｒ
Ｔｌｎｐｓｐ
烄烆烌烎
Ｅｑ－１
１－１０６
ｐＲＴρ（
）
ａ＋
１０６ＲＴρ熿燀燄燅
ａ＋Ｖｚｈ，ｄ；ｓ
Ｋｂｍｐ－ｍ－１ｐ－ｍ＋Ｋ（）ｂ２１－１０６
ｐＲＴρ（）ａ－１０６ＲＴρ
ａＫｂｐｍ１＋Ｋｂｐ（）［
］
ｍ．（８）式（８
）中各符号意义及单位同上．将模型各参数值带入上式，得到吸附速率随压力的递变规律（图５）：随着压力的增大页岩吸附速率整体呈下降趋势，压力在临界压力附近，吸附速率呈动态波动性特征
．
图５ 吸附速率随压力的变化规律
Ｆｉｇ．５ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ
ｂｅｔｗｅｅｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅ ａｎｄ ｆｌｕｉｄ ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ根据吸附速率随压力的递变规律，进一步将页岩吸附过程分为４个阶段：阶段一，初始低压阶段，吸附作用开始发生，页岩总吸附势最大，微孔具有相对较高的吸附势而优先吸附，页岩处于吸附“饥
饿期”，吸附作用最强，随着吸附作用的进行吸附势减小，吸附速率压力敏感性强；阶段二，临界压力附近，甲烷向超临界流体过渡，流体性质的变化导致吸附作用改变．此时微孔基本达到吸附饱和，吸附势相对较低的中、
大孔和小孔喉连通性差的孔隙，需要在相对较高的压力下发生吸附作用，出现吸附“瓶颈”现象（吸附速率为负值），突破吸附“瓶颈”阻碍相当于聚集能量瞬时释放过程，吸附作用呈现低幅的急剧升降，
吸附速率压力敏感性呈动态波动性特征；阶段三，随着压力的增大，足以克服小孔喉连通差的吸附“瓶颈”，页岩总吸附势越来越低，最终达到饱和吸附，吸附速率压力敏感性较弱；阶段四，高压阶段，超临界甲烷随着压力的升高发生异常吸附（负吸附）现象，此时吸附速率为负值，吸附量逐渐降低，吸附速率压力敏感性弱．
表４ 各阶段吸附速率应力敏感性
Ｔａｂｌｅ ４ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｔａｇ
ｅｓ ｆｌｕｉｄｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ吸附阶段吸附速率—压力相互关系
敏感程度阶段一ｙ＝０．２２１８ｘ－０．８３３；Ｒ２＝０．９８９
敏感性强；负相关阶段二
—
动态波动敏感性
阶段三ｙ＝０．
０００８ｘ２
－０．０２０３ｘ＋０．１１５９；Ｒ２
＝０．９９９８
敏感性较弱；负相关阶段四ｙ＝０．
０００１ｘ２
－０．００５８ｘ＋０．０４１９４；Ｒ２
＝０．９９８３
敏感性弱；负相关４．３ 页岩吸附性评价再认识
１
）过剩吸附量与绝对吸附量页岩储层绝对吸附量较过剩吸附量高，且压力越大越为显著，测试页岩样品空气干燥基和干燥无灰基过剩吸附量与绝对吸附量间的关系见图６
．
图６ 过剩吸附与绝对吸附差异
Ｆｉｇ．６ Ｄ－ｖａｌｕｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｎｄ ａｂｓｏｌｕｔｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔｙ
空气干燥基和干燥无灰基，
绝对吸附量与过剩吸附量之间的差异均随着压力的增大越来越显著．页岩气含气性评价过程中吸附气量采用等温吸附实验测得的过剩吸附量进行推算，而页岩实际吸附量要大于过剩吸附量，且随着埋深的增加之间的差异性越为显著，若总含气量一定，则在一定程度上低
估了吸附气量而高估了游离气量，
导致深部页岩气含气性评价可靠程度降低．本次建立的Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ吸附模型能够有效得到页岩储层的绝对吸附量，对深部页岩储层含气性预测评价具有重要意义．
２
）孔隙吸附贡献分析及其影响因素对比各模型参数发现页岩总饱和吸附量和各
５
１１
中国矿业大学学报 第４
５卷类型孔隙饱和吸附量，干燥无灰基均大于空气干燥基，其余参数基本相当．引入孔隙吸附系数与孔隙吸附贡献率进行孔隙吸附性评价．孔隙吸附系数等于各类型孔隙饱和吸附量与其有效孔隙所占总孔
隙体积百分数的比值（单位：ｍ３
／ｔ
），即β
ｉ＝Ｖｉ／αｉ．（９）孔隙吸附贡献率等于各类型孔隙饱和吸附量与总吸附量的比值（％）
，即ζｉ＝Ｖｉ／Ｖ＝Ｖｉ／∑Ｖｉ，∑ζｉ＝１
００％．（１０）为分析各类型孔隙吸附贡献，本次研究对上述样品进行低温液氮吸附实验和压汞实验孔隙测试，进而获取孔隙体积并表征孔隙结构．
低温液氮吸附实验仪器采用美国康塔公司生
产的Ａｕｔｏｓｏｒｂ １全自动比表面和孔径分布分析仪．实验原理：根据固体表面吸附规律，在恒定温度下，达到平衡状态时，一定的气体压力，对应于固体表面一定的气体吸附量，改变压力可以改变吸附量，进而采用ＢＥＴ模型和ＤＦＴ模型得到孔隙比表面积和孔径分布等参数．
