页岩气成藏条件与储层研究

1、会计学1页岩气成藏条件与储层研究页岩气成藏条件与储层研究页岩：页岩：页岩( shale) 是由粒径小于0. 003 9 mm 的细粒碎屑、黏土、有机质等组成, 具页状或薄片状层理、易碎裂的一类沉积岩。页岩气页岩气( shale gas) 是指从富有机质黑色页黑色页岩岩中开采的天然气, 或自生自储自生自储、在页岩纳米级孔隙中连续聚集的天然气。Shale gas definition:, no air-water interface, formation and storage for a continuous large area, low natural gas occurred in the

2、 mudstone or shale with the features of self generation self storageporosity, low permeability and the like, it generally has no natural capacity or low-yielding and needs large-scale water power fracturing and horizontal well technology for economic exploitation with long single well production cyc

3、le.页岩气的定义页岩气的定义国外页岩气发展现状国外页岩气发展现状全球已掀起全球已掀起“页岩气革命页岩气革命”，目前已有多个国家在进行页岩气前期评价和，目前已有多个国家在进行页岩气前期评价和勘探开发先导试验，其中以美国页岩气勘探开发较为成熟。勘探开发先导试验，其中以美国页岩气勘探开发较为成熟。国家和地区国家和地区技术可采资源量技术可采资源量（万亿方）（万亿方）加拿大、墨西哥加拿大、墨西哥30.330.3美国美国24.424.4北美合计北美合计54.754.7南美南美7 7国国34.734.7欧洲（不含俄联欧洲（不含俄联邦）邦）17.717.7非洲非洲29.529.5中国中国3636澳大利亚澳大

4、利亚11.211.2合计合计187.4187.4美国能源署统计中国页岩气发展现状中国页岩气发展现状我国页岩分布盆地有我国页岩分布盆地有四川盆地四川盆地、鄂尔多斯盆地鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地渤海湾盆地、松松辽盆地辽盆地、塔里木盆地塔里木盆地、以及、以及准噶准噶尔盆地尔盆地等，估计资源量等，估计资源量10-3010-30万亿万亿方，方，页岩气资源丰富页岩气资源丰富。海相页岩海陆交互相煤系炭质页岩陆相页岩有机质类型：页岩气成因类型页岩气成因类型页岩气存在三种气源：页岩气存在三种气源：1、生物成因气（生物作用）、生物成因气（生物作用） 2、热成因气（干酪根、油裂解、沥青裂解）、热成因气（干酪根、油裂解

5、、沥青裂解） 3、二者混合成因。、二者混合成因。页岩气藏气源成因示意图（据页岩气藏气源成因示意图（据JarvieJarvie，20032003）页岩气的形成条件页岩气的形成条件1.沉积环境沉积环境较快的沉积条件和封闭性较好的还原环境黑色页岩沉积环境的观点：黑色页岩中的有机质的高含量归因于表层水中有机质的高产率及其在盆底缺氧环境中的沉积作用。暗色泥页岩主要发育在海侵体系域海侵体系域（湖侵体系域），（湖侵体系域），特别是密集段及其附近的位置。海侵体系域沉积时期，海平面上升导致可容空间增大， 沉积物供给速率小于可容空间的增大速率，盆地处于欠补偿状态，陆源粗碎屑物质难以到达盆地深处， 只有细粒的泥质沉

6、积物才可以搬运并沉积在盆地较深处， 加上盆地内部的细粒内碎屑物质、海水表面生物体的遗体等，最终形成了暗色的泥页岩沉积体。陆相沉积盆地：湖湾、半深湖深湖海相沉积盆地：台地边缘深缓坡、半闭塞闭塞的欠补偿海湾等。2.岩性特征岩性特征 含气页岩并不仅仅是单纯的页岩，它也包括细粒的粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩及灰岩、白云岩等。页岩作为岩层，为不同颗粒大小和不同岩性的混合。3.有机地球化学特征有机地球化学特征页岩气的成藏条件页岩气的成藏条件1.页岩的埋深及厚度页岩的埋深及厚度美国页岩气盆地的有关资料表明埋深主要介于762m到1372m，页岩的厚度在91.5m183m。泥页岩必须达到一定的厚度并具有连续分布面

