页岩气富集条件
我国页岩气富集类型及资源特点
3本文受到国家自然科学基金项目(编号:40672087、40472073)及“全国油气资源战略选区调查与评价”国家专项的资助。
作者简介:张金川,1964年生,本刊第六届编委会委员,教授,博士生导师;现主要从事非常规天然气地质、油气成藏机理与分布规律、油气资源评价及盆地流体分析等研究工作。
地址:(100083)北京市海淀区学院路29号。
电话:(010)82322735。
E 2mail :zhangjc @我国页岩气富集类型及资源特点3张金川 姜生玲 唐玄 张培先 唐颖 荆铁亚教育部“海相储层演化与油气富集机理”重点实验室・中国地质大学(北京) 张金川等.我国页岩气富集类型及资源特点.天然气工业,2009,29(12):1092114. 摘 要 根据页岩气聚集的机理条件和中、美页岩气地质条件的相似性对比结果认为:中国页岩气富集地质条件优越,具有与美国大致相同的页岩气资源前景及开发潜力。
中国含气页岩具有高有机质丰度、高有机质热演化程度及高后期改造程度等“三高”特点,页岩气具有海陆相共存、沉积分区控制以及分布多样复杂等特点。
以间接型和直接型页岩气划分方法为基础并结合中国区域地质特点,将中国的页岩气富集模式划分为南方型、北方型及西北型等3种,分别具有以下特点:①以扬子地台为核心的南方型页岩气聚集条件有利并以改造较为严重的海相古生界海相页岩聚气为主,具有单层厚度大、发育层位多、分布面积广、热演化程度高、后期改造强等特点;②以华北地台为主体的北方型页岩气具有古—中—新生界页岩发育齐全、沉积迁移特征明显、薄互层变化频率高、沉积相带分隔明显等特点;③以塔里木地台为基础的西北型页岩气储层以中—古生界为主,沉积类型多、有机碳丰度高、有机质热演化程度相对较低。
结论认为:中国页岩气可采资源量约为26×1012m 3,大致与美国的28×1012m 3相当。
关键词 中国 页岩气 资源评价 分区特点 富集模式 开发潜力 华北地台 扬子地台 塔里木地台 DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.12.033 作为源岩排烃残余的主要产物,页岩气的存在具有广泛意义。
页岩气成藏条件综述
页岩气成藏条件综述【摘要】以美国典型页岩气盆地的页岩气成藏条件为基础，结合国内学者讨论，归纳出页岩气成藏条件包括：生烃条件（沉积环境、有机质类型、丰度、成熟度、单层厚度）、储集条件（孔隙度、渗透率、裂缝发育程度、矿物成分）、盖层及保存条件（构造运动强度、地层水条件）以及地层压力和埋深等，有利的页岩气成藏指标的下限【关键词】页岩气；成藏条件；有机质含量；成熟度0.引言页岩气是指天然气在富有机质泥页岩中生成之后，在层内以吸附或游离状就近富集，表现为“原地成藏”特征[1]。
页岩气勘探、开发始于美国，1821年在纽约Chautauqua县泥盆系Dunkirk页岩中钻下第一口页岩气井，产出可照明天然气[2]。
近年来，国内学者对页岩气成藏条件也进行了一些讨论[3-4]，但不够全面。
本文通过对美国典型页岩气盆地的页岩气成藏条件进行分析，结合国内学者讨论，总结页岩气成藏条件、成藏控制因素及下限指标。
1.烃源条件1.1沉积环境沉积环境从根本上控制和决定了页岩发育的厚度、有机质类型和丰度，所以我们应该把它作为分析页岩烃源条件的前提。
通常安静、缺氧还原的水体对有机质的保存有利，例如，在海相中，浅海陆棚环境最适合富有机质泥页岩的形成，四川盆地的寒武系筇竹寺组及志留系龙马溪组页岩均属深水陆棚相沉积[5]，已发现大量页岩气资源。
1.2有机质类型裂缝不仅可作为页岩气的聚集场所，还可作为页岩气的运移渠道。
裂缝有助于吸附气的解析，增加游离气的含量[2]。
李登华（2009）认为真正对页岩储层起到改善作用的是微裂缝，而不是宏观裂缝[3]。