样品制备：称取测试样品１０ｇ，将其粉碎至２７０～３８０μｍ之间进行实验．压汞实验仪器采用美国麦克公司生产的Ａｕ－
ｔｏｐ
ｏｒｅ ９５００压汞仪．实验原理：在颗粒之间的液态汞被压入孔中，被汞侵入的孔径是所用压力的函数，根据这一原理进而分析得到测试样品的孔体积、孔径分布、比表面、孔结构等参数．样品制备：称取测试样品１０ｇ
，将其破碎至５ｍｍ左右进行实验
．图７ 页岩孔径分布
Ｆｉｇ．７ Ｐｏｒｅ ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐ
ｏｒｅ ｓｉｚｅ 低温液氮吸附实验能够基于Ｄ
ＦＴ模型进行页岩样品孔隙分布表征，结果显示该页岩样品具有双峰特征，表明孔径在０．５～２ｎｍ和２～５ｎｍ两个范围的孔隙较为发育（图７ａ）．相关学者认为，低温液氮吸附实验适用于表征孔径小于３０ｎｍ的页岩孔隙，压汞实验适用于表征孔径大于３０ｎｍ的页
岩孔隙［１９］
．
为了更准确地分析样品孔隙特征，获取各类型孔隙所占的比例，笔者联合低温液氮吸附实验和压汞实验进行各类孔隙比例计算，其中低温液氮实验表征孔径＜３０ｎｍ的孔隙，压汞实验表征孔径＞３０ｎｍ的孔隙（图７ｂ）．
两种实验方法测试过程中均能得到样品阶段孔容和累计孔容，而阶段孔容为对应孔径的孔隙体积，累计孔容为对应孔径范围的孔隙体积和．
分别选取低温液氮吸附实验孔径小于２ｎｍ的累计孔容，即微孔孔容，低温液氮吸附实验孔径介于２～３０ｎｍ的累计孔容和低温液
氮吸附实验孔径介于３０～５０ｎｍ的累计孔容，即中孔孔容，压汞实验孔径＞５０ｎｍ的累计孔容，即大孔孔容，各类型孔隙所占的比例则为对应的累计孔容与总孔容的百分比．实验分析及计算得到ＱＸ－１０页岩样品总孔隙度为１．５６％，
其中微孔占总孔隙体积的１８．９５％，中孔占总孔隙体积的６５．２％，大孔占总孔隙体积的１５．８５％．甲烷分子直径为０．３８ｎｍ，
当孔隙直径小于某一值后，则不能吸附甲烷，为无效孔隙，取有效孔隙直径≥０．５ｎｍ，且认为各孔径微孔体积相当．剔除无效孔隙，则总有效孔隙度１．４９％，微孔有效孔隙度０．２２％，所占比例１４．８８％；中孔有效孔隙度１．０２％，所占比例６８．２７％；大孔有效孔隙度０．２５％，所占比例１６．６０％．
ＱＸ－１０页岩样品空气干燥基和干燥无灰基孔隙吸附系数与吸附贡献率见表５．
表５ 各类型孔隙吸附系数和孔隙贡献率
Ｔａｂｌｅ ５ Ｐｏｒｅｓ ａｄｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ样品类型微孔
吸附系数／
（ｍ３·ｔ－１）贡献率／％
中孔
吸附系数／
（ｍ３·ｔ－１）贡献率／％
大孔
吸附系数／
（ｍ３·ｔ－１）贡献率／％
空气干燥基０．２２ ２５ ０．１２ ６０ ０．１２ １５干燥无灰基
１．８６
２２
１．１８
６３
１．１８
１５
６１１
第１期 侯晓伟等：页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义
根据定义，
吸附系数的大小能够有效反映吸附能力的强弱．对比干燥无灰基和空气干燥基各吸附系数可以发现，干燥无灰基各吸附系数均大于空气干燥基，即灰分和水分含量越高相应的孔隙吸附系数越低，说明灰分和水分含量对页岩气吸附起负作用，
灰分和水分含量越高，页岩吸附能力越低；同一类型样品孔隙吸附系数表现为微孔＞中孔≈大孔，表明微孔吸附能力大于中孔和大孔，约为中、大孔吸附能力的２倍，
中孔和大孔吸附能力相当．孔隙吸附贡献率反映了不同类型孔隙吸附页岩气量的大小，
空气干燥基和干燥无灰基各孔隙吸附贡献率基本相等，
说明灰分和水分对不同类型孔隙吸附能力的影响程度基本相当．同一类型样品孔隙吸附贡献率表现为中孔＞微孔＞大孔，ＱＸ－１０页岩样品中孔最为发育，达６８．２７％，故其总吸附量最大，微孔和大孔孔隙体积相当，但微孔吸附贡献率明显大于大孔（２２～２５％＞１５％）．
５ 结 论
１）Ｄ－Ａ和Ｌ－
Ｆ超临界吸附模型能够合理解释页岩气超临界吸附机理，表征孔隙吸附能力与差异，
模型形式如下：Ｖｔ＝（Ｖｚｈ，ｄ＋Ｖｗ）１－ρｇ
ρ（
）
ａ＝Ｖｗ，０·
ｅｘｐ－ＲＴｌｎｐｓｐ
熿燀燄燅Ｅ熿燀燄燅
ｑ
１－ρｇ
ρ（）ａ＋Ｖｚｈ，ｄ；ｓＫｂｐｍ
１＋Ｋｂｐ（
）ｍ
１－ρｇ
ρ
（）
ａ．２
）页岩气吸附具有阶段性：阶段一，吸附初始阶段，
吸附速率敏感性强；阶段二，超临界过渡阶段，出现吸附“瓶颈”，吸附速率敏感性呈波动性特征；阶段三，饱和吸附阶段，吸附势逐渐降低，达到饱和吸附，吸附速率敏感性较弱；阶段四，负吸附阶段，出现吸附负异常，吸附速率压力敏感性弱．３
）绝对吸附量与过剩吸附量差异随埋深的增加愈为显著，绝对吸附量表征页岩储层吸附性更为准确，Ｄ－Ａ和Ｌ－Ｆ模型能够得到页岩绝对吸附量，提高储层含气性评价可靠程度．
４
）微孔吸附势较大而优先发生吸附，不同孔隙吸附能力的关系为微孔＞中孔≈大孔，微孔吸附能力约为中、大孔的２倍．
