页岩气开采机理
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。
页岩气成藏机理
页岩气成藏机理1 前言页岩气是指那些聚集在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。
它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规油气资源。
在页岩气藏中,天然气不仅存在于泥页岩,也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和砂岩地层中。
页岩气藏烃源岩多为沥青质或富含有机质的暗色泥页岩和高碳泥页岩,有机质含量一般为4% ~30%,是普通烃源岩的10~20倍。
天然气的生成来源于生物作用、热成熟作用或两者的结合。
页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。
通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm。
2 页岩气的成藏机理天然气以多种状态存在于页岩中。
少数为溶解状态天然气,大部分为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和裂缝之中。
吸附状天然气的赋存与有机质含量密切,它与游离状天然气含量之间呈彼消长关系,其中吸附状态天然气的含量变化于20% ~85%之间。
2.1 页岩气第一阶段－吸附状态（吸附与扩散）天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离(图1①),具有与煤层气成藏大致相同的机理过程。
在天然气的最初生成阶段,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,当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时,富裕的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散,条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。
此时所形成的页岩气藏分布限于页岩内部且以吸附状态为主要赋存方式,总体含气量有限。
2.2 页岩气第二阶段－游离状态（溶解与析出）在热裂解气大量生成过程中,由于天然气的生成作用主要来自于热化学能的转化,它将较高密度的有机母质转换成较低密度的天然气。
浅谈页岩气开采技术
浅谈页岩气开采技术摘要:2009年末,中国首个页岩气合作开发项目富顺—永川区块页岩气项目正式进入实施阶段,这是中国石油与壳牌公司的首个页岩气开发项目,对我国的油气能源开发具有标志性意义。
本文主要对页岩气开采技术进行研究,以期对我国页岩气的勘探开发具有一定的指导。
关键词:页岩气;水平井;固井;完井1页岩气成藏条件和开发特征页岩气是一种介于煤层吸附气和常规圈闭气之间的非常规天然气藏。
其主要分布于暗色泥页岩或高碳泥页岩以及少数夹层状的粉砂岩、泥质粉砂岩等地层中,储集方式主要包括三种:以游离状态存在于天然裂缝或空隙中;以吸附状态存在于不溶有机质或矿物颗粒表面;以及少量溶解在沥青等有机溶剂中。
结合天然气成藏机理,页岩气是从根状气到根缘气的连续过渡,即当地层主体为具有生气能力的泥页岩(泥岩多、砂岩少)时,天然气是以多种方式存在的页岩气;而当地层以致密砂岩为主(砂岩多、泥岩少)时,天然气主要以活塞式整体推进为主要运移及聚集方式。
页岩气产自于有机质丰富的页源岩中,成藏过程中基本无运移,是典型的“自生自储”型天然气藏,成藏具有隐蔽性特点,不以常规圈闭的形成存在。
页岩气的储集条件主要包括以下三点:理想的页岩厚度和埋深是页岩气成藏的关键因素。
一方面足够的页岩埋深能够保证有机质具备向油气转化所必须的温度和压力,另一方面足够的页岩厚度以及连续的分布面积才能够提供足够的气源和储集空间。
页岩孔隙度越大,渗透率越大,游离气的储集空间就越大。
而作为储层,含气页岩显示出低空隙度、低渗透率和高含气饱和度的特点。
根据资料分析发现,页岩储集层含气的有效孔隙度一般只有1%～5%,渗透率一般小于10-6Lm2。
页岩中天然裂缝为页岩气提供储集空间和运移通道。
含气页岩孔隙度和渗透率都较低,所以天然裂缝的存在对页岩气的开采具有非常重要的意义。
页岩中裂缝数量越多、走向越分散、连通性越好,页岩气的产量越高。
