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页岩气的形成与开发

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页岩 形成 开发
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天然气工监页岩气的形成与开发*张林晔 李政 朱日房中国石化胜利油田有限公司地质科学研究院张赫晔等。页岩气的形成与开发.天然气工业,2009,29(1):124—128.摘 要 以自给系统为特征的页岩气藏的勘探开发在北美获得了巨大成功,拓宽了天然气勘探的空问。页岩气形成的成熟度较宽,在贸岩演化的各个阶段均发现了贾者气藏,处于高演亿阶段静页者成藏薛毵模篾夫。嚣磐中骞撬碳含量、凑楹矮类燕,矿物缝残、我蒎含本繁、可诱导波裂缝发毒寒发等均与页岩气的产毙密切媚关。岩气地质储量评价方法的进步、针对页岩储层的有效压裂方式和水平井钻井技术的应用在页岩气的有效开发中起着篾键作用。奖键词 贾岩气 有机质 矿物组成 袋缝 压袋技术 水平井钻井0.3787/].000—0976。2009.01。0360引言 1 页岩气形成的纂本地震条件页岩气是指以吸附、游离或溶解状态赋存于泥页岩中的天然气,它与常规天然气藏最显著的区别怒:它是一个自给的系统。页署既是气源者,又是储鼷和封盖缮雎j。1976年美国髋源部启动了东部页岩气顼疆,对页岩气地震、地球化学和石油工程齐始遴符系统研究,分别发现T 质资源量达14×1012~22×10”术可采储量0.88×10”~2.15×10姑截止到2002年,在美国按照年产照排名的最大12个气田中,有4个气田的产层为页糟。×108 成为美国第二大气田∞]。美霞页岩气勘探的巨大成功.极大地鼓舞了在{:逢界范瓣内类敲的页岩层序孛寻找天然气资源豹勘探热情。页岩气像戈一种非常规含气系统在国内壤逐步受到关注[4’7]。1.1页岩气的热成熟度据岩气形成熬成熬度蓬鼷较宽,既有生物气、来熟一低熟气、热织气,又有原油、沥青裂鳃气。但美国最大的页岩气田为它已避人生气窗口J。愿因在于生羟量大、热戚熬瘦高以及莠荦像整熬部分液态烃裂解生藏了天然气。在井的产量也较低,而许多高成熟度的}{。>大予l。l%[。]。总的来看,页岩层在各个演化阶段都有气体的保存,但演化程度高,更具有开采价值。1.2有机组分与页岩产气潜力的关系通过镜下对页岩中有机显徽组分的观察发现,页岩中的有税质富畿显徽组分丰富。100%,文受翔国家自然科学基金(项舀编号:40673041)的资勖。{聿者篱奔:张林辫,女,1955年生,教授缀高级工程耀;从事演气姥球化学研究工作。地址:(257015)出零省东营市胜剃油踞她璜科学硬究院。电话:(0546)8715487。E—63。24·万方数据第29卷第然气王韭质,扶瑟使凌褪质大量富爨。翔拿大攥邦盆地傣罗系总体来器,夏餐麴鸯机显微组分以腐泥型一混合型为主。多数盆缝研究发现鬣岩中翁撬碳的含量(页岩产气率之间有良好的线性关系[11|,并把困有两方面:箕~一裔于页射气透移距离短,含气面积常常与页岩的分布面积襁当;如气潜力大,由于运移不出去,其单位面积页岩的含气率也高。其二融于有机质禽有大拦微孔隙,它对气体有较强的吸|时烃类气体在无定形和无结构基质沥青质体中的溶鳃作用也对增加气体的吸附能力作出了贡献。机碳与甲烷吸附能力具有一定关系(圈1),但是相关系数较低(冀。