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页岩气评价

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页岩 评价
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页岩气1 界页岩气资源据不完全统计, 0 12超过全球常规天然气资源量( 0 12, 主要分布在北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联(表1)。美国是目前探明页岩气资源最多的国家, 现已探明近30个页岩气盆地, 其中7 10 1210 12中国页岩气资源比较丰富, 经初步估算, 主要盆地和地区的页岩气资源量约为15×10 12 ~ 30×10120 12岩气勘探开发现状北美是全球目前唯一实现页岩气商业化开采的地区。美国页岩气开采最早可追溯到1821年,但当时由于产量较小没有得到重视, 直到20世纪80年代中期, 由于水平钻完井技术和水力压裂技术的进步, 使得页岩气的生产进入大规模发展阶段。截至2008年底, 美国已完钻页岩气井约42 000口,产量首次超过煤层气, 达到507×10 8占美国天然气总产量的10% , 预计2015年页岩气产量可达2 800 ×108能较高的有 A 分别位于盆地、国东北部地区、俄克拉荷马州中南部、拿大紧随美国之后开展了页岩气方面的勘探和开发试验。据加拿大非常规天然气协会( 步估计, 0 12主要分布于西南部的区, 东南部地区也有少量分布。为 , 西部(包括罗系及古生界页岩和东南部的泥盆系页岩具有开发潜力。近年来在加拿大东部究表明, 10 8可以和美国著名的除此以外, 还在岩下面发现了一套厚达1500~ 2 000 0 8是岩的2倍多, 显示了该区良好的页岩气勘探前景。据不完全统计, 加拿大现有页岩气钻井60余口, 年产量约31× 10 8a。北美地区页岩气勘探的巨大成功, 引起了世界各国的广泛关注, 德国、匈牙利、波兰、瑞士、英国、澳大利亚以及印度等国也纷纷开展页岩气的勘探与开发试验。中国自2004年起, 由国土资源部油气资源战略研究中心与中国地质大学(北京)合作开展了页岩气资源的研究工作。通过对比湖南、四川等8省市成藏条件后, 认为重庆市渝南和东南地区广泛分布下寒武统、下志留统、中二叠统3套地层, 许多地区有形成大规模页岩气的可能。自2005年起, 中国石油( 开展了页岩气方面的研究工作, 一是通过对以往资料的分析, 证实了页岩气确实在国内广泛存在, 二是加强与国外的合作。如2007年10月中国石油天然气集团公司与美国新田石油公司签署了/ 威远地区页岩气联合研究0协议, 2009年11月与壳牌公司签订/四川盆地富顺) 永川区块页岩气联合评价协议0。值得一提的是, 2008年11月由中国石油勘探开发研究院设计实施的中国首口页岩气取心浅井在四川宜宾顺利完钻, 设计200m 的井深取心154 m, 并进行了大量的分析测试。中国石化近年来也已设立页岩气专题研究组,并在全国范围内开展了页岩气藏潜力评价及有利地区优选工作。中国海油( 也于2010年成立了专门的页岩气专题研究组, 主要从事南方地区页岩气藏潜力评价和区带优选工作。2009年8月17日, 中国首个页岩气开发项目在重庆綦江启动, 标志着中国正式开始了新型能源页岩气的勘探与开发。2009年8月27日, 中国研究人员在重庆市境内的北部县区(秦岭褶皱带南端)肉眼观察并发现了页岩气的直接存在。2 页岩气特点页岩气与深盆气、煤层气一样都属于“持续式”聚集的非常规天然气。所谓页岩气( 系指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙, 使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因和热解成因天然气。页岩气系统具有典型的自生自储特性。2. 1 页岩产气机理与赋存形式天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离, 具有与煤层气大致相同的机理过程。如图2所示, 通过生物作用或热成熟作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要, 此时所形成的页岩气主要以吸附状态赋存于页岩内部。