对热成因型的页岩气藏而言，宏观裂缝会导致页岩气的逸散，对其保存不利；对于生物成因气藏而言，断裂越多，地层水活动性越强，生成的生物气量反而越大[3]。
2.2岩石学特征当页岩中脆性矿物含量越高时，越易形成天然裂缝和人工诱导裂缝。
北美主要页岩气产层的石英含量一般在20%～75%之间（表1），对于具有商业开发价值页岩而言，脆性矿物含量一般高于40%，石英含量大于30%[8]。
页岩气的形成条件及我国页岩气资源前景简述
页岩气的形成条件及我国页岩气资源前景简述摘要：本文在大量查阅前人的研究成果为基础，简要概括了页岩气的形成条件，进而对我国形成页岩气的物质基础及成藏模式进行了描述，资料表明，我国页岩气资源技术可采储量巨大，前景广阔。
关键词：页岩气形成条件我国页岩气资源前景一、页岩气概述页岩气简单地讲就是从富含天然气的页岩中开采出来的天然气。
张金川等（2004）指出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。
根据国内外学者的多年研究，在页岩气藏中，天然气并非单纯性的存在与页岩之中，同时也存在于页岩的砂质、粉砂质夹层中。
这主要归结于页岩气具有典型的“原地成藏机理”，即富含有机质泥页岩本身即是气源岩又是储集层，还可以通过自身的特殊条件实现天然气资源的有利圈闭与保存。
二、页岩气的形成条件页岩气从成因上看包含了生物化学成因，热解、裂解成因以及混合成因等几乎所有有机质生气作用方式，并且从未熟到高成熟各个阶段均可成藏。
生物成因气主要形成于有机物的埋深较小，地层温、压相对较低的成岩作用初期，但其生化作用是有限的，他只能将一部分有机物转化成甲烷气，剩余的有机物则在漫长的地质演化过程中，伴随着上覆沉积物不断加积，埋深加大，温、压升高，先转化为干酪根，进而转化为沥青再转化为液态的碳氢化合物，最后当埋藏条件达到高、过成熟阶段后，干酪根的短侧链直接热裂解成气或者由已生成的液态油进一步裂解成气。
而混合成因页岩气则是指不同成因类型的天然气同时存在的页岩气藏。
页岩气的形成是一个漫长而复杂的过程，下面从页岩的有机碳含量、干酪根类型和有机质成熟度三方面简要介绍页岩气的形成条件。
1.有机碳含量页岩气的工业聚集需要有丰富的有机质为基础，研究表明黑色页岩和碳质页岩有机质丰度高，是页岩气藏形成的最有利岩石类型，其有机质含量在3%～15%之间或者更高。
有机质作为页岩产气的物质基础与泥页岩的生烃潜力成正相关，同时有机质还具有吸附天然气的能力，可以作为页岩气的赋存介质之一，因而页岩中有机质的含量越高，吸附气的含量也就越多。
页岩气赋存机理及富集条件
页岩气赋存机理及富集条件页岩气是一种重要的非常规天然气资源。
在对相关文献的调查研究基础上，总结页岩气赋存机理的研究成果和进展，分析页岩气富集成藏的主控因素，调查国内外页岩气的资源状况，以及勘探开发研究现状。
研究表明，中国存在页岩气大量发育的区域地质条件，有利的勘探区域为南方的古生界和西北地区的中-新生界。
标签：页岩气；成藏机理；资源量页岩气是非常规油气资源的一种，具有含气面积广泛、资源量大、生产寿命长、产量稳定等特点。
美国是世界上最早发现和生产页岩气的国家，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。
我国在许多地区有巨厚的泥页岩沉积并有良好的生烃条件，具备形成页岩气藏的条件，因此在泥页岩中寻找油气资源应引起足够的重视。
1 页岩气成藏机理页岩在地层组成上，多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。
在页岩中，大部分均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和裂缝之中。
页岩气成藏体现出了非常复杂的多机理递变特点，可以总结为三个阶段。