页岩气藏具有持续产气、供气,产量低、产能稳,资源量大,但采收率较低,需要人工改造增产等特点。
页岩气成藏机理及气藏特征
页岩气成藏机理及气藏特征页岩气是泛指赋存于富含有机质的暗色页岩或高碳泥页岩中，主要以吸附或游离状态存在的非常规天然气资源。
在埋藏温度升高或有细菌侵入时，暗色泥页岩中的有机质，甚至包括已生成的液态烃，裂解或降解成气态烃，游离于基质孔隙和裂缝中，或吸附于有机质和矿物表面，在一定地质条件下就近聚集，形成页岩气藏。
从全球范围来看，页岩气拥有巨大的资源量。
据统计，全世界的页岩气资源量约为456.24xl0i2m3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总和，具有很大的开发潜力，是一种非常重要的非常规资源［1-6］。
页岩气资源量占3种非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气）总资源量的50%左右，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区，与常规天然气相当。
页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。
1.1 页岩气成藏机理1.1.1成藏气源页岩气藏的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成，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［2l］。
1.1.2成藏特点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l-l）。
有机质和黏土颗粒气体流入气体进入最终形成表面吸附与解吸页岩基质孔隙天然裂缝网络页岩气藏图1-1页岩气赋存方式与成藏过程示意图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。
页岩气开发的原理与工艺2
SRV和产量的关系
1000
SPE 119890
0 Northing (ft)
SRV vs. 6-month Average All Wells
4000 3500
6-Month Average (MCFD)
-1000
-2000
SRV= Stimulated Area x Net Pay
-3000
4,000 to 5,500
3,000 to 5,000
4,000 to 10,000
3,000 to 5,000
4 to 6
10 to 18
6 to 19
6 to 12
5 to 37
9 to 18
17,100 3500
10,600 3500
10,000 4000
17,000 3500
1,800 1,500
1
2.0 to 2.5
1.5 to 2.5 FR-water Linear gel Crosslink 20/40 Sand 40/70 Sand 30/50 Sand
Fluid type
FR-water Linear gel 100-mesh 40/70 Sand
FR-water Linear gel 100-mesh 40/70 Sand 40/70 CRC
Hybrid Crosslink 100-mesh 20/40 Sand 40/70 Sand 20/40 Ceramic
Proppant type
30/50 Sand
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案例：Barnett Shale
页岩气
1.吸附机理
页岩气赋存机理
4、裂缝、孔隙： 裂缝、孔隙会使 孔隙度增高，增 大页岩中颗粒的 比表面积。 5、压力：从吸 附等温线上可以 看出，岩石中的 吸附气含量随压 力的增加而增大。
总甲烷含量、吸附甲烷含量与压力的关系
2.游离机理
页岩气赋存机理
游离状态的页岩气存在于页岩的孔隙或裂隙中，气体可以自由 流动，其数量的多少决定于页岩内自由的空间（当气体分子满足 了吸附后，多余的气体分子一部分就以游离状态进入岩石孔隙和 裂隙中）。
（二）页岩气赋存机理
页岩气是典型的自生自储模式，因而无运移或极短距离运移， 就导致了其就近赋存的特点。页岩气主体上表现为吸附（干酪 根和粘土颗粒表面）或游离（天然裂缝和粒间孔隙）状态，甚 至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。