一0.39),见图2。他认为在这个地区影响有机碳与吸附气量关系戆逐舂其他因素[1…。圈1 K 007年)图2在6 有机碳含量的关系图(据j K 007年)1.3无撬终分与凝岩产气率戆关系。由予求占据了孔隙空间,减少了烃类气体的吸附位置,尽管在含水量穰气俸啜隆能力之凝没套一个确定酶关系,谨燕耀对于具有较低含水量的样品,含水擞高的页岩气体吸融能力低(觅溺3)。图3吸附气量、鸯帆碳与含水量墨维关系慝(据 K 007年)页岩中的无机矿物成分主要是黏土、石荚、方解石,其相对组成的变化影响了烫岩的岩石力学性质、孔隙结构和对气体的吸附能力。黏土矿物与石英和方解石相比,由予翦者有较多的微魏隙和较大的裘面积,因此对气量有较强的吸附能力,但是当水饱和的情况下,对气体的吸附能力要大大降低。石英禽量的增加将提离岩石的脆饿。原因在于它的脆性及其对增产措施的良好#趣皮,这秘赡性与矿物成分意美石英和碳酸盐矿物含量的增黧,将降低页岩黪孔藏,使游离气懿储集空阚减少,特别是方解石在埋藏过程的胶结作用,将进一步减少狂隙,缀魏对廷岩气储层的评价,宓须在黏±矿物、含水、石英、碳酸盐食量之间寻找一种平衡。内予页岩籀对孔隙度和渗透率较低,露拳离气+吸附气)与易压裂性的甄配关系,因既,必须对页岩的无视矿物缀成稻成岩作用开展更宽范围和更深入的研究工作。1.4天然和诱等裂缝与页岩气产能的关系岩的渗透率很低(觅表1),只有存在天然裂缝网络才能增加页岩极低豁基质渗透率[2】。的】25·万方数据天然气工业 2009年1月袭l 5套甏麓气系统熬壤疆、遮藏纯鬻褪糖晷参数袭勘探并发斡策略都是测试断层附近的们认为猩断层附近,天然裂缝的密度离,地层的渗透性也高,的确如诧,藿霆这些裂缝统统皴胶结携(透鬻是方瓣石>骜堵。在质学家和工程师· 126·兹了2~3 所以无关紧要,是因为不存在开腐的天然裂缝,这并不是说镅瓣数量还是跑较多豹,只是因胶结而被瓣堵。胶结而封闭的裂缝是力学上的薄弱环节,它增加了雁裂处理的有效性。困此健认为,扩散作用和岩石破裂能力的共月作用是是一个能够压裂的页岩接带口“。2 田生产历史。该气鼙尾美蓠第二大气妥,受到世赛鹣广泛关注。从图中可以看出,在1999年,该气田产量大幅度增长,为什么天然气的产量在开采了17 嚣蠢舞令:其一是久翻发现实际的天然气地质储量是以前估计的4倍,其万方数据第2§卷簿1期 天然气工婆戮4 鞠产量馥线曩(数据截歪2005年9露)(数掇来自005年)注:不麓颜龟表示程不霹攀徐宠壤气势鹣产量二是水力压裂技术在这个成藏滕带得剁了成功应用(压裂液为水、降阻剂、系菌剂、防垢剂和低含量支撑剂)。大大降低了生产成零。在20世纪80簪{毪以裁,魇,懿擦主要集巾程寞夕法趸耍系豹褡羼岩耱羰酸盐麓等索篾镶鼷,|趁T 其是雪舅麓公弼在煤层甲烷气评价技术的基确上,在该区送行罐解吸和吸附等温线的研究工作,羹新评估了该区的天然气地质储量口…,坚定了始的气井产墓大多数不其蠢经济价值,在1981~1990每裳蘑仅完锚T 100蜀井,该公霹将主饕静精力集中在如{鼍受骜效逮在及鲡蔼提高果收率。戮承纂液压裂代替了凝黢添裂,在袋用承蒸压裂滚技零震,对该气妥较老酶蓑是1990年底以前完成的气并)鬣新实施了增产措施。因此极大地提高了采收率,增幅有时吲达2倍或更高,在很多情况下对老并重新采取增产措施可使产燕超避初始产量,增产措施在熟魃不舆经济侩值酶井也获褥了成功。嚣前掰有盼麓都要进行镧行翁霉耨懿攥,多捩燕耨完荠的情漫瞧缀善邃。扶2002年开始,鲶链探实验水平势。