５
）灰分和水分含量对页岩气吸附起负作用，对各类型孔隙吸附能力的影响程度相当．参考文献：
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１１
中国矿业大学学报 第４５卷
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（责任编辑姚志昌）
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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
水平井综合地质导向技术及其应用研究
Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2017, 39(4), 78-82 Published Online August 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/606134983.html,/journal/jogt https://https://www.wendangku.net/doc/606134983.html,/10.12677/jogt.2017.394040 Research on Integrated Geosteering in Horizontal Wells and Its Application Youjian Li, De’an Zhang Logging Company of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co. Ltd., Puyang Henan Received: May 30th, 2017; accepted: Jun. 7th, 2017; published: Aug. 15th, 2017 Abstract The integrated geosteering while drilling technology was great significance of drilling of horizon-tal wells. Starting from the analysis of technical difficulties in the horizontal drilling process and based on the research and the application and analysis of essential data acquisition and fusion technology, near-bit lithology rapid identification technology, prediction technology of geological profile along horizontal well trajectory, horizontal well trajectory control technology, and target layer microstructure monitoring technology, an integrated geosteering technology combining mud logging while drilling for the horizontal wells, which was different from logging in traditional straight wells, was proposed, and it was successfully applied in several horizontal wells in Si-chuan-Chongqing Area. Its application results show that the technology can provide effective geosteering in horizontal wells, with an average target drilling encounter rate of over 90%. Keywords Ultra-deep Horizontal Well, Integrated Geosteering, Integration of Logging and Recording, Trajectory Prediction and Control
页岩气资源调查评价与勘查示范立项指导意见-资源评价部
