硬脆性泥页岩水化裂缝发展的CT成像与机理_石秉忠
第３３卷 第１期２０１２年１月
石油学报
ＡＣＴＡ ＰＥＴＲＯＬＥＩ
ＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３３Ｊａｎ．
Ｎｏ．１
２０１２基金项目：中国石油化工集团公司重点科技攻关项目（Ｐ１００３７
）资助。第一作者及通讯作者：石秉忠，男，１９６６年４月生，１９９１年毕业于长春地质学院，２００９年获中国石油大学（
华东）硕士学位，现为中国石化石油工程技术研究院高级工程师、中国地质大学博士研究生，主要从事深井与超深井钻井液技术研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｚ６６０４２０＠１６３．ｃｏｍ
文章编号：０２５３－２６９７（２０１２）０１－０１３７－０６
硬脆性泥页岩水化裂缝发展的ＣＴ成像与机理
石秉忠１，２
夏柏如１ 林永学２ 徐 江２
（１．中国地质大学 北京 １０００８３； ２．
中国石化石油工程技术研究院 北京 １００１０１）摘要：硬脆性泥页岩地层井壁失稳问题是一个十分复杂的难题。外来流体侵入后，岩石内部将会产生一系列的微观物理化学变化而影响地层的稳定性。采用ＣＴ成像技术，微观揭示硬脆性泥页岩水化过程中裂缝的发展规律及其对岩石的破坏，并结合扫描电镜等测试手段，分析其机理和对井壁失稳的影响，进而制定出井壁稳定技术对策，为硬脆性泥页岩井壁稳定性研究提供一种新的思路。结果表明，
硬脆性泥页岩具有较显著的毛细管效应，岩石矿物颗粒间微孔缝自吸水后产生较强的水化作用，促使次生微裂纹的产生、扩展与连通，微裂纹不断发展成裂缝直至贯通，岩石发生宏观破坏。自吸水化产生次生裂缝破坏是硬脆性泥页岩地层井壁失稳的主要原因之一。强化封堵、控制滤失量和降低滤液表面张力是防止硬脆性泥页岩地层自吸水化破坏的有效措施。关键词：硬脆性泥页岩；毛细管效应；自吸水化；裂缝演变；ＣＴ成像技术中图分类号：ＴＥ２４９ 文献标识码：Ａ
ＣＴ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｒａｃｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂｙ
ｈｙｄｒａｔｉｏｎｉｎ ｈａｒｄ－ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｈａｌｅ
ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓＳＨＩ Ｂｉｎｇｚｈｏｎｇ１，
２ ＸＩＡ Ｂａｉｒｕ１ ＬＩＮ Ｙｏｎｇｘｕｅ２ ＸＵ Ｊｉａｎｇ
２
（１．Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｎｏｐｅｃ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１
００１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｗａｌｌ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈａｒｄ－ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｈａｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｃｏｍｐｌｅｘ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂｅｃａｕｓｅ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｎｖａｓｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｅｉｇ
ｎｆｌｕｉｄｓ，ｒｏｃｋｓ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｎｇｅｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ．Ｈｅｒｅ ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｗａｌｌ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈａｒｄ－ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｈａｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｍｉｃｒｏｃｏｓｍｉｃａｌｌｙ ｒｅｖｅａｌｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌａｗ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｒｏｃｋｓ ｄｕｒｉｎｇ ａ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈａｒｄ－ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｈａｌｅｓ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＣＴ ｉｍａｇｉｎｇ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎａｌｙｚｅ ｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｗａｌｌ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｓｅｔ ｄｏｗｎ ａ ｐ
ｒａｃｔｉｃａｂｌｅ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ ｆｏｒ ｗａｌｌ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｈａｒｄ－ｂｒｉｔｔｌｅｓｈａｌｅ ｈａｓ ａ ｎｏｔａｂｌｅ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｅｆｆｅｃｔ，ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｉｍｂｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ ａｍｏｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｍａｔｒｉｘ ｗｉｌｌ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ａｓｔｒｏｎｇ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｐｒｏｍｏｔｅｓ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔ ｏｆｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ ｉｎｔｏ ｃｒａｃｋｓ ｔｉｌｌ ｐｅｎｅｔｒａｔｅｄ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｏｃｋｓ ｗｉｌｌ ｂｒｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｒｏｃｋｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅｍａｊｏｒ ｃａｕｓｅｓ ｔｈａｔ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｈａｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｉｓ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｈｙ
ｄｒａ－ｔｉｏｎ ｂｙ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｉｍｂｉｂｉｔｉｏｎ．Ｔｈｕｓ，ｉｎｔｅｎｓｉｆｙｉｎｇ ｐｌｕｇｇｉｎｇ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｆｉｌｔｒａｔｅ ａｒｅ ｅｆ－ｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｈａｒｄ－ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｈａｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ｂｙ ｓｐ
ｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｉｍｂｉｂｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ｈａｒｄ－ｂｒｉｔｔｌｅ ｓｈａｌｅ；ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｅｆｆｅｃｔ；ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｉｍｂｉｂｉｔｉｏｎ；ｃｒａｃｋ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；ＣＴ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 硬脆性泥页岩地层井壁失稳问题仍是目前井壁稳
定性研究的重点和难点。国内外数百口井的统计结果表明，９０％以上的井塌发生在泥页岩地层，其中硬脆性泥页岩地层约占２／３，软泥页岩地层约占１／３。对一些以伊利石、伊蒙混层为主的硬脆性泥页岩引起的井
壁失稳，一直未能找到很好的评价方法［
１］
。常规井壁稳定性实验研究方法不适用且随机性大、平行性差，缺乏有针对性的研究手段，导致硬脆性泥页岩地层井壁
稳定机理研究不足，不能很好地用于预先指导，防塌技术实施难以准确到位。
一般认为，硬脆性泥页岩中发育的一部分微裂
缝是导致井壁失稳的重要原因［
２］
。较高的钻井液液柱压力会加速页岩水化和把钻井液压进裂缝，不利
于井壁稳定［３］
。钻井过程中，钻井液滤液沿着泥页
岩中的微裂缝进入到地层内部，地层沿层理、微裂缝面发生剥落坍塌。然而，在现场施工中发现，当揭开
次生断面状。由此说明，导致硬脆性泥页岩井壁失稳还有其他的内在原因。硬脆性泥页岩与各种流体的作用与其结构特征有很大关系，相互作用后其内部将会产生一系列的微观物理化学变化，改变岩石物质成分或结构，力学效应影响岩石内部裂纹扩张，物理化学和力学效应两种作用常常相互耦合［４］，进而影响地层的稳定性。
通过微观分析，从微观到宏观研究揭示外来流体与泥页岩相互作用的内部微观变化过程与机理、破坏方式和内在力学机制，将是解决硬脆性泥页岩地层井壁失稳的关键基础，可为正确制定井壁稳定技术措施提供必要的理论支撑，具有重要的应用及研究价值。为此，采用ＣＴ成像技术并结合扫描电镜，对硬脆性泥页岩水化过程中裂缝发展及其机理进行了分析。
１ 技术方法
１．１ 实验设备
实验采用了纳米／微米Ｘ射线层析ＣＴ成像数字分析设备，通过锥束ＣＴ和扇束ＣＴ对岩石进行扫描，采集包含物体位置和密度信息的Ｘ射线图像，重建、软件处理可得物体内部清晰的二维、三维图像，直观地进行微米／纳米级别的岩石结构和物理特性综合描述分析，用于发现物体内任何部位的细微变化。
１．２ 实验岩样
实验采用了川西地区须家河组三段的泥页岩岩样。岩样中，非黏土矿物以石英为主，斜长石、方解石次之。黏土矿物以伊利石为主、伊蒙间层次之，含高岭
①将试样平稳放置于一不影响Ｘ射线能量衰减的容器中并固定好位置；②设定好扫描参数后，将容器固定于扫描床上进行原始岩样扫描；③连带试样一起取下容器，在容器下部注入试液，确保液面刚好接触岩样底部，记录时间，到设定时间后，从容器底部将试液放掉，立即将容器固定于扫描床上进行岩样扫描；④改变不同的时间，重复步骤③；⑤扫描全部完成后，在主控台进行ＣＴ图像计算机处理，获取理想的图像效果；⑥制成ＣＴ图像二维照片和三维照片，进行观察对比分析。
２ 结果分析
ＣＴ数字图像处理技术是岩石微观结构破坏行为研究的一种方便而有效的方法。通过ＣＴ成像，可非常直观地观察试样中裂纹、裂缝、孔隙和骨架基质，条状或线状深色区域是连续的低密度区，即裂纹或裂缝，孤立的黑色斑点低密度物质区是较大孔隙或气孔，浅色或白色区域高密度物质区是岩石骨架颗粒［５－８］。数据获取后，利用成像处理软件进行数字图像处理，自下而上截取不同位置横向截图，试样中线为０像素位，上为＋，下为－。
２．１ 试样裂缝演化过程
由图１可见，实验前，岩样二维层析图像中没有观察到原始的层理或微裂缝，只有矿物颗粒、粒间微孔或微缝（结合扫描电镜分析），相互之间基本没有连通。用水浸泡实验后，从横切面观察，可清晰地看出裂缝起裂、扩展及破坏的演化全过程，即微裂纹萌生—扩展—分叉—归并—重分叉—再扩展—惯通—宏观破坏。裂缝的形成发展没有规律。
图１ 水化前后试样横切面
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ
２．２ 毛细管效应导致的自吸现象
泥页岩本身渗透率极低，但中深井段和深井段的泥页岩因脱水收缩成岩作用等基质颗粒间除微孔之外，还有开度小于１０μｍ的毛细裂缝。受毛细管效应影响，水从试样底部通过毛细管道（矿物颗粒间微孔或微缝）发生明显的自吸现象（图２，图３）。推进过程中，小毛管从与其相连通的大毛管中吸水，较大毛细管中水是先从边缘部分上升，随之带动中间部分前进，最终结果是大小毛管中的水相几乎同时向前推进［９］。由此，导致岩样中微裂缝上移扩展，直至贯通，发生宏观破坏。
第１期石秉忠等：硬脆性泥页岩水化裂缝发展的ＣＴ成像与机理
１３９
图２ 试样淡水水化５ｍｉｎ自下而上不同像素位横切面
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｉｘｅｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｂｏｔｔｏｍ ｔｏ ｔｏｐ
ａｆｔｅｒ ｆｒｅｓｈ ｗａｔｅｒ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ５ｍｉ
ｎ图３ 试样水化后裂缝扩展三维图
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍａｐ
ｏｆ ｃｒａｃｋ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎａｆｔｅｒ ｈｙ
ｄｒａｔｉｏｎ２．３ 自吸时间的影响
将同一块试样分别进行了１ ｈ、２ ｈ的自吸水化实验。结果表明，随着时间的延长，裂缝扩展的程度放
缓，到了２ｈ试样整体已经破坏成碎片块状，从破碎岩块端面观察，大多粗糙且成不规则状，很少有类似层理面的光滑面，与现场施工中出现的坍塌掉块基本一样（图４，图５
）
。图４ 试样淡水水化１ｈ、２ｈ后不同像素位的横切面Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｉｘｅｌ ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ ａｆｔｅｒｈｙ
ｄｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｎｅ ｈｏｕｒ ａｎｄ ｔｗｏ ｈｏｕｒｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌ
ｙ图５ 试样水化后的宏观变化
Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｍａｃｒｏ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ａｆｔｅｒ ｈｙ
ｄｒａｔｉｏｎ 从表１中取点测量数据并结合横切图可以看出，
试样底部和上部裂缝宽度扩展变化小，中部变化大，说
表１ 试样淡水水化１ｈ、２ｈ后不同像素位微裂缝宽度变化Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ｃｒａｃｋｓ ｗｉｄｔｈ ｃｈａｎｇ
ｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｉｘｅｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎａｆｔｅｒ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｎｅ ｈｏｕｒ ａｎｄ ｔｗｏ ｈｏｕｒｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
量取点
缝宽／μ
ｍ－３８．５像素位１９０．５像素位５７８像素位１ｈ
２ｈ １ｈ
２ｈ
１ｈ ２ｈ１ ５０４ ５１７
１１８．２ １８６．９
７６．８
８０．７
２ １７６
１８７．６ １７７．８ ２６９．８ １９４．３ １
９６．５３ １８７．３ １９５．８
７５．７ １４８．１ ２７２．６ ２７４．３４ １７３．９ ３２１．７ ２４４．１ ２４６．７５ １０２．３ ２４１．１ ３６４．２ ３６５．１６
１０７．１ １
３５．２明底部为裂缝扩展趋于结束区，中部为裂缝快速扩展区，上部为裂缝发展区。
２．４ ５％ＫＣｌ溶液浸泡实验
采用５％ＫＣｌ溶液进行实验，同样发生明显的自吸效应。试样产生向上延展的微裂缝，随着时间的延长，裂缝逐渐扩展加大，延展至上部，直至部分裂缝贯通，试样局部破坏（图６）。相同时间和位置裂缝发展情况对比结果表明，ＫＣｌ对泥页岩自吸水化具有抑制、延迟作用，分析其原因，可能与Ｋ＋抑制伊利石水化的晶格嵌入键合和优先吸附作用机理有关（图７）。２．５ １％ＫＰＡＭ溶液浸泡实验
１％ＫＰＡＭ溶液实验结果表明，相对于水来讲，大分子聚合物ＫＰＡＭ靠氢键或静电吸附、
包被作用以
１４０
石 油 学 报２０１２年 第３３卷
图６ 不同时间内５％ＫＣｌ溶液浸泡后试样裂缝演化过程
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ａｆｔｅｒ ｓｏａｋｉｎｇｉｎ ５％ＫＣｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｔ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ
及分子骨架碳链的憎水性等，同样对泥页岩的水化具有抑制、延迟作用。但由于聚合物颗粒的粒径较大，难以对岩石表面微孔缝形成有效封堵，随着时间的延长，自吸效应仍很明显，裂缝发展直至局部贯通开裂，试样破坏（图８，图９）
。
图７ 水、５％ＫＣｌ溶液相同时间浸泡后同一像素位横切面Ｆｉｇ．７ Ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｍｅ ｐｉｘｅｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｓａｍｅ ｔｉｍｅｓｏａｋｉｎｇ ｉｎ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ５％ＫＣｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
另外，实验时，为了了解层理面对泥页岩自吸水化作用的影响，试样采用了平行层理面方向放置，并选用了一块端面为层理面的试样且在一角设置了一个缺口，让试样层理面接触溶液。结果表明，自吸效应首先从缺口处颗粒间的微孔或微缝开始，３０ ｍｉｎ后取下
试
图８ 不同时间内１％ＫＰＡＭ溶液浸泡后试样裂缝演化过程
Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ａｆｔｅｒ ｓｏａｋｉｎｇ ｉｎ １％ＫＰＡＭ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ
样，发现底端层理面没有出现明显裂纹，而上部裂纹逐
步发展到裂缝贯通开裂，说明层理面渗透性差具有一
定的阻隔作用（图８，图９）。由此推断，如果井眼方向
平行于泥页岩层理面，钻井液滤液不易侵入地层，利于
井壁稳定，而垂直于层理面则相反
。
图９ １％ＫＰＡＭ溶液浸泡３０ｍｉｎ前后试样情况
Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｏａｋｉｎｇ ３０ｍｉｎ
ｉｎ １％ＫＰＡＭ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
２．６ 泥页岩毛细管自吸效应水化机理分析
硬脆性泥页岩本身是矿物颗粒和结晶体相互胶结
或黏结在一起的集合体。流体与岩石相互作用的实质
就是一种从微观结构变化导致其宏观力学特性改变的
微观演化过程［１０－１３］。
泥页岩的微观结构与其剥裂性有着密切关系。扫
描电镜（ＳＥＭ）分析结果表明（图１０），矿物颗粒间有较
多微裂缝和微孔，与ＣＴ图像分析一致，局部发育溶蚀
孔隙，颗粒界面裂纹和微孔出现在颗粒边界，颗粒间或
颗粒与各种胶结物间的结合较薄弱，颗粒边界成为重
要的初始微观损伤点。
ＣＴ成像分析结果表明，裂纹演化具有明显的阶
段性，微裂纹萌生并稳定扩展，加速发展，汇合归并贯
通，出现大的裂纹，大裂纹迅速增宽成裂缝（失去结合
力的表面），稳定发展直至破坏，其间裂纹的扩张即加
宽与扩展相互交替，泥页岩的变形与破坏本质上表现
为微观裂纹的扩张、扩展演化（图１１）。
裂纹的萌生起于颗粒界面微孔缝扩大与相互连
通。水分子侵入后，裂缝两侧颗粒表面发生水化呈现
暗色水化膜，即由高密度向低密度转化（图１１）。因水
分子极性强，与矿物颗粒表面上的羟基相作用，取代原
来的颗粒间氢键，将颗粒间接触点水化，并导致矿物或
胶结物侵蚀、溶解或收缩，颗粒间内聚力降低或消失，
矿物颗粒水化崩解与分散等，本不相通的颗粒界面间
第１期石秉忠等：硬脆性泥页岩水化裂缝发展的ＣＴ成像与机理
１４１
图１０ 须家河组泥页岩ＳＥＭ微观结构
Ｆｉｇ．１０ ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｕｊ
ｉａｈｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｈａｌ
ｅ图１１ 泥页岩自吸水化机理示意图
Ｆｉｇ．１１ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｓｅｌｆ－ａｂｓｏｒｂｉｎｇ
ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ的独立微孔缝逐步变大而连通成裂纹。裂纹萌生首先发生在颗粒间微孔缝最为发育结合最为薄弱的地方。微裂纹发育阶段，微裂纹数增多但未出现宏观裂纹即裂缝。裂纹方向呈现任意发展无明显规律，宽度和长度呈现非线性增长的特性。
泥页岩自吸水化过程中，微裂纹形成后会逐步向上扩展（延展）和扩张（增宽），缝内微粒逐步消失（图１２
）。微粒溶蚀或收缩变小或分散成更细小微粒等原因，局部缝内微粒大量消失形成“缝洞”（图１３
）
。图１２ 同一时间不同像素位横切面
Ｆｉｇ．１２ Ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｉｘｅｌ ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｅｓａｍｅ
ｔｉｍ
ｅ图１３ 局部横切面
Ｆｉｇ．１３ Ｔｈｅ ｐ
ａｒｔｉａｌ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ 综合以上分析，
硬脆性泥页岩自吸水化作用机理是：基质矿物颗粒边界的微孔缝产生毛细管自吸效应，
水分子通过粒间不同大小微孔缝沿着矿物颗粒界面上移渗流推进，形成相互连通的网络，基质矿物颗粒被水分子包围，水分子吸附于矿物颗粒间，发生水化作用，引起物理化学反应，打破了原来的物理化学平衡状态，削弱或抵消了颗粒间相互引力和胶结作用，即内聚力减小或消失，微裂纹间的连接破坏；另外，流体压力使微裂纹尖端的应力提高，颗粒受到拉伸应力，促使新的微裂纹起裂和主裂纹向前扩展。由此，导致矿物颗粒分离开裂和崩解，本不相通的粒间微孔缝逐步变大而连通成次生微裂纹，微裂纹进一步扩张（增宽）、扩展（延展）并相互交替，汇合贯通，形成宏观裂纹，宏观裂纹增宽成缝，发展直至破坏。泥页岩内部结构的变形与破坏跟毛细管效应密切相关，本质上表现为水化作用致使矿物颗粒间内聚力减小或消失，原始和次生微孔缝的扩张与扩展演化。
３ 结 论
（１）ＣＴ成像技术可以揭示岩石内部微观结构的
变化过程，是研究硬脆性泥页岩微观结构破坏行为的一种方便而有效的方法。
（２
）硬脆性泥页岩具有较显著的毛细管效应，矿物颗粒间微孔缝是产生毛细管效应的内在原因，毛细
管效应自吸水化作用产生次生裂缝破坏是硬脆性泥页岩地层井壁失稳的主要原因之一，裂缝的形成发展与毛细管效应大小相关，是随机无规律的，岩石内部微观结构发生变化，促使宏观破坏。
（３）ＫＣｌ和ＫＰＡＭ有抑制延迟泥页岩自吸水化
１４２
石 油 学 报２０１２年 第３３卷
的作用。根据硬脆性泥页岩自吸水化作用机理，提高钻井液对基质矿物颗粒间的微孔缝封堵能力，控制滤失量和降低滤液表面张力是防止硬脆性泥页岩地层自吸水化破坏的有效措施。
参考文献
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（收稿日期２０１１－０７－１５ 改回日期２０１１－１０－０８ 责任编辑 张 怡）
页岩气特点及成藏机理
页岩气特点及成藏机理 ---陈栋、王杰页岩气作为一种重要的非常规油气资源，随着能源资源的日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，其重要性已经日益突出。随着国家新一轮页岩气勘探开发部署的大规模展开，正确认识和掌握页岩气的成因、成藏条件等知识，对于今后从事页岩气现场录井的工作人员提高录井质量具有较好的指导意义。 1.概况 页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。其形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的页岩烃源岩地层中。 2.特点 2.1 页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间；以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、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，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地
的有利目标。页岩气的资源量较大但单井产量较小，美国页岩气井的单井采气量为2800-28000m3/d。 2.5 在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。 2.6 原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低，因此页岩气藏的地层压力多变。 2.7 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点—-大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。 3.成因 通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合。生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降解和裂解作用形成的天然气。相对于热成因气，生物成因的页岩气分布极限，主要分布盆地边缘的泥页岩中，在美国研究比较深入的五个盆地的五套页岩中，密执安盆地和伊利诺斯盆地发现了生物成因的页岩气藏，并且是勘探目标中的主要构成(Schoell，1980；Malter 等，2000)。 3.1 生物成因
