页岩气特征研究

1、logo题目题目: : 页岩气藏特征研究页岩气藏特征研究 本科毕业论文答辩本科毕业论文答辩第第1章章 绪论绪论图图1-1 1-1 干酪根在页岩中扫描的电子显微照片干酪根在页岩中扫描的电子显微照片干酪根 目录目录第第1 1章章 绪论绪论 第第2 2章章 页岩气研究现状页岩气研究现状 第第3 3章章 页岩气藏特征分析页岩气藏特征分析 第第4 4章章 我国页岩气勘探前景分析我国页岩气勘探前景分析 结结 论论 1.1 1.1 课题背景课题背景 近年来国外页岩气开发进展迅速，页岩气产量快近年来国外页岩气开发进展迅速，页岩气产量快速增长，页岩气工业处在高速发展阶段。速增长，页岩气工业处在高速发展阶段。 美

2、国由页岩气开发的带动，已成功超过俄罗斯成美国由页岩气开发的带动，已成功超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国。新能源将再一次成为美为世界第一大天然气生产国。新能源将再一次成为美国成功的象征。国成功的象征。 而我国在这方面还比较落后。加大页岩气藏的研而我国在这方面还比较落后。加大页岩气藏的研究成为我国天然气工业刻不容缓的问题。究成为我国天然气工业刻不容缓的问题。 1.2 1.2 研究的目的和意义研究的目的和意义 页岩气打破了油气勘探的传统认识领域，极大地页岩气打破了油气勘探的传统认识领域，极大地拓展了天然气的分布及勘探空间。拓展了天然气的分布及勘探空间。 页岩气是对常规气勘探开发的重要补充，尤其在

3、页岩气是对常规气勘探开发的重要补充，尤其在地质过程比较复杂、抬升及剥蚀严重的地区同样具有地质过程比较复杂、抬升及剥蚀严重的地区同样具有页岩气。页岩气将会成为中国能源的热点和重要的补页岩气。页岩气将会成为中国能源的热点和重要的补充领域，成为中国开发的绿色能源新宠，从而成为缓充领域，成为中国开发的绿色能源新宠，从而成为缓解油气产量不足的重要途径。解油气产量不足的重要途径。 页岩气勘探开发的快速起步和稳定一方面可以缓页岩气勘探开发的快速起步和稳定一方面可以缓解我国油气能源的需求压力，加快我国油气勘探开发解我国油气能源的需求压力，加快我国油气勘探开发事业的发展。另一方面，也有利于改善我国的能源构事业的

4、发展。另一方面，也有利于改善我国的能源构成从而进一步保证国家的能源安全。成从而进一步保证国家的能源安全。 第第2 2章页岩气研究现状章页岩气研究现状2.1.1 页岩气储量表表2-12-1世界主要地区页岩气储量表（徐建永等，世界主要地区页岩气储量表（徐建永等，20102010） 地区或国家页岩气储量/1012m3 北美北美 拉丁美洲拉丁美洲 西欧 中欧或东欧 前苏联前苏联 中东或北非中东或北非 非洲沙哈拉地区 中亚和中国中亚和中国 太平洋（经济合作和发展组织） 亚太其他地区 南亚 108.79 59.95 14.44 1.10 17.75 72.15 7.76 99.90 65.50 8.89

5、02.1 世界页岩气资源2.1.2 2.1.2 页岩气产量 目前美国有页目前美国有页岩气井岩气井4 2594 259口，年口，年产量已跃升至产量已跃升至(168(168204)204)10108 8m m，预测预测20102010年美国页年美国页岩气产量将占其天岩气产量将占其天然气总产量的然气总产量的1313。图图2-1 2-1 美国近年页岩气井变化图（江怀友等，美国近年页岩气井变化图（江怀友等，20082008）2.1.3 页岩气勘探开发热点国家 目前世界勘目前世界勘探开发的主要探开发的主要有美国、加拿有美国、加拿大、和中国。大、和中国。右图为美国见右图为美国见年页岩气增长年页岩气增长情况。