页岩气赋存机理
1、吸附机理 2、游离机理 3、溶解机理 4、综合机理
页岩气是由烃源岩连续生成 的生物化学成因气、热成因 气或两者的混合，在烃源岩 系统（ 页岩系统：页岩及页岩中
游离或溶解方式赋存的天然 气。（张金川教授）
夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥 质粉砂岩、甚至砂岩 ）中以吸附、
储集页岩气的泥页岩
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2.页岩气的分布
据２００５ 年ＲＨＳ的 统计，全球 页岩气资源 量为４５６ 万亿立方米， 主要分布在 北美（最 多）、亚洲、 欧洲和非洲 等地。
浅谈页岩气
主讲人：
主要内容
一、页岩气的概述
1、页岩气的定义 2、页岩气的分布
二、页岩气的成藏机理
1、页岩气生成机理 2、页岩气赋存机理 3、页岩气运聚机理 4、页岩气产出机理
三、页岩气的勘探和开发
1、页岩气的勘探 2、页岩气的开发
页岩气的产气机理
页岩气产出机理当页岩层压力降到一定程度时，页岩中被吸附的气体开始从裂隙表面分离下来，成为页岩气的解析。
由于节理中的压力降低，解析出的气体和游离态、溶解态天然气混合通过基质孔隙和裂隙扩散进入裂隙网络中，再经裂缝网络等输导系统流向井筒。
页岩气的产出可以分为三个阶段。
第一阶段：随着井筒附近中压力微幅度的降低，首先产水，井筒附近只有单相流动。
第二阶段：当储层压力继续降低时，开始有一部分甲烷从页岩孔隙和裂隙中解析出来，并和游离态的天然气混合，开始形成气泡，阻碍着水的流动，水的相对渗透率下降，但气体不能流动，无论在基质还是在节理中，气泡都是孤立的，并不相互连接为非饱和单相流。
第三阶段：当储层压力进一步降低时，有更多的气体解析出来，水中含气达到饱和，气泡相互连接成线状，气的相对渗透率大于增大，随着压力下降，饱和度降低，气产量不断上升，呈现两相流状态。
上述三个阶段是连续的过程，随时间的推进，从井孔向周围的地层逐渐蔓延。
这是一个循序渐进的过程，脱水降压时间较短，波及的范围较大，吸附气的解析范围越来越大。
从美国主要的五个页岩气系统的产水量和产气量分析得出，页岩气产量常呈现出来负的下降曲线(图Array 1－5)。
开始水产量较高，随着排水采气作业的持续进行，水产量逐渐降低，而单井产气量逐渐上升，一般在开采的两年后达到高峰，此后缓慢降低。
与常规天然气的单井生产相比，页岩气单井日产量较小（一般小于1000m3/D）,但是，日产量稳定（产量下降较慢）、生产周期较长。
图1－5 页岩气生产曲线示意图页岩储气层和常规砂岩储气对比表。
页岩气形成及富集机理
目前,世界上对页岩气的研究并不普遍,只有美国和加拿大对此做过大量工作,特别是美国,页岩气是美国勘探开发最早和最成功的天然气类型之一，对国内的5大页岩气盆地进行了十分系统的研究工作,在页岩气勘探开采方面取得了很大的突破,积累了丰富的经验。
目前已成为美国成功勘探开发的3大类非常规天然气之一,目前已发现5个商业化生产的页岩气盆地,可采储量大约为(8778～21521)×108m3。
2006年,美国大约有39500口页岩气生产井,产量占全美天然气产量的8%[1]。
我国对页岩气的研究与勘探开发还处于探索阶段。
20世纪60—90年代,在页岩油藏有所发现的基础上,部分学者对页岩气藏做过一定的探讨。
近2年,国内学者相继发表了一些关于页岩气方面的著作,将为我国的油气勘探打开新的局面。
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,在页岩气藏中,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,天然气在其中以多种相态存在。
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[5]。
页岩气存在形式主要以吸附气与游离气为主,形成机制可划分为生物成因、热成因及二者混合成因。
页岩气的地质储量丰富,影响其成藏的因素主要有总有机碳、有机质类型和成熟度、孔隙度、地层压力及裂缝发育程度等,同时还要兼顾各参数之间的联系。
一、页岩气形成机理页岩气与深盆气、煤层气一样都属于“持续式”聚集的非常规天然气。