这些并都获褥了裰大藏秘,这鼹捷永平辩技术游广泛磁用,使网4)。同时他们开始实验一种新的称为“铬井攒式,鄹镳探2强承乎著,翔麓05 m,并且淹时聪裂弱溺并H“。蠢气作为一秭非常规气藏是客观存在静,蒸麓套合瑷地开发利用,很大程度上取决于技术的进步:一方酾评价技术的发展使人们更加了解,从丽对予页岩气的地质储曩的评传夔客戏,男一方瓣镄羚技求戆逐步在秀蘩对燹瓣酌鞲鼷姆镪袋取疆震稳键舅:方式在该嚣获褥蹇磐熬效暴。3结论数敝辩、游离穰溶耨获态赋存子溺凝瓣巾熬灭然气与常规天然气相比,其气藏的特点熬页岩既怒源岩,又魁储层和封盖层。美国页岩气勘探的巨大成功,大大地拓宽了天然气勘探的空间。勘探目标的选撵不仅仅商限在常规懿砂爨积碳酸盐地层,强泥页岩缝爆中趣鼹瑗蛰气蠢撬戏嚣来源静类多,静凑生物气、来熟~僬熟气、热辩气,又有原涵、沥青裂熬气。夏岩演诧稻餐令除段均有霹嚣形或具备商邋徐德鹃叛爱气藏。绲离演识狳袋夏岩气藏黪艇攘舞大。强蘸发现的舆裔商簸价值的页岩气藏有枧质类懋暇I~岩中翁机质丰度与页澍气产能之间有潜良好的线性关系。假是页岩孔隙中的含水最和矿物组成的变化会影响这静线性关系。页岩中的秽‘物成分黻黏±、石葵、方解石为主,其糯对组蠛的嶷谯影螭岩石力学髅震、魏隙结构翻对气体绞暇辫熊力。天然稳诱餐裂缝与褒岩气产麓美琴磷究发现,天然开痿懿裂缝在贾豢中并不常觅,蘸蠢驳缀蕊封堵懿裂缝,愁力攀上翡薄弱蒂,容易在愿装书破裂,憩够鼹裂豹焱岩带考怒页岩成藏带成秘褚豢天然气瓣关键。岩气地质储量评价方法的进步、针对页岩储层采取的有效压裂方式和钻井拨术的进步在成功开采考文献[i]j H, j,et il of ].007,91(《)f 445—473.[2] B. J].002,86(11):1921 1938.·】27·万方数据天然气工业 2009年1月[3]餮 P。in a—].007,91(4):551—578。[4]戴金基。我篷天然气资源及其靛豢[J].天然气_999,19(1):353张金川,薛会,张德明,等.页岩气及其成藏机理[J].现代这覆,2003,17(4);4666]张金川,念之钧,袁明嫩.页岩气成藏机理和分布[J].天然气工业,2004,24(7):15—18.[73张金川,狳波,聂毒宽,等.中国天然气勘探的两个重要领域天然气工盟,2007,27(11):l 8] J, J H, R,et as ].007,91(4):475g] j H,, K,et ].007,91(4):501~521.[10] K of 006,54(4):337—365.[1 1]I of in 004.[123 j K po—of ].007,55(1):5113] A。of ].003,42(6):114] R, W。in B/ht—tp:15] A.].007,55(1):523163 of as a ].007,55(1):399—403.(修改回稿瞄期 2008—11~05编辑 罗冬梅)忐端吨盎吨#^笋争穹电岛吨矗吨蓐吨端吣塌缸墒£登专苗峙篇峙矗N蟛^g≈乱#每堪省吣塌吣舞吧塌孰国石化天然气脱硫技术研发进入应用阶段中国石油化工集团公司重点科技攻关项目“橇袋式超重力气体脱硫成套技术的开发内研究”和“河口15×10t m3/嚣家建议,罨捩嚣矮滗强04 m3/行工业试验。这标志蒋此项天然气脱硫技术已由科学实验阶段进入规模推广应用阶段。该硬髫姨凌蟪将据有申嚣石纯自主知识产毅的必然气超重力残藏技术波髑手矿场天然气驻骧,填枣}了空自,为今后大规模脱硫装嚣设计提供了蒸确参数。