页岩气含气量和页岩气地质评价综述.doc
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1、第 30 卷第 23 期 地 质 通 报 Vol 30, Nos 23 Mar., 2011 2011年 3 月 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 页 岩气 资源 页岩气含 气量和页岩气地质评价综述 李玉喜,乔德武,姜文利,张春贺 LI Yu-xi, QIAO De-wu, JIANG Wen-li, ZHANG Chun-he 国土资源部油气资源战略研究中心,北京 100034 Strategic Research Center of Oil and Gas Resources, Ministry of Land and Resources,Beijing 10003
2、4, China 摘要:页岩气为源岩区油气聚集,属于源岩滞留气, 以游离和吸附状态为主存在。富有机质页岩含气量是页岩气资源评价和有利 区优选的关键参数。页岩有机质含量和地层的压力、温度、湿度等因素影响页岩的含气量。含气量的确定方法主要有解吸和测井 方法。 开展页岩气地质评价,除含气量参数外,还要研究地层和构造特征、岩石和矿物成分、储层厚度和埋深、储集空间类型、储 集物性、岩石力学参数、有机地球化学参数、区域现今应力场特征、流体压力、储层温度、流体饱和度、流体性质等其它参数。发展 有效的系统集成方法,综合分析、评价页岩气资源潜力和预测有利区,目前也在不断探索之中。 关键词: 页岩气;含气量;保存
3、条件;评价参数;地质评价;有利区优选 中图分类号: P618.1 文献标志码: A 文章编号: 1671-2552(2011)02/03-0308-10 Li Y X, Qiao D W, Jiang W L, Zhang C H. Gas content of gas-bearing shale and its geological evaluation summary. Geo- logical Bulletin of China, 2011, 30(2/3) : 308-317 Abstract: Shale gas is one kind of natural gas that has
4、 been generated but remained in source rocks at the state of free or absorbed. The shale gas content is the key factor for shale gas assessment and core area evaluation. There are several factors of shale layers that af- fect the shale gas content, including TOC, Ro, pressure, temperature and moistu
5、re. Well site, laboratory, and mathematical techniques used to determine absorbed gas content, and well logs are used to determine free gas content. Evaluation of shale gas reservoirs need even more factors, the factors in the aspects of shale geologic factors such as thickness and depth, rock type
6、and lithologic composition, microfacies and organic geochemistry factors; reservoir factors such as porosity, permeability, rock mechanics factors and sensitive fac - tors; absorbed gas content, free gas content, total gas content, etc. Development of an effective system integration approach, compre
