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页岩气储量评价方法_葛楠

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页岩 储量 评价 方法 葛楠
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山西科技 015 年 第 30 卷 第 1 期a B( U of in in a B of of in J] 2013, 28( 2): 1-4.[ 4] 张风举,张华海,赵长胜,等 M] 炭工业出版社, 1999.(责任编辑:张红英)────────────────第一作者简介:卢星星,男, 1983 年生, 2009 年毕业于太原理工大学阳泉学院,助理工程师,同煤集团地质勘测处测量公司,山西省大同市矿区, 页岩气储量丰富,全球页岩气资源量达 456×1012术可采资源量为 187×1012国页岩气资源已得到成功的商业开发,并且已成为其主流能源,这表示世界能源格局将可能发生改变 。据美国能源信息署( 布的数据,我国页岩气技术可采资源量为 012世界第一位 。随着国内油气供需矛盾日益加剧,开采非常规油气资源已经迫在眉睫 。目前,我国对于丰富的页岩气资源的勘探开发尚处于初始阶段,相对于常规天然气藏,页岩气藏独特的地质特征与成藏模式,导致其评价方法也具有一定的特殊性,不同的技术手段和计算方法估算的页岩气储量不同,因此,必须对页岩气资源评价技术和方法进行深入研究 。1 岩气储层特征( 1)页岩既是源岩,又是储集层,所以页岩气为典型的 “自生自储 ”式气藏[ 1],生气层 、储集层 、盖层均为其本身 。( 2)页岩气储层物性特征为低孔 、特低渗 。储层孔隙度一般小于 10%,含气的有效孔隙度一般只有 1%~5%[ 2]。其基质渗透率极低,一般小于 1×10-33]。( 3)页岩储层面积大 、范围广,常呈区域性 、连续性分布 。其埋藏范围从 200 m(最浅仅为 8.2 m)到 3 000 m 都存在页岩气藏[ 4]。( 4)页岩气以吸附态和游离态赋存方式为主,极少为溶解态,其中吸附气比例约为 20%~85%之间,溶解气比例一般不超过10%。( 5)页岩气成因类型包括生物成因 、热成因以及两者的混合成因,其中热成因为页岩气主要成因类型[ 5]。岩气藏的开采特征( 1)含气面积广,资源潜力巨大 。据我国国土资源部发布的调查评价结果,我国页岩气资源丰富 ,陆域页岩气地质资源潜力为 亿 于规模勘探开发 。文章编号: 1004-6429( 2015) 01-0069稿日期: 2014-11-01页岩气储量评价方法葛 楠(山西省国新能源发展集团有限公司,山西太原, 030006)摘 要:页岩气储量评价方法不同于常规油气资源评价方法 。概述了页岩储层的地质特征和开采特征,根据其特殊性,提出了页岩气资源评价的关键参数,包括总有机碳含量 、有机质成熟度 、渗透率 、孔隙度 、含水饱和度和页岩含气量等,基于现阶段我国页岩气勘探开发现状,针对页岩气的聚集机理和特点,推荐采用概率体积法为主 、类比法和统计法为辅的方法对页岩气资源进行评价 。关键词:页岩气;储量评价;储层特征;含气量中图分类号: 献标识码: 62468总有机碳含量 /%y=x+y=x+◆ ▲ 吸附气含量总气体含量气体含量/(图 1 总有机含碳量与气体含量关系表 2 页岩气开发关键参数下限参数 最低值总有机含碳量 /% >2含水饱和度 /% <45渗透率 /100孔隙度 /% >4成熟度 /%>于干气窗( 2)低产(一般无自然产能) 。页岩气藏的储层一般呈低孔 、低渗透率的物性特征,气流的阻力比常规天然气大,常规天然气采收率大于 60%,而页岩气仅能达到 5%~60%。