页岩气资源调查评价与勘查示范立项指导意见-资源评价部
页岩气资源调查评价与勘查示范立项指导意见 页岩气是一种清洁、高效的非常规天然气资源。中央高度重视页岩气资源调查工作，国土资源部积极落实中央部署，组织编制了《全国页岩气资源调查评价和勘查示范专项实施方案》，为专项的组织实施，规范页岩气资源调查项目立项工作，特提出如下指导意见。 一、项目设置 全国页岩气资源调查评价和勘查示范专项，按照页岩气地质理论和评价方法研究、页岩气资源调查评价（包括潜力评价、重点远景区调查评价、重点有利目标区调查评价）和勘查示范三个方面统筹部署。 页岩气资源调查评价，以沉积盆地或盆地群为单位设置计划项目，包括：盆地内页岩气资源潜力评价、重点远景区调查评价、重点有利目标区调查评价和勘查示范等4个方面的工作项目，以利于整体从盆地演化上，研究页岩气资源的时空分布和富集规律，也便于不同类型的项目资料共享，相互促进。 二、重点工作内容 页岩气资源潜力评价：以盆地或盆地群为单元，按类型、分层系，以富含有机质页岩为评价对象，进行潜力评价。主要以野外地质调查和非地震物探为主，必要时部署二维地
震，实施少量调查井。建立富有机质泥页岩层系地层剖面；分析和总结构造格局、富含有机质页岩的时空分布规律，获取地质评价基本参数（包括：TOC、Ro、有机质类型、热解分析、含气性、岩石矿物组合和结构），编制沉积盆地构造格架图、岩相古地理图、富有机质泥页岩等厚图及埋深图、TOC图、Ro图。评价页岩气资源潜力，提出页岩气远景区。 原则上盆地内重点二级构造单元有1口调查井控制。 重点远景区评价：以含气页岩为评价对象，以详细地质调查为主，辅以二维地震、调查井或参数井，确定含气页岩层段分布，建立含气页岩层系精细剖面；基本查明含气页岩层段的分布，岩石矿物学及物性特征，研究气体赋存与富集方式，储层孔隙度、渗透率及微裂缝发育等特征；获取有机质丰度、类型、热演化等有机地化参数。开展盆地模拟分析，研究页岩气富集规律，确定含油气性及有效含气页岩层分布，估算页岩气资源量，优选和评价有利目标区，分析勘查开发前景。 编制远景区含气页岩层系岩相古地理图、含气页岩层段等厚图及埋深图、含气页岩层系精细剖面图、TOC图、Ro 图、四性关系图（岩性、物性、电性、含气性）、资源评价图。 原则上每个重点远景区有3-5口调查井控制，有地球物理资料控制构造和地层展布。
《页岩气——未来能源世界的“主导者”》初中说明文阅读题及答案
《页岩气——未来能源世界的“主导者”》初中说明文阅读题及答案 《页岩气——未来能源世界的“主导者”》初中说明文阅读题及答案 ⑴随着世界各国对于煤、石油、天然气资源的需求不断攀升，能源供给压力日益增大。作为常规能源的重要补充，页岩气等非常规能源逐渐进入人们的视野。 ⑴页岩气，多赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式，成分以甲烷为主，是一种非常规天然气，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点。 ⑴我国富有机质页岩分布广泛，南方地区、华北地区和新疆塔里木盆地等发育海相页岩，华北地区、准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育陆相页岩，具备页岩气成藏条件，资源潜力较大。根据中国石油经济技术研究院发布的《2012年国外石油科技发展报告》显示，全球总的页岩气技术可采资源量为187万亿立方米，其中中国为36．08亿立方米，约占总量的20%，排名世界第一。 ⑴虽然我国页岩气开发起步晚，但国家高度重视，国土资源部将其作为新矿种进行管理，国家先后于2012、2013年发布了《页岩气发展规划（2011–2015年）》、《页岩气开发利用补贴政策》及《页岩气产业政策》，从国家政策层面对这一新能源勘探、开发、利用加以支持。 ⑴目前，天然气在我国一次能源消费中所占的比重较低，仅为4%左右，较世界平均水平低了近20个百分点。按照规划，“十二五”期间，天然气在我国一次能源消费中的比重将上升到8%–12%。页岩气这种新能源，可以成为弥补我国常规天然气供给不足的有力补充。 ⑴国内相关企业、科研院校已经成立了专门机构，研究页岩气生成机理、富集规律、储集和保存条件，探索页岩气水平井钻完井和多段压裂技术，并与壳牌等多家外国公司开展合作开发与联合研究。 ⑴作为一种新兴的非常规能源，页岩气资源的开发需要大量技术、资金和人员投入。而我国页岩气资源的开发刚刚起步，经验匮乏，技术不成熟，这些因素都在一定程度上制约着国内页岩气产业的发展。我国页岩气资源的规模开发还有很长的路要走。 1.文中的划线句使用了哪两种说明方法？他们的作用是什么？（2分） 2.第三段最后一句中的加点字“约”能否删去？为什么？（2分） 参考答案： 1.列数字和作比较。（1分）准确具体地说明了我国天然气消费比重较低（1分) 2.不能（不写扣0．5分，写不得分）。约字表示估计，大概的意思，文中的20%并不是一个确数，而是引用数据时进行的一个估计（1分），假如删去就变成了一个有事实依据的确数，与实际情况不符（0．5分），因此不能删去，约一字体现了说明文语言的准确性。（0．5分）
泥页岩孔隙结构表征方法及影响因素研究
泥页岩孔隙结构表征方法及影响因素研究 1前言 页岩气是一种典型的非常规天然气，在20世纪70年代中期之前曾被归入非经济可采资源，随着天然气开发技术的进步以及对天然气的依赖逐渐变为经济可采资源。页岩气因其资源潜力巨大和经济效益显著受到各国政府及能源公司的重视，在北美地区已经取得了良好的勘探开发效益。作为目前页岩气产能最大的国家—美国，页岩气已成为继致密砂岩气和煤层气之后的又一重要的非常规天然气资源。 中国海相页岩十分发育，分布广、厚度大[1]。中国巨厚的烃源岩，良好的生烃条件，寻找页岩气藏具有较好的可行性，其中最有勘探潜力为四川盆地下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组[2]。 泥页岩中的基质孔隙网络是由纳米到微米级别的孔隙组成。在页岩气体系内这些伴生有天然裂缝的孔隙，构成了在开发过程中让气体从泥页岩流动到诱导裂缝中的渗流网络[3]。国外已广泛利用纳米CT、FIB-SEM、气体吸附法、高压压汞法和核磁共振等先进研究手段来对页岩孔隙结构进行大量的微观观测与分析，已经证实了这些泥岩中的不同孔隙的存在。在国内也有一些学者对泥页岩储集层特征、类型及其形成条件进行研究，并提出页岩气储集层的评价参数。邹才能等通过纳米CT技术在泥页岩中首次发现了纳米级孔隙，掀开了油气储集层纳米级孔隙研究的序幕[4]。但是目前对于泥页岩中的孔隙体系尚没有统一的分类方案，这将不利于人们对泥页岩中复杂多变的孔隙特征的识别，而且常规测试手段分析泥页岩孔隙结构还存在多种局限。介于泥页岩作为页岩气这种重要非常规气藏的储层，其孔隙类型、孔隙结构及其连通性都是评价页岩气储层的关键因素，我们有必要对泥页岩孔隙类型以及其结构特征进行系统的研究。本文主要是通过归纳总结近年来国内外学者在泥页岩孔隙研究中对其孔隙的描述以及表征的方法基础上，找到适合国内泥页岩孔隙的分类体系以及能够准确客观表征泥页岩孔隙结构的方法，为页岩气的勘探开发提供支持。 2国内外研究现状 北美是全球目前唯一实现页岩气商业化开采的地区。美国页岩气开采最早，可追溯到1821
《页岩气资源储量计算与评价技术规范》解读
今天给大家推送此文，是该规范的编制部门国土资源部矿产资源储量评审中心的两位老师写的，原文发在“中国矿业报”6月12日上。烟花未对内容有任何改动。谢谢原文作者。么么~ 2014年4月17日，国土资源部以公告形式，批准发布了由全国国土资源标准化技术委员会审查通过的《页岩气资源/储量计算与评价技术规范 （DZ/T0254-2014）》（以下简称《规范》），并于2014年6月1日实施。这是我国第一个页岩气行业标准，是规范和指导我国页岩气勘探开发的重要技术规范，是加快推进我国页岩气勘探开发的一项重大举措。《规范》的发布实施是我国非常规油气领域的一件大事，必将对我国页岩气资源储量管理和页岩气勘探开发产生重要影响。 《规范》的重要意义 2011年12月，国务院批准页岩气为新发现矿种，确立了页岩气作为我国第172个矿种的法律地位。国土资源部将页岩气按独立矿种进行管理，对页岩气探矿权实行招标出让，有序引入多种投资主体，通过竞争取得探矿权，实行勘查投入承诺制和区块退出机制，以全新的管理模式，促进页岩气勘探开发，促使页岩气勘探开发企业加大勘查投入，尽快落实储量，形成规模产量，从而推动页岩气产业健康快速发展。