当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时, 富裕的页岩气解吸进入基质孔隙。随着天然气的大量生成, 页岩内压力升高, 出现造隙及排出, 游离状天然气进入页岩裂缝中并聚积。图2 裂缝页岩气生成模式( 据李明潮 ,1996, 有修改)页岩岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩和高碳泥页岩类, 岩石组成一般包括30%~ 50% 的粘土矿物、15% ~ 25% 的粉砂质( 石英颗粒) 和4%~ 30% 的有机质。正是由于页岩具有这样的特性, 所以页岩中的天然气具有多种存在方式,主要包括了2 种形式, 即游离态( 大量存在于页岩孔隙和裂缝中) 和吸附态( 大量存在于粘土矿物、有机质、干酪根颗粒及孔隙表面上) , 其中吸附态存在的天然气占天然气赋存总量的20% ( 到85%( 2. 2 页岩气成因前人对美国5 大页岩气盆地页岩气的成因研究表明, 页岩气可以通过以下2 种途径演变而来。第1 种途径: 热裂解成因气。页岩中热成因气的形成有 3 个途径( 图3) :① 干酪根分解成气体和沥青; ② 沥青分解成油和气体( 步骤1 和步骤2 为初次裂解) ; ③油分解成气体、高含碳量的焦炭或者沥青残余物( 二次裂解) 。最后一个步骤主要取决于系统中油的残余量和储层的吸附作用。美国地的岩气就是通过来源于干酪根热降解和残余油的二次裂解 , 主要以残余油的二次裂解为主, 正因为如此, 使得岩气具有较大资源潜力。第2 种途径: 生物成因气。一般指页岩在成岩的生物化学阶段直接由细菌降解而成的气体, 也有气藏经后期改造而成的生物气。如美国密歇根盆地的岩气是干酪根成熟过程中所产生的热降解气和产甲烷菌新陈代谢活动中所产生的生物成因气, 以后者为主。其原因可能是发育良好的裂缝系统不仅使天然气和携带大量细菌的原始地层水进入岩内, 而且来自上覆更新统冰川漂移物中含水层的大气降水也同时侵入, 有利于细菌甲烷的形成 。图3 t 页岩热成因气形成途径示意2. 3 页岩气生产一般来说, 页岩气井产量少, 压力低。页岩气井具有很长的生产寿命, 主要有2 种原因:① 解吸气。这种气体能在压力下降时释放出来 ; ② 天然气主要来自其他层段, 这些层段靠页岩中垂直裂缝网络与主要层段相连通。页岩气井的产气量一开始( 前5a) 较高, 主要是由于井眼瞬间连通的裂缝网络内游离气体和连通孔隙内的气体容易进入井眼造成的。但随之缓慢减至一低水平, 并维持10~ 30 a 不变,所产气主要是来自页岩基质扩散和解析出的气体。3 页岩气形成条件分析3. 1 沉积环境较快的沉积条件和封闭性较好的还原环境是黑色页岩形成的重要条件。沉积速率较快可以使得富含有机质页岩在被氧化破坏之前能够大量沉积下来, 而水体缺氧可以抑制微生物的活动性, 减小其对有机质的破坏作用。如t Wo 地富有机质黑色页岩沉积于深水( 120~ 215 m) 前陆盆地, 具有低于风暴浪基面和低氧带( 的缺氧) 厌氧特征, 与开放海沟通有限。3. 2 有效厚度众所周知, 广泛分布的泥页岩是形成页岩气的重要条件。同时, 沉积有效厚度是保证足够的有机质及充足的储集空间的前提条件, 页岩的厚度越大,页岩的封盖能力越强, 有利于气体的保存, 从而有利于页岩气成藏 。美国5 91. 44 m, 其中产气量较高的t 页岩和岩的平均厚度在 30. 48 . 3 总有机碳含量( T 有机碳含量是烃源岩丰度评价的重要指标,也是衡量生烃强度和生烃量的重要参数。有机碳含量随岩性变化而变化, 对于富含粘土的泥页岩来说,由于吸附量很大, 有机碳含量最高, 因此, 泥页岩作为潜力源岩的有机含量下限值就愈高, 而当烃源岩的有机质类型愈好, 热演化程度高时, 相应的有机碳含量下限值就低。对泥质油源岩中有机碳含量的下限标准, 目前国内外的看法基本一致, 为0. 4% ~0. 6% , 而泥质气源岩有机碳含量的下限标准则有所不同。大量研究结果表明, 气态烃分子小, 在水中的溶解能力强, 易于运移, 气源岩有机碳含量的下限标准要比油源岩低得多。美国5 大页岩气系统页岩总有机碳含量较高, 分布范围大( 0. 5% ~ 25%) , 可分为2 类, 岩和A 岩的T 一般分布于0. 