复杂条件下页岩气藏生产特征及规律

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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]。

页岩气藏分布地质规律与特征

页岩气藏分布地质规律与特征聂海宽;张金川【摘要】对不同类型盆地内页岩气藏的页岩特征、深度、压力、天然气成因、裂缝、含气饱和度及气藏模式等气藏特征进行分析,对我国相似构造演化、相似类型盆地页岩气成藏条件进行类比研究.研究结果表明:江南-雪峰隆起北缘、鄂西及塔里木南缘等早古生代前陆盆地,准噶尔盆地周缘、"钦防海槽"和"十万大山"等晚古生代前陆盆地,扬子板块南北两条前陆盆地带等中生代前陆盆地以及塔里木、四川和鄂尔多斯等克拉通盆地都具备页岩气藏发育的地质条件.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(041)002【总页数】9页(P700-708)【关键词】页岩气;前陆盆地;克拉通盆地【作者】聂海宽;张金川【作者单位】中国地质大学(北京)教育部海相储层演化与油气富集机理重点实验室,北京,100083;中国地质大学(北京)教育部海相储层演化与油气富集机理重点实验室,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TE122.3;P618.13页岩气是一种新型的非常规天然气，不同学者对其概念、成藏机理及成藏条件等进行了研究[1-8]。

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。

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。

页岩气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[4-7]。

本文旨在对产页岩气盆地发育的区域构造背景和分布大地构造位置进行研究，进而得出页岩气藏分布地质规律与特征。

本文作者在分析美国页岩气盆地分布规律的基础上，对其分布的大地构造位置及盆地类型进行分类，认为产页岩气盆地主要位于阿巴拉契亚早古生代逆冲褶皱带、马拉松—沃希托晚古生代逆冲褶皱带和科迪勒拉中生代逆冲褶皱带前缘的前陆盆地及其相邻地台之上的克拉通盆地，在此基础上分析了不同盆地类型中页岩气藏的特征及气藏模式，并对我国主要前陆盆地和克拉通盆地的页岩气藏发育情况进行研究。

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。

复杂条件下页岩气藏生产特征及规律

第19卷第6期Production characteristics and law of shale gas reservoir under complex conditionsWang Nan 1,2,Zhong Taixian 3,Liu Xingyuan 4,Lei Danfeng 1，2(ngfang Branch,Research Institute of Petroleum Exploration and Development,PetroChina,Langfang 065007,China;2.National Energy Shale Gas R &D (Experiment)Centre,Langfang 065007,China;3.PetroChina Company Limited,Beijing100007,China;4.China Petroleum Materials Corporation,CNPC,Beijing 100029,China)Abstract:This paper focuses on analysis of shale gas reservoir characteristics,production mechanism and productivity characteristics after fracturing.In the study of shale gas reservoir,four components of porous medium for shale reservoir have been analyzed.It is proved that the organic matter is the main reservoir body and seepage channel for free gas.The content of organic matter and the characteristics of pore development directly influence the reserves and production of shale gas reservoir.This paper also analyzes the flow mechanism such as shale gas adsorption,desorption and diffusion,calculates the volumes of free gas and adsorbed gas based on those mechanism and explain the correlation between gas content and pressure history curve.In the analysis of shale gas productivity,the case is used to determine the characteristics of initial high production of single well,fast production decline at late stage and long production cycle.It is confirmed that the hydraulic fracture is the most important flow channel for shale gas.The pattern of hydraulic fracture is key factor to determine the productivity of shale gas.In this study,the production mechanism,characteristics and law of complex shale gas reservoir are summarized,which can provide theory support for improving the productivity of shale gas well and developing the shale gas reservoir on a large scale.Key words:shale gas;development;production mechanism;productivity;reservoir characteristics;decline analysis1储集机理1.1储层特征页岩储层具有分布广、单层厚度大、含气量低等特征，页岩气藏的存储形式可分为吸附气和游离气。

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。

天然气分布规律及页岩气藏特征

天然气分布规律辽河盆地的天然气在纵向上和横向上分布都很广泛。

在横向上，由于气体形成的途径多于油的形成途径，气体的分布区域远远大于油层的分布；在纵向上，自目前勘探的最深部位到浅层均有气体存在，含气层系多，自下而上发育了太古界、中生界和新生界。