页岩气资源调查评价与勘查示范立项指导意见 页岩气是一种清洁、高效的非常规天然气资源。中央高度重视页岩气资源调查工作，国土资源部积极落实中央部署，组织编制了《全国页岩气资源调查评价和勘查示范专项实施方案》，为专项的组织实施，规范页岩气资源调查项目立项工作，特提出如下指导意见。 一、项目设置 全国页岩气资源调查评价和勘查示范专项，按照页岩气地质理论和评价方法研究、页岩气资源调查评价（包括潜力评价、重点远景区调查评价、重点有利目标区调查评价）和勘查示范三个方面统筹部署。 页岩气资源调查评价，以沉积盆地或盆地群为单位设置计划项目，包括：盆地内页岩气资源潜力评价、重点远景区调查评价、重点有利目标区调查评价和勘查示范等4个方面的工作项目，以利于整体从盆地演化上，研究页岩气资源的时空分布和富集规律，也便于不同类型的项目资料共享，相互促进。 二、重点工作内容 页岩气资源潜力评价：以盆地或盆地群为单元，按类型、分层系，以富含有机质页岩为评价对象，进行潜力评价。主要以野外地质调查和非地震物探为主，必要时部署二维地
震，实施少量调查井。建立富有机质泥页岩层系地层剖面；分析和总结构造格局、富含有机质页岩的时空分布规律，获取地质评价基本参数（包括：TOC、Ro、有机质类型、热解分析、含气性、岩石矿物组合和结构），编制沉积盆地构造格架图、岩相古地理图、富有机质泥页岩等厚图及埋深图、TOC图、Ro图。评价页岩气资源潜力，提出页岩气远景区。 原则上盆地内重点二级构造单元有1口调查井控制。 重点远景区评价：以含气页岩为评价对象，以详细地质调查为主，辅以二维地震、调查井或参数井，确定含气页岩层段分布，建立含气页岩层系精细剖面；基本查明含气页岩层段的分布，岩石矿物学及物性特征，研究气体赋存与富集方式，储层孔隙度、渗透率及微裂缝发育等特征；获取有机质丰度、类型、热演化等有机地化参数。开展盆地模拟分析，研究页岩气富集规律，确定含油气性及有效含气页岩层分布，估算页岩气资源量，优选和评价有利目标区，分析勘查开发前景。 编制远景区含气页岩层系岩相古地理图、含气页岩层段等厚图及埋深图、含气页岩层系精细剖面图、TOC图、Ro 图、四性关系图（岩性、物性、电性、含气性）、资源评价图。 原则上每个重点远景区有3-5口调查井控制，有地球物理资料控制构造和地层展布。
中国页岩气形成机理 地质特征及资源潜力
中国页岩气形成机理地质特征及资源潜力 摘要：页岩气是以自生自储为主的非常规天然气，是油气资源中的新型矿种。 由于页岩气储层低孔低渗，要实现大规模开采必须克服许多理论和技术上的难题。本文分析中国页岩气基本特征、形成机理与富集条件、面临的难题等, 对中国页 岩气资源潜力进行预测, 以期为中国页岩气的研究和勘探开发提供依据。 关键词：非常规油气 ;页岩气;源岩油气 页岩气是一种潜在资源量非常巨大的非常规天然气资源，具有含气面积广、 资源量大、开采技术要求高、生产寿命长、稳产周期长等特点。近年来，严峻的 能源紧张形势使页岩气资源在世界范围内受到了广泛的关注。 一、页岩气勘探开发现状 油气工业的发展主要历经构造油气藏、岩性地层油气藏、非常规油气藏三个 阶段。油气藏分布方式分别有单体型、集群型、连续型三种类型。从构造油气藏 向岩性地层油气藏转变是第一次理论技术创新,以寻找油气圈闭为核心;从岩性地 层圈闭油气藏向非常规连续型油气藏转变是第二次理论技术创新或革命,以寻找有 利油气储集体为核心,致密化“减孔成藏”机理新论点突破了常规储集层物性下限与 传统圈闭找油的理念。随着勘探开发技术不断进步,占有80%左右资源的非常规油气，如页岩气、煤层气、致密气、致密油、页岩油等已引起广泛关注,并得到有效 开发, 在油气储产量中所占比例也逐年提高。传统观点仅认识到页岩可生油、生气,未认识到页岩亦可储油、储气,更未认识到还能聚集工业性页岩油、页岩气。 近年来,典型页岩气的发展尤为迅速,地质认识不断进步,优选核心区方法、实验分 析技术、测井评价技术、资源评价技术、页岩储集层水平井钻完井、同步多级并 重复压裂等先进技术获得应用, 形成“人造气”是页岩气快速发展的关键因素。页岩气突破的意义在于: 突破资源禁区,增加资源类型与资源量。 2、挑战储集层极限,实现油气理论技术升级换代,水平井多级压裂等核心技术，应用于其他致密油气等非常规和常规油气储集层中更加经济有效,可大幅度提高油 气采收率。 3、带动非常规油气技术发展,推动致密油气、页岩油等更快成为常规领域。 二、中国富有机质页岩特征 源岩油气是一种新资源类型, 包括页岩油、页岩气、煤层气等,自生自储,主要 产自源岩内储集层中。页岩是由粒径小于0.0039 mm的细粒碎屑、黏土、有机质 等组成,具页状或薄片状层理、易碎裂的一类沉积岩,也称为细粒沉积岩。页岩气 是指从富有机质黑色页岩中开采的天然气,或自生自储、在页岩纳米级孔隙中连续 聚集的天然气。中国三类富有机质页岩泛指海相、海陆交互相及陆相页岩和泥岩, 重点指含油气盆地中的优质泥质烃源岩,图中为依据中国页岩发育的层系和分布特 点编制的三类页岩分布图。中国南方地区海相页岩多为硅质页岩、黑色页岩、钙 质页岩和砂质页岩,风化后呈薄片状,页理发育。海陆过渡相页岩多为砂质页岩和 炭质页岩。陆相页岩页理发育, 渤海湾盆地、柴达木盆地新生界陆相页岩钙质含 量高,为钙质页岩,鄂尔多斯盆地中生界陆相页岩石英含量较高。 2、中国页岩形成的区域地质背景。古生代，在中国南方、华北及塔里木地区形成了广泛 的海相和海陆过渡相沉积, 发育多套海相富有机质页岩和海陆过渡相煤系炭质页岩。在后期改造过程中, 部分古生界海相页岩经历了挤压变形或隆升。四川盆地、华北地区、塔里木盆地构
