非常规天然气
收稿日期:2010-12-25;修回日期:2011-02-271
基金项目:国家自然科学基金项目/页岩气聚集机理与成藏条件0(编号:40672087);国家专项/全国油气资源战略选区调查与评价0(编号:
2009GYXQ -15)联合资助.
作者简介:龙鹏宇(1985-),男,海南万宁人,硕士研究生,主要从事油气成藏机理和非常规天然气地质的学习和研究工作.E -mail:long -pengyu@https://www.doczj.com/doc/1012147067.html,.
泥页岩裂缝发育特征
及其对页岩气勘探和开发的影响
龙鹏宇,张金川,唐 玄,聂海宽,刘珠江,韩双彪,朱亮亮
(中国地质大学教育部海相储层演化与油气富集机理重点实验室,北京100083)
摘要:裂缝既可为页岩气提供聚集空间,也可为页岩气的生产提供运移通道。泥页岩作为一种低孔低渗储层,页岩气生产机制非常复杂,涉及吸附气含量与游离气含量、天然微裂缝与压裂诱导缝系统之间的相互关系。对泥页岩裂缝的成因类型、识别特征、基本参数(宽度/张开度、长度、间距、密度、产状、充填情况、溶蚀改造情况等)、孔渗性、地质控制因素及其对页岩气聚集和产出的影响进行了研究。泥页岩中主要存在5种裂缝,即构造缝(张性缝和剪性缝)、层间页理缝、层面滑移缝、成岩收缩微裂缝和有机质演化异常压力缝;控制裂缝形成的地质因素复杂,主要有区域构造应力、构造部位、沉积成岩作用、岩性、岩相、物性及地层压力等;裂缝识别特征及成因机制各不相同,其对页岩气的吸附和解析以及渗流性响应所起的作用也不相同。页岩气有利勘探目标区应首选那些拥有较高渗透能力或具备可改造条件的泥页岩裂缝发育带。
关键词:泥页岩;裂缝;发育特征;地质因素;孔渗性;页岩气;勘探开发
中图分类号:T E132.2 文献标识码:A 文章编号:1672-1926(2011)03-0525-08引用格式:龙鹏宇,张金川,唐玄,等.泥页岩裂缝发育特征及其对页岩气勘探和开发的影响[J].天然气地球科学,2011,22(3):525-532.
0 引言
相对于常规油气藏,页岩气的成因类型、富集机理及生产机制等都具有一定的特殊性,页岩气产量高低直接与泥页岩内部天然微裂缝发育程度有关,这说明微裂缝的存在某种程度上提高了水力压裂效应的有效性,从而极大改善了泥页岩的渗流能力,为页岩气从基岩孔隙进入井孔提供了必要的运移通道[1-4]。同时,泥页岩中的小孔洞、微裂缝和纳米级微孔隙也是页岩气的重要聚集空间,除了以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面外,还有大部分页岩气以游离状态赋存于微小的孔隙之中
[1,5-6]
。目
前,国外学者在泥页岩裂缝识别方法及表征、成因类型及分布规律、基本参数及其物性参数研究、储集性能评价等方面取得了重要成果。但国内学者[7]对泥
页岩裂缝的研究主要集中在裂缝性油气藏方面,而在富有机质泥页岩裂缝性储层研究方面甚少,特别
是对泥页岩中微小孔隙(含纳米级微孔隙)储集性能参数与孔渗性特征方面的研究较少。
本文对国内外相关资料进行系统调研和详细分析总结,从非常规的角度,在对野外露头和钻井岩心观察分析、裂缝成因类型以及分布规律认识基础上,进一步探讨了裂缝发育特征对页岩气勘探开发的影响。
1 裂缝主要特征
裂缝是指岩石受力发生破裂作用而形成的不连续面。同一时期、相同应力作用产生的方向大体一致的多条裂缝称为1个裂缝组,2个或2个以上的裂缝组则称为1个裂缝系,多套裂缝系连通在一起
第22卷第3期2011年6月
天然气地球科学
NATURAL GAS GEOSCIENCE Vo l.22No.3Jun. 2011
称为裂缝网络[8]。作为一种特殊的孔隙类型,裂缝的分布及其孔渗性特征具有其独有的复杂性。因此,系统地研究裂缝类型、性质、特征、分布规律,对于页岩气的勘探和开发具有十分重要的意义。
1.1裂缝的成因类型及分布规律
通过对野外地表露头和岩心的宏观描述及其薄片、扫描电镜的微观分析认为,泥页岩中主要存在构造缝(张性缝和剪性缝)、层间页理缝、层面滑移缝、成岩收缩微裂缝和有机质演化异常压力缝5种裂缝,这5种裂缝的地质成因、识别特征和分布规律都不尽相同。
1.1.1构造缝
构造缝是指由于局部构造作用所形成或与局部构造作用相伴而生的裂缝,主要是与断层和褶曲有关的裂缝,其方向、分布和形成均与局部构造的形成和发展有关。构造缝是泥页岩中最常见也是最主要的裂缝类型。根据力学性质的差别,又分为张性缝、剪性缝2种[8]。野外地表露头和岩心上观察到的宏观张性裂缝一般倾角、宽度和长度变化较大,破裂面不平整(图1a),多数已被完全充填或部分充填。薄片中和扫描电镜下也见到微观张裂缝,裂缝与层面交角不等,最常见的为近垂直于层面的张裂缝,常切穿顺层缝,起到连通顺层裂缝的作用;剪性缝较张裂缝少,其产状变化也较大,有近垂直层面的菱形共轭剪节理,也有高角度的剪切裂缝(图1b),较平直,破裂面光滑,局部有充填物。薄片中和扫描电镜下的剪裂缝很少见,多与层面低角度斜交,平直,一般未被充填。构造裂缝主要发育在褶皱构造转折端和断裂附近。
1.1.2层间页理缝
层间页理缝主要为具剥离线理的平行层理纹层面间的孔缝,为沉积作用所形成。一般为强水动力条件的产物,由一系列薄层页岩组成,页岩间页理为力学性质薄弱的界面,极易剥离,这种界面即为层间页理缝,层间页理缝是泥页岩中最基本的裂缝类型[8-9]。页岩的页理面上多含砂质(图1c),这种裂缝在岩心和薄片及扫描电镜下都可见到。层间页理缝张开度一般较小,多数被完全充填(图2i),与高角度张性缝连通[8]。层间页理缝在页理发育的泥页岩中极为常见。
1.1.3层面滑移缝
层面滑移缝是指平行于层面且具有明显滑移痕迹的裂缝(图1d),和层间页理缝相似,也是泥页岩中基本的裂缝类型之一。泥页岩层面发生的这种相对滑动主要与岩层在埋藏过程中平行于层面方向伸展率或收缩率的差异有关。层面结构是泥页岩最基本的岩石结构,层面也是最薄弱的力学结构面,无论在拉张盆地还是在挤压盆地中,层面滑移缝都是泥页岩中最基本的裂缝类型。层面滑移缝一般存在大量平整、光滑或具有划痕、阶步的面,且在地下不易闭合[10]。
1.1.4成岩收缩微裂缝
成岩收缩微裂缝指成岩过程中由于岩石收缩体积减小而形成的与层面近于平行的裂缝(图1e),形成这些裂缝的主要原因是干缩作用、脱水作用、矿物相变作用或热力收缩作用,与构造作用无关[8]。成岩收缩裂缝包括脱水收缩缝和矿物相变缝。成岩收缩缝在泥岩层和水平层理泥灰岩的泥质夹层的扫描电镜下常见,连通性较好,开度变化较大,部分被充填。一般在沉积时硅质含量较高的页岩,在成岩过程中由于化学变化而发生收缩作用,从而形成广泛分布的成岩收缩微裂缝[11]。
1.1.5有机质演化异常压力缝
