页岩气、煤层气和常规气藏地层物性对比研究
页岩气简介
页岩气简介
一、 什么是页岩气
1. 定义
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。随着能源需求的不断加大，页岩气在美国、加拿大等地已是重要的替代能源。2011年底，国务院正式批准页岩气为我国第172个独立矿种，这意味着页岩气的勘查和开发上升为国家战略。
这里有两个概念：页岩气——是地质学分类；非常规天然气——却是一个石油工程分类。
2. 页岩气的产生与储存状态
地质历史上形成的富含有机质的泥页岩层系（可包括煤层），在实践中当不强调地质术语的准确性时可统而简之地称为暗色页岩。其中特别富含可生油有机质且后期尚未经历深埋条件下的高温压者，因其中有机质在人工加热分馏可产出各类油品（如汽、柴油等），特称油（母）页岩。而大部分这类页岩在后期经历深埋、有机质在热演化过程中产生大量气态和液态烃类。其中气态的天然气液态的石油可从生烃层系中运移出去赋存于有孔隙的储层中。他们在孔渗条件好的储层中高度富集便形成常规油气，因致密而孔隙度渗透性差，并使其油气难采出的就是非常规的致密（储层）油气。己大量进入储层的油在近地表情况下受地下水氧化和生物降解就形成了非常规的重（稠）油和（沥青质）油砂、甚至更难利用的固体沥青矿。而在生烃层中不可避免仍有大量气态和液态烃以吸附状态和游离状态而残留，留在煤层中的为煤层气、留在页岩（类）中者则为页岩油、气。
页岩气的赋存状态以吸附和游离为主，也有少量溶解态（图1）。裂缝和孔隙是页岩气主要的储集空间。但页岩本身物性很差，孔隙度和渗透率都很低。因而局部的高孔渗区和裂缝发育区就有可能成为页岩气的“甜点”。
页岩孔隙可以分为原生孔和次生孔隙两种类型。通常原生孔隙比较常见，但大多由于压实作用而变得十分微小。地层水和有机酸等与页岩中不稳定矿物反应形成的次生孔隙也对页岩气的赋存具有重要意义。
构造裂缝和成岩裂缝是页岩裂缝的两种基本类型。构造裂缝相对于成岩裂缝具有长度更长、开角更大等特点，因而是更有利的页岩气储集空间。通常构造裂缝被方解石等矿物充填，也有未被充填的，它们都是页岩气“甜点”的有利发育区。
页岩气概述
1.1 页岩气概述
页岩气(Shale gas)是指在游离、吸附和溶解状态下赋存于泥页岩中的一种天然气，是典型的“自生自储”系统。页岩气是一种非常规油气资源，早在上世纪70年代，美国能源机构就对其东部地区的页岩结构进行了地质和地球化学的研究，并发现了5种页岩气系统，分别是Antrim页岩，Ohio页岩，New Abany页岩，Barnett页岩和Lewis页岩这几点系统。我国的页岩气研究处于刚刚起步阶段，对各地区页岩气的储量和开发方式等都处于初步状态。
据统计20世纪50年代以后将会进入以天然气为主导的能源时代。随着天然气能源产业的快速发展，在我国的天然气开发的进度已经到了中期阶段，即开发难度较低、成本较小、储量很大的天然气藏已经很少被勘探到了，所以我们只能将目光转向那些之前地层中较难开发的非常规气藏资源，所以煤层气以及页岩气这些新型的非常规气藏逐渐成为了天然气资源的主要代替者。
国外学者Curtis J.B经过研究定义了现代页岩气的基本概念。他指出，页岩气是以游离态的形式存储于天然形成的裂缝和颗粒之间的孔隙中，也可以以吸附态吸附于油页岩颗粒和有机质的表面，或者以溶解态形式存在于干酪根和沥青质内。他还指出，页岩气吸附是一个主要的基本存储形式，形成的吸附气体含量可占总量的页岩气含量的20％-85％。随着研究的进步, 我国学者张金川其他研究人员总结如下：页岩气是以吸附和游离状态的主体存在于页岩气藏，页岩气的吸附形式是页岩气富集积累的重要机制。结果表明，页岩对甲烷气体吸附是判断岩石的气体吸附能力的大小的指标。
Curtis在2002年对页岩气进行了描述性界定并认为, 页岩气在本质上与其他类型的气藏有较大的差异, 具有生物化学成因气、热成因气或两者混合的多成因特点, 具有普遍的地层饱含气、隐蔽聚集机理等特点, 赋存方式复杂[1]。其中吸附作用是页岩气的重要机理之一。
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。可以说页岩气气藏的绝大部分是存在于地层中的暗色泥页岩或者高碳泥页岩中,它的天然气聚集方式是以吸附状态或者游离状态为主的。在一些特殊的页岩气藏中,天然气也会在夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中生成。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。
页岩气及其勘探研究意义
第22卷 第4期2008年8月现 代 地 质GEOSCIENCEVol122 No14Aug12008页岩气及其勘探研究意义张金川,汪宗余,聂海宽,徐 波,邓飞涌,张培先,殷 毅,郭华强,林 拓,张 琴,张德明(中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京 100083)