7、- hensive analysis, evaluation of shale gas resource potential and prediction of favorable areas are constantly being explored currently. Key words: shale gas; shale gas content; preservation condition; evaluation parameters; geological evaluation; favorable area optimization 页岩气作为一 种新类型的 天然气资 源,在美
8、国和 加拿 大开 发已 经取 得成 功, 并对 北美 天然 气和国 际 LNG(液 化天然气)供应 产生了明显 的影响。 2009 年, 95010 m 8 3 1 1.1 对页岩气的理解 页岩 气为 连续 型油 气聚集 Curtis Shale gas 量达到了 87810 m , 8 占其全 部天然气产 量的 15%左 3 页 岩 气在 本 质上 就 是 连续 生 成 的生 物 化 学成 因 气 、 右。 加 拿大为 7210 m 。 中国页岩 气勘查工作 刚刚起 热 成因 气或 两者 的混 合, 它具 有普 遍的 地层 饱含 气 步, 目前 以调 查富有 机质 页岩 的基 本特 征为 主
9、,主 要 手段为地 质浅井和地 表地质调查 。 2010 年,石 油公司 实施了几 口页岩气勘 探井,取得了明 显的进 展。 收稿日期: 2010-11-16;修订日期: 2011-01-06 性 、隐 蔽聚 集机 理、多 种岩 性封 闭和 相对 很短 的运移 距 离, 它可 以在 天然裂 缝和 孔隙 中以 游离 方式 存在 , 在 干酪 根和 粘土 颗粒 表面 上以 吸附 状态 存在 , 甚 至 资助项目:国土资源部油气专项中国重点地区页岩气资源潜力及有利区优选(编号: 2009GYXQ15 ) 作者简介:李玉喜( 1962- ),男,高级工程师,从事页岩气资源调查评价与有利区优选研究。 E
10、-mail: 8 3 1 第 30 卷 第 23 期 李玉喜等:页岩气含气量和页岩气地质评价综述 309 在干 酪根 和沥 青质 中以 溶解 状态 存在 。 连续 型气 藏( 图 1) 。 即 页岩气 为 条 件下 ,含 气量 高。 从 等 温 吸 附 研 究 的 结 果 看 , 按 每 10m 水 柱 1.2 页 岩气 为源 岩层 系油气 聚集 张 金川 等 认为 , 页岩 气 是指 主 体位 于 暗色 泥 14.5MPa 换 算 ,若 页岩 地层 处于 正 常流 体压 力状 态 , 在 1150m 以浅 ,特别 是在 700m 以 浅, 页岩 气中 的 吸 页岩 或高 碳泥 页岩 中, 以
11、吸 附或 游离 状态 为主要 存 附 气 含 量 随 着 深 度 增 加 而 明 显 增 加, 在 1150m 以 在方 式的 天然 气聚 集。在 页岩 气藏 中, 天然 气也存 在 深 ,吸 附气 含 量增 加缓 慢 ,在 2000m 以深 , 吸附 气 含 于 夹层 状 的粉 砂 岩、 粉砂 质 泥岩 、 泥 质粉 砂 岩 ,甚 至 砂岩 地层 中, 为天 然气 生成 之后 在源 岩层 内就近 聚 集的 结果 ,表 现为典 型的 “原 地 ”成 藏模 式。 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。 由于储 集条 件特 殊, 天然 气在
12、其中以 多 种相 态存 在 。 从 以 上 的 定 义 可 以 看 出 页 岩 气 的 2 个 主 要 特 征。 一是 游离 气与 吸附 气并 存,从 美国 的情 况看 ,游 离气 在 20%80%之 间, 吸附 气 在 80%20%之 间 ,范 围很 宽, 其中 部分页 岩气 含少 量溶 解气 。二 是页岩 系 统包 括富 有机 质页 岩,富 有机 质页 岩与 粉砂 岩、细 砂 岩 夹层 ,粉 砂 岩、 细砂 岩 夹富 有 机 质 页岩 ; 页岩 气 形 成于 富有 机质 页岩 , 储 存于 富有 机质 页岩 或一套 与 之密 切相 关的 连续 页岩 组合 中, 不同 盆地 页岩气 层 组合
13、 类型 不相 同。 即页 岩气 为源 岩层 系天 然气聚 集 的 一种 ,为 天 然气 生 成后 ,未 排 出 源 岩层 系 ,滞 留 在 源岩 层系 中形 成的 。源岩 层系 油气 聚集 除页 岩气 外, 2 油气 聚集 都是 连续 型油 气聚 集,属 于非 常规 油气 ,分 布 广、 资源 丰 度低 、开 发 难度 大 、 技术 要 求 高是 其 普 遍特 点。 2 页岩含气量和影响因素 2.1 页 岩含 气量 页岩 含气 量是 指每 吨岩 石中 所含 天然 气折算 到 标 准 温 度 和 压 力 条 件 下 ( 101.325kPa, 25 ) 的 天 然 气总 量, 包括 游离气 、吸