有机质演化异常压力缝指有机质在演化过程中产生局部异常压力使岩石破裂而形成的裂缝,有机质演化异常压力缝在有机碳含量较高的炭质泥页岩中普遍发育。这种裂缝一般缝面不规则,不成组系,多充填有机质(图1f),地下泥质岩超压微裂缝带在垂向上一般集中分布在一定的深度区间,在横向上呈区域性分布[11]。
1.2控制裂缝发育的地质因素
控制裂缝形成的因素复杂,从地质角度来看,主要受内因和外因2大因素控制。其中,外因主要包括区域构造应力、构造部位、沉积成岩作用和生烃过程产生的高异常地层压力;内因主要包括岩石、岩相和岩石矿物组成特征(表1)。在不同的地区可能有不同的控制因素,因此,控制裂缝发育的因素具有复杂性和多样性。综合分析认为:
(1)岩性和物性是控制裂缝发育的基础。一般来讲,碳酸盐矿物和硅质含量高的泥页岩因其脆性强易产生破裂,而碳酸盐矿物和硅质含量低则塑性表现明显,裂缝发育程度相对较低[12]。在相似岩性条件下,随着孔隙度的增高岩石的抗压和抗张强度降低。因此,在相似的应力环境下物性好的致密泥页岩更容易发育裂缝。
(2)构造作用是裂缝形成的关键因素。构造应力高的地区,如背斜轴部、向斜轴部和地层倾没端,地层应力大且集中,裂缝相对较为发育。
526天然气地球科学Vo l.22
图1野外地表露头或岩心各种成因类型裂缝照片
(a)贵州省江口县I1n页岩张性构造缝;(b)四川省长宁县S1l页岩剪性构造缝;(c)重庆市彭水县S1l页岩层间页理缝;(d)重庆市彭水县S1l页岩层面滑移缝;(e)重庆市彭水县S1l页岩成岩收缩微裂缝;(f)重庆市酉阳县S1l页岩有机质演化异常压力缝
(3)沉积成岩作用对非构造缝形成起控制作用。岩层在固结时由于失水而引起收缩,可能是大多数裂缝形成的初始原因。泥页岩中层间页理缝非常发育,这主要是沉积过程中水动力条件发生变化,加上沉积后固结时失水收缩而形成的。由于压实作用增加导致颗粒压裂形成的破裂缝和压溶作用形成的缝合线以及沿微裂缝两侧的粒间钙泥基质填隙物发生溶蚀所形成的溶缝很大程度上也都是受沉积成岩作用的影响。此外,泥页岩在高演化阶段由于有机物质发生热解作用,局部形成异常高压膨胀,当压力达到岩石临界值时将发生破裂形成有机质演化异常压力缝[13]。
表1泥页岩主要裂缝成因类型综合分析
裂缝类型主控地质因素发育特点储集性和渗透性压裂响应
构造缝构造运动作用产状变化大,破裂面不平整,多
数被完全充填或部分充填
主要的储集空间和渗流通道
小型微缝压裂可恢复活力,但大
型的开启缝压裂时将发生局部
穿层产生不利影响
层间页理缝沉积成岩作用、构造
作用
多数被完全充填,一端与高角度
张性缝连通
部分储集空间,具有较高的渗
透率
一般压裂可恢复活力,响应效果
较好
层面滑移缝构造作用、沉积成岩
作用
平整、光滑或具有划痕、阶步的
面,且在地下不易闭合
良好的储集空间,具有较高的
渗透率
一般压裂可恢复活力,响应效果
较好
成岩收缩微裂缝成岩作用
连通性较好,开度变化较大,部
分被充填
部分储集空间和渗流通道
闭合微缝和小型封闭微裂缝压
裂可恢复活力,响应效果明显
有机质演化异常压力缝有机质演化局部异
常压力作用
缝面不规则,不成组系,多充填
有机质
主要的储集空间和部分渗流
通道
小部分压裂可恢复活力,但响应
效果不明显
1.3裂缝的基本参数及其与孔渗性关系
对于一个裂缝组系来说,裂缝的基本参数是指裂缝的宽度(张开度)、长度、间距、密度、产状、充填情况、溶蚀改造情况等[8](图2),其中密度、产状和充填情况是十分重要的参数(表2),同时也是裂缝描述过程中必不可少的内容,应引起重视。这些参数都可在野外地表露头、岩心和薄片上直接测量和研究。裂缝的宽度、长度、密度和裂缝的强度成正相关关系,一般宽度大、长度长和密度大说明其裂缝强度也较大。裂缝性泥页岩主要由裂缝和基质岩块组成。具有双重孔隙介质,一种为基质岩的孔渗介质,另一种为裂缝的孔渗介质。裂缝的参数与裂缝的孔渗性直接相关,根据裂缝的部分参数可以求得裂缝的孔隙度和渗透率。
527
No.3龙鹏宇等:泥页岩裂缝发育特征及其对页岩气勘探和开发的影响
图2野外地表露头或岩心主要裂缝特征照片
(a)密度大的方解石完全充填缝,重庆酉阳,S1l;(b)层内闭合微裂缝,渝页1井,S1l;(c)长度大的垂直天然开启缝和方解石包裹的裂缝壁,渝页1井,S1l;(d)密度大的多期次方解石完全充填缝,渝页1井,S1l;(e)密度小的高角度斜交微裂缝,渝页1井,S1l;(f)垂直的方解石完全闭合缝,渝页1井,S1l;(g)高角度斜交天然开启缝和方解石半充填缝,渝页1井,S1l;(h)缝壁溶蚀改造缝,渝页1井,S1l;(i)层间方解石完全充填水平微裂缝,渝页1井,S1l
(1)裂缝孔隙度。裂缝孔隙度较小,一般小于
0.5%,但当裂缝遭受溶蚀改造时可大于2%。裂缝
孔隙度数值虽小,但在一个巨厚和排流面积很大的
岩体内,裂缝的总储集容积是很可观的。据吴元燕
等[8]研究,可通过岩心描述获得的裂缝平均宽度和
体积密度资料直接计算裂缝孔隙度:
5f=V f
V =
S@ b
V
-V fd@ b
式中:5f为裂缝孔隙度,小数;V f为裂缝孔隙体积, m3;V为岩石总体积,m3;S为裂缝总面积,m2; b为裂缝平均宽度,m;V fd为体积裂缝密度,1/m。
由于,岩心的体积密度不容易测得,而测定裂缝面积密度较容易,因此常用面积裂缝密度和裂缝平均宽度来求取裂缝的面孔率:
5c f=S f
S =
n f@l
S
@ b=A fd@ b
式中:5c f为裂缝面孔率,小数;S f为裂缝面积,m2; S为裂缝平均长度,m;n f为裂缝总条数;A fd为面积裂缝密度,1/m。
由此可见,裂缝孔隙度的大小与裂缝宽度和密度成正比。
(2)裂缝渗透率。一般泥页岩基岩渗透率较低,而裂缝渗透率很高,甚至比基岩渗透率要高数百倍至数千倍以上。同样可以通过岩心描述获得的裂缝宽度、裂缝组系与流动方向的夹角资料直接计算求得裂缝渗透率:
k f=
1
12h
[co s2A E m j=1b3i+cos2B E n i=1b3j]
式中:k f为裂缝渗透率,L m2;h为岩层流动截面的高度;A为裂缝组系A与流动方向的夹角,b;b i为裂缝组系A中第i条(i=1,2,,,n)裂缝的宽度,L m;B 为裂缝组系B与流动方向的夹角,b;b j为裂缝组系B中第j条(j=1,2,,,m)裂缝的宽度,L m。
由于裂缝渗透率取决于流体的流动方向,在不同的流动方向上具有不同的裂缝渗透率[8]。此外,
528天然气地球科学Vo l.22
研究清楚裂缝的产状、密度和充填情况非常有助于裂缝的有效预测和水力压裂的合理优化。
2 裂缝发育特征对页岩气勘探和开发
的影响
泥页岩属于低孔低渗的沉积岩,基质孔隙极其不发育(总孔隙度一般小于10%,而含气的有效孔隙度一般只有1%~5%),多为微毛细管孔隙,渗透率也远小于致密砂岩(一般小于0.1@10-3L m 2),随裂缝发育程度的不同而有较大的变化。裂缝的存在某种程度上极大改善了泥页岩的渗流能力和压裂处理措施的效率,同时也增加了深层产气页岩的储集空间。2.1 裂缝发育特征对页岩气储集的影响