继2012年3月国家发展改革委员会、国土资源部、财政部、国家能源局共同发布《页岩气发展规划（2011-2015年）》之后，国家有关部门又相继出台了加强页岩气资源勘查开采和监督管理、页岩气开发利用补贴、页岩气开发利用减免税、页岩气产业政策以及与页岩气相关的天然气基础设施建设与运营管理、油气管网设施公平开放监督管理、建立保障天然气稳定供应长效机制等一系列政策规定，为页岩气勘探开发创造了宽松政策环境。与此同时，其他有关页岩气环保、用水、科技和对外合作等政策措施也在加紧制定中。 目前，我国页岩气勘探开发已进入了实质性发展阶段，重庆涪陵、四川长宁等地区已开始转入页岩气商业性开发。截至2013年底，全国共设置页岩气探矿权52个，面积16.4万平方千米。中石油、中石化、中海油、延长石油等石油企业已在四川、重庆、贵州、云南、陕西、安徽、河南、山东、湖南、湖北、辽宁、黑龙江等10多个省（区、市）的各自常规油气区块中开展了页岩油气勘探工作。 国土资源部于2011年和2012年举行了两轮页岩气探矿权出让招标，中标的19家企业在21个区块上按勘探程序稳步推进页岩气勘探，总体进展情况良好。目前，已经实现规模勘探和正在部署或实施勘探的企业开始为提交页岩气储量做准备，中石化在涪陵焦石坝、中石油在长宁地区已率先形成产能，并将形成大规模开发，具备了提交储量的条件。页岩气储量作为产量的基础，在我国页岩气勘探开发进入到现在这个阶段，如何评价计算已是当务之急。为了促进页岩气科学合理勘探开发，做好页岩气储量估算和评审工作，规范不同勘探开发阶段页岩气资源/储量评价、勘探程度和认识程度等要求，为页岩气产能建设提供扎实的储量基础，出台和发布《规范》显得十分必要。 《规范》借鉴国外成功经验，根据我国页岩气特点和页岩气勘探开发实践，尊重地质工作规律和市场经济规律，参考相关技术标准规范，实现了不同矿种间规范标准的衔接。同时，鼓励采用科学适用的勘查技术手段，注重勘查程度和经济性评价，适应了我国页岩气勘探开发投资体制改革，比较切合我国页岩气勘探开发的实际，体现了页岩气作为独立矿种和市场经济的要求，必将对按照油气勘探规律和程序作业、提高勘探投资效益、避免和减少页岩气勘探资金的浪费、促进页岩气勘探开发起到重要的指导作用和促进作用。 《规范》是页岩气储量计算、资源预测和国家登记统计、管理的统一标准和依据，有利于国家对页岩气资源的统一管理、统一定量评价，更准确地掌握页岩气资源家底，制定合理的页岩气资源管理政策，促进页岩气资源的合理开发和利用。《规范》也是企业投资、产能建设和开发以及矿业权流转中资源/储量评价的依据，有利于企业自主行使决策权，确定勘探手段、网度安排以及进一步勘探的部署，以减少勘探开发投资风险，提高投资效益，有利于企业按照统一的标准
中国页岩气形成机理 地质特征及资源潜力
中国页岩气形成机理地质特征及资源潜力 摘要：页岩气是以自生自储为主的非常规天然气，是油气资源中的新型矿种。 由于页岩气储层低孔低渗，要实现大规模开采必须克服许多理论和技术上的难题。本文分析中国页岩气基本特征、形成机理与富集条件、面临的难题等, 对中国页 岩气资源潜力进行预测, 以期为中国页岩气的研究和勘探开发提供依据。 关键词：非常规油气 ;页岩气;源岩油气 页岩气是一种潜在资源量非常巨大的非常规天然气资源，具有含气面积广、 资源量大、开采技术要求高、生产寿命长、稳产周期长等特点。近年来，严峻的 能源紧张形势使页岩气资源在世界范围内受到了广泛的关注。 一、页岩气勘探开发现状 油气工业的发展主要历经构造油气藏、岩性地层油气藏、非常规油气藏三个 阶段。油气藏分布方式分别有单体型、集群型、连续型三种类型。从构造油气藏 向岩性地层油气藏转变是第一次理论技术创新,以寻找油气圈闭为核心;从岩性地 层圈闭油气藏向非常规连续型油气藏转变是第二次理论技术创新或革命,以寻找有 利油气储集体为核心,致密化“减孔成藏”机理新论点突破了常规储集层物性下限与 传统圈闭找油的理念。随着勘探开发技术不断进步,占有80%左右资源的非常规油气，如页岩气、煤层气、致密气、致密油、页岩油等已引起广泛关注,并得到有效 开发, 在油气储产量中所占比例也逐年提高。传统观点仅认识到页岩可生油、生气,未认识到页岩亦可储油、储气,更未认识到还能聚集工业性页岩油、页岩气。 近年来,典型页岩气的发展尤为迅速,地质认识不断进步,优选核心区方法、实验分 析技术、测井评价技术、资源评价技术、页岩储集层水平井钻完井、同步多级并 重复压裂等先进技术获得应用, 形成“人造气”是页岩气快速发展的关键因素。页岩气突破的意义在于: 突破资源禁区,增加资源类型与资源量。 2、挑战储集层极限,实现油气理论技术升级换代,水平井多级压裂等核心技术，应用于其他致密油气等非常规和常规油气储集层中更加经济有效,可大幅度提高油 气采收率。 3、带动非常规油气技术发展,推动致密油气、页岩油等更快成为常规领域。 二、中国富有机质页岩特征 源岩油气是一种新资源类型, 包括页岩油、页岩气、煤层气等,自生自储,主要 产自源岩内储集层中。页岩是由粒径小于0.0039 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,也称为细粒沉积岩。页岩气 是指从富有机质黑色页岩中开采的天然气,或自生自储、在页岩纳米级孔隙中连续 聚集的天然气。中国三类富有机质页岩泛指海相、海陆交互相及陆相页岩和泥岩, 重点指含油气盆地中的优质泥质烃源岩,图中为依据中国页岩发育的层系和分布特 点编制的三类页岩分布图。中国南方地区海相页岩多为硅质页岩、黑色页岩、钙 质页岩和砂质页岩,风化后呈薄片状,页理发育。海陆过渡相页岩多为砂质页岩和 炭质页岩。陆相页岩页理发育, 渤海湾盆地、柴达木盆地新生界陆相页岩钙质含 量高,为钙质页岩,鄂尔多斯盆地中生界陆相页岩石英含量较高。 2、中国页岩形成的区域地质背景。古生代，在中国南方、华北及塔里木地区形成了广泛 的海相和海陆过渡相沉积, 发育多套海相富有机质页岩和海陆过渡相煤系炭质页岩。在后期改造过程中, 部分古生界海相页岩经历了挤压变形或隆升。四川盆地、华北地区、塔里木盆地构
四 中国页岩气选取及标准
中国页岩气前景评价 1.中国页岩气成藏条件分析及勘探方向 页岩气的勘探开发始于美国，自从1821年在美国纽约Chautauqua县的第一口工业性天然气钻井在泥盆系Dunkil’k页岩(8m深度时产出裂缝气)中发现页岩气，至今已经有180多年历史，尤其是20世纪80年代以来，由于认识到了页岩气吸附机理，美国页岩气的勘探开发得到了快速发展。2006年美国拥有超过39500口页岩气井，页岩气产量达到了7245×108ft3 (204×108m3)，占美国总天然气产量的8％，页岩气总资源量估计在500～600×1012ft3范围内，是已投入工业性开发的三大非常规天然气类型(即致密砂岩气或称根缘气、煤层气、页岩气)之一，成为重要的天然气替代能源。近年来，加拿大、澳大利亚、俄罗斯等国也相继开展了页岩气的勘探和研究工作，但目前，除了美国以外还没有见到有关页岩气商业化开采的报道(T．Ahlbrandt，2001)，其原因要么是对页岩气的资源潜力和经济价值的认识不足，要么是页岩气井的产量和回收期未达到商业化标准，而不是缺乏潜在的产气泥页岩系统。随着世界能源消费量的猛增和供需矛盾的日益突出，非常规天然气资源引起了普遍重视，不少国家将页岩气、煤层气、油砂、油页岩等非常规油气资源的勘探开发提上了重要议事日程，将其列为2l世纪重要的补充能源，加大了勘探开发和综合利用力度。 自20世纪60年代以来，在中国东部的油气勘探中，陆续发现了一些泥页岩裂缝型油气藏(如四川盆地下古生界、沁水盆地上古生界泥页岩在钻井过程中气测异常强烈，甚至发生井喷)，只是作为常规油气勘探中的一些局部发现，并未引起足够的重视，研究不够深入，没有认识页岩气的吸附机理，页岩气的勘探开发没有实现突破。近年来，中国一些学者受美国页岩气成功开发的启示，加强了页岩气的形成条件和成藏机理研究，但是针对页岩气的勘探工作还未展开。目前，中国石油、中国石化针对页岩气相继开展了一些区域性、局部性的基础研究工作，取得了一些的研究成果，初步展示了中国页岩气勘探巨大的资源潜力。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，页岩气勘探一旦突破并形成产能，将对缓解中国油气资源接替的压力具有重大而深远的意义。 一、页岩气藏特征及成藏机理 页岩气，以及煤层气、致密砂岩气、溶解气、天然气水合物通称为非常规天然气资源，与常规天然气相比，页岩气在成藏条件及成藏机理等方面既有相似之处，又有不同点。John B．unis认为页岩气系统基本上是生物成因、热成因或者二者混合成因的连续型天然气聚集，页岩气可以是储存在泥页岩天然裂隙和粒间孔隙内的游离气，也可以是干酪根和页岩黏土颗粒表面的吸附气或是干酪根和沥青中的溶解气。中国学者张金川等(2004)认为页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集，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烃源岩中大规模滞留的结果。我们通过对国内外关于页岩气形成及聚集方式描述的分析，从成因、赋存机理两方面说明页岩气的概念、含义。页岩气是由泥页岩(作为烃源岩)连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，在页岩系统(作为储集岩)中以吸附、游离或溶解方式赋存的天然气。页岩系统包括：页岩及页岩中呈夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，甚至砂岩。 页岩气藏的特征体现在生成、运移、赋存、聚集、保存等方面：(1)早期成藏。页岩气的生烃条件及过程与常规天然气藏相同，泥页岩的有机质丰度、有机质类型和热演化特征决定了其生烃能力和时间，但是页岩气边形成边赋存聚集，不需要构造背景，为隐蔽圈闭气藏； (2)自生自储，泥页岩既是气源岩层，又是储气层，页岩气以多种方式赋存，使得泥页岩具有普遍的含气性；(3)页岩气运移距离较短，具有“原地”成藏特征；(4)对盖层条件要求没有
国家能源局-页岩气2011-2015规划