特别是第三系自沙四段到明化镇组各层段均有气藏存在，沉积环境和演化史的特征，造成天然气原始组分富烃，贫H：S，少CO：和N2。

辽河断陷广泛发育多期张性断裂，把二级构造带切割成复杂的断块油气田。

受构造、断裂活动影响，造成多次油气聚集、重新分配而形成多套含油气层系。

通过天然气的地球化学研究，结合盆地地质背景，天然气有如下分布规律：1．自生自储的天然气垂向分布以自生自储为主的天然气层，自下而上分布有侏罗系的煤型气、正常凝析油伴生气、正常原油伴生气、生物一热催化过渡带气和生物成因气等。

其特征主要是613C，依次变轻。

侏罗系煤型气主要分布在深大断裂边缘，仅处于侏罗系发育的地区，如东部凹陷三界泡地区。

正常凝析油伴生气主要发育在有机质埋深达到高成熟阶段的地区，主要为各个凹陷的沉降中心部位，如整个盆地的南部地区及东部凹陷北部地区。

正常原油伴生气在整个盆地均有分布，主要是与原油伴生的气顶气和溶解气。

生物一热催化过渡带气主要发育在有机母质埋深浅于3000m 的未成熟和低成熟阶段，并有良好的盖层发育的地区，部分地区的局部构造亦可形成小型气藏，在盆地的大部分地区均有分布，主要在东部和大民电凹陷的有利地区。

生物成因气理论上在整个盆地浅层都存在。

因此，只要有良好的储盖组合，在整个盆地中都可望发现生物成因气藏。

总体来看，三个凹陷中，大民屯凹陷以成熟阶段的石油伴生气和生物一热催化过渡带气为主．有少量生物成因气。

东部凹陷在不同的构造部位分布不同类型的气体，中生界发育并位于深大断裂边缘的地区，有煤型气和深源气的存在。

南、北凹陷深部位置，主要是高成熟和成熟的热催化一热裂解气。

而凹陷中部广泛发育生物一热催化过渡带气。

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4561012m3，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、赋存状态及富集条件等，使得页岩气具有明显的地质特殊性，具有低产量、产气时间长的特点（一般可稳产30～50年，递减率<5%）。

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。

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吸附气主要赋存在有机质颗粒与黏土颗粒的表面，而游离气则赋存于页岩基质孔隙和次生裂缝中［1-5］。

页岩储层作为多孔渗流介质，主要分为4个部分，分别是非有机质基质、有机质干酪根、天然裂缝及人工水力裂缝。

非有机质基质主要是页岩的矿物组分，一般占页岩总体积的90%以上［6］。

在对四川威远地区井1页岩层进行矿物组分分析时发现：岩石碎屑成分主要为石复杂条件下页岩气藏生产特征及规律王南1，2，钟太贤3，刘兴元4，雷丹凤1，2（1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007；2.国家能源页岩气研发（实验）中心，河北廊坊065007；3.中国石油天然气股份公司，北京100007；4.中国石油物资公司，北京100029）摘要从页岩气藏的储层特征、生产机理及压裂施工后气井的产能特征着手，首先分析了页岩储层多孔介质的4个组成部分，确定了有机质孔隙是页岩气主要的储集体，有机质含量及孔隙发育特征直接影响页岩气藏的储量和产量；对页岩气藏的吸附、解析、扩散等渗流机理进行了细致分析，推算游离气与吸附气量，并用压力变化关系曲线解释含气量关系；在产能特征方面运用实例分析了页岩气井产能，确定了单井初期产量高、后期递减迅速和生产周期长等特征，证实了水力裂缝是页岩气藏最主要的气体渗流通道，水力裂缝的形态最终决定气井的产能。

研究结果从多方面总结了页岩气藏复杂的生产机理及特征规律，为提高页岩气井产能、规模化开发页岩气藏提供了理论支撑。

关键词页岩气；开发；生产机理；产能；储层特征；递减分析中图分类号：TE349文献标志码：A引用格式：王南，钟太贤，刘兴元，等.复杂条件下页岩气藏生产特征及规律［J ］.断块油气田，2012，19（6）：767-770.Wang Nan ，Zhong Taixian ，Liu Xinyuan ，et al.Production characteristics and law of shale gas reservoir under complex conditions ［J ］.Fault -Block Oil &Gas Field ，2012，19（6）：767-770.收稿日期：2012-05-12；改回日期：2012-09-19。

