发布时间 : 星期三 文章一页岩气成藏机理及控制因素 - 图文更新完毕开始阅读b11fc00ef12d2af90242e6e7
页岩气藏普遍含气性的内涵较广,在岩性上包括了泥页岩、致密的砂岩或砂质细粒岩,在赋存状态上包容了吸附、游离与溶解,在成藏机理上则包含了吸附与扩散、溶解与析出、活塞与置换等运聚过程。在通常情况下,泥页岩与致密砂岩(泥质粉砂岩与粉砂质泥岩等) 之间的互层分布为这种多相态、多机理的地层普遍含气性提供了有利条件。
表1－2 页岩储气层和常规砂岩储气对比表 对比项目 岩石成分 生气能力 气源 储气方式 储气能力（相对） 孔隙度 孔隙大小 孔隙结构 裂隙 渗透性 毛管压力 比表面积（相对） 储量估算 开采范围 井距（相对） 断裂 储层中的水 气水作用机理 开采深度 产气量（相对） 储层压力 页岩储层 矿物质、有机质 有 本层 吸附、岩性圈闭 较高 一般小于10％ 多为中微孔 双重孔隙结构 发育裂隙系统 0.001～2毫达西 具有较高的束缚水饱和水 较大 孔隙体积法不实用 较大面积 小 断裂可以增加裂隙形成 一般阻碍气的产出，一般先排水 活塞式，可以为置换式 较浅 低 差别较大，400～4000psi 砂岩储层 矿物质 无 外源 圈闭 较低 一般大于5％ 大小不 单孔隙或多孔隙结构 发育或不发育 高低不等 可以为油气动力或阻力 低 可以用孔隙体积法 圈闭以内 大 断裂可以起圈闭 推进气的产出，不需要先排水 置换式 不等 高 产气的动力 17
生产曲线 负下降曲线，产气量先上升，很快达到高峰后缓慢下降 产量 下降曲线 产量 气 年 水 水 压裂 年 低渗透储层才需要压裂，容易产生新的裂缝，处理压力相对较低 一般需要压裂，需要人工造隙，处理压力相对较高
因为页岩较为致密，孔隙度、渗透率都比常规储层岩石低，使得页岩的含气量较低，页岩的含气量变化幅度较大,从0.4m3/t到10m3/t ,一般小于5m3/t。同时由于页岩的孔隙半径小，所以大分子烃饱和度含量较低。 4．页岩气成藏条件与储量丰度关系复杂
我们选取美国正在进行商业性开采的5套页岩层系的成藏条件参数－热成熟度（镜煤反射率Ro）、储层厚度（Thickness）、总有机碳含量（Toc）和页岩气资源特征参数－吸附气含量（Absorbed Gas）、页岩气资源丰度（GIP）作图，进行页岩气的有机地化特征与地质特征比较，发现关系图形状各异（图1－7），五项关键参数之间的关系有出人意料的变化，说明，页岩气成藏条件与储量丰度关系复杂。因为页岩较为致密，孔隙度、渗透率都比常
图1－7 美国五大含气页岩地球化学特征与地质特征对比图
（据Hill和Nelson，2000）
规储层岩石低，使得页岩的含气量较低，页岩的含气量变化幅度较大,从0.4m3/t到10m3/t ,一般小于5m3/t。同时由于页岩的孔隙半径小，所以大分子烃饱和度含量较低。
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美国不同盆地页岩气成藏条件的互补性图(数据选自Curtis ,2002)
页岩气成藏边界条件
广义上的页岩气普遍发育且分布广泛,但要形成具有工业勘探开发价值的页
岩气尚需具备相应的地质条件。结合对美国具有工业勘探开发价值页岩气的统计研究,可对页岩气的形成条件简单作一讨论。按照常规的烃源岩评价指标,有机碳含量( TOC) 0.5 %和成熟度( Ro ) 0.5 %是有效烃源岩的底限边界,但由于页岩气的成藏机理和过程特殊,其中天然气的聚集不需要考虑运移、圈闭等复杂条件。