( 3)页岩气井开采寿命长,生产周期长 。页岩气在泥页岩地层中主要以游离态和吸附态存在 。游离态天然气由于其渗流速度快,所以开采初期高产 ,但产量下降也快;而吸附态天然气虽然产量相对较低,但其解析 、扩散速度慢 ,所以生产周期长,为页岩气井的稳产期[ 6]。( 4)采收率变化较大 。页岩气采收率范围大致在 5%~60%。据美国页岩气资源开发经验证实:地层压力低 、埋藏较浅 、吸附气含量与有机碳含量低的页岩气藏采收率较高;地层压力高 、埋藏较深 、吸附气含量高的页岩气藏采收率则较低 。( 5) 勘探开发投资大 。美国页岩气井单井成本大约为 300万 ~800 万美元,而在 2000—2003 年间美国一般的气井单井成本65 万美元,陆上油井单井成本是 45 万美元,页岩气井成本大约分别是二者的 5 倍和 7 倍 。在中国,一口页岩气井成本,估计在8 000 万至 1 亿元人民币[ 7]。2 页岩气资源潜力评价关键指标页岩气资源评价总体面临两个核心问题:其一,作为储集层是否具有足够的天然气地质储量;其二,是否具备足够的渗流能力与条件实现经济开采 。针对上述两个核心问题,结合美国页岩气勘探成功经验 ,笔者筛选了五大关键地质指标对页岩储层进行初步的评价 。表 1 为美国主要页岩含气区储层特征统计表 。有机含碳量总有机碳含量( 页岩气聚集的重要控制因素,从北美成功开发页岩气藏的经验看, 定了页岩的生烃能力 、孔隙空间的大小和吸附能力,对富有机质页岩的含气量起主导作用 。总有机碳含量越高,含气量越大 。二者具有很强的正相关关系(见图 1) 。拟合系数( 为 1,说明还有其他因素影响含气量,如页岩物性 、矿物组成等 。把 为页岩气资源评价的关键指标 , 主要是由于随有机碳含量的增大,各种微孔隙类型增多,可供天然气吸附的表面积增大,因而具备了较强的吸附气体的能力 。同时,烃类气体在无定形和无结构基质沥青质体中的溶解作用也增加了泥页岩对气体的吸附作用 。据统计,北美主要的页岩气高产层有机碳含量一般均超 2%,见表 2。机质的成熟度反映有机质成熟度的指标有很多种,但国际上公认的一项指标是镜质体反射率 于热成因型气藏,随着 增高,含气量逐渐增大 。主要由于有机质生成烃以后体积缩小,产生超微孔隙,易于页岩气保存;且当 于 ,原油也会裂解产生天然气 。但是当 于 3%以后,有机质进入成熟期,伴随着有机质的减少,吸附气含量也会降低 。对于生物成因型页岩气藏,泥页岩 高, 低,越不利于生物页岩气的形成 。一般情况下,有机质成熟度低,页岩气产量较小,成熟度越高,产气量越高,具有正相关关系(见图 2) 。从美国目前的勘探开发情况来看,其 中在 间,处于成熟 —高熟阶段 。岩气藏是高成熟度的页岩气藏 。研究人员分析其页岩层系 — — — <% % % % 20 — — — — 70 40~60 13~40 50含水饱和度 /% 25~35 12~35 10 15~35 15~20 — — — —表 1 00 10 000 20 000产气量 /( m3·质体反射率/%图 2 页岩成熟度与产气量之间的关系葛 楠 页岩气储量评价方法 本刊 技论坛70页 岩镜质体反射率 知:当 ,以生油为主,生气为辅,干气区大部分成藏于埋藏较深的盆地东北部和冲断带前缘;当 于 ,既产油又产湿气;当 于 ,以生气为主,油区分布于成熟度低的盆地北部区域 。因此, 平面上的分布情况对页岩气的勘探具有重要的意义 。隙度和渗透率孔隙度和渗透率是表征页岩储量计算的关键参数 。孔隙度越大,游离气含量越高 。页岩储层裂缝的发育程度对渗透率变化影响较大 。大量研究表明页岩孔隙度范围大约在 2%~15%之间,渗透率低于 0-3μ量孔隙度的方法很多,传统方法一般是在实验室利用岩心进行测量 。