收稿日期:2008-05-10;改回日期:2008-06-28;责任编辑:潘令枝。 基金项目:国家自然科学基金项目(40672087,40472073);国土资源部公益项目(200811041)。 作者简介:张金川,男,教授,博士生导师,1964年出生,石油地质学专业,主要从事非常规油气、成藏机理、资源评价及盆地流体等方面的教学与研究工作。Email:zhangjc@cugb1edu1cn。摘要:与传统意义上的泥页岩裂缝气并不完全相同,现代概念的页岩气是主体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力泥岩及页岩等地层中的天然气聚集,具有自生自储、吸附成藏、隐蔽聚集等地质特点。美国的页岩气勘探取得巨大成功,是投入工业性勘探开发的三大非常规天然气类型之一,目前已形成了区域性页岩气勘探开发局面。中国的页岩气研究正在起步,许多盆地及研究区具有页岩气成藏的地质条件。与美国东部地区页岩气成藏地质条件进行初步对比,中国南方具有有利的页岩气发育条件,开展页岩气研究具有重要意义。关键词:页岩气;非常规天然气;勘探中图分类号:TE122 文献标识码:A 文章编号:1000-8527(2008)04-0640-07ShaleGasandItsSignificanceforExplorationZHANGJin2chuan,WANGZong2yu,NIEHai2kuan,XUBo,DENGFei2yong,ZHANGPei2xian,YINYi,GUOHua2qiang,LINTuo,ZHANGQin,ZHANGDe2ming(KeyLaboratoryofMarineReservoirEvolutionandHydrocarbonAccumulationMechanismofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing 100083,China)Abstract:Unliketheconventionalconceptofhydrocarboninfractures,thecurrentdefinitionofshalegasistheabsorbedandfreegasaccumulationthatexistsinmudstoneand/orshalelayerswithautogenicgas.Gasaccumu2lationinshaleisofmanyparticulargeologicalcharacteristics,someofwhichareself2generationandself2reser2vation,absorptionaccumulation,subtleaggregation,andsoon.ExplorationandexploitationforshalegashaveachievedgreatsuccessinUSAinwhichshalegashasbecomeoneofthethreeeconomictypesofunconventionalgaswithpervasiveexplorationvalueandprofitableindustrialexploitation.ManybasinsandregionsinChinaareoffavorablegeologicalsettingsforshalegas,andtheresearchonshalegasdevelopsquickly.IncontrastwiththegeologicalconditionintheeasternUSA,thesouthernChinahasthefavorablegeologyconditionsforshalegasexploration.ItisimportantandsignificanttoresearchandexploreshalegasinChina.Keywords:shalegas;non2unconventionalgas;exploration0 引 言页岩气是美国目前已投入工业性勘探开发的主要非常规天然气聚集类型之一,2008年4月20-23日在美国SanAntonio召开的AAPG年会表明,页岩气在近年来再次成为油气地质研究的热点。本文主要以笔者在2002年完成的页岩气调研报告为基础,通过对近年来相关文献进行适当的补充,对页岩气勘探现状及研究意义简做讨论以飨读者。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1 页岩气Curtis2002年对页岩气(shalegas)进行了描述性界定并认为,页岩气在本质上与其他类型的气藏有较大的差异,具有生物化学成因气、热成因气或两者混合的多成因特点,具有普遍的地层饱含气、隐蔽聚集机理等特点,赋存方式复杂[1]。