国家能源局《页岩气发展规划（2011—2015年）》全文 2012年3月16日（周五）上午10:00 ，国家能源局在北京职工之家饭店召开新闻发布会，发布《页岩气发展规划（2011—2015年）》，并回答记者提问。国家能源局政策法规司司长曾亚川主持发布会，国家能源局石油天然气司司长张玉清、财政部经济建设司能源政策处副处长李成、国土资源部地质勘查司调研员高炳奇介绍《页岩气发展规划（2011—2015年）》。 页岩气发展规划（2011-2015 年） 一、前言 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源。近几年，美国页岩气勘探开发技术突破，产量快速增长，对国际天然气市场及世界能源格局产生重大影响，世界主要资源国都加大了对页岩气的勘探开发力度。国民经济和社会发展“十二五”规划明确要求“推进页岩气等非常规油气资源开发利用”，为大力推动页岩气勘探开发，增加天然气资源供应，缓解我国天然气供需矛盾，调整能源结构，促进节能减排，特制定本规划。本规划期限为2011 年至2015 年，展望到2020 年。 二、规划基础和背景 （一）发展基础 1、页岩气资源潜力 我国富有机质页岩分布广泛，南方地区、华北地区和新疆塔里木盆地等发育海相页岩，华北地区、准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育陆相页岩，具备页岩气成藏条件，资源潜力较大。据专家预测，页岩气可采资源量为25万亿立方米，超过常规天然气资源。 2、页岩气发展现状 （1）资源调查 我国页岩气资源战略调查工作虽处于起步阶段，但也取得初步进展。研究和划分了页岩气资源有利远景区，启动和实施了页岩气资源战略调查项目，初步摸清了我国部分有利区富有机质页岩分布，确定了主力层系，初步掌握了页岩气基本参数，建立了页岩气有利目标区优选标准，优选出一批页岩气富集有利区。
页岩气成藏富集主控因素研究及目标优选_姜振学
第45卷增刊1吉林大学学报(地球科学版)Vol.45Sup.1 2015年7月Journal of Jilin University(Earth Science Edition)July2015页岩气成藏富集主控因素研究及目标优选 姜振学1,2，李卓1,2，唐相路1,2，纪文明1,2，杨威1,2， 原园1,2，王朋飞1,2 1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京102200 2.中国石油大学（北京）非常规天然气研究院，北京102200 摘要：中国页岩气勘探取得了显著的成果，并建立了涪陵焦石坝、长宁—威远、昭通和延长4个国家级页岩气示范区。近年来，页岩气钻井近400口，其中探井143口（直井）、评价井130口（水平井），页岩气产量相差巨大，充分反应出对页岩气的富集条件、机理及其主控因素认识依然不够深入，这也从根本上制约了页岩气勘探开发的进程。为此本文采用页岩样品地球化学分析、薄片鉴定、X-射线衍射、N2吸附实验、CO2吸附实验、压汞实验、扫描电镜实验和现场解析等方法，对川东南及其周缘地区龙马溪组、牛蹄塘组页岩开展了与页岩气富集密切相关的页岩岩相、微纳米孔隙结构、页岩气赋存状态及保存条件等方面的研究，以期揭示页岩气成藏富集的主控因素。结果表明：①岩相控制了页岩的有机质丰度和脆性矿物含量。页岩岩相（lithic facies）是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合，它是沉积相的主要组成部分。有机质丰度、矿物组成和岩石力学特征是表征页岩岩相的重要指标。根据有机质丰度和矿物组成可划分出12种页岩岩相，不同页岩岩相在有机质丰度、脆性矿物含量和含气性等方面都具有较大的差异。涪陵地区龙马溪组底部深水陆棚以发育富有机质硅质页岩岩相为主，具有有机碳含量、脆性指数、有效孔隙度和含气量均较高的特征，有机碳含量高使其生烃潜力大，脆性指数高使其可压裂性好，有利于页岩气富集成藏及后期开发压裂。②多尺度孔隙结构控制了页岩气的赋存状态和含气量。涪陵地区龙马溪组和牛蹄塘组页岩主要发育原生和次生孔隙，原生孔隙主要包括原生晶间孔和原生粒间孔，次生孔隙主要有次生晶间孔、溶蚀孔和有机质孔。孔隙以微纳米孔为主，其中有机质对微孔和中孔（<50nm）贡献最大，二者对孔比表面积贡献占总孔贡献的90%以上，主要影响页岩气的吸附作用；石英等脆性矿物主要控制宏孔（＞50nm）的发育，中孔和宏孔贡献了孔体积的90%以上，对页岩中游离气的富集和页岩气的渗流具有决定作用。③不同演化阶段页岩气赋存状态随地质条件改变而发生转变。结合埋藏史及有机质生烃过程，将涪陵和渝东南地区页岩气赋存演化过程划分为早期生物游离气、热解吸附气、热解游离气和晚期游离气吸附4个阶段。不同阶段页岩气赋存状态可发生转化，后期构造抬升幅度决定了页岩气赋存状态和含气量的大小，抬升幅度越大，游离气和总含气量含量越少，深度越大，游离气含量越大。明确页岩气赋存状态对于资源潜力评价、开发方案制定及产能评价均具有重要的作用。④构造保存条件是页岩气有利区块优选关键要素之一。一般盆内抬升幅度小，盆内保存条件好与盆缘。有利于页岩气富集的区域构造样式主要为宽缓向斜和小倾角单斜，裂缝密度低、剥蚀厚度小、单层厚度大和扩散系数低等因素控制着页岩气的保存，进而影响页岩气成藏和富集，页岩气保存条件是南方页岩气有利区块优选的重要指标之一。利用资源潜力指数和地质风险系数双因素对川东南及其周缘地区龙马溪组页岩气进行了评价，优选了游离目标区，成果对指导川东南及其周缘地区龙马溪组勘探开发有重要参考价值。 关键词：页岩气富集；主控因素；页岩岩相；多尺度孔隙结构；赋存状态；保存条件；目标优选 基金项目：国家重大专项项目（2011ZX05018-02）；国土资源部项目（12120114046701） 作者简介：姜振学（1963-），男，教授，博士生导师，主要从事常规和非常规油气地质与资源评价研究，E-mail:jiangzx@https://www.360docs.net/doc/169118179.html,。 1515-32
水泥水化机理
4.1水泥的水化机理 从化学角度来看,水泥的水化反应是一个复杂的溶解沉淀过程,在这一过程中,与单一成分的水化反应不同,各组分以不同的反应速度同时进行水化反应,而且不同的矿物组分彼此之间存在着互相影响。水泥中最多的熟料矿物是硅酸盐化合物，是制约水泥水化性质及相关性能的关键组分。水泥中的硅酸盐熟料矿物的主要成分为硅酸三钙和硅酸二钙。 （1）硅酸三钙（C3S）的水化 硅酸三钙是水泥熟料中的含量最多的组分，通常占材料总量的50%左右，有时高达60 %。硅酸钙的水化产物的化学组成成分不稳定，常随着水相中钙离子的浓度、温度、使用的添加剂、养护程度而发生变化，而且形态不固定，通常称为“C-S-H”凝胶。 C3S在常温下发生水化反应，可大致用下列方程式表述： 硅酸三钙的水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率随时间的变化，可以将C3S的水化过程划分为五个阶段，各阶段的化学过程和动力学行为如表1.1所示。 表1.1 C3S水化各阶段的化学过程和动力学行为时期早期中期后期 反应阶段诱导前期诱导期加速期减速期稳定期 化学过程初始水解， 离子进入溶 液 继续溶解， 早期C-S-H 稳定水化产 物开始生长 水化产物继 续生长，微 结构发展 微结构组件 密实 动力学行为反应很快反应慢反应快反应变慢反应很慢（2）硅酸二钙的水化 C2S也是水泥主要熟料矿物组分之一，水化过程与C3S相似，也有诱导期、加速期，但是水化速率特别慢。C2S的水化反应可大致用下列方程表述：
（3）铝酸三钙的水化 C3A是水泥熟料矿物的重要组分之一,其水化产物的组成与结构受溶液中的氧化铝、氧化钙浓度的影响很大，它对水泥的早期水化和浆体的流变性能起着重要的作用。纯水中C3A的水化：大量的研究结果表明，C3A遇水后能够立即在表面形成一种具有六边形特征的初始胶凝物质粒子，开始时其结晶度很差也很薄，呈不规则卷层物，随着水化时间的推移，这些卷层物生长成结晶度较好的，成分为C4AH19和C2AH8济的六边形板状物。这种六边形水化物是亚稳的，并能转化成立方形稳定的晶体颗粒。常温下C3A在纯水中的水化反应可用下式表示： 有石膏存在时C3A的水化：在水泥浆体中，熟料中的C3A实际上是在和有石膏存在的环境中水化的，C3A在Ca(OH)2饱和溶液中的水化反应可以表述为C3A+CH+12H=C3AH13。当处于水泥浆体的碱性介质中时，C3AH13在室温下能稳定存在，其数量增长也很快，这是水泥浆体产生瞬时凝结的主要原因之一。（4）铁铝酸四钙的水化 铁铝酸四钙的水化与铝酸三钙的水化过程相似，只是反应速率很慢，而且产物是含铁和铝的共同产物。
延安地区富有机质页岩储层特征与页岩气富集规律