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
页岩油气资源评价的关键参数及方法
页岩油气资源评价的关键参数及方法 摘要：近几年来，随着国内水平钻井技术和压裂技术的不断发展，页岩油气资源勘探开发持续快速升温，因此，建立实际有效的页岩油气资源的评价标准是勘探开发的前提和基础。根据页岩油气发育条件及富集机理，结合油气资源评价方法的基本原则，建立把测井资料与地化分析相结合的页岩油气资源的评价体系。 关键字：页岩油气资源ΔLgR模型页岩有效厚度氯仿沥青“A”法 0 引言 中国沉积盆地中富有有机质的泥页岩广泛分布，从震旦系到古近系均有分布；页岩厚度大，有机质成熟度高，生烃能力强，具有较好的页岩油气资源成藏的基本条件，勘探前景非常广阔。如何估算这些油气资源，对于我国的页岩油气资源的勘探开发具有重要的意义。 国内外各大石油公司在页岩候选区评价中所采用的关键参数大致有2类，即地质条件与工程技术条件参数，地质类参数控制着页岩油气资源的生成与富集，包括页岩面积、厚度、有机质丰度、类型、有机质成熟度及油气显示等方面；工程技术条件参数包括埋深、地貌条件等，控制着开发成本。本文主要研究页岩油气资源的地质条件，把测井资料等地物手段与地化实验分析相结合，通过对页岩有效厚度、TOC含量的分析，来预测页岩油气资源的含量[1]。
1 页岩油的特征 页岩油是指储存于富有机质，纳米级孔径为主页岩地层中的石油，一般只经过一次运移或进行了极短暂得到二次运移过程，在泥页岩层析中自生自储，以吸附态或游离态的形式赋存于泥页岩的纳米级孔隙或裂缝系统中。页岩油气资源的生成受到页岩中有机质的演化阶段影响，只有在有机质进入生油窗后，才可能生成油气资源，有机质演化程度过高，则会转化形成页岩气。页岩油主要包括游离油和吸附油，但在目前的开采水平阶段，吸附油很难开采出来，所以现今页岩油一般都指页岩油中的游离油；页岩气则同样包括游离气和吸附气。 2利用测井资料计算页岩有机碳含量 2.1 页岩测井响应特征 理论假设烃源岩有岩石骨架，固体有机质和充填孔隙的流体组成；而非烃源岩仅由岩石骨架和充填孔隙流体组成；成熟烃源岩则由岩石骨架，固体有机质和充填孔隙流体（水和生成的烃类）组成。测井曲线对着3种情况表现出不同响应。 利用测井曲线形态和测井曲线相对大小可以快速而直观的识别页岩气储层。所需的常规测井曲线主要包括：自然伽马，井径，中子密度，岩性密度，体积密度，声波时差及电阻率等测井曲线。有机质一般具有特殊的物理性质，在测井曲线上主要表现为“三高一低”响应特征，即高自然伽马和能谱测井，低密度，高声波时差，相对高电阻
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）
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/606134983.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
页岩气钻井地质及工程设计要点
页岩气钻井地质及工程设计要点 一、封面 页首写构造：大地构造单元名称。井别：参数井（或调查井）、压裂井等。井型：直井等。页首下写项目名称：××省××页岩气××井地质及工程设计页倒二行：编制单位。 页末：编制日期（出稿时年月日）。 二、扉页 页首：项目设计名称。页中：项目名称、承担单位、编制单位、项目负责、设计人、参加人员、单位负责、审核等。 页末：编制日期（出稿时年月日）。 三、责任表及目录 责任页表：井号、井别、井型、主管单位、项目名称、承担单位、项目负责、设计人、参加人、项目组意见、专家论证意见（右下角签字、日期）、主管单位（右下角签字、日期）。目录：可按二级大纲级别设置目录及章节所在页码。以上一至三项无须页码。 四、正文 1 目的和任务 扼要说明本项目的主要目的和任务。 2 井区位置概况 2.1 井区位置和交通 叙述井位所在区主要的行政隶属（省、县、乡或镇、村）地理位置、地理坐标、铁路、公路干线及要道、井场进出公路相通等情况。附交通位置示意插图（图内外框、坐标数据、比例尺、井位位置等）。 2.2 井区自然地理 1. 地形地貌：主要阐述井位及其附近的地形（平缓或宽阔、土地、植被、井位标高、高差、平坝面积等。 2. 水源、电力、通讯：重点叙述井位处钻探工程用水距离、水量及其保障等情况，扼要叙述电力和通讯情况。