结合页岩气成藏机理的认识,可以将页岩气概括为:主体上以吸附和游离状态赋存于泥页岩地层中的天然气聚集[2-3],其中吸附作用是页岩气的重要机理之一。需要指出的是,虽然泥岩和页岩并不完全相同,但国外及台湾研究者习惯于使用shale术语,译为“页岩”;大陆研究者则更倾向于使用mudstone术语,对应于“泥岩”。针对这种情况,国内研究者也使用“泥页岩”术语。但国外目前的“页岩气”与国内传统的“泥页岩气”在理解上存在一定的差异,前者强调吸附和游离相天然气的同时存在,而后者则多指游离相天然气。根据前人研究结果[1-7],页岩气具有如下基本特征(表1):岩石类型多样,可包括富含有机质的暗色—黑色泥页岩、高碳泥页岩及含沥青质泥页岩等,泥页岩类地层与粉砂岩类的薄互层是其基本特点之一[5-6];页岩气主要来源于生物作用或热成熟裂解作用[4,7],也可形成于有机质演化的高或过成熟阶段(Ro最大可达4%);泥页岩本身既是气源岩,又是储集层和封盖层[7],一般表现为致密物性特点,若含气则有效孔隙度一般只为1%～5%。页岩中具有广泛的饱含气特点[8-9],天然气的赋存相态多变但以吸附态或游离态为主,吸附状态天然气的含量变化于20%～85%之间,一般为50%左右,溶解态仅少量存在。页岩气成藏具有隐蔽性特点[1,10]。2 美国页岩气勘探现状随着油气勘探开发程度的提高,多种机理类型的天然气聚集不断被发现并投入工业性开发[11-14]。美国是天然气地质勘探程度和开发技术水平相对较高的国家,页岩气是其中已投入工业性勘探开发的三大非常规天然气类型之一[2-3](三大非常规天然气即致密砂岩气,包括深盆气、盆地中心气和根缘气,以及煤层气和页岩气)。页岩气勘探生产和开发研究最早开始于美国,它的第一口工业性天然气钻井(1821年钻至8m深度时产出裂缝气)就是页岩气井(Chautauqua县浅埋的泥盆系Dunkirk页岩)[5],当时由于产气量少而没有引起人们的重视,但却就此拉开了美国天然气工业发展的序幕[1]。此后,美国的页岩气藏陆续被发现,到1926年时,东肯塔基和西弗吉尼亚气田(泥盆系页岩)成为当时世界上最大的天然气田。1973年阿以战争期间的石油禁运和1976—1977年间的第一次石油危机促使美国能源部(DOE)加快了天然气勘探研究的步伐:1976年,美国能源部及其以后的能源研究和开发署(ERDA)联合了美国国家地质调查局、州级地质调查所、大学以及工业团体,发起并实施了针对页岩气研究与开发(R&D)的东部页岩气工程(EGSP,主要包括阿巴拉契亚、密执安和伊利诺斯盆地),主要目的是加强对页岩气地质、地球化学、开发工程等方面的研究,使得页岩气产量大幅度增加且产出了一批科研成果;从1980年开始,美国天然气研究所开始对东部页岩气进行系统研究,主要目的是摸清页岩气分布规律并进行资源潜力评价,不表1 美国含气页岩主要特征Table1 Maincharacteristicsofgas2bearingshaleinUSA 盆地页岩名称埋藏深度/m毛厚度/m净厚度/mTOC/%Ro/%含气孔隙度/%总孔隙度/%吸附气含量/%地层压力系数单井日产量/m3采收率/%单井储量/万m3阿巴拉契亚Ohio610～152491～3059～310～417014～1132/417500135～0192850～1415910～20425～1699密执安Antrim183～7304921～37013～24014～0164/97001811133～1415920～60566～3398伊利诺斯New Albany183～149431～12215～301～25014～1105/(10～14)40～600199283～141610～20425～1699富特沃斯Barnett1981～259161～9115～60415110～113215/(4～5)200199～11022832～283178～151416～4248圣胡安Lewis914～1829152～57961～910145～215116～1188(1～315)/(3～515)60-850146～01582832～56635～151699～5663注:表中数据摘选自Curtis(2002)。146 第4期张金川等:页岩气及其勘探研究意义
中国煤系“三气”成藏特征及共采可能性
中国煤系“三气”成藏特征及共采可能性
梁冰;石迎爽;孙维吉;刘强
【摘 要】煤系地层中的非常规天然气资源是非常规天然气的主要组成部分.目前,对煤系地层煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规天然气资源的认识还较薄弱,资源勘探开发程度也都比较低.根据气藏合层开采经验,把煤系地层视作一个整体,综合勘探开发煤系煤层气、页岩气、致密砂岩气不仅可以减少勘探开发成本,增大非常规天然气总储量和技术可采资源量,还可以提高气井使用效率和单井利润.将煤系地层中的煤层气、页岩气、致密砂岩气称为“煤系三气”,从煤系地层岩性分布特征、煤系气体成藏机理、不同类型含气储层特征和开采特征等方面分析煤系“三气”共采可能性及共采急需解决的难点.
