页岩气成藏地质条件分析

Ｒ 值 越高越 有利于 天然 气的生 成。所 以热 成熟度 不是判断 页岩生烃 ０
能力的唯一标准 。 一
但 在裂缝 发育带 。渗透率大幅度增加 ，如在断裂带或裂缝发育带 ，页 岩储层 的孔隙 度可达 Ｉ％．渗透率达２ １ ｘ１ ’ ０ ｍ
４ 保 存 条 件
（ 有机碳 含量（ Ｏ ） 有 机碳含 量是 评价 页岩 气藏的 一 ２） ＴＣ 个重 要指标 ， 多数盆地 研究发现 页岩中有机碳 的含量 与页岩产气 率之问
有 良好的线性 关系。 ．原 Ｉ有 两方面 ：①是 因为有机碳是 页岩，气的 矧
页岩气藏 是 自 自储型气藏 ，从某种意 义来 说 ．页岩气藏 的形成 生 是天然气 源岩 【大规 模滞 留的结果 ，烃源岩 中天然气 向常规储层初 ｝ Ｊ 次运移的 通道 裂缝 、断层等 ．所 以连 通烃源岩和常 规 ｆ ２ 页 ） 转１９
南 红 科 件 分 析
黄 菲① 王保 全②
（ 中 法 渤 海 地 质 服 务 有 限 公 司 ② 中海 石 油＜ ① 中国＞ 限 公 司 天 津 分 公 司 渤 海 油 田勘 探 开 发 研 究 院 ） 有
摘 要 页岩 气藏 为 自生 自储型 气藏 ，它的生烃务件 、储集务件 、保存 备件 相互影响 ，息息相关，热成熟度和有机碳含 量控 制 页 岩 的生 气能力 ．而有机碳含量还影 响页岩 的储集性 ，是增加 页岩孔隙空 间的重要 因素； 页岩气藏储层致 密，孔 隙度和渗透率极低 ，裂 缝的存在会提 高储层的渗透率 ，矿物成 分影响其储 集性 能 ，其 中粘土矿物有利 于增加微孔 隙 ．并且增加岩石对天然 气的吸 附能力．而 石英和白云石脆性较 大，则有利 于增加储层 中的裂缝 ，并且 对水力压裂造缝有利 ；页岩 气藏 对保存 务件的要求较低。 关键 词 页岩 气 有机碳含量 热成熟度 储 集务件 保存条件
３ 主 控 地 质 因 素 分 析
（） １ 辽河 油田杜２９ ２块兴隆台油层扇三角洲主要发育水下的扇三 角洲前缘亚相沉 积 ，而扇三角洲平原和前扇三角洲在研究区未见。扇 三 角洲平原进 一步 细分 为水下 分流河道 、分流 问浅滩 、分流问 薄层
砂 、河 口坝以及分流问洼地等５ 种微相类型 。 （ ）自下而上 ，研 究区兴隆 台油层总体表现 为湖泊扩张 ，由浅 ２ 水到深水的逐渐演化过程 ，水下分 流河道和 分流 问薄层砂 为主 要沉积 相带 ，也是研究区主要储油相带 ，是 目前剩余油分布的主要区域 。 （ ） ３ 辽河油 田杜２ ９ ： 台油层扇 三角洲沉 积主要受古地 形 、 ２ Ｊ 兴隆 ￣ ｒ 边界同生断层 以及湖平面的相对变化等因素控制。
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 聚集为典型的 “ 原地”成藏模式 ，页 岩气大部 分吸附在有机质和粘土矿物表面 ，与煤层气相似 ，另一部分 以游离状态储集在基质孔隙和裂缝 孑隙中 。与常规储层相似。页岩气 Ｌ
物质基础 ，决定 页岩 的生烃能 力，②是因为它决定 了页岩的吸附气大 小 ，并且是页岩孔隙空间增加的重要因素之一 ，决定页岩新增游离气 的能力 。如Ａ ｔｍ 色页岩页岩气 以吸附气 为主（０ ｎ ｉ黑 ｒ ７ ％以上 ） ．含气量 １ １－ ． ：，高 低与有机碳 含量呈现 良好 的正相关性 。Ｒ ｓ ． ５ ２ ３ｍＴ ４ ８ ｔ ｏｓ 等的 实验结果 表明 ，有机碳与甲烷吸附能力具有一定关系 ， 相关系数较 但 低 （２ Ｉ ９。他 认为在这 个地 区有机碳与吸 附气量 关系还 可能受 其 Ｒ ＝１ ） ． ３ 他多种因素的影响 ，如粘土成分及含量 、有机质热 成熟度 等。
存 ，并能在一个条件下聚集 成气藏 。 ２ 生烃条件