在页岩中,天然气的赋存状态多种多样。除极少量的溶解态天然气以外,大部分均以吸附态赋存于岩石颗粒和有机质表面,或以游离态赋存于微孔隙和微裂缝之中[1,5-6,13]。从野外地表露头、岩心的观察和物性实验分析表明,泥页岩非常致密,属于低孔低渗储层,但泥页岩中存在大量的天然裂缝体系,且至少存在2组或2组以上,具有高度的集群分布特征(图2)。其中大部分裂缝属于天然开启裂缝、闭合微裂缝和半充填裂缝,电子显微特征显示,泥页岩中还存在大量呈蜂窝状分布的小孔洞和杂乱分布的微裂隙(图3a),这些天然裂缝的存在某种程度上极大地提高了页岩气的储集空间和渗透性(表1)。因此,可以认为小型未密封的天然裂缝对页岩气的储集是非常有利的。不过在观察过程中同样也发现了少量的大型天然开启裂缝,它们均具有宽度、长度和间距大,产状较陡等特点,这些裂缝虽然提高了泥页岩局部的渗透率,但泥页岩的密封性将会被破坏,不会出现对页岩气聚集具有积极影响的超压(相对于围岩而言)[3,14];泥页岩本身既是源岩又是储集
层,它将非常规和常规天然气的运移、聚集和成藏过
程联结在一起,具有自身的聚集和保存条件[5]。这些大型天然开启裂缝的存在破坏了泥页岩的封闭层,使大量的游离气(含部分解吸出来的吸附气)发生散失,这大大减少了泥页岩的孔隙压力和天然气地质储量。
例如Bo w ker 等[3]
在福特沃斯盆地Barnett 页岩研究中认为,页岩气藏中大型天然开启裂缝非常发育的区域天然气产量往往很低,高产井基本上都分布在含气量高且人工压裂改造响应效果较好的页岩区。此外,最近很多国内外学者发现,富有机质黑色泥页岩在高演化阶段由于有机质发生热解膨胀作用,在有机质内部及周围形成大量的纳米级(孔径一般在5~750nm 之间,平均为100nm)微孔隙(图3b),在南方下古生界黑色页岩薄片中同样也发现了大量密集的这种纳米级微孔隙。研究认为,有机质发生热解形成的这些纳米级微孔隙,数量大、分布密集、形态多样,可能是深层热成因页岩气藏游离气的另一个主要储集空间。
2.2 裂缝发育特征对页岩气产出的影响
对美国东部主要页岩气产出盆地系统研究发现,页岩气井生产机制主体可分为3个阶段,其中,第一阶段采出的主要是主裂缝中储集的游离气;第二阶段采出的主要是微孔洞和微裂缝中的游离气,还有少量解吸气,此阶段相对开采时间较长,是页岩气井采气过程中最主要的阶段;第三阶段采出的主要是吸附在有机质和粘土矿物表面的解吸扩散气。由此可见,深层热成因页岩气藏天然裂缝中储集的游离气是占主导地位的,应引起广泛关注。同时,福特沃斯盆地Barnett 页岩气勘探经验表明,泥页岩的基质渗透率很小,基本属微毫达西级,页岩气藏的勘探需要寻找的是易扩散、高气体含量和容易进行
后期人工水力压裂的页岩部位[13]
,页岩气的采出必
须要有能够使天然气从岩石基质中输送到井筒的渗
图3 显微镜下蜂窝状微小孔洞和纳米级微孔隙照片
529 No.3 龙鹏宇等:泥页岩裂缝发育特征及其对页岩气勘探和开发的影响
透性裂缝网络(图4)。泥页岩中广泛发育的天然微裂缝和被碳酸盐胶结物完全封堵的天然裂缝提高了人工水力压裂处理措施的有效性,从而极大改善了页岩的渗流能力,为页岩气从基岩孔隙进入井孔提供了
必要的运移通道[15-17]。因此,认为压裂后恢复活力的微裂缝和碳酸盐矿物充填缝是页岩气渗流的主要通道,它的产状、密度、宽度及组合特征等很大程度上决定了页岩气是否具有勘探开发价值(表2)。
表2 泥页岩基本参数分类
名称定义类别
划分标准
渗透性响应重要性评价裂缝
的基
本参
数
宽度/张开度
裂缝壁之间的距离长度裂缝的长度及其与岩层的关系
间距
两条裂缝之间的距离
密度
裂缝的发育程度
产状
裂缝的走向、倾向和倾角
充填情况
裂缝被杂基、胶结物充填程度溶蚀改造情况
缝面被地下水溶蚀改造程度从几微米到几毫米不等,但一般小于100mm 一级裂缝切穿若干岩层二级裂缝
局限于单层内
变化较大,由几毫米可变化到几十米线性裂缝密度n f /L B 面积裂缝密度L /S B 体积裂缝密度
S /V B
水平缝夹角为0b ~15b 低角度斜交缝夹角为15b ~45b 高角度斜交缝
夹角为45b ~75b 垂直缝夹角为75b ~90b 张开缝基本无充填物闭合缝基本无充填物半充填缝有部分充填物完全充填缝
裂缝被完全充填
变化较大,由几毫米变化到几米
较好)很好
较好好好)较好
好)很好较好较好很好很好很好差或好较差封堵好)很好
重要重要重要
十分重要
十分重要
十分重要相对重要注:n f 为与所作直线相交的裂缝数目;L B 为所作直线的长度,m;L 为裂缝总长度,m ;S B 为流动横截面积,m 2;S 为裂缝总面积,m 2;V B 为岩石总体积,m
3
图4 泥页岩经人工压裂改造后形成高度密集裂缝系统示意(据Packers Plus,2009,修改)
(1)天然微裂缝。泥页岩中天然微裂缝一般很普遍,但宽度通常较窄,部分已经闭合,甚至有些受
方解石密封并按雁列式排列,由于狭窄的裂缝基本都是封闭的,这对泥页岩的渗流能力没有太多的贡献。因此,页岩气的产出主要还需要后期开采过程中人工水力压裂处理措施来恢复天然裂缝网络活力,进而提高开采效率[19]
。对于宽度较窄或闭合的天然微裂缝,岩石已经发生了破裂,削弱了其物理完整性,从而使得压裂液及其能量可以沿着裂缝削弱面进入岩层,发生再次破裂作用,这样可以增加裂缝的宽度、长度和密度,恢复并增加了裂缝网络的有效性。(2)碳酸盐胶结物半充填缝或完全充填缝。尽管碳酸盐胶结物半充填缝或完全充填缝对页岩气藏
的孔渗性和储集性基本没有任何贡献,但不一定是一种障碍,因为裂缝中的碳酸盐充填物无法与岩壁岩石中的颗粒形成连续性的结晶体,因此,充填在裂缝中的碳酸盐胶结物与泥页岩壁岩石之间的接触面抗张强度一般较弱,这样在压裂处理过程中压裂液压力增大,被充填的裂缝将对压裂液开启发生破裂,恢复裂缝活力[3,20]
,并由此提供了一个与井筒相连的裂缝网络体系,天然气就会沿着人工压裂缝网络体系渗流扩散进入井筒采出[20]。
(3)大型天然开启缝。大型天然开启缝的长度和宽度通常较大,这虽然可以提高泥页岩局部渗透率,但对于人工水力压裂处理措施可能会造成很不利的影响。因为在水力压裂处理过程中,这些天然
530 天 然 气 地 球 科 学Vo l.22
开启裂缝可能会大量吸收压裂液及其能量,阻碍了新裂缝的形成,同时压裂液及其能量也会沿着裂缝壁进入上覆或下伏地层发生漏层,这样大大地分散和减弱了压裂液的压力,降低了压裂处理效果[3]。此外,在人工水力压裂前,必须要对井下地层所有天然裂缝(特别是小型的封闭型裂缝和大型处于开启状态的裂缝)的发育特征进行系统表征,同时明确地层内应力情况,这样才能对水力压裂处理措施做到合理优化,最大限度地增强压裂处理的有效性。
2.3问题和讨论