【期刊名称】《煤炭学报》
【年(卷),期】2016(041)001
【总页数】7页(P167-173)
【关键词】煤系;煤层气;页岩气;致密砂岩气;共采
【作 者】梁冰;石迎爽;孙维吉;刘强
【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新123000
【正文语种】中 文
【中图分类】P618.11 煤系气是我国非常规天然气的重要组成部分，主要包括煤层气、致密砂岩气、页岩气、天然气水合物等，本文将煤系地层中的煤层气、致密砂岩气和页岩气称为“煤系三气”。
国内外学者通过对“煤系三气”成藏机理的研究，认为“煤系三气”具有同源共生的特点。地质学家A.K.马特维耶夫对前苏联含煤盆地煤层气成藏运移的研究认为，煤层气藏中的气体只约占煤化作用生成气体总量的10%，剩余近90%的气体从生烃煤层运移到其他岩层中[1]。琚宜文等认为，当煤层与页岩层相邻时，煤层气藏与页岩气藏有可能形成混合气藏[2]。Law通过研究盆地中心气的生气、成藏特点，指出煤层和碳质页岩是盆地中心气藏的主要烃源岩，而砂岩、粉砂岩、碳酸盐岩等低渗透岩层是盆地中心气藏常见的储层[3]。姜文利等通过分析煤层气和页岩气的异同点及成藏沉积特点，认为我国一些典型盆地具有煤层气和页岩气共生的特点[4]。曹代勇等在对比分析煤层气、页岩气、致密砂岩气、天然气水合物等煤系非常规天然气藏基础特征的基础上，提出了非常规天然气共生赋存模式[5]。于腾飞通过对沁水煤系盆地游离气成藏机制与模式的研究，指出沁水盆地天然气烃源岩为煤岩、暗色泥岩、暗色碳酸盐岩等，具有“多源多项、动态转化、定向聚散”的成藏特点[6]。这些研究说明煤系地层中存在有多套烃源岩，煤系非常规天然气具有“共生共存”的成藏特征。
页岩气藏地质特征分析及渗流机理研究
页岩气藏地质特征分析及渗流机理研究 口鲍阳 （克拉玛依职业技术学院新疆・克拉玛依８３３６００） 摘要：页岩气是重要的非常规能源，它主要以游离状态或吸附状态存在于地下，分布的地层岩性为高碳泥页岩 和暗色泥页岩。据相关部门调查统计页岩气资源总量在世界范围内高达４５６ｘ１０ ，接近世界非常规天然气的 一半。而在我国也具有非常庞大的页岩气资源量。一般来说，页岩气藏的孔隙度比较低、渗透率更是达到纳米 级，具有独特的解吸和吸附特征，特别是在渗流方面具有明显区别与常规气体和致密砂岩气等气体的多级、多尺 度渗流特性，这给页岩气的准确认识和开发带来了困难。基于此，在充分调研国内外有关页岩气文献的基础上， 对页岩气的基本地质特征进行研究，并分析不同颗粒尺寸下的页岩气渗流情况，为页岩气的开发提供指导和参考。 关键词：页岩气 渗流机理地质特征 中图分类号：ＴＥ３２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－３９７３（２０１３）０１２－２７３—０２ ｌ页岩气藏的储层特征分析 １．１储渗空间特征 天然裂缝和基质孔隙是页岩储层的主要储渗空间。其中 基质孔隙又可以划分为溶蚀孔、微裂隙、机质生烃形成的微孔 隙、残余原生孔隙。 ． 微裂缝是影响页岩气产能的重要因素，也进一步加剧了 开采页岩气的难度和复杂成都。一方面，发育的微裂缝在提 供储渗空间给页岩气的同时，还方便了吸附态天然气的解析， 并成为页岩气运移、开采的通道。另一方面，与大型断裂连 通的发育的微裂缝，不利于页岩气的保存；地层水也会通过 裂缝进入页岩储层，使气井见水早，含水上升快，甚至可能暴 性水淹。 裂缝：微裂缝在页岩储层中分布比较广，它的形成受到褶 皱、断层等构造活动影响较大，同时，它也受到水平压力差异 性的影响。 １．２物性特征 特低渗、低孔、较致密是页岩气储层的重要物性特征。根 据美国大量的页岩气开采实践中对各岩芯的试验检测和测量， 孔隙度的范围为２．０％．１４％，其中平均孔隙度为４．２２％－６．５ｌ％； 测井孔隙度大小为４％．１２％，充气孔隙度的大小为１．０％．７．５％， 充水孔隙度的大小为１．０％一８．Ｏ％。平均喉道半径小于０．００５１ａ ｍ，渗透率不大于Ｏ．１ｍＤ。 ｌ－３矿物组成 对于页岩储层来说，最常见的矿物主要有高岭石、蒙皂石、 伊利石，另外还掺杂有磷灰石、黄铁矿、白云石、方解石、云母、 长石、石英等矿物。 页岩气储层中吸附气的含量受到黏土矿物含量的影响比 较严重，特别是粘土矿物中的伊利石对吸附气含量的影响比 较严重。