页岩气成藏的形成与分布

页岩气成藏的形成与分布

岩流是指以中学为主岩流和高碳粘土，主要存在于吸附和自由状态中。这是天然气生成之后在烃源岩层内就近聚的结果,表现为典型的“原地”成藏模式。页岩气藏中的天然气主要存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩中,有时甚至也存在砂岩地层中。页岩气藏中的天然气不仅包括了存在于裂缝中的游离相天然气,也包括了存在于岩石颗粒表面上的吸附气。从某种意义来说,页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果,由于生储盖条件特殊,天然气在其中以多种相态存在。页岩气是非常规天然气的重要类型,在天然气中占的比重逐年增大,受到各国重视,其中美国在页岩气方面的理论与勘探开发技术完善,并且已经形成一定的商业规模。近几年来我国也进行了初步勘探,研究发现,我国南方志留系地层中发育黑色页岩,演化程度高,可形成的页岩气资源潜力大。特别是四川盆地的威远和泸州地区,其页岩气资源相当于四川盆地常规天然气资源的总量。我国松辽盆地白垩系、江汉盆地的第三系、渤海湾盆地、南华北、柴达木以及酒泉盆地均具有页岩气资源。可以这么说,页岩气是目前经济技术条件下天然气工业化勘探的重要领域和目标。但是,由于页岩气在中国的研究才刚刚起步,对页岩气的成藏机理,初学者往往感觉比较抽象、晦涩、难于理解。本文结合前人的研究成果,详细论述了页岩气成藏的两种机理,并对它们之间的相互关系作了初步探讨,以期读者能加深对它们的理解,从而更好地领会和掌握页岩气的基本理论。1西藏条件为了研究页岩气的成藏机理,下面我首先从气体来源、储集介质、盖层条件、圈闭条件、运移条件和分布特点等六个方面来说明页岩气藏的成藏条件。1.1页岩气得气体来源在埋藏温度升高或者有细菌侵入时,暗色泥页岩中的有机质,甚至包括已生成的液态烃,就裂解或降解成气态烃,游离于基质孔隙和裂缝中,或吸附于有机质和黏土矿物表面,在一定地质条件下就近聚,因此页岩气得气体来源主要是生物气或热成熟气。1.2典型的低孔、低渗特征页岩气储集在泥、页岩及其间的砂质岩夹层内,页岩气藏储层具有典型的低孔、低渗特征,孔隙度一般小于4%~6.5%,平均为5.2%,渗透率一般低于0.001毫达西,并随着埋深加大,物性变差。若处于断裂带或裂缝发育带,页岩孔隙度、渗透率增加。1.3页岩气运移的特点一般分为3个基面层和2.页岩气与煤层气相似,具有自生自储的特点,没有或仅有短距离的运移,页岩本身就是良好的盖层,因此页岩气的存在不需要其他岩性的介质作为盖层。1.4关闭条件页岩气藏的形成也不需要常规意义上的圈闭,页岩气藏形成于烃源岩层内,无清晰的油水界面,气藏范围可近似等于生气源岩面积。1.5移动条件页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果,由于其为自生自储气藏,所以页岩气藏的形成基本上没有运移或运移距离极短。1.6适用范围不完整页岩气藏分布受暗色页岩分布控制,面积大、范围广,常呈区域性、连续性分布。页岩气藏通常位于或接近于盆地的沉降—沉积中心处,导致页岩气的有利区主要集中于盆地中心处。2内部贮藏机2.1烃源岩质区发生的烃类释放因子分析如前所述,页岩气藏的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成(图1),页岩既是烃源岩、储层,也是盖层。研究表明,烃源岩中生成的烃类能否排出,关键在于生烃量必须大于岩石和有机体对烃类的吸附量,同时必须克服页岩微孔隙强大的毛细管吸附等因素。因此,烃源岩所生成的烃类只有部分被排出,仍有大量烃类滞留于烃源岩中。北美地区目前发现的页岩气藏存在3种气源,即生物成因、热成因以及两者的混合成因。其中以热成因为主,生物成因及混合成因仅存在于美国东部的个别盆地中,如Michigan盆地Antrim生物成因页岩气藏及Illinois盆地NewAlbany混合成因页岩气藏。2.2页岩气藏成藏机理页岩气藏中气体的赋存形式多种多样,其中绝大部分是以吸附气的形式赋存于页岩内有机质和黏土颗粒的表面,这与煤层气相似。游离气则聚集在页岩基质孔隙或裂缝中,这与常规气藏中的天然气相似。因此,页岩气的形成机理兼具煤层吸附气和常规天然气两者特征,为不间断充注、连续聚集成藏(图2)。在页岩气成藏过程中,随天然气富集量增加,其赋存方式发生改变,完整的页岩气藏充注与成藏过程可分为4个阶段。第一阶段为天然气生成与吸附阶段,该阶段形成的页岩气藏具有与煤层气相似的成藏机理;第二阶段为吸附气量(包括部分溶解气量)达到饱和时,富余气体解吸或直接充注到页岩基质孔隙中(也不排除少量直接进入了微裂缝中),其富集机理类似于孔隙型储层中天然气的聚集;第三阶段是随着大量气体的生成,页岩基质孔隙内温度、压力升高,出现岩石造缝以及天然气以游离状态进入页岩裂缝中成藏;经过前述三个过程后,天然气最终以吸附气和游离气的形式富集形成页岩气藏,即页岩气藏形成阶段。2.3页岩气成藏机理与活塞式运聚机理页岩气成藏机理具有明显的“混合型”特征。根据成藏条件的不同,成藏机理可分为吸附机理、活塞式成藏机理或置换式成藏机理两种类型。按成藏机理的不同又可将页岩气的成藏划分为个阶段第一阶段以吸附作用为主,发生在页岩气藏形成初期;由于页岩层段富含具有吸附能力的有机碳,页岩所生成的天然气首先满足有机碳的吸附需求,具有与煤层气相同的成藏机理,也就是我们所说的吸附机理。第二阶段发生在生气高峰;随着页岩生气过程的继续,页岩有机质颗粒所提供的最大吸附气量不足以满足所生成的天然气聚集需求时,游离态天然气开始出现。随着生气过程的继续,天然气在地层中逐渐形成高压,从而导致沿岩石的薄弱面小规模裂缝的形成,天然气开始在裂缝中以游离态运移聚集。由于页岩孔隙及微裂缝具有孔喉细小的特征,游离态天然气对地层水的排驱为活塞式整体排驱,与根缘气具有相同的成藏机理,也就是活塞式成藏机理。如果天然气生成量继续增加,则天然气将选择大孔隙通道进行置换式运移,气在上面水在下面,表现为裂缝系统中的置换成藏机理。综上所述,在页岩气成藏过程中,吸附机理与活塞式运聚机理共同作用,控制着页岩气藏中吸附态和游离态天然气比例的变化。页岩气成藏机理实质上就是页岩孔隙中的不同赋存方式的天然气空间比例分配问题。3页岩气藏地质特征页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附状态或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。页岩气的形成机制可以分为生物成因、热成因及两者的混合成因。页岩气储层孔隙度一般为4%~5%,渗透率一般小于0.001毫达西。页岩气藏与煤层气相似,具有自生自储特点,页岩既是烃源岩,又是储层,没有或仅有极短距离的运移,通常就近聚集成藏,不受构造作用的控制,无圈闭、无清晰的气水界面。页岩气藏分布受暗色页岩分布控制,面积