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。
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。
在热解气大量生成的过程中，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。
在该阶段，游离相的天然气以裂隙聚集为主，页岩地层的平均含气量丰度达到较高水平。
在第三阶段，随着更多天然气源源不断地生成，天然气聚集已经超越了页岩本身，表现为无边、底水和浮力作用发生的地层含气特点。
若地层中的砂岩含量逐渐增多并逐步转变为以致密砂岩为主，则页岩气藏逐渐改变为根缘气藏。
如果生气量继续增加，则天然气分布范围进一步扩大，直到遇常规储层或输导通道后，天然气受浮力作用而进行置换式运移，从而导致常规圈闭气藏的大范围出现。
2 页岩气成藏主控地质因素2.1 烃源条件富含有机质页岩中天然气的生成主要取决于以下三个因素：岩石中原始沉积的有机物质的数量、不同类型有机物质成因的联系及原始生成天然气的能力、有机物质转化成烃类天然气的程度。
中国页岩气形成条件及勘探实践
中国页岩气形成条件及勘探实践随着全球对清洁能源的需求不断增加，页岩气作为一种丰富的能源资源，越来越受到人们的。
中国作为世界上最大的能源消费国，对页岩气的开发利用具有重要意义。
本文将围绕中国页岩气形成条件及勘探实践展开讨论。
中国页岩气形成条件十分有利，具有以下特点：盆地多且类型多样：中国拥有多种类型的盆地，如克拉通盆地、断陷盆地、前陆盆地等，为页岩气的形成提供了良好的地质环境。
地层和岩石类型丰富：中国页岩气形成于多个地质时期，从古生代到新生代地层均有分布。
不同地质时期形成的岩石类型也各不相同，如海相页岩、陆相页岩等，为页岩气的储藏提供了多样性。
广泛的生物气和热液气：中国页岩气形成过程中，生物作用和热液作用共同参与，使得页岩气藏中甲烷含量高，同时含有较多的重烃类气体。
自2000年以来，中国开始大力推动页岩气勘探开发工作，取得了显著成果。
以下是近年来中国页岩气勘探实践的几个方面：地质调查和地球物理勘探：通过开展地质调查、地震勘探、地球化学勘探等技术手段，初步查明了我国主要盆地的页岩气储藏分布情况。
资源评价和储量计算：在地质调查和地球物理勘探的基础上，结合实验分析数据，对我国页岩气资源进行了评价和储量计算，为后续开发工作提供了依据。
钻探和试气：针对评价和计算出的有利区块，开展钻探工程，并进行试气试验，以确定气藏的工业价值。
生产试验和监测：在试气成功的基础上，进行生产试验，并对生产过程进行实时监测，以确保稳定的生产效率和环境保护。
以某地区页岩气勘探为例，该地区位于一个大型断陷盆地内，页岩气资源丰富。
但在勘探初期，由于缺乏对该地区地质条件的深入了解，导致钻探工程不理想，试气效果不佳。
为了解决这一问题，勘探团队重新进行了地质调查和地球物理勘探，发现在断陷盆地的边缘存在一层厚度较大的暗色泥岩，其埋深和厚度均有利于页岩气的储藏。
根据这一新发现，勘探团队调整了钻探方案，并成功地在该地区取得了显著的勘探成果。
这个案例说明了中国页岩气勘探需要充分了解地质条件，并进行细致的地质调查和勘探工作。
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。
泥页岩储层特征及油气藏描述讲解
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。
宜昌地区五峰组—龙马溪组页岩气富集条件研究