另外，粘土中的碳酸盐、硅质等脆性矿物使得页岩气 储层产生了大量的天然裂缝，这对于页岩储层的压裂改造起 到了非常重要的作用。 １．４有机质特征 有机质是页岩气储层中的重要成分，它的成熟度和丰度 直接影响到页岩气的资源量。大量的页岩气实验和开发实践 表明，它正相关于页岩气的生气率。因为大量的有机质能吸 附更多的天然气，形成更多的微孔隙空间。 美国Ｎｅｗ Ａｌｂａｎｙ页岩和Ａｎｔｒｉｍ页岩含有超过２０％ＴＯＣ 含量部分、Ｂａｒｎｅｔｔ页岩平均有机碳含量为平均４．５％。在我国 四川盆地，根据调研和统计资料发现龙马溪组的ＴＯＣ含量一 般大于０．５ｌ％而小于４．８８％、筇竹寺组的ＴＯＣ含量在 １．Ｏ％．１１．０７％之间变化。 页岩气的成藏离不开有机质的成熟度，据经验统计成熟 度基本要求为Ｒｏ＞１．３％。我国的页岩气储层中有机质的成 熟度也都满足了这个要求，比如龙马溪组页岩Ｒｏ值平均可达 ３．２１％、筇竹寺组页岩Ｒｏ一般分布在１．８３％．３．２３％。这些都 表明了我国的页岩气成藏效果比较好。 ２页岩的孔渗结构特征 ２．１页岩孔隙系统 页岩孔隙系统是页岩气系统的重要参数，通过研究发现 页岩的渗透率不大于Ｏ．００１×１０ 岫１ ，孔隙度一般大于２％而小 于１５％。由水力压裂裂缝、天然裂缝、有机质、非有机质四种 孑Ｌ隙介质构成了页岩气系统的孔隙结构：微米尺度孔隙和纳 米尺度孔隙。 目前有很多方法可以实现页岩气孔隙度的测量，但由于 很多因素都会对测量结果产生影响，比如水、汞等液体和甲烷、 氮、氦等气体，因此测量时要特别注意准确性。同时，破碎岩 样重量、破碎方法、岩样尺寸、超荷净重压力以及孔隙压力都 会影响微裂缝的数量和形态。Ｆ．Ｊａｖａｄｐｏｕｒ在通过对页岩岩芯 的测量以后，获得了１４５ＭＰａ高压下实验岩心的页岩岩样压汞 曲线，根据这个曲线可以求出一般页岩孔喉直径的范围是 ｌ０ ．１０ ｔｕｎ。利用热重量（ＴＧＡ）分析方法，Ｓｏｌａｎｏ和Ｓｏｎｄｈｉ 简单的提出了一种孔隙度测量方法。利用最大分辨率为４－５ｒｉｍ ——■协论坛・２０１３年第１
页岩气简介 2
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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。较常规天然气相比，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，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。
基本信息
学科：石油与天然气地质学
词目：页岩气
英文：shale gas
释文：特指赋存于页岩中的非常规气。页岩亦属致密岩石,故也可归入致密气层气。取得工业开发成功的仅为北美洲(以美国为主)。它起始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩，为暗褐色和黑色，富有机质，可大量生气。储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存，为低(负)压、低饱和度(30%左右)，因而为低产。但在裂缝发育带可获较高产量，井下爆炸和压裂等改造措施效果也好。20世纪90年代中期已扩大到密歇根和伊利诺伊盆地,产层扩大到下石炭统页岩,产量达84亿立方米。其资源量可达数万亿立方米。
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简介
页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，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，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成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。
页岩气发育具有广泛的地质意义，存在于几乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。中国传统意义上的泥页岩裂隙气、泥页岩油气藏、泥岩裂缝油气藏、裂缝性油气藏等大致与此相当，但其中没有考虑吸附作用机理也不考虑其中天然气的原生属性，并在主体上理解为聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气。因此属于不完整意义上的页岩气。因此，中国的泥页岩裂缝性油气藏概念与美国现今的页岩气内涵并不完全相同，分别在烃类的物质内容、储存相态、来源特点及成分组成等方面存在较大差异。 3