7、积，提供足够的气源和储集空间，这样才能成为有效的烃源岩层和储集层。足够的埋藏深度能够保证有机质具备向油气转化所必需的温度和压力，多期的抬升与深埋使得页岩中有机质可以多次进入生烃门限。2.孔隙度与渗透率孔隙度与渗透率孔隙度是确定游离气含量和评价页岩渗透性的主要参数。在具有较大孔隙的页岩层中页岩气主要以游离方式储集在孔隙裂缝中，而在某些孔隙度较小的岩层中页岩气通常以吸附状态为主。页岩气藏中吸附是气体得以储存的主要机制。3. 裂缝裂缝页岩中极低的基岩渗透率，开启的、相互垂直的或多套天然裂缝能增加页岩气储层的产量。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.保存条件保

8、存条件页岩是一种致密的细粒沉积岩，它本身就可以作为页岩气藏的盖层。页岩气藏的盖层岩性多变，包括斑脱岩、页岩、冰碛物、碳酸盐岩等。具有较强的抗构造破坏能力，能够在一般常规气藏难以形成或保存的地区形成工业规模聚集。页岩气成藏过程页岩气成藏过程盖盖页岩气（页岩气（Shale Gas）是指在是指在富有机质富有机质泥页岩泥页岩及其夹层中，以及其夹层中，以吸附态吸附态和和游离态游离态为主要方式存在并富集的天然气。为主要方式存在并富集的天然气。吸附阶段吸附阶段孔隙充填阶段孔隙充填阶段裂缝充填阶段裂缝充填阶段页岩气藏阶段页岩气藏阶段有机质和黏土颗粒表面吸附与解吸有机质和黏土颗粒表面吸附与解吸气体流入页岩基质孔

9、隙气体流入页岩基质孔隙气体进入天然裂缝网络气体进入天然裂缝网络最终形成页岩气藏最终形成页岩气藏页岩气赋存方式与成藏过程示意图页岩气赋存方式与成藏过程示意图（据（据Ron McDonald，2002）页岩气藏特征页岩气藏特征特点特点页岩气藏页岩气藏常规气藏常规气藏赋存机理赋存机理主要以吸附态赋存于有机质、泥页岩颗粒表面，游离态赋存于微孔隙、微裂缝浮力作用影响下，主要以游离态聚集于储层顶部成藏特点成藏特点自生自储，无明显圈闭，初次运移成藏聚集于运移路径上的圈闭，二次运移成藏气藏规模气藏规模大面积区域分布，规模大于常规气藏取决于圈闭大小分布特点分布特点盆地古沉降-沉积中心及斜坡，受有机质分布控制构造

10、较高部位的多种圈闭储集介质储集介质泥页岩基质孔、渗低，但普遍发育天然裂缝孔隙性砂岩、裂缝性碳酸盐岩富集特征富集特征裂缝发育的“甜点”高产富集区孔、渗高的已成藏圈闭储集层主控因素主控因素有机质丰度、成熟度、脆性矿物成分、裂缝、含气量等气源、输导、圈闭等勘探成功率勘探成功率勘探成功率高，没有真正的干井勘探成功率低，地质风险大开发特点开发特点工程风险高，需多级压裂技术，采收率低，生产周期长，一般30-50年工程风险低，单井产量高，产量递减快页岩气并不形成类似于常规油气的圈闭，具有自生自储、无气水界面、大面积低丰度连续成藏页岩气并不形成类似于常规油气的圈闭，具有自生自储、无气水界面、大面积低丰度连续成

11、藏、低孔、低渗等特征，存在局部富集的、低孔、低渗等特征，存在局部富集的“甜点甜点”区。区。储层研究储层研究（1 1物性特征物性特征常规砂岩常规砂岩700 700 m m孔隙系统孔隙系统矿物骨架矿物骨架含气页岩含气页岩100 100 m m孔隙中的自由气孔隙中的自由气孔隙中的自由气和孔隙中的自由气和干酪干酪根吸附气根吸附气干酪干酪根根储层研究储层研究（1 1）物性特征）物性特征v孔隙度与页岩的气体总含量之间呈孔隙度与页岩的气体总含量之间呈正相关关系；正相关关系；v随孔隙度的增加，含气量中游离气随孔隙度的增加，含气量中游离气量的比例增加。量的比例增加。孔隙压力(MPa)孔隙压力(MPa)储层研究储