美国天然气研究协会应用了经过改进的实验方法测定孔隙度 。页岩储层的储积空间包括裂缝和基质孔隙 。由于地层压力对裂缝的张开度影响较大,在岩心采集过程中,压力的变化可能使岩心的裂缝孔隙度随之发生变化 ,所以,用岩心直接测量裂缝孔隙度和基质孔隙度的方法不适用 , 应该分别进行测定 。目前 ,一般采用以岩心孔隙度为基础 ,利用测井资料测定基质孔隙度的方法 。页岩渗透率是表征气体运移能力的一个重要物理量 。由于页岩气藏渗透率极低,远低于常规气藏,因此,测量其渗透率存在很多需要克服的问题(如传统稳态法测试渗透率花费时间长) 。人建立了非常规气藏渗透率的测量方法 ———压力脉冲衰竭技术,实践证明该实验方法可靠有效 。水饱和度页岩储层含水饱和度和页岩含气量密切相关 。如果含水饱和度较高,由于水会占据部分页岩表面,可能会阻塞孔隙或喉道,导致气体接触不到大量的吸附区域,降低气体吸附量 。根据美国页岩气开采情况,实际上页岩气井产水较少,尤其对于热成因的页岩储层,含水饱和度主要影响吸附气含量,对游离气含量的影响较小 。吸附气含量通常随含水饱和度的增加而减小,但是二者不能建立确切的关系 。比如研究细粒砂岩发现,当含水饱和度为 10%时,自由表面减少 3 倍(相对于空气干燥过的砂岩),当含水饱和度为 20%时,减少 ,随着含水饱和度的增大,大部分气体以水溶态存在 。含水饱和度往往随页岩成熟度增加而减小 。北美地区凡是商业化的页岩储层,其含水饱和度平均为 10%~35%。含水饱和度高不但降低含气量,还会降低生成气体的速率,造成处理产出水的麻烦,所以有利的页岩气开采区应该是含水较少的区域 。岩层系的含气性页岩含气量是指在标准温度和压力条件下,每吨岩石中所含天然气总量,包括游离气 、吸附气 、溶解气,由于溶解气在页岩中微量溶解,所以一般可以忽略不计,目前含气量的计算只关注吸附气和游离气 。页岩含气量 =生烃量 -排烃量 。影响页岩含气量的因素包括温度 、压力 、有机质含量 、类型 、岩石湿度等 。目前应用较为广泛的页岩气含气量测定方法主要是通过分类测定页岩中的游离气 、吸附气和残留气,得到页岩气总含气量 。确定游离气含量,是以岩心资料为基础建立岩电关系,利用饱和度测井资料得到 。吸附气含量主要通过解吸和测井手段获取 。在北美页岩气勘探开发中,通过建立岩电关系,包括有机质含量分别与岩石密度 、放射性物质含量 、含气量的关系等 。在此基础上,利用测井资料综合解释确定吸附气含量 、游离气含量和总含气量 。3 页岩资源评价方法目前,国外页岩气资源潜力的评价方法有体积法 、类比法 、统计法等 。由于中国页岩气勘探开发尚处于初级阶段,地质资料少 、认知程度低,故推荐以概率体积法为主,以类比法 、统计法等为辅的综合评价法 。率体积法对于页岩气藏来说,地质条件复杂,相关参数难以准确把握,使用概率法对各种参数进行合理分析 、筛选赋值和结果表征,即概率体积法 。依据概率体积法基本原理,页岩气资源量为泥页岩质量与单位质量泥页岩含气量之概率乘积 。即:A 为含气泥页岩面积, h 为有效页岩厚度, m; ρ 为泥页岩密度, t·m-3; q 为含气量, m3·t-1。页岩含气量是一个难以准确获得的参数,数值范围变化较大,所以,也可采用分解法对含气量进行求取 。页岩气含量为游离态 、吸附态和溶解态天然气含量之和,即:Qt=qa+qf+m3·t-1; m3·t-1; m3·t-1。( 1)吸附含气量( 。采用等温吸附法计算吸附含气量,即将实验样品放在近似地下温度的环境中时,计量不同压力条件下的最大吸附气量 。L·P/( )式中: m3·t-1; 积, P 为地层压力, 过等温吸附法计算所得的吸附气含量数值通常为最大值,该数值在计算使用时通常需要根据地质条件变化进行校正 。( 2)游离含气量( 。游离含气量的计算与孔隙度和含气饱和度相关 。