在讨论有关页岩气的天然裂缝研究问题上,认为首先要解决以下2个问题:1天然裂缝的存在能否提高泥页岩储层孔渗性或储集能力的问题。小型天然开启缝和微裂缝的存在增加了泥页岩的储集空间,尤其有机物质内部及周围基质中大量的纳米级微孔隙可能是热成因页岩气藏游离气的另一个主要储集空间,应该引起足够重视。同时天然裂缝的存在某种程度上也提高了泥页岩局部的渗透率,但大多数小型的天然微裂缝都是狭窄和闭合的,甚至被碳酸盐胶结物半充填或完全充填,因此,它的渗透率相对较低。此外,页岩气藏后期保存条件也是非常关键的,一些宽度和长度较大的天然开启裂缝即使可以提高局部的渗透率,但也会使大量的游离气散失,不利于天然气的保存;o天然裂缝的存在能否促进页岩气采出的问题。在某种情况下天然开启裂缝对页岩气的产能是无关紧要的,甚至对人工水力压裂处理措施可能会造成不利的影响。但是对于宽度较窄、闭合、半充填或完全充填的天然裂缝,可以通过后期人工水力压裂处理措施来恢复天然裂缝网络活力,进而提高产能。
3结论
(1)泥页岩中主要存在5种裂缝类型,即构造缝(张性缝和剪性缝)、层间页理缝、层面滑移缝、成岩收缩微裂缝和有机质演化异常压力缝。控制裂缝形成的地质因素复杂,主要有区域构造应力、构造部位、沉积成岩作用、岩性、岩相、物性、及地层压力等,其中岩性和物性是控制裂缝发育的基础,构造作用是裂缝形成的关键因素,沉积成岩作用对非构造缝形成起控制作用。
(2)裂缝基本参数与裂缝的孔渗性直接相关,根据裂缝的平均宽度、体积密度、裂缝组系与流动方向的夹角资料可直接计算求得裂缝孔隙度和裂缝渗透率。裂缝孔隙度的大小与裂缝宽度和密度成正比,而裂缝渗透率则取决于流体的流动方向,在不同的流动方向上具有不同的裂缝渗透率。裂缝识别特征及成因机制各不相同,其对页岩气的吸附和解析以及渗流性响应所起的作用也不相同。
(3)页岩气产量高低直接与泥页岩内部天然微裂缝发育程度有关,裂缝的存在某种程度上提高了水力压裂效应的有效性,从而极大改善了泥页岩的渗流能力,同时,泥页岩中存在的微小孔洞、微裂缝和纳米级微孔隙也是深层热成因页岩气藏的重要聚集空间。
致谢:边瑞康、张琴、朱华、王广源、荆铁亚、尹腾宇、王龙等在野外考查和资料收集整理方面完成了部分工作,在此表示衷心感谢!
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Featu re of Muddy S hale Fissure and Its Effect for Shale Gas Exploration and Development
LONG Peng-yu,ZH ANG Jin-chuan,T ANG Xuan,NIE H a-i kuan,
LIU Zhu-jiang,H AN Shuang-biao,ZH U Liang-liang
(T he K ey L abor ator y f or M arine Reser voir Ev olutio n and H y dr ocar bo n A ccumulation M echanism, M inistr y of Education,China Univer sity of Geosciences(Beij ing),Beij ing100083,China)
Abstract:Fissure can be provided not only for shale gas accumulation space,but also for migration pathway of gas production.As a kind of low permeability and low porosity reservoir,mechanism of shale gas production is compl-i cated,involving the relationship between adsorbed gas content and free gas content,natural tiny fissure and fractu-ring induced fissure.We discuss type of muddy shale fissure,identification,basic parameters(w idth/opening, length,spacing,density,strike and dip,filling,dissolution reconstruction,etc.),poroperm characteristics,geologic background,and the effects on accumulation and production of shale gas.There are five kinds of fissure in the mud-dy shale,including structural fractures(ex tensional crack,shearing crack and extensiona-l shearing crack),interlayer lamellation crack,bedding g lide crack,diagenetic shrink micro-cracks,and abnormal pressure crack of organic evolu-tion.Geologic factors controlling the fissure formation are complex,such as regional tectonic stress,tectonic pos-i tion,sedimentary diag enesis,lithology,lithofacies,poroperm characteristics,and formation pressure.The identifica-tion characteristic of fissure and its formation mechanism is different,so the effect on adsorption,segregation,and response to seepage property of shale g as is not identical.Exploration target zone of shale gas should be set on muddy shale with higher permeability or reconstructional fissures.
Key w ords:Muddy stone;Fissure;Forming feature;Geologic factor;Poroperm characteristics;Shale gas;Exploration and development.