因此有机碳含量和成熟度等条件不再苛刻。在有机碳含量0. 3 %、有机质成熟度0. 4 %、岩石总孔隙度3 %、净页岩厚度6 m 等条件下亦可分别形成页岩气。在页岩气成藏条件中,尽管某一项地质要素要求条件很低,但其他地质条件的补偿将会使页岩气具有更好的产能。对比分析美国不同盆地的页岩气成藏地质条件发现,各影响因素之间具有不同程度的相互弥补性(图1) 。在圣胡安盆地上白垩统的Lewis 页岩,有机碳含量及其成熟度、吸附气含量等各项主要因素均较好,页岩地层总含气量较高;在密执安盆地泥盆系的Ant rim 页岩,有机质成熟度较低但平均有机碳含量较高,弥补了成熟有机质生气量不足的局限性;在福特沃斯盆地泥盆系的Barnett 页岩,虽然页岩地层厚度有限且孔隙度较小,但有机质含量及成熟度较高,致使地层总含气量较高。进一步,为了使聚集的页岩气具有更好的工业勘探开发价值,还要求聚气的页岩最大埋藏深度小于4 000 m (目前的经济有效深度) 。
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5．页岩气富集带以裂缝发育为特征
裂缝发育在大部分页岩中，以多种成因（压力差、断裂作用、顺层作用等）的网状裂缝系统为特征。在页岩中裂缝、溶蚀页理缝是主要的储集空间。次要储集空间：钙质条带中的溶孔、生物体腔孔、晶间孔、粒间孔等。粒间孔主要是指的砂质及泥质双重孔隙。在钙质泥页岩互层为主的夹薄层砂岩的地层中，具有泥页岩裂缝、层理缝和薄层砂岩孔隙等储集空间。裂缝发育带不但提供了游离态页岩气赋存的空间，而且为页岩气的运移、聚集提供了输导通道，并且对页岩气的开发十分有利。美国页岩气的开发实践证明只有裂缝发育的页岩气藏不需压裂就可以获得工业气流，多数的页岩气藏必须经过压裂才能达到工业产量要求。页岩气虽然具有地层普遍含气性特点，但目前具有工业勘探价值的页岩气藏或甜点主要依赖于页岩地层中具有一定规模的裂缝系统。在美国的大约30000 口钻井中，钻遇具有自然工业产能的裂缝性甜点的井数只有大约10 %，表明裂缝系统是提高页岩气钻井工业产能的重要影响因素。除了页岩地层中的自生裂缝系统以外,构造裂缝系统的规模性发育为页岩含气丰度的提高提供了条件保证。因此,构造转折带、地应力相对集中带以及褶皱—断裂发育带通常是页岩气富集的重要场所。
6．页岩气由生物成因气和热成因气组成
前面已述，页岩气可以分为：生物成因气和热成因气，两种成因的页岩气可以同时存在于页岩气藏中，但由于成藏条件的不同，表现出不同的主导地位。随不同时期条件的改变，两者的含量比例可以发生相互的转变。 7．页岩气藏具有异常高压特征
常规储层由于其孔隙度大，渗透率高，对压力的传导有利，是一个相对开放的压力系统，因此压力系统与地层压力接近。对较厚页岩储层孔隙度小、渗透率低，是一个相对封闭的压力系统，由于欠压实作用和天然气量的增多、生气膨胀力等作用容易形成高
压异常带，平均压力梯度在0.343psi/ft。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。因此页岩气藏可为高异常、正常或低异常压力特征（据张金川等，2003）。从美国已发现页岩气的统计规律来看,页岩气藏既有高异常地层压力,也有低异常地层压力。产生理论分析与统计结果不相符合的主要原因在于构造的抬升或沉降运动,由于页岩气储层为致密的地层所构成,其间的孔隙地层水无法进行有效的流动,因此地层压力的封闭性相对较强。当已经成藏的页岩气发生相对的构造抬升或沉降运动时,原始的页岩气藏地层压力得到了一定程度的滞留,从而产生了更高或相对降低的异常地
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