开发研籁出静天然气超重力脱硫技术穰橇装式成套脱硫装置,麓够离效脱除濑潞矿场律生气中的硫化氢,并将硫化氢直接转化成硫磺,无二次污染,不产生有害副产物。脱硫溶液通过空气躐化再生可熏复循环使用,实现了脱硫设备的小型忧、高效化、橇装化,并形成了适合矿场油田天然气脱硫的高效、经济、环保和具有自主知识产权的篪豌工艺。·128·(谭蓉蓉摘编自《中国石化报》)万方数据页岩气的形成与开发作者: 张林晔, 李政, 朱日房, 中国石化胜利油田有限公司地质科学研究院刊名: 天然气工业英文刊名: (期): 2009,29(1)被引用次数: 2次参考文献(16条) il of 007(04) B 002(11) P of in a 007(04)国天然气资源及其前景[期刊论文]999(01)岩气及其成藏机理[期刊论文]003(04)岩气成藏机理和分布[期刊论文]004(07)国天然气勘探的两个重要领域[期刊论文]007(11) R as 007(04) K of 007(04) K of 006(04) of in K of 007(01) A of 003(06) W in A 007(01) of as a 1)相似文献(10条)国富含有机质泥页岩发育特点与页岩气战略选区 9(12)我国页岩气勘探才刚刚起步,国含油气盆地类型多、盆地结构复杂,据形成环境将富含有机质泥页岩划分为海相厚层富含有机质泥页岩、海陆交互相及陆相煤系地层富含有机质泥页岩、湖相富含有机质泥页岩这3种类型,海相厚层富含有机质页岩是我国近期页岩气勘探的首选;②海陆交互相及陆相煤系地层富含有机质泥页岩单层厚度较薄,但与致密砂岩气和煤层气有共生条件,发展页岩气与致密砂岩气等多类型天然气资源多层合采技术具有十分现实的意义;③湖相富含有机质泥页岩成岩程度普遍不高,需要进一步优选岩石强度较大、国页岩气富集类型及资源特点 9(12)根据页岩气聚集的机理条件和中、美页岩气地质条件的相似性对比结果认为:中国页岩气富集地质条件优越,有机质热演化程度及高后期改造程度等"三高"特点,页岩气具有海陆相共存、中国的页岩气富集模式划分为南方型、北方型及西北型等3种,分别具有以下特点:①以扬子地台为核心的南方型页岩气聚集条件有利并以改造较为严重的海相古生界海相页岩聚气为主,具有单层厚度大、发育层位多、分布面积广、热演化程度高、后期改造强等特点;②以华北地台为主体的北方型页岩气具有古积迁移特征明显、薄互层变化频率高、沉积相带分隔明显等特点;③以塔里木地台为基础的西北型页岩气储层以中积类型多、有机碳丰度高、国页岩气可采资源量约为26×10~(12) m~3,大致与美国的28×10~(12) m~岩气的主要成藏要素与气储改造 4(3)含气页岩通常既可以作为烃源岩,岩气的产量与其总有机碳含量(有机质的成熟度(有效厚度密切相关;页岩作为储层,它有着低的孔隙度和渗透率,体主要是以吸附方式吸附在有机质和黏土颗粒的表面,布特征等,川盆地下志留统龙马溪组页岩气成藏条件及有利地区分析 1(2)套页岩在盆地内分布广泛,厚度大,有机质含量高,有机质类型好,热演化程度高,生气潜力大;作为储层,页岩中孔隙和裂缝发育,为页岩气提供了充足的储集空间,并且等温吸附实验也表明,页岩具有较强的气体吸附能力;由于页岩的致密性及抗构造破坏性,机碳含量、热演化程度和生烃强度等信息,扬子地区下寒武统页岩气资源潜力 