煤层气——精选推荐
一、名词解释（6个，每个5分，共30分）
1、煤层气：煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要
气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。 2、煤矿瓦斯：在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯，其气体组分
除煤层气组分外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气、二氧化碳等空气组分以及一氧化碳、
二氧化硫等采矿活动所产生的气体组分。
3、煤：由高等植物、浮游生物经过复杂的物理化学作用形成，包括有机和无机化合物的混
合物，组成、结构非常复杂且不均一。 4、煤层：自然界中由植物遗体转变而来沉积成层的可燃矿产，由有机质和混入的矿物质所
组成。
5、煤储层：鉴于煤层是煤层气的载体，煤层气界将煤层称之为“煤储层”（即煤层气储层），
以示与煤层、常规油气储层的概念区别。
6、成煤物质：由于聚煤条件的不同，沉积了不同的成煤物质，主要包括包括 包括高等植物、高等植物的稳定组分和浮游生物等。
7、聚煤作用：聚煤作用是古气候、古植物、古地理和古构造诸因素综合作用由高等植物及
浮游生物经过复杂物理化学变化聚集成煤的过程。
8、煤的工业分析：煤的工业分析又叫煤的技术分析或实用分析。它包括水分、灰分和挥发
分产率以及固定碳四个项目，用作评价煤质的基本依据。 9、割理：割理是内生裂隙，与构造作用形成的外生裂隙相对应，是煤化过程中失水及烃类
产生，煤基质收缩引起张力及高流体压力引起，通常分为两组，面割理和端割理，互相垂直，
且垂直于层面方向。
10、面割理：割理中延伸距离较长、范围较大的一组，受最大主应力控制。
11、端割理：延伸范围局限于面割理之间，受最小主应力控制。 12、Klinkenberg效应：在多孔介质中，气体分子就与通道壁相互作用（碰撞），从而造成气
体分子沿孔隙表面滑移，增加了分子流速，这一现象称为分子滑移现象。这种有气体分子和
固体间的相互作用产生的效应称为Klinkenberg效应。
页岩气评价
页岩气
1 世界页岩气发展现状
1.1 世界页岩气资源
据不完全统计, 全球页岩气资源量为456.24×1012m3, 超过全球常规天然气资源量( 436.1×1012m3 ), 主要分布在北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联(表1)。美国是目前探明页岩气资源最多的国家, 现已探明近30个页岩气盆地, 其中7 个高产盆地的页岩气资源量为80.84 ×1012m3, 可采储量为18.38 ×1012m3 。中国页岩气资源比较丰富, 经初步估算, 主要盆地和地区的页岩气资源量约为15×1012 ~ 30×1012m3, 中值23.5×1012m3。1.2 页岩气勘探开发现状
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年,但当时由于产量较小没有得到重视, 直到20世纪80年代中期, 由于水平钻完井技术和水力压裂技术的进步, 使得页岩气的生产进入大规模发展阶段。截至2008年底, 美国已完钻页岩气井约42 000口,产量首次超过煤层气, 达到507×108m3 ，占美国天然气总产量的10% , 预计2015年页岩气产量可达2 800
×108m3。产能较高的有Barnett、Fayetteville、Haynesville、Marcellus、Woodford、Antrmi 和New A lbany7套页岩, 分别位于FortWorth 盆地、Arkoma盆地、North Louisiana盆地、美国东北部地区、俄克拉荷马州中南部、Michigan盆地和Illinois盆地。
加拿大紧随美国之后开展了页岩气方面的勘探和开发试验。据加拿大非常规天然气协会( GSUG)初步估计, 加拿大页岩气地质储量超过40.7×1012m3,