作者简介：王南，男，1982年生，工程师,工程经济学硕士，2008年毕业于英国拉夫堡大学,主要从事非常规天然气储层评价、试井分析方面的研究工作。

E -mail ：wn215@ 。

断块油气田FAULT -BLOCK OIL ＆GAS FIELD doi:10.6056/dkyqt2012060222012年11月2012年11月断块油气田英、长石、方解石、白云石和黏土矿物。

其中石英和黏土矿物所占比例较高，占总矿物组分的60%以上；方解石、白云石一般在10%~20%，主要是充填页岩孔隙；黄铁矿质量分数较低，通常呈颗粒状不均匀地分布在岩石内。

石英具有脆性，有利于裂缝发育，但石英的增加会降低页岩的孔隙，使气体的储集空间减小［7］。

方解石和白云石在埋藏过程中会产生胶结作用，同样会减少孔隙。

这些都证明岩石组分变化会影响页岩的岩石力学性质和孔隙结构，在一定程度上减小或增大页岩气的储集空间。

有机质是页岩基质的另一重要组成部分，吸附气从有机质中生成，同时也吸附在有机质表面，因此有机质既是吸附气的生气源，也是储集体。

页岩中有机质越多，吸附气越多。

另外，在有机质成熟过程中，还会生成一些有机质孔隙。

图1为井1经过氩离子抛光后的岩心扫描图像，从中可以发现，页岩有机质孔隙相当发育，且孔隙间相互连通，孔隙直径为5~60nm，部分游离气就储存在这些干酪根发育的孔隙中。

可以说有机质在大量生气阶段或充注过程中，既保存了较高的残余有机质丰度，储集了大量的吸附气，又能新增很多微孔隙，容纳部分游离气，有助于提高基质系统的渗透性。

a放大60000倍b放大3000倍图1氩离子抛光后不同尺度下的页岩孔隙表征页岩层中同时还发育天然裂缝，将一些单独发育的孔隙及其他裂缝连接在一起，形成裂缝体系。

裂缝在页岩层中既是游离气的储集体，又是渗流通道。

裂缝发育的数量和形态决定游离态页岩气的储集空间。

1.2页岩气等温吸附机理页岩气的赋存状态为吸附状和游离状，其组分主要为甲烷，以单层分子形式吸附在孔隙表面，或存在于页岩微孔隙中。

页岩气的吸附机理可以用朗格缪尔等温吸附方程来描述：V（p）=V L pp L+p（1）式中：V（p）为在特定压力下的吸附气量，m3/t；p为压力，MPa；V L为朗格缪尔体积，m3/t；p L为朗格缪尔压力，MPa。

朗格缪尔吸附理论认为，在等温条件下，一定体积的页岩吸附气体积分数随着压力的增大而增加，当压力增大到某个临界值时，吸附气体积分数保持不变，不再随压力增大而增加，此时，吸附气体积分数就达到了极大值，即V L。

当吸附气量达到（1/2）V L时，V L和p L控制了等温吸附曲线的形态，如果2种参数产生变化，等温吸附曲线形态也会随之变化（见图2）。

图2朗格缪尔等温吸附曲线朗格缪尔等温吸附过程是可逆的，因此推断页岩吸附气解吸过程也遵循等温吸附曲线，吸附气的采收率可以通过等温吸附曲线来确定［8］。

页岩气开采可分为2个阶段（见图3）。

图3页岩开采过程示意在原始储层条件下，页岩中的有机质对甲烷的吸附处于饱和状态（见图3中A点）。

原始地层压力为p i、总含气量为V、气藏游离气量为V F、吸附气量为V A，V F 大于V A。

随着地层孔隙压力的降低，游离气首先被采出，此为第一阶段（见图3中线段AB）。

第一阶段只有768第19卷第6期游离气产出，无吸附气产出；由于游离气的产出，地层孔隙压力降至B点，达到吸附气解吸压力p d时，吸附气开始解吸（见图3中线段BC），吸附气与游离气同时产出（见图3中线段BD），此为第二阶段。

随着吸附气与游离气的同时产出，地层压力不断下降，直至废弃压力p a，气井停止生产。