6、情况。井数（103口） 增加储量（1011m2） 单井产量（106m3/井）图图2-2 2-2 美国近年页岩气增长情况（江怀友等，美国近年页岩气增长情况（江怀友等，20082008） 1为常规天然气；2为煤层气、致密砂岩气、生物气、无机气；3为页岩气、水溶气；4为天然气水合物；5为天然气总量图图2-3 2-3 中国页岩气产量预测表（范柏江，中国页岩气产量预测表（范柏江，20072007） 我国对页岩气我国对页岩气的勘探研究也在的勘探研究也在逐步展开。在四逐步展开。在四川、鄂尔多斯、川、鄂尔多斯、渤海湾、松辽、渤海湾、松辽、江汉、吐哈、塔江汉、吐哈、塔里木和准噶尔等里木和准噶尔等盆地均开始页岩盆

7、地均开始页岩气的勘探工作。气的勘探工作。2.2 2.2 页岩气勘探开发技术页岩气勘探开发技术 页岩气由于其页岩气由于其特殊成因，开采难特殊成因，开采难度相对较大。目前，度相对较大。目前，透镜状气藏一般采透镜状气藏一般采用斜井钻进，而开用斜井钻进，而开发边缘海相和海相发边缘海相和海相席状砂岩则主要采席状砂岩则主要采用水平井，右图为用水平井，右图为水平井开发页岩气水平井开发页岩气层图。层图。图图2-5 2-5 水平井开发页岩气层图（江怀友等，水平井开发页岩气层图（江怀友等，20082008）2.3 2.3 存在问题存在问题 (1)(1)储量的准确计算存在困难储量的准确计算存在困难 页岩气基本属于自

8、生自储型气藏。因此，页岩气藏有不同于页岩气基本属于自生自储型气藏。因此，页岩气藏有不同于常规气藏的特殊性。页岩气藏有独特的天然气存储特征。在形式常规气藏的特殊性。页岩气藏有独特的天然气存储特征。在形式上游离气和吸附气并存。由于页岩一般含有较高的有机质和粘土上游离气和吸附气并存。由于页岩一般含有较高的有机质和粘土矿物，因此，除游离气外，吸附气也成为页岩气藏重要的天然气矿物，因此，除游离气外，吸附气也成为页岩气藏重要的天然气存在形式。存在形式。 (2) (2) 渗流机理复杂多样渗流机理复杂多样 页岩气藏有特殊的产气机制。与常规低渗气藏不同，天然气页岩气藏有特殊的产气机制。与常规低渗气藏不同，天然气

9、在页岩中的流动主要有在页岩中的流动主要有4 4种机理，这种机理，这4 4种机理覆盖了从分子尺度到种机理覆盖了从分子尺度到宏观尺度的流动。主要表现为游离气渗流、解吸附、扩散和自吸。宏观尺度的流动。主要表现为游离气渗流、解吸附、扩散和自吸。 根据以上分析，要想准确地计算页岩气的储量，必须解决好根据以上分析，要想准确地计算页岩气的储量，必须解决好几个问题：一是页岩基质孔隙度的准确计算；二是裂缝系统的准几个问题：一是页岩基质孔隙度的准确计算；二是裂缝系统的准确评价；三是页岩基质吸附量的准确评价；四是含气饱和度的准确评价；三是页岩基质吸附量的准确评价；四是含气饱和度的准确计算。确计算。2.4 2.4 页

10、岩气开发技术研究方向及发展趋势页岩气开发技术研究方向及发展趋势未来重点研究未来重点研究方向和攻关方向和攻关水平井及水平井水平井及水平井压裂裂缝优化技术压裂裂缝优化技术页岩气储集层页岩气储集层的储层保护技术的储层保护技术 页岩气渗页岩气渗流机理研流机理研究究第第3 3章章 页岩气藏特征研究页岩气藏特征研究3.1 页岩气成藏机理 在生物化学生气阶段在生物化学生气阶段, ,天然气首先吸附在有机天然气首先吸附在有机质和岩石颗面，饱和后质和岩石颗面，饱和后富余的天然气以游离相富余的天然气以游离相或溶解相进行运移或溶解相进行运移, ,当达当达到热裂解生气阶段到热裂解生气阶段, , 天天然气以游离相为主向其