g·m3·t-1; 准%; %; 纲 1) 。( 3)溶解含气量( 。溶解气含量通常难以准确获得 。干酪根和沥青质对天然气的溶解量极小,在含气量计算中,溶解含气量可忽略不计 。( 4)总资源量 。在不考虑页岩油情况下,页岩气资源量可由吸附含气量与游离含气量相加求得 。葛 楠 页岩气储量评价方法 本刊 技论坛71is to of on s in of s a to as h( ρg·比法类比法也叫地质类比法,具体做法是:对于待评价区,选取成藏条件和成藏机理与之相似的且已勘探开发成功的页岩气盆地作为类比区,由已知类比区的页岩气资源丰度估算待评价区的页岩气资源丰度 。假设类比区页岩气总资源量为 q,待评价区地质参数(或评价系数)为 比区地质参数(或评价系数)为 正系数为c,则待评价区页岩气资源量 Q 为:Q=有机碳含量 、成熟度 、类型 、埋深及厚度等 。因此,根据这 5 个条件在地质评价过程中的重要程度不同分别用不同的权重( 示,地质评价系数可由下式确定 :K=K 为地质评价系数; 类比法是勘探程度低 、相关资料不足的地区常用方法 。优点是简单快速易操作,缺点是此方法估算较粗略,计算结果精度较低,适用范围小 。计法统计法是指用数理统计的方法(最小二乘法 、线性回归法)在研究程度较高的含油气区获得资源量评价的各个参数,建立资源量( Q)或单位体积资源密度( 沉积岩体积( V)以及源岩体积等地质变量之间的函数关系,应用地质类比的原理对勘探新区油气资源量进行估算 。根据吸附气含量及气体吸附率求得总资源量:Q=( V·) /τ式中: V 为页岩的有效体积, m3·t-1; ρ为岩石密度, t·m-3; τ 为气体吸附率 。统计法适用于研究程度较高的含页岩气区,因此易受评价区勘探成果资料的限制,它的优点是操作比较简单 。4 结论( 1)北美页岩气的成功开发验证了页岩气资源的普遍性 。本文参考国外页岩气勘探开发情况,总结出页岩气储层主要地质特点和开采特点 。( 2)我国页岩气开发还处于不成熟阶段,结合美国页岩气成功开发的经验,本文主要对 5 项影响页岩气资源评价的关键因素作了界定,主要包括页岩矿物总有机碳含量 、热成熟度 、孔隙度与渗透率 、页岩含气量 、含水饱和度 。( 3)考虑到中国页岩气开采处于探索阶段,建议主要采用概率体积法为主,类比法和统计法为辅的资源评价方法 。参考文献[ 1] 王伟峰,刘鹏,陈晨 J] 2013, 24( 3): 429-438.[ 2] 赵群,王红岩,刘人和 .世界页岩气发展现状及我国勘探前景[ J] .天然气工业, 2008, 2( 3): 11-14.[ 3] 王祥,刘玉华,张敏 .页岩气形成条件及成藏影响因素研究[ J] .天然气地球科学, 2010, 21( 2): 350-356.[ 4] 张抗,谭云冬 .世界页岩气资源潜力和开采现状及中国页岩气发展前景[ J] .当代石油石化, 2009, 17( 3): 9-14.[ 5] 蒲泊伶,包书景,王毅 .页岩气成藏条件分析:以美国页岩气盆地为例[ J] .石油地质与工程, 2008, 22( 3): 33-39.[ 6] 《页岩气地质与勘探开发实践丛书 》编委会 M] 石油工业出版社, 2009.[ 7] 董大忠,程克明,王世谦 J] 2009, 29( 5) :33-39.(责任编辑:白尚平)────────────────第一作者简介:葛 楠,女, 1987 年 11 月生, 2013 年毕业于太原理工大学信息工程学院控制科学与工程专业(硕士),山西省国新能源发展集团有限公司,山西省太原市长风大街 108 号东座, 页岩气储量评价方法 本刊 技论坛72
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