所谓页岩气( Shale Gas) 系指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙,使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因和/ 或热解成因天然气。
页岩气系统具有典型的自生自储特性。
页岩气开采技术
据预测，到2030年，中国页岩气产量将达到150亿立方米，占国内天然气产 量的15%左右。随着国际合作和经验技术交流的加强，中国页岩气开采技术也将 逐步走向世界前列。
总之，世界页岩气资源和开采现状表明，页岩气已经成为全球清洁能源领域 的重要角色。中国作为页岩气资源大国，其发展前景在政策支持、市场需求和技 术进步的共同推动下十分看好。随着国内外合作和研发的深入进行，中国页岩气 产业将迎来更为广阔的发展空间，为推动全球清洁能源革命和应对气候变化作出 积极贡献。
总结
国内页岩气开采技术的不断进步和发展，为我国能源结构的优化和清洁能源 的发展提供了有力支持。本次演示介绍了国内页岩气开采技术的现状、技术创新 和未来展望。通过水平井技术和水力压裂技术的不断优化和创新，我国页岩气开 采成本降低、效率提高，
为实现清洁能源的规模化发展奠定了基础。随着技术的进一步突破和市场需 求的增加，国内页岩气开采的前景十分广阔。未来，需要继续加强技术研发和创 新，推动页岩气开采技术的进步，为我国的能源事业作出更大的贡献。
2、水平井技术
水平井技术已成为页岩气开采的重要手段。水平井能够增大储层暴露面积， 提高产能，并有助于降低生产成本。其原理是在垂直主井眼的基础上，侧钻出一 条或多条水平井眼，以实现对更大储层的开发。水平井技术的优势在于提高产能、 降低成本以及减少环境影响。然而，该技术的实施需要先进的设备和钻井技术， 同时对地质和工程要求较高。
3、水力压裂技术
水力压裂技术是页岩气开采过程中的一项关键技术。其原理是通过向储层注 入高压泵入的流体（通常是水和砂），使储层产生裂缝，进而释放出被困的天然 气。水力压裂技术的主要优点是提高产能、降低钻井成本和减少开发时间。然而， 该技术也存在一定的局限性，如对储层造成潜在损害、需要大量水资源以及可能 引起地质灾害等。
页岩气藏渗流机理及压裂井产能评价
页岩气的吸附与解吸机理
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
产能评价及影响因素
总结
1.页岩气藏是自生自储型低渗气藏，气藏中的气体主要以吸附态储存在页岩基 质颗粒表面或游离态储存于孔隙和裂缝中； 2.页岩气渗流机理为由基层表面解析，向裂缝中扩散，最后流向井底； 3.考虑页岩气吸附特性，建立页岩气在裂缝中流动的渗流模型； 4.通过对渗流模型的分析，得出产能的影响因素； 5.进行产能评价，包括页岩的解吸特性，使得气井产量递减更慢且生产时间更 长；Langmuir体积越大，压力传播越慢，产量递减越慢；Langmuir压力越小，
压力传播越慢，产量递减越慢等。
页岩气的吸附与解吸机理
页岩气的吸附与解吸机理
页岩气的开采通常采用人为的排水-降压的方式，打破能量平衡而形成甲烷气 被动解吸的过程。参考煤层气解吸率一般在40%左右，多小于70%，页岩气解 析率应该略大于煤层气。解析率主要与层位含气量和储层压力等因素有关；通 常认为,页岩孔隙孔容和比表面积的增大,会降低解吸率。当页岩气藏投入开发， 初期产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，进入储层基质中成为游离气，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制之一。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，解吸率也就越高。
页岩气渗流模型
页岩气渗流模型
页岩气渗流模型
页岩气渗流模型
页岩气渗流件
页岩气渗流模型
页岩气的吸附与解吸机理
页岩气井的生产寿命通常比较长，部分甚至高达30年，产量年递减率一般 小于5%（多数为2%～3%）认为页岩气井稳产期较长的原因与储层吸附气含 量密切相关，页岩气后一阶段生产的天然气主要来自基质中的吸附气。页 岩气的解吸机制也是决定页岩气资源量至关重要的因素。页岩气的解吸机 理在某种程度上来说，与煤层气的解吸机理是相同的。在页岩层中，页岩 气在页岩中大部分以物理吸附状态赋存，页岩表面分子与甲烷分子间作用 力为范德华力。页岩气的解吸是吸附的逆过程，处于运动状态的气体分子 因温度、压力等条件的变化，导致动能增加而克服引力场，从页岩中脱离 成为游离相，发生解吸。