14、 附气 、溶解 气等 ,目 前主要 关 注吸 附 气和 游离 气( 图 3)。 游 离气 是 指以 游 离状 态 赋存 于孔 隙和 微裂 缝中 的天 然气 ; 吸 附气 是指吸 附 于有 机质 和粘 土矿 物表 面的 天然 气, 以有 机质吸 附 为主 ,伊 利 石 等粘土 矿物 也有 一定 的吸 附能 力。 从形 成机 理和 过程 的角 度看 , 富 有机 质页岩 含 气 量 的 大 小 取 决 于 生 烃 量和 排 烃 量 , 即 页 岩 含 气 量 生 烃量 排烃 量。 其 中,生 烃量 受有 机质 的类 型、 含量 和成 熟度 的控 制; 排烃 量主 要受 排烃 门限高 低 的 控制
15、,突 破 压力 大 ,排 烃门 限 高 ,则 在 相 同的 生 烃 2 3-4 3-4 5 量 曲线 变得 十分 平缓 ,吸附 气增 加量 已经 不明 显。 而 游 离 气随 着 埋深 的 增 加表 现 出 平稳 增 加 的趋 势 , 波 动 比较 小( 图 3) 。 实 验结果 也显 示出 ,在 1150m 左 右 , 游离 气 和吸 附 气的 含 量基 本 相 等, 之 后, 随 着 埋 深 的增 加, 游离 气含量 逐步 增加 ,在 埋深 达到 2800m 左 右时 ,游 离气 达到吸 附气 的 2 倍以 上。 总体 上表 现 出 在 1150m 以 深, 页岩 气 的 存在 状 态主
16、要 以游 离 气 为 主的 趋势 。 2.2 页岩 气 的 储集 空间 页 岩气 的储 集空 间包 括孔 隙和 微裂 隙。 Jarvie 等 认 为, 页岩 中的 孔隙以 有机 质生 烃形 成的 孔隙 为主 , 如 果页 岩有 机质 质量 百分 含量 为 7%, 则体 积百 分 含 量 为 14%,若这 些 有机 质有 35%发 生转 化, 则会 使 岩 石 增加 4.9%的孔 隙空 间(图 4 、图 5) 。 微 裂缝 是 页 岩 的 另 一 种主 要 储 集 空 间 (图 6) , 长 度在 微米 级至 纳米 级。微 裂缝 的成 因多 种多 样。 页 岩 在生 烃过 程中 , 随 着烃 类
17、生 成量 的增 加, 内压 增 大 , 当达 到 突破 压 力后 ,会 形 成 大量 的 微 裂隙 , 为 烃 类 排出 提供 通道 ,同时 也形 成新 的储 集空 间。 在成 岩 过 程中 ,矿 物相 的变化 也会 使微 裂隙 形成 。构 造活 动 过 程中 也会 形成 大量 的微 裂隙 。 2.3 影响 页岩 气含 量的 因素 2.3.1 压 力、 温度 压 力与 埋深 直接 相关 。 富 有机 质页 岩含 气量总 体 随压 力的 增加 而增 加,其 中, 吸附 气在 低压 条件下 增 加较 快, 当压 力达到 一定 程度 后, 增加 速度明 显减 缓 ,而 游离 气仍 然在明 显增 加,
18、 并成 为页 岩气 的主体 ( 图 3)。 温度 增 加会 降低 富 有机 质 页岩 的 吸附 能 力 7 都 会 明显 下降 , 温 度 升高 1 倍 , 吸附 能 力下 降 近 2 倍 。即 随着 地温 的不 断增 加,富 有机 质页 岩的 吸附 能 力 不断 下降 ,游 离气的 比例 不断 增加 。 2.3.2 有 机质 含量 有 机 质 含 量 决 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 决 定 性的 作 用 。 从 国内 外 的 实测 结 果 看, 有 机 质 6 7-8 9 310
19、地 质 通 报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2011 年 图 1 连续型油气藏成藏模式 (据参考文献 2修改) Fig. 1 Reservoir model of continuous type of gas reservoir 图 2 油气资源类型和成藏区划分 5 Fig. 2 Types of gas reservoir and division of reservoir area 含 量 直 接 影 响 含 气 量 ,有 机 质 含 量 越 高 , 含 气 量 越 大 (图 8)。 两 者 具 有 近 似 线性 的 相 关 关 系 ,相 关 程 度 很高 。
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