延安地区富有机质页岩储层特征与页岩气富集规律鄂尔多斯盆地延长组长7富有机质泥页岩发育稳定,近期延安地区多口页岩气井的成功钻探证实了其巨大的勘探潜力。然而陆相页岩与海相页岩相比存在明显的特殊性,表现出“两高三低”,即高吸附气含量、高粘土矿物含量、低脆性矿物含量、低地层压力、低热演化程度的特点。 目前针对有陆相页岩的分类评价标准、成因机理、微观赋存特征等研究不够深入,尚未形成广泛适用的研究理论和评价标准,诸多科学问题有待解决。本文以延安地区延长组长7段泥页岩为研究对象,基于野外露头观察与样品采集、重点井岩心观察、测井综合解释分析,利用有机岩石学鉴定、全岩X-衍射、氮气等温吸附、岩石热解分析、氩粒子抛光-扫描电镜等多种实验方法,对研究区长7泥页岩岩相及其展布特征进行研究,对比分析了储集空间形态、结构、大小及孔径分布特征;进一步制定储层评价标准并进行页岩储层优选,探讨了页岩气富集规律,结合沉积相背景建立了延安地区长7陆相页岩成藏模式。 研究成果表明:延安地区长7陆相富有机质泥页岩分布广泛、发育稳 定,NW-SE向展布,总厚度10~110m,中值为43m,中南部富县地区较厚;其中长73以黑灰色至黑色纹层状油页岩为主,长72及长71以深灰色至浅灰色块状泥岩为主,夹薄层粉砂岩;泥页岩矿物成分复杂,石英、长石等脆性矿物总量占47.97%,偏低;富含粘土矿物,以伊蒙混层为主,占到57.39%;裂缝发育,以高角度斜交缝为主。TOC均值为4.78%,中西部地区较高;Ⅱ1型干酪根为主,Ⅱ2及Ⅲ型次之;Ro 平均为0.91%,西南部可达1.1%,总体位于成熟-高成熟的生、排烃高峰期阶段。 粒间孔、粒内孔、晶间孔、有机质孔及微裂缝均有发育;孔喉直径均值35nm,分选中等偏差;1.5~5nm的孔隙对孔比表面积与孔体积贡献最大,5.5~150nm的孔
南方典型页岩气富集机理与综合评价参数体系项目2017年延续
南方典型页岩气富集机理与综合评价参数体系项目2017年延续报告 委托业务设立专家论证意见 2016年7月1日，中国地质大学（武汉）组织相关专家就南方典型页岩气富集机理与综合评价参数体系项目2017年延续报告中委托业务设立的相关内容进行了专家论证，经研究讨论形成意见如下： 1、南方典型页岩气富集机理与综合评价参数体系项目2017年度委托业务设置必要性充分：委托业务（1）南方富有机质页岩储集能力及其控制因素、（2）南方富有机质页岩生气机理及生气量评价、（3）南方重点地区页岩气资源评价及参数优选是2016年各项工作的延续，是南方典型页岩气富集机理与综合评价的重要支撑工作。本单位需要与国内外优秀的科研团队交流合作，以期达到项目的总体目标，为油气基础性公益性事业服务。另外，部分分析测试是必要的工作手段，本单位缺少相应的实验平台，需要其他单位辅助测试。 2 、委托业务（1）、（2）、（3）以及样品分析测试目标任务、工作内容明确，工作部署符合项目要求。 3、委托业务的预算安排符合国土资源部、地调局预算相关要求，委托业务的单价及总经费合理。 4、达到政府采购限额的委托业务将采取政府采购招投标形式开展采购工作，未达到政府采购限额的委托业务承担单位为行业内知名的测试单位，资质满足要求，技术水平先进，履约能力突出。 5、经讨论，同意“南方典型页岩气富集机理与综合评价参数体系项目2017年延续报告”中各项委托业务的设立（详见委托业务设立明细表）。 专家签名：
附件： 南方典型页岩气富集机理与综合评价参数体系项目 2017年延续报告委托业务设立明细表
中国地质大学（武汉） 2016年7月1日 南方典型页岩气富集机理与综合评价参数体系项目 2017年延续报告委托业务设立明细表
页岩气及其成藏机理
页岩气及其成藏机理 页岩气及其成藏机理 摘要：本文介绍了页岩气的特征、形成条件和富集机理等，认为不同阶段、不同成因类型的天然气都可能会在泥页岩中滞留形成页岩气；页岩气生气量的主要因素是有机质的成熟度、干酪根的类型和有机碳含量；吸附态的赋存状态是页岩气聚集的重要特征。我国页岩地质结构特殊复杂，需要根据我国具体的地质环境进行分析以便更加合理的进行开采。 关键词：页岩气富集资源 天然气作为一种高效、优质的清洁能源和化工原料，已成为实现低碳消费的最佳选择。全球非常规天然气资源量非常巨大，是常规油气资源的1.65倍。其中页岩气占非常规天然气量的49%约456 1012m3，巨大的储量和其优质、高效、清洁的特点，使得页岩气这一非常规油气资源成为世界能源研究的热点之一。我国页岩气可采储量丰富，约31 1012m3，与美国页岩气技术可采储量相当。通过对页岩气资源的勘探和试采开发，发现其储集机理、生产机制与常规气藏有较大的差别。 一、页岩气及其特征 页岩是一种具有纹层与页理构造由粒径小于0.004mm的细粒碎屑、黏土矿物、有机质等组成。黑色页岩及含有机质高的碳质页岩是形成页岩气的主要岩石类型。页岩气是从黑色页岩或者碳质泥岩地层中开采出来的天然气。页岩气藏的形成是天然气在烃原岩中大规模滞留的结果，由于特殊的储集条件，天然气以多种相态存在，除了少数溶解状态的天然气以外，大部分在有机质和黏土颗粒表面上吸附存在和在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在。吸附状态的天然气的赋存与有机质含量有关，从美国的开发情况来看，吸附气在85～20%之间，范围很宽，对应的游离气在15～80%，其中部分页岩气含少量溶解气。 页岩气主体上是以吸附态和游离态同时赋存与泥页岩地层且以 自生自储为成藏特征的天然气聚集。复杂的生成机理、聚集机理、赋
页岩气时频电磁法勘探研究
＊ 全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选项目（2009GYXQ15）资助。 张春贺（1966年～），男，教授级高级工程师，从事地球物理勘探研究工作。E-mail：chunhezh＠https://www.360docs.net/doc/169118179.html,。 页岩气时频电磁法勘探研究* 文/张春贺1 刘雪军2 何兰芳2 赵 国2 周印明2 朱永山2 （1 中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100029； 2 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，河北 涿州 072751） 摘 要：本文介绍了在研究和总结含气页岩密度、 极化率、电阻率等岩石物理特征基础上，在四川盆地 南部筠连地区开展的物性调查、时频电磁法勘探试验 工作。勘探研究结果表明，本地区分布的富有机质页 岩层系-志留系龙马溪组（S1l）具备开展电法勘探工 作的物性条件，时频电磁法具有勘探富有机质页岩层 系的能力。 关键词：页岩气；非地震勘探；时频电磁法；四川 盆地；龙马溪组 DOI:10.3772/j.issn.1009-5659.2013.24.034 页岩气于1821年在美国东部阿帕拉契亚盆地纽约 州Chautauga县泥盆系Perrysbury组Dunkirk黑色富 有机质页岩中被发现[1，2]。页岩气开发，起源于美国， 在美国成功实现产业化，正在不断显现出改变美国乃至 世界能源供应结构、地缘政治格局的趋势。 由于我国复杂的地质背景，必然导致页岩气形成与 富集地质条件的复杂。针对我国地质条件开展页岩气地 球物理勘探技术攻关，研究总结识别富有机质页岩层系 的地球物理分布特征，无疑是做好资源调查评价、有利 目标区优选工作的关键和重要基础。 采用时频电磁法进行页岩气勘探的研究区，位于四 川盆地川南低陡褶皱带南缘，是华蓥山断褶带向西南延 伸、呈帚状撒开的雁行式低背斜群，在加里东为坳陷区， 印支期为泸州古隆起的主体部分，是中生代以来的隆起 区。川南低陡褶皱带发育NE向、EW向和SN向3组构造， 各组构造之间相互影响，呈反接或斜接复合[3]。 勘探研究区内地层自上而下分下三叠统飞仙关组和 铜街子组，上二叠统峨眉山玄武岩组、下二叠统茅口组、 栖霞组和梁山组，中志留统大路寨组、嘶风崖组和下志 留统龙马溪组和黄葛溪组，上奥陶统五峰组、下奥陶统 湄潭组。下志留统龙马溪组和上奥陶统五峰组是四川盆 地开展页岩气勘探的主要目的层之一[4～6]。 1 勘探研究区物性特征 通过对研究区开展露头标本测定和钻孔资料分析， 按地层统计后的岩石物性特征如下页表所示。 从岩石物性特征上看，页岩相对灰岩、泥岩和玄武 岩而言，具有典型的低密度、低磁性、低电阻特征，而 页岩的高极化率特征可能是由于其富含有机质成分而产 生的。可以看到，利用电磁法从电性和极化性两个方面 研究页岩层的分布，进而研究富有机质层系的范围，具 有很好的物性基础。 a. 川南低陡褶皱带构造纲要 b. 2011年度时频电磁试验测线分布图 图1 川南低陡褶带构造纲要及时频电磁试验区区域地质图
页岩气概述
一.页岩气概述 （一）页岩气 页岩气，是从页岩层中开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气常分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。2012年3月中国公布发现可采资源潜力为25.1万亿立方米页岩气可供中国使用近200年。 页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。页岩气很早就已经被人们所认知，但采集比传统天然气困难，随着资源能源日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，人们逐渐意识到页岩气的重要性。 页岩气主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间。 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点——大部分产气页岩分布 范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。（二）储量分布 北美的克拉通盆地、前陆盆地侏罗系、泥盆系-密西西比系富集多种成因、多种成熟度的页岩气资源。而在中国许多盆地发育有多套煤系及暗色泥、页岩地层，互层分布大套的致密砂岩存在根缘气、页岩气发育有利条件，不同规模的天然气发现，但尚未在大面积区域内实现天然气勘探的进一突破。 中国南方海相页岩地层可能是页岩气的主要富集地区。除此之外，松辽、鄂尔多斯、吐哈、准噶尔等陆相沉积盆地的页岩地层也有页岩气富集的基础和条件。重庆綦江、万盛、南川、武隆、彭水、酉阳、秀山和巫溪等区县是页岩气资源最有利的成矿区带，因此被确定为首批实地勘查工作目标区。 从全世界范围看，泥、页岩约占全部沉积岩的60%，页岩气资源前景巨大。主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联。加拿大西部地区大约有550万至860万亿立方英尺页岩气储量。美国页岩气地质储量约28万亿立方米。2007年美国页岩气总产量500亿立方米，占当年美国天然气总量的8%以上。中国的页岩气储量超过其它任何一个国家，可采储量有36万亿立方米。按当前的消耗水平，这些储量足够中国使用300多年。 （三）成藏条件 1. 沉积环境 页岩气的工业聚集需要丰富的气源物质基础，要求生烃有机质含量达到一定标准。那些有机质丰度高的黑色泥页岩是页岩气成藏的最好源岩，它们的形成需要较快速的沉积条件和封闭性较好的还原环境。沉积速率较快可以使得富含有机质页岩在被氧化破坏之前能够大量沉积下来，而水体缺氧可以抑制微生物的活动