3 基本数据 列表说明页岩气钻井地理位置、构造位置、井口坐标（经纬、直角）、井口标高、设计井深、目的层位、钻探目的、设计目的、完井方式、录井情况、随钻实验情况等。 4 钻探设计依据及目的 4.1 设计依据 根据有关资料或报告简要阐述页岩气厚度、地层、构造、测试结果、页岩气稳定情况、相关结论等。 4.2 钻探目的 简要叙述钻探所达到的目的：目的层系、获取岩芯地层、了解的地层、获取地层厚度、有机质含量、岩石力学特征、页岩储集能力、页岩含气量系列参数等，为××提供地质依据。5 井区地质概况 5.1 区域地层 简述区域由老到新有关主要的地层（系、统、组）。5.2井区地层 由老到新详细阐述井区钻井遇地层及其上下地层系、统、组、段的岩性、厚度、接触关系，附相关地层插图 。5.3区域构造 简述区域大地构造位置及构造轮廓，与本井区有关的褶曲、断裂并加以综述。附区域构造插图。 5.4井区构造 先综述井区构造基本形态：地层志向、倾向、倾角极值及一般值、发育断裂和褶曲条数、长度、断距。 分述有关褶曲、断裂具体情况。5.4构造演化特征 综述沉积环境、沉积相、构造运动及其演化情况等。
美国页岩气勘探开发关键技术
目录 _Toc28155708 引言 (2) 1 美国页岩气藏特点分析 (2) 2 地层评价 (3) 3 岩石机械特性地质力学 (4) 4 钻完井技术 (5) 5 压裂技术 (8) 5.1 清水压裂技术 (8) 5.2 重复压裂技术 (9) 5.3 水平井分段压裂技术 (9) 5.4 同步压裂技术 (10) 6 结论和建议 (10)
美国页岩气勘探开发关键技术 引言 美国页岩气资源量达16. 9 万亿m3，可开采资源量7. 47 万亿m3。至20 世纪90 年代末，美国页岩气产量一直徘徊在( 30 ～50) 亿m3 /a。2000 年新技术的应用及推广，使得页岩气产量迅速增长。2005 年进入大规模勘探开发，成功开发了沃思堡等5 个盆地的页岩气田，产量以100 亿m3 /a 的速度增长。2008 年产量达到600 亿m3，占美国天然气总产量的8%，相当于中国石油当年天然气总产量，目前则已占到天然气总产量的13% ～15%。截至2008 年底，美国累计生产页岩气3 316 亿m3。预计2015 年美国页岩气产量将达到2 800 亿m3。自2009 年以来，北美的页岩气开发发生了革命性的变化，目前美国已取代俄罗斯成为世界最大的天然气生产国，实现了自给自足并能连续开采上百年。美国页岩气快速发展是技术进步、需求推动和政策支持等多种因素合力作用的结果。从技术进步角度来看，则主要得益于以下几方面的关键技术:前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石力学分析、后期的钻完井技术以及压裂增产技术。 1 美国页岩气藏特点分析 美国页岩气藏具有典型的衰竭特点，初始产量高，前3 年急剧下降，随后在很长的时间里保持稳产并有所下降，生产寿命可达25 a 以上。美国页岩气资源丰富，致密页岩分布范围广，有效厚度大，有机质丰富，含气量大，裂缝系统发育，
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
《页岩气资源储量计算与评价技术规范》解读
今天给大家推送此文，是该规范的编制部门国土资源部矿产资源储量评审中心的两位老师写的，原文发在“中国矿业报”6月12日上。烟花未对内容有任何改动。谢谢原文作者。么么~ 2014年4月17日，国土资源部以公告形式，批准发布了由全国国土资源标准化技术委员会审查通过的《页岩气资源/储量计算与评价技术规范 （DZ/T0254-2014）》（以下简称《规范》），并于2014年6月1日实施。这是我国第一个页岩气行业标准，是规范和指导我国页岩气勘探开发的重要技术规范，是加快推进我国页岩气勘探开发的一项重大举措。《规范》的发布实施是我国非常规油气领域的一件大事，必将对我国页岩气资源储量管理和页岩气勘探开发产生重要影响。 《规范》的重要意义 2011年12月，国务院批准页岩气为新发现矿种，确立了页岩气作为我国第172个矿种的法律地位。国土资源部将页岩气按独立矿种进行管理，对页岩气探矿权实行招标出让，有序引入多种投资主体，通过竞争取得探矿权，实行勘查投入承诺制和区块退出机制，以全新的管理模式，促进页岩气勘探开发，促使页岩气勘探开发企业加大勘查投入，尽快落实储量，形成规模产量，从而推动页岩气产业健康快速发展。