532天然气地球科学Vo l.22
中国页岩气勘探开发进展（1-5） 胡经国 二、四川页岩气勘探开发新进展 1、四川宜宾建成国内最长民用页岩气管道 据报道（20140324），20日，创下中国页岩气民用“第一单”的四川省宜宾市在筠连县建成全国最长民用页岩气管道并对外通气。至此，当地农户告别了做饭靠柴火、树枝和煤炭的时代。这条长30余公里的输气管道还延伸至城市，每天可向筠连县城输气3万立方米，并向临近县的城市社区供气。 2012年7月，宜宾上罗镇10余户居民家中正式安装页岩气管道，成功用上页岩气，创下中国页岩气民用“第一单”。今天，筠连县成为宜宾市继珙县之后第二个使用页岩气的区县。 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。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等优点。 地质勘探数据显示，宜宾是川南地区乃至全川页岩气最为富集的地区之一。经过为期两年的勘探，专业勘测部门在宜宾筠连明确了滇黔北页岩气有利层系，探得沐爱镇实验区页岩气资源量为6000亿立方米，其中优质页岩气层储量为1400亿立方米。筠连县已成为页岩气先导示范区。 2013年2月7日，筠连开发利用页岩气项目签约，项目总投资额2.5亿元人民币。页岩气开发既是保障国家能源供应和能源安全的需要，也是促进宜宾当地资源开发的重大机遇。当天，宜宾市政府有关负责人告诉记者，宜宾市将以此为契机加快推进宜宾页岩气资源勘探开发进程，规划、指导和支持页岩气就地利用项目，更多地服务西部，惠及更多城乡群众。 2、西南油气田长宁页岩气试采干线双河末站建设 据报道（20140331），西南油气田公司长宁页岩气试采干线起于宁201-H1井集气站，终于高县双河集输末站，全长92.8千米。 双河末站位于四川省宜宾市高县双河乡新农村6组，2013年9月中旬开工建设。 目前，这个场站工艺流程建设正按期推进，将于近期竣工投产试运行。 据悉，双河末站建成投产后，长宁页岩气进入纳安线。届时，以这个站为依托，长宁地区页岩气开发将进一步加快，为广大用户提供安全、清洁和环保的能源。 3、中国首条页岩气专用外输干线组焊贯通 据报道（20140403），3月31日，四川长宁页岩气试采干线工程完成最后
吴晓东复杂结构井/页岩气勘探开发技术现状与展望 6非常规气藏开发中面临的主要问题及解决思路？ （1）深层超高压气藏的开发 ①动态监测，包括地层压力变化、底水上升、压敏性影响等： ?安全高效的钻完井技术； ③高压下的地面安全集输技术： （2）髙含硫气田的开发 ①防毒防腐的安全开采及集输技术； ②硫沉积的相态问题及英防治技术，有的还含C02,更加复杂化； ?生产动态的监测问题： ④地面脱硫与硫的综合利用： （3）大而积低渗透气田的开发 ①加强气藏描述，在差中选优，寻找相对富集区，逐步滚动发展，提高钻井成功率: ②提高单井产能：大型压裂、进一步提高压裂液的流变性能和携砂性能，减少压裂液对地层的伤害是大型压裂水平升级的关键，大型压裂的优化设计技术。 复杂结构井技术：提髙泄流范围，提高单井产能，尽可能穿过更多的质量较好的气层； 水平井段倾斜，减小对垂直流动造成的可能阻碍：尽可能穿过更多的与河道相交的水平和垂直阻流带：穿过多个砂体和裂缝带 ③降低建井成本 降低钻井成本（提高钻速，改变管理体制，市场化） 发展小井眼技术； （4）火山岩气田开发 ①火山岩气藏储层受火山口控制，岩性复杂，岩相变化剧烈，裂缝比较发冇，识别难度大，需要加强有效储层的描述和预测； ?渗透率低，发展有效的提高单井产能的技术； ③C02防腐及其分离和综合利用： （5）多层疏松含水气藏开发 ①防砂控水，研究出水后的防砂技术： ②大跨度、长井段开采工艺技术： （6）多层疏松含水气藏开发 ①C02的防腐： ? C02的分离及利用： 7页岩气综合地质评价？ （1）基础地质特征①没有找到②页岩厚度和而积保证：充足的有机质，利于页岩气生成：储渗空间，利于页岩气富集。（2）地化分析①地化参数测试②生炷特征（3）储层研究①物性特征：孔隙度与页岩的气体总量之间呈正相关关系：随孔隙度的增加，含气疑中游离气量的比例增加。②温压条件。温度对页岩气成藏的影响：在相同压力下，温度增高，吸附气含量降低。压力对岩气成藏的影响：一方面，含气量与压力之间呈正相关关系：另一方面，压力对
随着页岩气被视为未来能源的“明星”而大量开采，其对地下水和土壤的影响也受到高度关注。美国一项研究表明，页岩气开发过程中的污水处理问题不容小觑。 杜克大学研究人员2013年10月2日在《环境科学与技术》期刊上报告说，他们对美国宾夕法尼亚州西部一个页岩气污水处理厂排污口附近河水及河底沉淀物进行取样，并把检测结果与该河流上下游的情况进行对比，结果发现，排污口附近河水及河底沉淀物受到高放射性污染，且盐与金属含量严重超标。 检测还发现了高浓度的溴化物、氯化物与硫酸盐。研究人员指出，河水中含有大量溴化物尤其让人担心，因为它可与自来水厂中消毒用的氯及臭氧等发生反应，产生毒性非常强的副产物。 近日，备受争议的页岩气开发再一次成为人们关注的热点，针对页岩气开发，美国地缘政治学家威廉·恩道尔在他的新书《目标中国：华盛顿的“屠龙”战略》中详细分析了世界范围内页岩气开发的情况和页岩气开采技术对环境的危害。 页岩气——环境帮手还是凶手？ 2012年初，中国部分石油公司开始加入美国引导的对页岩气进行开发的浪潮中，开始采用极具争议的方法来开采埋藏于页岩层的天然气。页岩是一种富含黏土的岩石，内含多种矿物质。 2012年6月，中国石油巨头中石化开始在重庆钻取第一口页岩
气井，共计划钻井九口，预计到年底可以生产110亿－180亿立方英尺（约3亿－5亿立方米）天然气——略等于中国一天的天然气消耗量。中国希望到2020年页岩气能满足全国6%的能源需求。 页岩气开采技术由美国发明。中国石油公司邀请美英石油巨头共享开采技术，以满足日益增长的国内能源需求。2012年3月，英荷皇家壳牌集团（Anglo－Dutch Royal Dutch Shell Company）在华与中国石油天然气集团公司（简称中石油）签署首份页岩气生产技术共享协议。埃克森美孚（ExxonMobil）、英国石油公司（BP）、雪佛龙（Chevron）以及法国道达尔（Total）都相继与中国的石油公司签署了页岩气合作协议。 中国中央政府收到美国能源部能源信息管理局（EIA）的地质评估资料，该资料显示中国“可能”拥有全世界最大规模的“技术性可开采”资源，估计约1,275万亿立方英尺（约36万亿立方米）或占世界资源的20%。若评估属实，这将远远超过862万亿立方英尺（约24万亿立方米）的美国页岩气评估储量。美国能源信息管理局的研究表明，除重庆外，最具页岩气开采前景的当属新疆塔里木盆地。值得注意的是，近几年来，高度机密的美国情报工作中有一小部分已逐步通过美国能源部运作，提供虚假情报和进行情报侦察总是相伴相生。美国能源信息管理局是否故意抛出评估报告诱使中国仓促上阵开发页岩气，从而放弃寻求干净、安全的新能源来替代石油与天然气？如果是，那这就不是美国政府第一次通过篡改情报报告来实现政治目的了。