主要分布于西南部的British Columbia、Alberta 和Saskatchewan 地区, 东南部
页岩气成藏地质条件分析
南红科技２ｏ１１年第２期 页岩气成藏地质条件分析 黄菲①王保全② （①中法渤海地质服务有限公司 ②中海石油＜中国＞有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院） 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 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Ｌ隙中。与常规储层相似。页岩气 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３Ｏ个．发现 Ｂａｒｎｅｔｔ等６套高产页岩。２（鹏年，北美地区的页岩气产量约占北美地 区天然气总产量的ｌ３％。至２００８年底，美国页岩气井超过４．２万口； 页岩气年产量 ｘ）亿方以上，约占美国当年天然气总产量的１０％。目 前，美国已发现页岩气可采储量约７．４７万亿方。Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔｈ盆地密西 西比系Ｂａｒｎｅｔｔ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２００５年２３家增至２００８年６Ｏ多家；欧洲石 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 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Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔｈ盆地Ｂａｒｎｅｔｔ组沉 积于深水（１２０—２１５ｍ）前陆盆地，具有低于风暴浪基面和低氧带 （ＯＭＺ）的缺氧厌氧特征，沉积营力基本上通过浊流、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，不易形成气藏。只有在半咸水湖和咸水湖，特别是碱 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ＰＨ值降低到６．５－７．５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 存，并能在一个条件下聚集成气藏。 ２生烃条件 （１）热成熟度（Ｒｏ）。美国五大页岩气系统的页岩气的类型较 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 （Ｃｕｒｔｉｓ，２００２）ｔｓｌ，这些类型的天然气形成的成熟度范围较宽，可以 从０．４０（）％变化到２ ＩＪ％，页岩气的生成贯穿于有机质生烃的整个过 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 类气体生成（Ｒｏ＞０．４％）．就有可能在页岩中聚集起来形成气藏 生物成因气一般形成ｆ成熟度较差的岩层中。密执安盆地 Ａｎｔｒｉｍ生物成因型页岩的Ｒｏ仅为０．４％一０．６％ ’，未进入生气窗．页岩 Ｒｏ越高，ＴＯＣ越低，越不利于生物气的形成。而福特沃斯盆地 Ｂａｒｎｅｔｔ页岩热成因型气藏的页岩处于成熟度大于Ｉ．１％的气窗内， Ｒ０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 能力的唯一一标准。 （２）有机碳含量（ＴＯＣ）有机碳含量是评价页岩气藏的一个重 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矧有两方面：①是因为有机碳是页岩， 气的 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Ａｎｔｒｉｍ黑色页岩页岩气以吸附气为主（７０％以上）．含气量 １．４１５－２．８３ ｍ：Ｔｔ，高低与有机碳含量呈现良好的正相关性。Ｒｏｓｓ等的 实验结果表明，有机碳与甲烷吸附能力具有一定关系，但相关系数较 低（Ｒ２＝Ｉ１．３９）。他认为在这个地区有机碳与吸附气量关系还可能受其 他多种因素的影响，如粘土成分及含量、有机质热成熟度等。 ３储集条件 （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Ｓｉ一０四面体排列方式，决定了它电荷丰 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。Ｎｅｌｓｏｎ认为除石英之外，长石和白 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，特另 是方解石的 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。 （２）储集空问。页岩气除吸附气吸附在有机质和粘土矿物表面 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 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Ｌ隙，页岩层中游离态天然气体 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，其品质也较好。美 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 上。裂缝一方面可以为页岩中天然气的运移提供通道和储集空问．增 加储层的渗透性；另一方面裂缝也可以导致天然气的散失和水窜。 （：｛）储集物性 页岩的物性对产量有重要影响。在常规储层研 究中，孑Ｌ隙度和渗透率是储层特征研究中最重要的两个参数，这对于 页岩气藏问样适用 据美国含气页岩统汁，页岩岩心孔隙度小于 ４％～６．ｓ％（测井孔隙度４％～１２％），平均ｓ．２％；渗透率一般为 （…）…－２）×１ｏ‘ ｍ ．平均４０．９Ｘ １０ ｍ。。页岩中也可以有很大的孔 隙度．并且有大量的油气储存在这些孔隙中，如阿巴拉契亚盆地的 Ｏｈｉｏ页岩干ｕ密歇根盆地的Ａｎｔｒｉｍ页岩，孔隙度平均为５％～６％，局部可 高达１５％．游离气可以充满孑Ｌ隙中的５０％。页岩的基质渗透率很低， 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Ｉ１％．渗透率达２ｘ １０ ’ ｍ ４保存条件 页岩气藏是自生自储型气藏，从某种意义来说．页岩气藏的形成 是天然气 源岩【｝Ｊ大规模滞留的结果，烃源岩中天然气向常规储层初 次运移的通道 裂缝、断层等．所以连通烃源岩和常规ｆ转１２９页）
发展页岩气如何避免走煤层气的老路
第３３卷第１期（２０１４．Ｏ１）（行业论坛）
发展页岩气如何避免走煤层气的老路
鲍玲 董秀成 李慧 中国石油大学（北京）工商管理学院
摘要：煤层气和页岩气同属非常规天然气，是未来发展天然气的重要资源。研究和发展页
岩气，重要的一点是研究煤层气的发展路径，比较两者之间的异同点，这样将有助于避免走煤
层气的老路。在发展页岩气的道路上，结合煤层气发展中出现的问题，充分借鉴煤层气的发展
经验，努力实现“中国的页岩气革命”。发展页岩气的建议包括：政府结合市场共同调节；学习
关国经验，扩大合作范围；突破技术困难，提高经济效益。无论煤层气还是页岩气，作为非常
规天然气的重要组成部分，在未来能源接替和战略调整中要予以高度重视。
关键词：煤层气；页岩气；发展路径；能源
ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６８９６．２０１４．１．００４
１ 煤层气与页岩气产业发展路径比较
煤层气和页岩气同属非常规天然气，是未来发
展天然气的重要资源。研究和发展页岩气，重要的
一点是研究煤层气的发展路径，比较两者之间的异
同点，这样将有助于避免走煤层气的老路。尽管煤
层气和页岩气不是在同一时间内起步发展的，但在
发展路径上仍旧存在许多共性，包括发展动因、社
会体制、经济效益及核心技术。
１．１ 发展动因
煤层气在燃烧过程中接近无烟尘，若能在采煤
之前先采出煤层气，能有效降低煤矿生产中的瓦
斯量，大大减少安全事故，降低对环境的污染；页
岩气因其资源潜力巨大和经济效益显著，成为未来
改变世界能源格局的重要天然气资源之一ｕ 。此
外，在经济快速发展的今天，发展煤层气和页岩气
的原因主要是现阶段生产的油气资源无法满足人们
强劲的消费需求。二者发展的背景都处于能源供需
矛盾严峻的局势下。发展煤层气和页岩气等非常规
天然气是缓解矛盾、保证能源安全的重要措施。
１．２社会体制
煤层气和页岩气的发展都由政府主导，存在较
高的行业壁垒，不能实现市场化，这一方面与国内