继2012年3月国家发展改革委员会、国土资源部、财政部、国家能源局共同发布《页岩气发展规划（2011-2015年）》之后，国家有关部门又相继出台了加强页岩气资源勘查开采和监督管理、页岩气开发利用补贴、页岩气开发利用减免税、页岩气产业政策以及与页岩气相关的天然气基础设施建设与运营管理、油气管网设施公平开放监督管理、建立保障天然气稳定供应长效机制等一系列政策规定，为页岩气勘探开发创造了宽松政策环境。与此同时，其他有关页岩气环保、用水、科技和对外合作等政策措施也在加紧制定中。 目前，我国页岩气勘探开发已进入了实质性发展阶段，重庆涪陵、四川长宁等地区已开始转入页岩气商业性开发。截至2013年底，全国共设置页岩气探矿权52个，面积16.4万平方千米。中石油、中石化、中海油、延长石油等石油企业已在四川、重庆、贵州、云南、陕西、安徽、河南、山东、湖南、湖北、辽宁、黑龙江等10多个省（区、市）的各自常规油气区块中开展了页岩油气勘探工作。 国土资源部于2011年和2012年举行了两轮页岩气探矿权出让招标，中标的19家企业在21个区块上按勘探程序稳步推进页岩气勘探，总体进展情况良好。目前，已经实现规模勘探和正在部署或实施勘探的企业开始为提交页岩气储量做准备，中石化在涪陵焦石坝、中石油在长宁地区已率先形成产能，并将形成大规模开发，具备了提交储量的条件。页岩气储量作为产量的基础，在我国页岩气勘探开发进入到现在这个阶段，如何评价计算已是当务之急。为了促进页岩气科学合理勘探开发，做好页岩气储量估算和评审工作，规范不同勘探开发阶段页岩气资源/储量评价、勘探程度和认识程度等要求，为页岩气产能建设提供扎实的储量基础，出台和发布《规范》显得十分必要。 《规范》借鉴国外成功经验，根据我国页岩气特点和页岩气勘探开发实践，尊重地质工作规律和市场经济规律，参考相关技术标准规范，实现了不同矿种间规范标准的衔接。同时，鼓励采用科学适用的勘查技术手段，注重勘查程度和经济性评价，适应了我国页岩气勘探开发投资体制改革，比较切合我国页岩气勘探开发的实际，体现了页岩气作为独立矿种和市场经济的要求，必将对按照油气勘探规律和程序作业、提高勘探投资效益、避免和减少页岩气勘探资金的浪费、促进页岩气勘探开发起到重要的指导作用和促进作用。 《规范》是页岩气储量计算、资源预测和国家登记统计、管理的统一标准和依据，有利于国家对页岩气资源的统一管理、统一定量评价，更准确地掌握页岩气资源家底，制定合理的页岩气资源管理政策，促进页岩气资源的合理开发和利用。《规范》也是企业投资、产能建设和开发以及矿业权流转中资源/储量评价的依据，有利于企业自主行使决策权，确定勘探手段、网度安排以及进一步勘探的部署，以减少勘探开发投资风险，提高投资效益，有利于企业按照统一的标准
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
页岩气资源评价方法及其在四川盆地的应用
3本文为中国石油天然气股份公司对外合作非常规天然气技术攻关项目(编号:No.06203201)的部分成果。 作者简介:董大忠,1962年生,教授级高级工程师,博士;主要从事油气勘探与发展战略、非常规油气资源地质勘探与开发技术等方面的研究工作。地址:(100083)北京市海淀区学院路910信箱油气资源规划所。电话:(010)62098610。E 2mail :ddz @https://www.wendangku.net/doc/606134983.html, 页岩气资源评价方法及其在四川盆地的应用3 董大忠1 程克明1 王世谦2 吕宗刚3 1.中国石油勘探开发研究院 2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 3.中国石油西南油气田公司蜀南气矿 董大忠等.页岩气资源评价方法及其在四川盆地的应用.天然气工业,2009,29(5):33239. 摘 要 近10年来,在高天然气价格、水平井钻井技术和压裂技术进步的推动下,页岩气成为美国最重要的天然气开发目标,形成了适合于不同勘探开发阶段的页岩气资源潜力评价方法,对页岩气资源的认识不断得到深化。在详细研究美国页岩气资源评价方法基础上,探索了我国现阶段页岩气资源评价方法,并针对四川盆地西南部地区及威远气田区下古生界下寒武统筇竹寺组的页岩气资源做了初步预测。结果认为四川盆地页岩气资源丰富,不少于盆地常规天然气资源量,是未来值得重视的重要天然气勘探开发新领域。 关键词 页岩气 资源 评价方法 四川盆地 应用 DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.05.007 0 引言 与常规油气勘探开发一样,页岩气勘探开发的目标选择虽然细节极其复杂,但关键还是确定其是否具有工业价值。美国在页岩气资源勘探开发实践中,将具有合适页岩类型、有机质含量、成熟度、孔隙度、渗透率、含气饱和度以及天然裂缝发育等综合条件的页岩作为勘探开发的有利目标[1],不断深化页岩气资源潜力认识,形成了适合不同勘探开发阶段的页岩气资源潜力评价方法。笔者在美国主要页岩气资源评价方法深入、系统调查与分析的基础上,通过四川盆地西南部及威远气田区古生界下寒武统筇竹寺组页岩气资源的初步估算,探索适合中国现阶段的页岩气资源潜力评价方法。 1 页岩气资源特点 1.1 全球页岩气资源 自1821年发现页岩气以来已有近200a 的历史,但近10a 来的产量增长速度惊人,预测未来的潜在产量会更高。