孔隙组 成 ，内表面积较大。在微孔隙中拥有许多潜在的吸附地方 ．可 储存大 量气体 。裂缝 则沟通页岩中的孑 隙 ，页岩 层中游离态天然气体 Ｌ 积 的增加 和吸附 态天然 气的解析 ，增强岩 层渗透能 力 ，扩 大泄油 面 积 ，提高 采收 率。一般来 说 ， 裂缝较发育 的气藏 ， 品质也较 好。美 其 国东部地区产气量 高的井 ，都处在 裂缝发育带 内，而裂缝不 发育地 区 的井 ，则产 量低或 不产气 ，说明天然 气生产 与裂缝 密切相关 。实际
］９南肛种 杖 ２１年第 期 ２ ｏ１ ２
给充足 ，因此形成了中厚 ～ 厚层的以水下分流河道砂为骨架的扇三角
洲沉积体系见图２ 。从初期图２（ 、ｂ）．河道 的水体较浅 ，主要发育 ａ 水下 分流河道 和分流 间薄层砂 微相 ；在 中期 图２（ 、ｄ）． Ｃ
缘 沉积创造 了条件。
类气体生成 （ ｏ＞０ ４ ）．就有可能在 页岩 中聚集起来形成气藏 Ｒ ．％
生 物 成 因 气 一 形 成 ｆ 成 熟 度 较 差 的 岩 层 中 。密 执 安 盆 地 般
Ａ ｔｍ生物成 因型 页岩 的Ｒ 仅 为０４ ０ ％ ，未 进入生 气窗 ．页岩 ｎｒ ｉ ｏ ．％一 ． ’ ６
Ｒ 越 高 ，Ｔ Ｃ 低 ，越 不 利 于 生物 气 的 形 成 。 而 福特 沃斯 盆地 ｏ Ｏ越 Ｂ ｒ ｔ 岩热 成 因 型气 藏 的 页岩处 于成 熟 度 大 于 Ｉ ％的气 窗 内 ， ａ ｅｔ ｎ 页 ． １
参 考 文献
… 任 德生 ． 立， １ 刘 陈江 ， 辽 河坳 陷 西部 凹陷曙 北地 区古近 系层 序地 层 等． 格 架Ⅲ． 油勘探 与 开发 ， ０ ，１１： － ０ 石 ２ ４３ （） ８ ５ ０ ４ 【ｌ 于兴 河． 屑岩 系油 气储 层 沉积 学｛ ． 京： 油工 业 出版 社，０２ ２ 碎 ＭＩ 北 石 ２０ 【】 刘 宝瑶主 编． 积岩 石 学Ｉ ３ 沉 Ｍ］北京： 油工 业 出版社，９０ 石 １８ 【１ 裘怿 楠， ４ 陈子琪 ． 油藏描 述 ｆ ． 京： 油工 业 出版 社，９６ Ｍ】北 石 １９ 『 包连 纯。 ５ １ 支印 民， 完余， ． 段 等 曙一 区兴 隆 台油层 超稠 油油藏 地 质特征 及 成藏 条件 分析 特 种 油气 藏， ０ 。 １ ３ ２ ４７ — ０ ）：
４ 结 论
湖盆 范围扩大 ．河道的水体变 深，水动力变弱 ，水下分流河 道发育变弱 ，沉积物的粒度变 细 。可见 ，水体能量与河道 的 展布具有重要的耦合关系。水 体能量越强 ，河道冲刷能力就
越强 ，河道就越发育。水体的 图３兴隆台油层沉积模式图 能量越小 ，河道冲刷能力就越小 ，河道发育局限 。综合以上的研究成 果 ．建立了杜２ ９ ２ 块兴隆 台油层 的沉积模式图见 图３ 。
３ 储 集条 件
藏按其天然气成因可分为两种主要类型 ：热成因型和生物成因型 ， 此 外还有上述两种 类型的混合成因型 ’ 。北美地 区是 全球唯一实现 页岩
气商业 开发的地 区。 目前北 美地 区已发现 页岩气 盆地近３ 个 ．发现 Ｏ Ｂｒｅ等６ ａ ｔ 套高产 页岩。２ 年 ，北 美地区的 页岩 气产量约 占北 美地 ｎ ｔ （ 鹏 区天然气 总产量的 ｌ ％。至２０ 年底 ，美国页岩气 井超过４ 万 口； ３ ０８ ． ２ 页岩 气年产量 ｘ 方以上 ，约 占美国 当年 天然气总产 量的 １％。 目 ） 亿 ０ 前 ，美国 已发现页岩气 可采储 量约７ ７ ． 万亿方 。ＦｒＷｏｔ ４ ｏｔ ｒ 盆地 密西 ｈ
页岩 气藏形成的主体是富有机质页岩 ，它主要形成于盆地相 、大