12、层研究（2 2）温压条件）温压条件温度对页岩气成藏的影响：温度对页岩气成藏的影响：v在相同压力下，温度增高，吸附在相同压力下，温度增高，吸附气含量降低。气含量降低。压力对页岩气成藏的影响：压力对页岩气成藏的影响：v一方面，含气量与压力之间呈正相关一方面，含气量与压力之间呈正相关关系；关系；v另一方面，压力对吸附气影响小，与另一方面，压力对吸附气影响小，与游离气呈正相关明显。游离气呈正相关明显。温度（oC）吸附气量（cc/g）相对于不同储层温度对应的吸附气量（Ross和Bustin，2006）储层研究储层研究v增加页岩孔隙度，改善页岩极低的基质渗透率；v有助于页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附

13、态天然气的解析；v裂缝是力学上的薄弱环节（包括因胶结而封闭的），增加了压裂处理的有效性。（3 3）裂缝发育特征）裂缝发育特征储层研究储层研究页岩矿物组成主要包括石英、长石、方解石等页岩矿物组成主要包括石英、长石、方解石等碎屑矿物，黄铁矿等自生矿物，伊利石、蒙脱碎屑矿物，黄铁矿等自生矿物，伊利石、蒙脱石、高岭石等黏土矿物，以及有机质。石、高岭石等黏土矿物，以及有机质。4 4岩石矿物岩石矿物岩石岩石X-X-衍射分析衍射分析ECSECS测井测井v 硅质、钙质矿物成分越高，脆性大，硅质、钙质矿物成分越高，脆性大，页岩储层加砂压裂时，越容易被压开，易页岩储层加砂压裂时，越容易被压开，易于储层改造，造缝能

14、力强。于储层改造，造缝能力强。v 北美地区页岩开发要求脆性矿物含量北美地区页岩开发要求脆性矿物含量大于大于40%40%。储层研究储层研究（5 5）应力分析）应力分析水平井眼取向 最大应力方向水平井的方向应与最大水平应力方向垂直水平井的方向应与最大水平应力方向垂直水平井与裂缝不同方向的效果水平井与裂缝不同方向的效果页岩气的特别之处页岩气的特别之处l页岩气与常规气存在明显差异, 不仅包括地质条件的不确定性,也有开发中的经济风险性, 尤其是采收率的确定需要依赖井控数据。需要客观、准确预测页岩气资源潜力。l页岩气储集层具有高自然伽马、低速度、高含氢量、低密度、高电阻率等地球物理特性，但其有效孔隙度较低

15、，成藏主要受控于裂缝发育程度。l中国页岩气与北美页岩气对比,有3 个特殊性(邹才能等，2010):海相页岩热演化程度较高(Ro值为2.5%-5.0%)、构造活动较强,需寻找保存条件有利的地区,避开露头和断裂破坏区；陆相页岩热演化程度较低、分布非均质性较强,有效开发需针对性技术；地面多山地、丘陵等复杂地表,埋藏较深(5000-7000m),还面临水资源与环保等问题，需采用适用技术降低成本。l源岩油气是新领域, 包括页岩油、页岩气、煤层气等形成机制是原位滞留成藏。页岩气与上下连续型分布的致密砂岩气、煤层气等同步开发, 可提高产量和效益(邹才能等，2010)。海相页岩海陆交互相煤系炭质页岩陆相页岩有

16、机质类型：页岩气成因类型页岩气成因类型页岩气存在三种气源：页岩气存在三种气源：1、生物成因气（生物作用）、生物成因气（生物作用） 2、热成因气（干酪根、油裂解、沥青裂解）、热成因气（干酪根、油裂解、沥青裂解） 3、二者混合成因。、二者混合成因。页岩气藏气源成因示意图（据页岩气藏气源成因示意图（据JarvieJarvie，20032003）页岩气成藏过程页岩气成藏过程盖盖页岩气（页岩气（Shale Gas）是指在是指在富有机质富有机质泥页岩泥页岩及其夹层中，以及其夹层中，以吸附态吸附态和和游离态游离态为主要方式存在并富集的天然气。为主要方式存在并富集的天然气。吸附阶段吸附阶段孔隙充填阶段孔隙充填阶段裂缝充填阶段裂缝充填阶段页岩气藏阶段页岩气藏阶段有机质和黏土颗粒表面吸附与解吸有机质和黏土颗粒表面吸附与解吸气体流入页岩基质孔隙气体流入页岩基质孔隙气体进入天然裂缝网络气体进入天然裂缝网络最终形成页岩气藏最终形成页岩气藏页岩气赋存方式与成藏过程示意图页岩气赋存方式与成藏过程示意图（据（据Ro