页岩气资源被认为是含油气盆地中最后一类走上开发舞台的油气资源[1],在含油气盆地中蕴藏量最丰富。据Roger (1997)早期的不完全 估算,全球页岩气资源量高达456×1012m 3,超过全球常规天然气资源量(436.1×1012m 3)。近年来,在钻、完井(尤其是水平井钻井、连续油管射孔和水力压裂等)技术进步、天然气价格高涨及开发速度快速增长的推动下,发现页岩气的领域越来越广,对页岩气资源的认识迅速提高,估计全球最终页岩气资源量将超过1000×1012m 3。1.2 页岩气资源特点 有关页岩气资源的独有特征,可归纳概括如下。1.2.1 资源潜力巨大 现仅以沃斯堡盆地加以说明。沃斯堡盆地是北美地台重要含油气盆地,20世纪初发现盆地第一个油田,1917年开始油气生产,至1995年共生产原油大于3.87×108t 、天然气约2200×108m 3;1982年在盆地Barnett 页岩发现Newark East 页岩气藏,目前该气藏已成为美国第二大气田[2]。目前,在盆地证实的页岩气资源量约2.6×1012m 3[3],2007年页岩气产量315×1012m 3,累计页岩气产量1200×108m 3。1.2.2 含气面积广 页岩气藏为连续型气藏,缺少明显的圈闭,也没有明显的气水界线,分布范围与处于生气窗以内的烃源岩范围基本一致,为大面积区域含气。 ? 33?第29卷第5期 天 然 气 工 业 地质与勘探
页岩气国内外研究现状
页岩气国内外研究现状 一、页岩气的定义 关于页岩气的定义，Curtis 认为页岩气可以是储存在天然裂隙和颗粒间孔隙中的游离气，也可以是干酪根和页岩颗粒表面的吸附气或者是干酪根和沥青质中的溶解气。中国地质大学张金川教授给出的定义是：主体位于暗色泥页岩或者高碳泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的地层中的天然气聚集。 二、页岩气资源的地质特征 2.1 多相态存在于致密页岩中 页岩气是以有游离、吸附和溶解状态存在于暗色泥页岩中的天然气，其赋存形式具有多样性，但以游离态和吸附态为主，溶解态仅少量存在。从美国的情况看，游离气在20%~80%之间，吸附气在80%~20%之间，范围很宽，其中部分页岩气含少量溶解气。游离气主要存在于粒间空隙和天然裂隙中，吸附气则存在于基质表面。随着页岩气研究的不断深入，学者们开始认为吸附态页岩气至少占到总储量的一半。天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离，如图1 所示，当吸附在基质表面的气量达到饱和后，富余的气体会解析进入基质孔隙，然后随着天然气的产出，裂隙内压力降低，基质内气体进入裂隙聚集后流出。 2.2 源岩层系 页岩系统包括富有机质页岩，富有机质页岩与粉砂岩、细砂岩夹层，粉砂岩、细砂岩夹富有机质页岩；页岩气形成于富有机质页岩，储存于富有机质页岩或一套与之密切相关的连续页岩组合中，不同盆地页岩气层组合类型不相同。即页岩气为源岩层系天然气聚集的一种，为天然气生成后，未排出源岩层系，滞留在源岩层系中形成的。源岩层系油气聚集除页岩气外，还包括煤层气、页岩油和油页
岩。 2.3 页岩气为连续型油气聚集 Curtis对页岩气（Shale gas）进行了界定，并认为页岩气在本质上就是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，它具有普遍的地层饱含气性、隐蔽聚集机理、多种岩性封闭和相对很短的运移距离，它可以在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上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。即页岩气为连续型气藏（图1）。 2.4 页岩气为源岩层系油气聚集 在页岩气藏中，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就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式。从某种意义来说，页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果。 中国页岩气藏与北美地区相比较有以下特殊性：( 1) 海相页岩热演化程度较高(Ro值为2. 5%～5. 0% ) 、构造活动较强，需寻找保存有利的地区，避开露头和断裂破坏区：( 2) 陆相页岩热演化程度较低、分布非均质性较强：( 3) 地面多山地、丘陵等复杂地表，埋藏较深(5000～7000m) 。所以在勘探开发过程要有针对性地采取合理措施开发我国页岩气。张金川等学者认为页岩气成藏模式介于煤层气和根缘气之间，表现为过渡特征，并将我国页岩气资源富集类型分为：南方型、北方型和西北型。