3%~ 25% 之间; 而岩、t 页岩和 岩的量在0. 45%~ 4. 7% 之间。3. 4 干酪根类型和成熟度众所周知, 在不同的沉积环境中, 由不同来源有机质形成的干酪根, 其组成有明显的差别, 其性质和生油气潜能也有很大差别。因此, 研究干酪根的类型( 性质) 是油气地球化学的一项重要内容, 也是评价干酪根生油、生气潜力的基础。干酪根类型是衡量有机质产烃能力的参数, 不同类型的干酪根同时也决定了产物以油为主还是以气为主。一般来说,Ñ 型干酪根和Ò型干酪根以生油为主, Ó型干酪根则以生气为主。纵观美国页岩气盆地的页岩干酪根类型 , 主要以Ñ型干酪根与Ò型干酪根为主, 也有部分Ó型干酪根, 而且不同干酪根类型的页岩都生成了数量可观的气, 有理由相信, 干酪根类型并不是决定产气量的关键因素。沉积岩石中分散有机质的丰度和成烃母质类型是油气生成的物质基础, 而有机质的成熟度则是油气生成的关键。干酪根只有达到一定的成熟度才能开始大量生烃和排烃。不同类型的干酪根在热演化的不同阶段生烃量也不同。在低熟阶段( 0. 4% ~0. 6%) , 有机质就可以向烃类转变。美国5 大页岩盆地页岩的热成熟度分布范围在0. 4%~ 2. 0% 之间,可见在有机质生烃的整个过程都有页岩气的生成。随着成熟度的增加, 早期所生成的原油开始裂解成气。美国t 页岩之所以含气量大, 主要源于生烃体积( 有机质丰度、生烃潜力和页岩厚度引起的结果) , 成熟度以及部分液态烃持续裂解生气。成熟度越低的岩区, 其气体产量就越低, 这可能是因为生气少, 残留烃的流动阻塞孔隙的缘故。许多高熟的岩区干酪根和油的裂解使生气量大幅提高, 导致页岩气井气体流量大。因此, 成熟度是评价高流量页岩气相似性的关键地球化学参数。4 页岩气成藏影响因素4. 1 孔隙度在常规储层中, 孔隙度是描述储层特性的一个重要方面。页岩储层也是如此。作为储层, 页岩多显示出较低的孔隙度( < 10%) , 当然也可以有很大的孔隙度 , 且在这些孔隙里储存大量的游离气, 即使在较老的岩层, 游离气也可以充填孔隙的50% 。游离气含量与孔隙体积的大小密切联系。一般来说,孔隙体积越大, 所含的游离气量就越大。如图4a 所示, 含气饱和度为 0. 5% 的孔隙仅有接近5%的气体总体积, 而孔隙度为4. 2% 的游离气充填量达到气体总体积的50%( 图4b) 。图4 孔隙度对游离气含量的影响4. 2 裂缝发育页岩的矿物成分较复杂, 石英含量高, 且多呈粘土粒级, 常以纹层形式出现, 而有机质、石英含量都很高的页岩脆性较强, 容易在外力作用下形成天然裂缝和诱导裂缝, 有利于天然气渗流, 说明岩性、岩石矿物成分是控制裂缝发育程度的主要内在因素。由于页岩具有低孔隙度低渗透率的特性, 产气量不高, 而那些开放的矩形天然裂缝弥补了这一不足, 大大提高了页岩气产量。裂缝改善了泥页岩的渗流能力, 裂缝既是储集空间, 也是渗流通道, 是页岩气从基质孔隙流入井底的必要途径。并不是所有优质烃源岩都能够形成具有经济开采价值的裂缝性油气藏, 只有那些低泊松比、高弹性模量、富含有机质的脆性页岩才是页岩气资源的首要勘探目标。4. 3 有机碳含量在裂缝性页岩气系统中, 页岩对气的吸附能力与页岩的总有机碳含量之间存在线性关系。如图5a 所示, 地的 岩和地的岩的量与气体的含量存在着明显的正相关性。在相同压力下, 总有机碳含量较高的页岩比其含量较低的页岩的甲烷吸附量明显要高( 图5b) 。页岩气除了被有机质表面所吸附之外, 还可以吸附在粘土的表面( 干燥) 。在有机碳含量接近和压力相同的情况下, 粘土含量高的页岩所吸附的气体量要比粘土含量低的页岩高。而且随着压力的增大, 差距也随之增大( 图5c) 。图5 有机碳、粘土矿物、地层压力对含气量的影响4. 4 地层压力地层压力也是影响页岩气产量的因素之一。研究表明, 地层压力与吸附气有着正相关性, 地层压力越大, 页岩的吸附能力就越大, 吸附气的含量也就越高。游离气含量也会随着压力的增加而增加, 两者基本上呈线性关系( 图4d) 。值得注意的是, 压力在6. 89前, 吸附气含量随压力增加的幅度很明显, 而在其之后, 增加的幅度不太明显, 类似于常规的致密气藏。当然, 不同地区由于有机质含量和周围围岩封存能力的不同, 压力梯度也会产生差异。
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