泥页岩储层特征及油气藏描述
泥页岩储层特征及油气藏描述 1、页岩气地质理论 页岩气藏因其自身的有效基质孔隙度很低，主要由大范围发育的区域性裂缝或热裂解生气阶段异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面、脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的储集孔隙度和渗透率，孔隙度最高仅为4%-5%，渗透率小于1x10-3μm2。 页岩在地层组成上多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。在页岩中，天然气的赋存状态多种多样，除极少量的溶解状态天然气以外，大部分以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面，或以游离状态赋存于孔隙、裂缝中。吸附状态天然气的赋存与有机质含量关系密切，其中吸附状态天然气的含量为20%-85%，其成藏体现出非常复杂的多机理递变特点，表现为成藏过程中的无运移或极短距离的有限运移，因此页岩气藏具有典型煤层气、典型常规圈闭气成藏的多重机理。 页岩气藏的形成是天然气在烃源岩中大规模滞留的结果，是“自生自储”式气藏，运移距离极短，现今保存状态基本上可以反映烃类运移时的状态，即天然气主要以游离相、吸附相和溶解相存在。在生物化学生气阶段，天然气首先吸附在有机质和岩石颗粒表面，饱和后则富余的天然气以游离相或溶解相进行运移，当达到热裂解生气阶段，由于压力升高，若页岩内部产生裂缝，则天然气以游离相为主向其中运移聚集，受周围致密页岩烃源岩层遮挡、圈闭，易形成工业性页岩气藏。由于扩散作用对气态烃的运移起到相当大的作用，天然气继续大量生成，将因生烃膨胀作用使富余的天然气向外扩散运移，此时无论是页岩地层本身还是薄互层分布的砂岩储层，均表现为普遍的饱含气性。 在陆相盆地中，湖沼相和三角洲相沉积产物一般是页岩气成藏的最好条件，但通常位于或接近盆地的沉降-沉积中心，导致页岩气的有利分布区集中于盆地中心处。从天然气的生成角度分析，生物气的产生需要厌氧环境，而热成因气的产生也需要较高的温度条件，因此靠近盆地中心方向是页岩气成藏的有利区域。 2、页岩气的主要特征 2.1页岩气的成因特征 页岩气的成因类型有生物成因型、热解成因型和热裂解成因3类型及其混合类型。对生物成因气而言，其源岩的热演化程度低，R o一般不到0.7%，所生成
全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选成果
全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选成果 页岩气是一种清洁、高效的气体能源。近年来，国务院领导高度重视页岩气资源工作，温家宝总理和李克强副总理曾先后多次作出重要批示，提出对页岩气资 源的开发，要尽快制定规划，搞好资源调查，研究开采技术方法，作全面技术经济论证，加强生成机理、富集条件、技术攻关和重点靶区的研究。国民经济和社会发 展“十二五”规划明确要求“推进页岩气等非常规油气资源开发利用”，可见，国家能源战略已将页岩气摆在十分重要的位置。 为摸清我国页岩气资源潜力，优选出有利目标区，推动我国页岩气勘探开发，增强页岩气资源可持续供应能力，国土资源部油气资源战略研究中心组织开展了全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选工作。 工作基础及概况 2004年，国土资源部油气资源战略研究中心和中国地质大学（北京），跟踪调研国外页岩气研究和勘探开发进展。2005年，对我国页岩气地质条 件进行初步分析。2006年，分析中新生代含油气盆地页岩气资源前景。2007年，分析盆地内和出露区古生界富有机质页岩分布规律和资源前景。2008 年，对比中美页岩气地质特征，重点分析上扬子地区页岩气资源前景，初步优选远景区。2009年，
启动“中国重点地区页岩气资源潜力及有利区优选”项目，以 川渝黔鄂地区为主，兼顾中下扬子和北方地区，开展页岩气资源调查，优选页岩气远景区，并在重庆市彭水县实施了我国第一口页岩气资源战略调查井——渝页1 井，取得了一系列评价参数。2010年，根据我国页岩气地质特点，分3个层次在全国有重点地展开页岩气资源战略调查：在上扬子川渝黔鄂地区，针对下古生界 海相页岩，建设页岩气资源战略调查先导试验区；下扬子苏皖浙地区，开展页岩气资源调查；华北、东北、西北部分地区，重点针对陆相、海陆过渡相页岩，开展页 岩气资源前景研究。通过上述工作，总结了我国富有机质页岩类型、分布规律及页岩气富集特征，确定了页岩气调查主要领域及评价重点层系，探索了页岩气资源潜 力评价方法和有利区优选标准。2011年，国土资源部在全国油气资源战略选区项目中，设置了“全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选”项目。 全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选工作的总体思路是深入贯彻落实科学发展观，围绕全面建设小康社会的宏伟目标，充分利用我国几十年积累的 基础地质、石油地质、煤田地质等资料，以页岩气富集规律研究为基础，以统一的页岩气资源潜力评价方法为支撑，以系统的页岩气资源潜力评价参数为依据，以全 国油气和页岩气研究及勘探开发的优势技术力量为依托，产学研相结合，坚持“统一组织、统一方法、统一标准、统一认识、统一进度”的原则，分区、分层系开展 页岩气资源潜力评价及有利区优选，预测页岩气资源勘探开发趋势，为全面提高页岩气资源管理水平，促进页岩气勘探开发提供基础依据。 评价和优选工作由国土资源部组织，油气资源战略研究中心负责具体实施，全国油气资源战略选区项目专家负责技术指导和把关，采取公开竞争方式，择优选择项目承担单位，国内相关石油企业、大学、地质调查机构和科研院所等27个单位、420余人参加了本项工作。 通过本项工作，完成了以下成果：全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选报告；全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选数据表；全国页岩气资源 潜力调查评价及有利区优选图集；全国页岩气资源潜力分布图；全国页岩气有利区分布图；全国页岩气勘探开发规划区分布图；上扬子及滇黔桂区页岩气资源调查评 价与选区报告；中下扬子及东南区页岩气资源调查评价与选区报告；华北及东北区页岩气资源战略调查与选区报告；西北区页岩气资源战略调查与选区报告；川渝黔 鄂先导试验区页岩气资源战略调查与选区报告；页岩气资源潜力评价方法及有利区优选标准报告。 主要内容 一、评价及优选结果 通过对我国陆域5大区、41个盆地和地区、87个评价单元、57个含气页岩层段的页岩气资源潜力，按照地质单元、地层层系、沉积环境、埋深、地表环境和省份进行评价，调研组优选了有利区。评价和优选结果表明，我国页岩气资源潜力大，分布面积广、发育层系多。 全国页岩气地质资源潜力为134.42万亿立方米（不含青藏区）。其中，上扬子及滇黔桂区62.56万亿立方米，占全国总量的46%；华北及东 北区26.79万亿立方米，占全国总量的20%；中下扬子及东南区25.16万亿立方米，占全国总量的19%；西北区19.90万亿立方米，占全国总量的 15%。 全国页岩气可采资源潜力为25.08万亿立方米（不含青藏区）。其中，上扬子及滇黔桂区9. 94万亿立方米，占全国总量的39.63%；华北 及东北区6.70万亿立方米，占全国总量的26.70%；中下扬子及东南区4.64万亿立方米，占全国总量的18.49%；西北区3.81万亿立方米，占 全国总量的15.19%。 评价结果中，已获工业气流或有页岩气发现的评价单元，面积约88万平方公里，地质资源为93.01万亿立方米，可采资源为15.95万亿立方 米，是目前页岩气资源落实程度高的勘探开发地区。优选出的页岩气有利区180个。其中，上扬子及滇黔桂区有利区60个，占全国总数的33%，华北及东北区 57个，占32%，西北区38个，占21%，中下扬子及东南区25个，占14%。