宜昌地区五峰组—龙马溪组页岩气富集条件研究正文:系统研究了宜昌地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩的(1)沉积特征(2)有机地化特征(3)储集特征(孔隙结构)(4)构造保存条件,得出结论:(1)宜昌地区在上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组发育深水陆棚相,与焦石坝地区五峰组—龙马溪组页岩沉积环境相似,为页岩发育的优势沉积相带;(2)宜昌地区页岩有机碳含量高,有机质成熟度处于成熟—高成熟阶段,与焦石坝地区具有相似的地化特征;(3)宜昌地区页岩储集空间主要以纳米级孔隙为主,经过核磁共振法、氮气低温吸附法和压汞-氮气低温吸附法相结合的三种方法测定宜地1井页岩样品孔径分布表明,宜地1井页岩样品主要发育孔径在4nm左右的孔隙;页岩样品通过氩离子抛光扫描电子显微镜分析技术显示,页岩发育的孔隙类型主要包括有机质孔隙、晶间孔、溶蚀孔,还可看到微裂缝发育,氩离子抛光扫描电子显微镜分析技术显示页岩发育的孔隙大小主要为介孔,这与通过核磁共振法、氮气低温吸附法和高压压汞与氮气低温吸附相结合的方法研究结果可以互相补充(4)宜昌地区为一个稳定的斜坡带,根据宜地1井钻井岩心显示,整个龙马溪组地层发育厚度达到1200米,在龙马溪组下部发育了57米左右的泥岩,向上由粉砂岩逐渐过渡到细砂岩,而根据资料,龙马溪组在宜昌地区分布面积广泛,具有良好的盖层条件,而五峰组—龙马溪组下部发育了几十米厚的临湘组和宝塔组的致密灰岩,表明宜昌地区五峰组—龙马溪组页岩气顶底板条件优越,与焦石坝地区一样,具有良好的保存条件。
以上条件说明宜昌具有良好的页岩气资源前景。
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页岩气富集条件
（一）烃源条件。
（1）沉积环境。
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，它们的形成需要深水的、较快速的沉积条件和封闭性较好的缺氧环境。
（2）有机质丰度。
高的有机质丰度就意味着高的生气量和吸附量。
典型的页岩气具有丰富的有机质含量，一般认为总有机碳含量在0.5%以上就是有潜力的源岩。
（3）有机质成熟度。
对于热成因型气藏，有机质成熟度越高表明生气的可能越大，主要是由于有机质生成烃后，体积缩小会产生超微孔隙，有利于页岩气的保存。
对于生物成因型气藏，Antrim页岩所产的天然气便主要为生物成因甲烷，有机质成熟度小于0.8%，页岩有机质成熟度越高，有机质丰度越低，越不利于生物气的形成。
（二）储集条件。
（1）岩性特征。
页岩是由大量粘土矿物、有机质及细粒碎屑组成的，很容易碎裂的一类沉积岩，形成页岩气的岩石除页岩外，还包括与其伴生的泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、甚至很细的砂岩。
页岩气的烃源岩多为沥青质或富含有机质的暗色泥页岩，部分为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。
（2）有机质页岩厚度。
根据页岩厚度及展布范围可以判断页岩气藏的边界。
到目前为止，认为对于页岩气的形成而言，页岩厚度可由有机碳含量的增大和成熟度的提高而适当降低，拥有高TOC的页岩的连
续厚度至少为45m。
但这一数值并不是绝对的
（3）物性特征。
孔隙度大小影响页岩气是以吸附状态还是
以游离状态为主，是确定游离气含量的主要参数。
页岩中可能含有大量的孔隙并且在这些孔隙中含有大量的游离态的天然气。
页岩最突出的特点是孔隙度和渗透率极低，因此气体在储层中的流动主要取决于页岩中天然裂缝的发育情况。
（三）保存条件。
构造作用对页岩气的生成和聚集有重要的影响。
构造作用能够直接影响泥页岩的沉积作用，进而对泥页岩的储集性能产生影响；构造作用还会造成泥页岩层的抬升和下降，从而控制页岩气的成藏过程；构造作用可以产生裂缝，可以有效改善泥页岩的储集性能，对储层渗透率的改善尤其明显。