4(3)上扬子地区下寒武统普遍发育黑色泥页岩,这套黑色泥页岩是早寒武世早期全球性海平面上升时,在上扬子地区形成区域性深水滞留缺氧的陆棚到斜坡环境沉积的,其岩性为黑色碳质页岩、黑色硅质页岩、高达到12%,在剖面上有机碳含量由下向上逐渐减小,东国上扬子区下古生界页岩气形成条件及特征 1(3)从露头、钻井、岩心等资料出发,以沉积、地球化学、储层及含气性等为重点,对上扬子区下寒武统筇竹组和下志留统龙马溪组页岩气形成的地质条件与特征进行了初步探索,指出上扬子区早古生代的浅海马溪组富有机质黑色页岩的发育与分布,深水陆棚沉积中心黑色页岩厚度最大;黑色页岩有机碳含量(遍较高,平面上富有机碳黑色页岩(%)与深水陆棚相分布一致,纵向上富有机碳黑色页岩集中发育在各组的中下部续厚度约30~50 m,有机碳含量在4%以上;黑色页岩脆性矿物丰富、含量大,粘土矿物单一、无蒙脱石,与美国产气页岩相似;基质孔隙、微裂缝发育,成丝状、网状及蜂窝状分布,岩心实测孔隙度为2%~16%,具有较好的孔、渗能力;黑色页岩钻井气显示活跃,岩心含气量在最低工业开发含气门限之上,等温吸附模拟甲烷吸附能力强,国上扬子区下古生界筇竹寺组、龙马溪组具有优越的页岩气形成地质条件,岩气成藏条件及我国黔南坳陷页岩气勘探前景浅析 4(3)页岩气具有自身的成藏机理,需要特殊的地质条件,其成藏主要受控于页泥岩厚度、面积、总有机碳含量、有机质成熟度、矿物岩石成分,寒武统、中寒武统、为该地区具有页岩气成藏的基本条件,其中下寒武统(∈1)黑色高碳质页岩系和二叠系吴家坪组(泥岩分布面积广泛,厚度大,有机质含量和热演化程度高,并且含有较多的硅质成分,川盆地页岩气成藏地质条件 8(2)与传统上的"泥页岩裂缝气"并不完全相同,成了与美国典型页岩气盆地相似的构造演化特点和地质条件,其中的古生界页岩不仅是盆地内常规气藏的烃源岩,而且还是页岩气成藏及勘探的主要对象,川盆地非常规天然气具有两分格局,东南部以页岩气为主而西北部以根缘气为主,括川西南)古生界生气页岩发育厚度大、有机质含量高、埋藏深度小,下寒武统和下志留统具有良好的页岩气成藏及勘探地质条件;川中地区同时发育中、古生界烃源岩,上三叠统、下志留统和下寒武统可作为页岩气勘探的有利层位;川西中生界泥/页岩常与致密砂岩形成频繁互层并产生具有砂岩底部含气特点的根缘气,整体上存在着页岩气发育和勘探的远景条件,局部埋藏相对较浅的高碳泥/岩气藏形成机理与富集规律初探 "(5)我国存在大量富含有机质页岩地层,讨页岩气藏形成机理与富集规律,岩气藏是一种区域性连续聚集型非常规天然气藏;页岩具有一定厚度、有机质含量丰富、处于生气窗演化阶段以上、天然裂缝发育、位于构造低部位或盆地中心等是页岩气藏形成的主要条件;自生自储、不间断供气与连续聚集、未经运移或极短距离运移等是页岩气藏形成机理的重要特征;页岩有效厚度、有机碳含量、川省兴文县志留系龙马溪组页岩有机质特征 0(1)为更好地评估四川盆地页岩气资源,结合野外调查和样品实验,研究了四川省兴文县地区志留系龙马溪组页(泥)究区内出露的志留系龙马溪组岩层以黑色泥岩为主,m,泥岩中残余有机碳丰度在地层中由底部至上部呈逐渐减少的趋势;有机质主要来自志留纪的海相笔石群,其丰度属于较好型为Ⅰ型(腐泥型)条)川盆地下古生界存在页岩气的地球化学依据[期刊论文]009(5)川盆地下古生界页岩气藏形成条件与勘探前景[期刊论文]009(5)本文链接::中原油田采油院(授权号:32010年11月17日
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