陆斜坡 、台地凹陷等水体相对 稳定的海洋环 境和深湖相 、较深湖相以 及部分浅湖相带的陆相湖盆沉积体系 ，如Ｆ ｒＷｏｔ ｏ ｒ 盆地Ｂ ｒ ｔ ｔ ｈ ａ ｅ 组沉 ｎ ｔ 积 于 深 水 （２ — １ｍ 前 陆 盆 地 ， 具 有 低 于 风 暴 浪 基 面 和 低 氧 带 １０ ２ ５ ） （ ＭＺ 的缺氧厌氧特 征 ，沉积营 力基本上通过浊流 、 Ｏ ） 泥石流 、 密度流 等悬浮机制完成 ，属于静 水深斜坡盆地相” 。生物 成因气的富集环境 不 同于热成 因型 页岩气 。富含有机质的浅海地带 ，寒冷气候下盐度较 低 、水深较大的极地海域 ，以及大陆干旱一 半干旱的咸 水湖 泊部是生 物成因气形成的有利沉积环境 ；而缺氧和少硫酸盐是生物气大量生成 的生化环境 。在陆相环境中 ，由于淡水湖相盐度低 ，缺乏硫酸盐类矿 物 ，甲烷在靠近地表不深的地带 即可形成。但由于埋 得太浅 ，大部分 散失或被氧化 ， 易形成气藏 。只有在半咸 水湖和咸 水湖 ， 别是 碱 不 特 性咸水湖中 ，可以抑制 甲烷菌过早地大 量繁殖 ，同时也有 利于有机质 的保存 埋 藏到一定深度后 ，有机质分解 ，使 Ｐ 值降低到６ ５ ７ ５ Ｈ ． － ． 范 围时 ．产 甲烷的细 菌才能大 量繁殖 。这时形成 的 甲烷 就比较 容易保
西比系Ｂ ｒ ｔ ａｎ ｔ ｅ 页岩气藏的成功开 采掀起 了全球 开采页岩气 的热 潮。美 国涉足页岩气的油气公司已从２ ０ 年２ 家增至 ２０ 年６ 多家；欧 洲石 ０５ ３ ０８ Ｏ 油公司纷纷介入 美国的页岩气勘探开发 。页岩气作 为一种 非常规油气 藏 在国内也逐步受到关注 。
１ 沉 积环 境
（ ） １ 热成熟度 （ ｏ 。美国五大 页岩 气系统的页岩气 的类型较 Ｒ ） 多 ，既有生物 气 、未熟一 低热 气 、热解气 ，又有原油 、沥青裂解气据 （ ｕ ｉ ０ ２ ｔ 这些类 型的 天然气形 成的成熟度 范围较 宽 ，可以 Ｃ ｒｓ ０ ）ｓ ｔ ，２ ｌ ，
从 ０ ０％变化 到 ２Ｊ ．（ ４） ％，页岩 气 的 生成 贯 穿于 有 机 质生 烃的 整 个过 Ｉ 程 不 蚓类 型的有机质拒不 蚓演化阶段生气量不 酬，页岩 中只要有烃
（ ） １ 矿物 成分 。页岩 中的矿物成分主要 是粘土矿物 、陆源碎屑 （ 石英 、长石等 ）以及其他矿物 （ 碳酸盐岩 、黄铁矿和硫酸盐等 ）。 由于 矿物 结构 、力学性质的不同 ，所以矿物的相对 含量会直接影响页 岩 的岩石 力学性 质 、物性 、对气体的吸附能 力以及页岩气 的产能。粘 土 矿物为层 状硅 酸盐 ，由于Ｓ一 四面体排 列方式 ，决定 了它电荷 丰 ｉ０ 富、 表面积大 ，因此对 天然气有较强的吸附能 力，并且不 同的粘 土矿 物对天然气的吸附能力也不 同，蒙皂石吸附能 力最强 ，高岭 石 、 绿泥 石次之 ．伊利石最弱 。石英则增强了岩石的脆性 ．增强了岩石的造缝 能力 ，也是水力压 裂成功 的保证。Ｎ ｌ ｎ ｅ ｏ 认为除 石英之 外 ，长石和 白 ｓ 云石也是 黑色 页岩段 中的易脆 组分 但 石英和碳 酸盐 矿物含 量的增 加 ，将 降低页岩的孔隙 ，使游离气的储集空间减少 ， 另是方解石的 特 胶结作 用，将进 一步减少孔隙 ，因此在 判断矿物 成分对 页岩 气藏的影 响时 ，应综合考虑 各种成分对储层的影响。 （ 储集空问 。页岩 气除吸附气吸 附在有机质 和粘 土矿物表面 ２） 外 ，游离气则主要储集在 页岩基质孔隙和裂缝等空间 中。虽然 页岩为 超致密储层 ，孔隙度和渗透率极低 ，但是在孔隙度相对较高的 区带 ． 页岩 气资源潜力仍然很大 ，经济可采性高 ．特别是吸附气含量非常低 的情 况下。页岩中孔隙包括原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙系统由微