11、然气以游离相为主向其中运移聚集，受周围致中运移聚集，受周围致密页岩层遮挡密页岩层遮挡, , 则形成则形成工业性页岩气藏。工业性页岩气藏。图图3-1 3-1 天然气成藏的三个阶段（张利萍等，天然气成藏的三个阶段（张利萍等，20082008） 3.2 3.2 页岩气藏特征分析页岩气藏特征分析 本文参考国内已发现页岩气藏、北美海相页岩储层，本文参考国内已发现页岩气藏、北美海相页岩储层，重点以四川盆地为例讨论页岩气藏的烃源岩、改造和重点以四川盆地为例讨论页岩气藏的烃源岩、改造和运移特征。运移特征。 四川盆地自震旦纪以来整个沉积盖层经历了多次构四川盆地自震旦纪以来整个沉积盖层经历了多次构造运动。盆地沉积

12、演化共经历了震旦纪碳酸盐岩台地造运动。盆地沉积演化共经历了震旦纪碳酸盐岩台地初始沉积阶段，中期的寒武纪初始沉积阶段，中期的寒武纪-志留纪碳酸盐岩台地与志留纪碳酸盐岩台地与浅海陆棚混合沉积阶段，中晚期的石炭纪浅海陆棚混合沉积阶段，中晚期的石炭纪-中三叠世碳中三叠世碳酸盐岩台地沉积阶段，晚期的晚三叠世至白垩纪陆相酸盐岩台地沉积阶段，晚期的晚三叠世至白垩纪陆相盆地发育阶段，及末期古近纪盆地发育阶段，及末期古近纪-第四纪褶皱隆升改造阶第四纪褶皱隆升改造阶段。这决定了四川盆地主要发育了四套优质烃源岩层段。这决定了四川盆地主要发育了四套优质烃源岩层系。系。3.2.1 3.2.1 四川盆地页岩烃源岩特征四川

13、盆地页岩烃源岩特征 岩相及岩性简述暗色泥质岩厚度/m有机质丰度(toc）有机质成熟度备注下寒武统牛蹄塘组闭塞盆地或海湾相黑色碳质泥页岩1004000.2%9.98%之间2.5%4.6%干酪根类型好，分布广泛，但绝大部分不利于页岩气成藏下至留统龙马溪组闭塞盆地或海湾相黑色碳质泥页岩100900，平均203有机碳含量在0.4%1.6%2.4%4%上二叠统龙潭组滨海沼泽相，砂岩及页岩0.251250.5%13%，平均3%左右1.5%3.5%潮坪含煤砂岩相，有利于页岩气成藏表表3-1 3-1 四川盆地烃源岩页岩气成藏参数的对比（刘树根等，四川盆地烃源岩页岩气成藏参数的对比（刘树根等，20102010）

14、3.2.2 3.2.2 页岩气藏运移特征页岩气藏运移特征 (1) (1)早期地质条件优越，生物气高效成藏。在天然气早期地质条件优越，生物气高效成藏。在天然气最初生成阶段，主要由生物作用所产生的天然气首先满足最初生成阶段，主要由生物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；在有机质和岩石颗粒表面吸附的需要；在r ro o达到达到0.5%0.5%时，有时，有机质开始生成石油，主要以吸附态及游离态就近赋存在烃机质开始生成石油，主要以吸附态及游离态就近赋存在烃源岩内部；但当烃源岩吸附量达到饱和时，烃源岩便开始源岩内部；但当烃源岩吸附量达到饱和时，烃源岩便开始向邻近的高效储集层排烃在储集

15、层内部形成小型古油藏。向邻近的高效储集层排烃在储集层内部形成小型古油藏。 (2) (2)中期深埋地腹，原油裂解气快速成藏。随着上覆中期深埋地腹，原油裂解气快速成藏。随着上覆地层沉积，烃源岩持续深埋，有机质进一步成熟，当地层沉积，烃源岩持续深埋，有机质进一步成熟，当roro值值约为约为0.7%0.7%，有机质开始大量生油。此阶段若有构造活动，有机质开始大量生油。此阶段若有构造活动，遭受抬升则经历生烃停滞期遭受抬升则经历生烃停滞期( (如四川盆地寒武系如四川盆地寒武系) )。随后，由于上覆地层的沉积，继续深埋，生油持续。随后，由于上覆地层的沉积，继续深埋，生油持续。roro值达到值达到1.3%1.