中国页岩气形成机理地质特征及资源潜力 摘要：页岩气是以自生自储为主的非常规天然气，是油气资源中的新型矿种。 由于页岩气储层低孔低渗，要实现大规模开采必须克服许多理论和技术上的难题。本文分析中国页岩气基本特征、形成机理与富集条件、面临的难题等, 对中国页 岩气资源潜力进行预测, 以期为中国页岩气的研究和勘探开发提供依据。 关键词：非常规油气 ;页岩气;源岩油气 页岩气是一种潜在资源量非常巨大的非常规天然气资源，具有含气面积广、 资源量大、开采技术要求高、生产寿命长、稳产周期长等特点。近年来，严峻的 能源紧张形势使页岩气资源在世界范围内受到了广泛的关注。 一、页岩气勘探开发现状 油气工业的发展主要历经构造油气藏、岩性地层油气藏、非常规油气藏三个 阶段。油气藏分布方式分别有单体型、集群型、连续型三种类型。从构造油气藏 向岩性地层油气藏转变是第一次理论技术创新,以寻找油气圈闭为核心;从岩性地 层圈闭油气藏向非常规连续型油气藏转变是第二次理论技术创新或革命,以寻找有 利油气储集体为核心,致密化“减孔成藏”机理新论点突破了常规储集层物性下限与 传统圈闭找油的理念。随着勘探开发技术不断进步,占有80%左右资源的非常规油气，如页岩气、煤层气、致密气、致密油、页岩油等已引起广泛关注,并得到有效 开发, 在油气储产量中所占比例也逐年提高。传统观点仅认识到页岩可生油、生气,未认识到页岩亦可储油、储气,更未认识到还能聚集工业性页岩油、页岩气。 近年来,典型页岩气的发展尤为迅速,地质认识不断进步,优选核心区方法、实验分 析技术、测井评价技术、资源评价技术、页岩储集层水平井钻完井、同步多级并 重复压裂等先进技术获得应用, 形成“人造气”是页岩气快速发展的关键因素。页岩气突破的意义在于: 突破资源禁区,增加资源类型与资源量。 2、挑战储集层极限,实现油气理论技术升级换代,水平井多级压裂等核心技术，应用于其他致密油气等非常规和常规油气储集层中更加经济有效,可大幅度提高油 气采收率。 3、带动非常规油气技术发展,推动致密油气、页岩油等更快成为常规领域。 二、中国富有机质页岩特征 源岩油气是一种新资源类型, 包括页岩油、页岩气、煤层气等,自生自储,主要 产自源岩内储集层中。页岩是由粒径小于0.0039 mm的细粒碎屑、黏土、有机质 等组成,具页状或薄片状层理、易碎裂的一类沉积岩,也称为细粒沉积岩。页岩气 是指从富有机质黑色页岩中开采的天然气,或自生自储、在页岩纳米级孔隙中连续 聚集的天然气。中国三类富有机质页岩泛指海相、海陆交互相及陆相页岩和泥岩, 重点指含油气盆地中的优质泥质烃源岩,图中为依据中国页岩发育的层系和分布特 点编制的三类页岩分布图。中国南方地区海相页岩多为硅质页岩、黑色页岩、钙 质页岩和砂质页岩,风化后呈薄片状,页理发育。海陆过渡相页岩多为砂质页岩和 炭质页岩。陆相页岩页理发育, 渤海湾盆地、柴达木盆地新生界陆相页岩钙质含 量高,为钙质页岩,鄂尔多斯盆地中生界陆相页岩石英含量较高。 2、中国页岩形成的区域地质背景。古生代，在中国南方、华北及塔里木地区形成了广泛 的海相和海陆过渡相沉积, 发育多套海相富有机质页岩和海陆过渡相煤系炭质页岩。在后期改造过程中, 部分古生界海相页岩经历了挤压变形或隆升。四川盆地、华北地区、塔里木盆地构
斯伦贝谢 页岩气勘探技术 斯伦贝谢科技服务（北京）有限公司
目录 一、斯伦贝谢页岩气勘探技术概述 (1) 二、页岩气资源量评价 (3) 三、页岩井筒综合评价 (5) 四、有利区（甜点）预测 (6) 五、地质风险分析与经济评价 (7) 六、页岩气勘探技术应用实例 (7) 附斯伦贝谢勘探平台介绍 (11)
一、斯伦贝谢页岩气勘探技术概述 非常规油气资源页岩（油）气目前在国内非常火热，一谈到页岩气，大家首先想到的是水平钻井和多段压裂技术。确实，工程技术是页岩气田成功的必要条件，没有成熟的工程技术，无法将页岩气从这种特殊的油气藏中开发出来。但工程技术成功的前提是，寻找较好的页岩气区块，即从地质上页岩达到生气阶段，有机质的丰度较高，因此地质评价是页岩气勘探的充分条件。这就对研究工作提出了较高的要求，即在钻井等工程工作进行之前，首先通过区域地质研究，对地下页岩的基础地质情况进行分析与预测，为后期的工程施工提供依据，减少钻井和压裂的风险。 与常规油气藏勘探相比较，页岩气藏的特殊性主要表现在以下几点： 1、页岩气藏为自生自储的类型，页岩本身即为烃源岩，同时又是储集层和盖层。气生成后保存于烃源岩中。 2、页岩气包括自由气（孔隙裂缝中）和吸附气（在碳原子表面）两部分，因此在评估页岩气资源量时，除了计算孔隙裂缝中的自由气，还要计算吸附气的资源量，这是有别于常规气藏的一个重要方面 3、储集层为页岩，属特低孔、特低渗储层。对于该类特殊储层，需要总结一套特殊的储层评价标准。同时，需要研究页岩内部裂缝的发育情况和地应力的状况，为后期工作改造提供依据。 与页岩气藏的特殊性相对应，目前勘探难点主要表现在： 1、页岩气资源评价存在很大不确定性。 2、页岩气勘探开发技术缺失成熟的行业标准。 3、页岩气开采投入大、成本高、气价低，经济风险较大。 针对页岩气上述勘探难点，斯伦贝谢公司研发和整合了所有勘探软件系列，形成了以模型为中心的页岩气勘探技术系列。该技术系列主要包括以下主要内容（图1）： 1、数据整合阶段：与常规油气藏相比，页岩气区块除了收集地震资料和井数据 外，还需要收集地化数据，如总有机碳、烃源岩厚度和干酪根类型，同时需 要对岩石物理数据和岩石力学数据进行收集和整理。 2、地质模型的建立：不同勘探阶段，建立的地质模型精度不同。从区域地质资 料建立的概念模型到根据地震和井数据建立的三维模型。随着数据的增加， 模型的精度也逐渐增加。
关于页岩气开发的基本知识和思路 一口页岩气的勘探井一般成本加起来估计8000万至一个亿，一口页岩气井日产约2万方，一年720万方，一方气2元算，一年是1440万元。这样6-8年收回成本，但必须保证这口井的勘探成功率是100%。而目前中国天然气的勘探成功率也就是25%左右，也就是说前期投入3-4个亿年收入1400万，怎么看都是赔本买卖。页岩气勘探开发不是一般民营企业可以承受的。 页岩气(shale gas)这个概念引入中国是比较早的，目前公认的是2003年张金川老师现代地质上发表的《页岩气及其成藏机理》一文。但在当时，页岩气并没有引起业界的重视。 这和当时的油气勘探背景有很大关系，因为当时中国的天然气勘探正处于一个上升阶段，到处有大气田的发现，比如苏里格、克拉2、普光等，从碎屑岩到碳酸盐岩层系都有发现，到处开花，页岩气夹在中间不上不下的，又没有什么大的勘探开发价值，所以在当时很少人注意这种新的勘探领域。只有中国地质大学和国土资源部油气中心还在坚持这个项目的研究。 页岩气在中国大行其道为2009年，这也和当时的油气勘探背景有很大关系。2008年，国内基本上没有大的气田发现了，该找的层系也差不多了，这时候，突然发现居然有新的层系，还
有漏网之鱼—页岩气，而且实事求是地来讲，美国页岩气产量真正上台阶是在2007年之后，因此，这两个要素促使大家开始关注页岩气。但这个时候对于页岩气的研究是乱七八糟的，主要在几个方面： 1．研究人员五花八门，当时研究页岩气的人很杂，不仅仅石油与天然气地质学界，搞煤层气的，搞矿产地质的，搞区调的都在做页岩气方面的研究，导制这个时期的研究处于一种多家来做，但没有一个研究体系； 2．页岩气前景争论较大，对于页岩气的勘探开发前景，业内主要持三种思想，一种乐观认为很有发展前途；一种折中，认为收缩研究为主；一种悲观，没有前途。这三种思想目前来讲，折中的思想开始占多数了； 3．页岩气概念混乱不清，对于页岩气这个词，引入后在使用过程中存在很大的争议，因为页岩就是指具有层理构造的泥岩，如大家享受的油页岩。但页岩气的这个页岩，随着研究的深入，发现在很大程度上并不是，而是粉砂岩或砂岩或页岩内夹的较粗粒的岩层。因此，后来又修订成页岩层系气，但最终大家约定俗成还是用页岩气，但行内人如果使用这个名词，一定要注意它的范围，比原来的页岩宽多了； 4．页岩气研究区域崇山峻岭，页岩气在中国研究的区域主要位于中国的南方，但中国南方这些地区，多是山区地貌，因此
北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖 1、阿巴拉契亚盆地俄亥俄页岩系统 （1）概况 阿巴拉契亚盆地（Appalachian）位于美国的东部,面积280000平方公里，包括New York西部、Pennsylvania、West Virginia、Ohio、Kentucky和Tennessee 州等，是美国发现页岩气最早的地方。俄亥俄（Ohio）页岩发育在阿巴拉契压盆地西部,分布在肯塔州东北部和俄亥俄州，是该盆地的主要页岩区（图2）。该区古生代沉积岩是个巨大的楔形体，总体上是富含有机质页岩、碎屑岩和碳酸盐岩构成的旋回沉积体。 图1 美国含页岩气盆地分布图 1953年，Hunter和Young对Ohio页岩气3400口井统计，只有6%的井具有较高自然产能（平均无阻流量为2.98万m2/d），主要原因是这些井的页岩中天然裂缝网络比较。其余94%的井平均产量为1726m3/d，经爆破或压裂改造后产量达8063m3/d，提高产量4倍多。1988年前，美国页岩气主要来自Ohio页岩气系统。截止1999年末,该盆地钻了多达21000口页岩井。年产量将近34亿m3。天然气资源量58332—566337亿m3,技术性可采收资源量4106~7787亿m3。每口井的成本$200000-$300000，完井成本$25~$50。 （2）构造及沉积特征 阿巴拉契亚盆地东临Appalachian山脉，西濒中部平原，构造上属于北美地台和阿巴拉契亚褶皱带间的山前坳陷。伴随Laurentian古陆经历了由被动边缘型
向前陆盆地的演化过程。盆地以前寒武纪结晶岩为基底，古生代沉积岩呈巨大的楔形体(最大厚度12 000 m)埋藏于不对称的、向东变深的前陆盆地中。寒武系和志留一密西西比系为碎屑岩夹碳酸盐岩，奥陶系为碳酸盐岩夹页岩，宾夕法尼亚系为碎屑岩夹石灰岩及煤层。总体上由富有机质泥页岩(主要为碳质页岩)、粉砂质页岩、粉砂岩、砂岩和碳酸盐岩等形成3～4个沉积旋回构成，每个旋回底部通常为富有机质页岩，上部为碳酸盐岩。泥盆系黑色页岩处于第3个旋回之中，分布于泥盆纪Acadian 造山运动下形成的碎屑岩楔形体内（James,2000）。该页岩层可再分成由碳质页岩和较粗粒碎屑岩互层组成的五个次级旋迥(Ettensohn ，1985)。它们是在阿卡德造山运动的动力作用下和Catskill 三角洲的向西进积中沉积下来的。 （3）页岩气成烃条件分析 ①页岩分布特征 阿巴拉契亚盆地中南部最老的泥盆纪 页岩层系属于晚泥盆世。Antrim 页岩和New Albany 大致为Chattanooga 页岩和Ohio 页 岩的横向同位层系（Matthews,1993）。在俄 亥俄东边和南边,Huron 段分岔。有的地区已 经被插入的灰色页岩和粉砂岩分成两个层。 俄亥俄页岩系统，覆盖于Java 组之上 (图3)。由三个岩性段组成：下部 Huron 段 为放射性黑色页岩，中部Three Lick 层为 灰色与黑色互层的薄单元，上部Cleveland 段为放射性黑色页岩。俄亥俄页岩矿物组成 包括：石英、粘土、白云岩、重金属矿（黄 铁矿）、有机物。 图2是西弗吉尼亚中部和西部产气区泥 盆纪页岩层的地层剖面。中上泥盆统的分布 面积约128，000mi 2(331，520km 2)，它们沿 盆地边缘出露地表。页岩埋藏深度为610～ 1520m ，页岩厚度一般在100－400ft(30— 120m),泥盆系黑色页岩最大厚度在宾夕尼亚州的中北部(图3)(deWitt 等，1993)。 ②页岩地球化学特征 图4表示Ohio 页岩下Huron 段烃源岩有机碳等值线图。从镜质体反射率特征来图2 阿巴拉契亚盆地西部中泥盆统－下密西西比系剖面 （据Moody 等，1987）
作者简介：李志荣，１９６５年生，教授级高级工程师，硕士；现任川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司副总经理、总工程师，长期从事地球物理研究及综合管理工作。地址：（６１０２１３）四川省成都市双流县华阳镇华阳大道１段１号。电话：（０２８）８５７６２２８６。Ｅ‐ｍａｉｌ：ｌｉｚｈｉｒ＿ｓｃ＠ｃｎｐｃ．ｃｏｍ．ｃｎ 四川盆地南部页岩气地震勘探新进展 李志荣 邓小江 杨晓 巫芙蓉 刘定锦 张红 谭荣彪 周跃宗 川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司 李志荣等．四川盆地南部页岩气地震勘探新进展．天然气工业，２０１１，３１（４）：４０‐４３． 摘 要 我国目前对于页岩气的研究多集中在基础理论上，利用地球物理资料对页岩气进行研究尚处于探索阶段。为此，在对四川盆地南部页岩层段地质、地球物理响应特征分析的基础上，通过地震资料采集、处理及解释技术攻关，形成了一套较为完整的页岩气地球物理勘探思路及技术流程，取得了页岩气地震勘探的新进展。采集方面，通过对激发接收参数的试验攻关，优选了技术性与经济性兼备的、合理的采集参数；处理方面，特别注重静校正、保真保幅及浅层信息保护等处理环节；解释方面，在分析页岩气主控因素的基础上，通过断层精细解释＋埋深编制＋优质页岩厚度预测等环节的工作，为该地区页岩气资源评价和开发目标区的选择提供了坚实的基础资料。 关键词 四川盆地 南 页岩气 地震勘探 技术 进展 采集处理解释 技术攻关 ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００‐０９７６．２０１１．０４．００９ 随着我国经济的飞速发展，对能源特别是低碳、清洁能源的需求日益扩大，页岩气成为我国非常规油气资源领域研究的热点。目前，对页岩气进行了很多基础研究，取得了一些地质成果 ［１］ 。但在页岩气勘探开 发的工程技术方面，虽国外取得了成功［２‐４］ ，而国内尚 处于探索阶段，特别是如何利用地震资料对页岩气进行研究，目前没有形成一套完整的技术思路与方法。笔者旨在通过四川盆地南部页岩气的勘探实践，对页岩气地球物理勘探技术进行探索和研究，提出了适合于中国地质特征的页岩气地球物理勘探评价方法。 １ 页岩层段地质、地球物理响应特征 １．１ 地质特征 研究区下志留统龙马溪组整体岩性表现为：下部是黑色页岩，上部深灰至灰绿色页岩，粉砂质页岩。对于龙马溪组页岩层来说，具有勘探开发意义的优质页岩主要位于龙马溪组底部，厚度约４０ｍ。据王兰生、王世谦等人研究 ［５‐８］ ，四川盆地南部优质页岩的指标 为：ＴＯＣ＞２％，含气量高（大于１．５ｍ３ ／ｔ），孔隙度大于２％，厚度大于３０ｍ。 １．２ 测井响应特征 与相邻上覆、下伏地层相比，龙马溪组测井响应特征表现为低速度、高伽马值、低电阻率值，龙马溪组内部优质页岩层测井曲线特征表现为速度有高有低、高伽马值等特征。１．３ 地球物理响应特征 由于页岩层段为岩性较为均一的泥岩、碳质页岩，内部缺乏较为明显的波阻抗界面（图１），因此，龙马溪组整段表现为断续—弱振幅反射（图１ 中黄色部分）。 图１ 研究区内Ｎｘ井龙马溪组地震响应特征图