16、3%，生油基本结束，开始进入湿气生成，生油基本结束，开始进入湿气生成阶段。当阶段。当roro值至值至2.0%2.0%，该阶段为该阶段为干酪根生成干气阶段。干酪根生成干气阶段。当当roro值达到值达到2.5%2.5%，温度达到，温度达到150150时，古油藏中原时，古油藏中原油大量裂解，生成天然气。油大量裂解，生成天然气。 (3)(3)晚期快速隆升，脱溶气和解吸气调整成藏。晚期快速隆升，脱溶气和解吸气调整成藏。四川盆地内部发育的四川盆地内部发育的4 4套页岩烃源岩层系，隆升逾套页岩烃源岩层系，隆升逾3km3km，地层压力骤降，地层压力骤降30mpa 30mpa ，大量吸附气解吸和溶，大量吸附气解

17、吸和溶解气脱溶出来，从而导致页岩内部气体的体积急速解气脱溶出来，从而导致页岩内部气体的体积急速扩大。扩大。3.2.3 3.2.3 页岩气藏改造特征页岩气藏改造特征 (1) (1)页岩气的解吸页岩气的解吸 页岩气的解吸与页岩中泥质含量，页理发页岩气的解吸与页岩中泥质含量，页理发育程度有关，泥质含量越高，页理越发育，解育程度有关，泥质含量越高，页理越发育，解吸率也就越高。页岩气藏投入开发后，初期产吸率也就越高。页岩气藏投入开发后，初期产量来自页岩的裂缝和基质孔隙，随着地层压力量来自页岩的裂缝和基质孔隙，随着地层压力降低，页岩中的吸附气逐渐解吸，进入储集层降低，页岩中的吸附气逐渐解吸，进入储集层基质

18、中成为游离气，经天然和诱导裂缝系统流基质中成为游离气，经天然和诱导裂缝系统流入井底，吸附气的解吸是页岩气开采的重要机入井底，吸附气的解吸是页岩气开采的重要机制之一。制之一。 (2) (2) 裂缝对于页岩气藏的影响裂缝对于页岩气藏的影响 含有机质和石英高的页岩脆性较强，容易含有机质和石英高的页岩脆性较强，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，有利于天然气渗流和成藏。页岩气可采储量最终取于天然气渗流和成藏。页岩气可采储量最终取决于储集层内裂缝产状、密度、组合特征和张决于储集层内裂缝产状、密度、组合特征和张开程度。岩性、岩石中的矿物成分是控制裂缝开程度。岩性

19、、岩石中的矿物成分是控制裂缝发育程度的主要因素。发育程度的主要因素。 项目关键评价参数基本要求有机质丰度总有机碳含量热成熟度toc2%ro 1.1%，最好处在干气窗（ro1.3%） 无机 矿物石英或方解石含量黏土矿物含量黏土矿物组成40%30%蒙皂石等膨胀性黏土矿物含量低 物性渗透率含水饱和度k10-4mdsw40%岩石力学泊松比杨氏模量0.25e20 000 mpa 厚度高伽马页岩厚度30 m表表3-2 3-2 页岩储层评价标准表（董大忠等，页岩储层评价标准表（董大忠等，20102010）3.3 3.3 页岩气储层评价页岩气储层评价 四川盆地下古生界筇竹寺组和龙马溪组页四川盆地下古生界筇竹寺组和龙马溪组页岩储层的有机碳含量普遍大于岩储层的有机碳含量普遍大于2%2%，roro值最低都值最低都大于大于2.0%2.0%，石英及方解石等脆性矿物含量均超，石英及方解石等脆性矿物含量均超过过40%40%，黏土矿物含量低且不含蒙皂石，其渗，黏土矿物含量低且不含蒙皂石，其渗透率和含水饱和度均满足下限标准，高伽马值透率和含水饱和度均满足下限标准，高伽马值黑色页岩厚度也在黑色页岩厚度也在30m30m以上。依照上