重庆涪陵焦石坝页岩气田勘探开发纪实 重庆涪陵焦石坝页岩气田勘探开发纪实 焦石坝，重庆涪陵区一个山区小镇。在这里，我国第一口实现规模化、商业化生产的页岩气井诞生，被命名为“页岩气开发功勋井”。今年3月24日，中国石化正式宣布，计划在2017年把涪陵页岩气田建成国内首个年产能100亿立方米的页岩气田，相当于一个1000万吨级大型油田。 重大突破 页岩气田进入商业开发 在中国石化勘探南方分公司岩芯库，保存着一筒采自焦页1HF井3000多米深处的深灰色页岩。“在焦石坝地底下，这些页岩就像一床大棉被，包裹着丰厚的页岩气。”分公司地质专家夏维书说。 撕开这床大棉被的“第一钻”在2012年2月14日晚8时开钻。11月28日，一个振奋人心的消息从焦石坝传来：焦页1HF井当天钻获20.3万方高产页岩气，这标志着我国第一口实现规模化、商业化生产的页岩气井诞生了。 页岩气是一种重要的非常规天然气，被认为是继常规天然气之后，又一种可以大规模开发的优质清洁能源。近年来，全球特别是北美地区，页岩气开发步伐明显加快。美国由于页岩气的大规模开采，甚至可能从油气输入国变为油气输出国。 在我国，常规天然气储量有限，而页岩气储量相对丰富。页岩气如果能得以大规模开发，对缓解我国天然气紧张局面、降低天然气对外依存度意义重大。 2011年，我国将页岩气列为独立矿种；2012年，出台《页岩气发展规划（2011—2015年）》；2013年，国家能源局正式批准涪陵页岩气田为国家级页岩气产能建设示范区。 继焦页1HF井后，环绕其周边数公里区域内，几口评价井也相继部署开采。2013年7月2日，焦页1—3HF井投产，测试产量20多万方/日；9月29日，焦页6—2HF 井投产，测试产量达35万方/日；10月9日，焦页8—2HF井投产，测试产量再创新高，达55万方/日。 “到这时，我们已吃上了定心丸：焦石坝区块页岩气藏不是一点，而是一片；这里不仅有页岩气，而且是高产气藏。”江汉油田涪陵工区项目部经理习传学说。 截至今年5月17日，在涪陵页岩气田280平方公里一期产建区，已开钻页岩气井82口，完钻47口，投产27口，平均单井日产气11万方以上。今年内，该区域将规划投产100口井左右。 “涪陵页岩气田进入商业开发，是我国页岩气开发的重大突破。”业内专家指出，我国页岩气资源潜力大、分布面积广、发育层系多，一旦形成产能，将对满足我国不断增长的能源需求、促进节能减排、优化能源结构、保障能源安全和促进经济社会发展具有重大战略意义。 技术创新 让
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。相对于热成因气，生物成因的页岩气分布极限，主要分布盆地边缘的泥页岩中，在美国研究比较深入的五个盆地的五套页岩中，密执安盆地和伊利诺斯盆地发现了生物成因的页岩气藏，并且是勘探目标中的主要构成(Schoell，1980；Malter 等，2000)。 3.1 生物成因
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1012147067.html, 页岩气地球物理勘探技术发展现状 作者：潘鸣 来源：《大东方》2016年第02期 摘要：近年来，全球页岩气产业迅速升温，特别是北美页岩气的快速发展改变了世界能 源供应格局。我国页岩气资源潜力巨大，已经引起政府和相关企业的高度关注。页岩气储集层具有高自然伽马、低声波速度、低密度、高电阻率等地球物理特性，这些特性是页岩气勘探地球物理技术识别与评价的依据。当前我国页岩气勘探开发总体处在起步阶段，主要任务是有利目标区域的优选和资源量评价，以及开展关键技术的试验研究。本文通过页岩气地球物理勘探技术发展现状的分析，指出地球物理勘探技术作为页岩气储层评价和增产改造的关键技术，应重点在建立页岩气储层测井评价方法和标准、页岩气储层地震资料各向异性处理和多波反演技术等方面加强研究。加大页岩气勘探工作的投入，基础性研究与关键技术研发相结合，借鉴国外成功经验与自主创新研发相结合，部署开展基础性页岩气资源调查评价，探索建立适合我国地质特点的页岩气地球物理勘探评价技术体系。 关键词：页岩气；地球物理勘探；地球物理测井 进入 20 世纪，成功进行大规模商业开发的非常规能源包括：煤层气、油页岩、油砂、页岩气、海洋天然气水合物等。在页岩气方面，美国首先突破了页岩气开采关键技术，已进行大规模商业开发，带动了世界页岩气的勘探与开发。我国作为世界第二大油气消费国，开发非常规能源，尤其是页岩气资源，对我国经济发展和改善能源结构具有重要的现实意义。用于页岩气勘探的方法有地质、地球物理、地球化学、钻井等，且呈现出以地球物理手段为主的多种综合方法应用的特点。从寻找页岩气开发核心区到钻完井设计，从测井识别页岩气层，到随钻测井，再到压裂裂缝监测，地球物理技术已经融入了页岩气勘探开发的各个阶段，成为页岩气勘探开发不可或缺的基本技能。 1国内外页岩气地球物理勘探技术发展现状 20 世纪 70 年代，美国页岩气研究重点集中在两个方面：一是页岩层的定性和定量描述、地质-地球化学理论研究及资源潜力评价；二是加强开发工程技术攻关，如新型钻井、完井、压裂技术和增产工艺的研发，使页岩气资源正式成为新的天然气资源勘探开发目标，推动了美国页岩气广泛商业性开采。 20 世纪 90 年代，美国逐步构建了以岩心实验为基础、以测井定量解释为手段，以地震预报为方向、以储集层改造为重点和以经济评价为主导的勘探开发体系。美国非常规油气公司在注重页岩气开发技术创新的同时，逐步开始关注页岩气藏的地质特征与区域地质背景的研究，以期增加高产井的数量。2009 ～ 2011 年，CGGVeritas 公司分别在Haynesville 地区和 Marcellus 地区完成 4700km2 和 8500km2 的三维地震勘探工作，结合钻井成果获得了很好的成效，充分显示出地球物理技术已经成为页岩气勘探开发中必不可少的手段。
我国页岩气开发情况汇总(荐) 2014-03-26黄燕华油气观察 回顾兴起于上世纪七十年代的美国东部页岩气示范工程，美国能源部发起了一项针对美国东部的阿巴拉契山脉盆地、密歇根盆地和伊利诺伊盆地的页岩气研究项目，东部工程一直延伸到了九十年代，通过三十多年的研究工作，建立了一个向美国公众开放的庞大数据库，其中包含了页岩气储藏、形成机理等若干技术资料，甚至还将一些关键地质数据，如东北部泥盆纪页岩的上百张详细地质构造图公之于众。直到今天，这些公开资料对于美国页岩气开采仍然发挥着重要作用。 当时的美国人对页岩气的认识相当有限，但却又急于想了解关于它的一切。东部工程恰如其分的填补了美国油气行业在页岩气领域的空白，而在此基础上所掌握的地质资料也成了美国油气公司从辽阔的地下深处获取页岩气的成败关键因素之一。 页岩资源丰富的中国也正在开展一场类似于美国东部示范工程的页岩气储 层特征摸底行动，因为对于突破常规油气构造理论的页岩气来说，它分布的广泛性和独特性更需要精准、详细的地质资料来支撑油气企业的开发作业以降低勘探风险与成本。 我国尚未完全掌握内陆地区页岩气的资源总量、分布情况和储层特征，因此总结目前现有的示范工程、政府项目工程的页岩气储层摸底情况至关重要。
从中国能源网研究中心收集的资料来看，截止2013年，在全国页岩气3大相、9大层系中，我国已在南方下古生界海相、四川盆地侏罗系陆相、鄂尔多斯盆地三叠系陆相三个领域实现了突破，在西北地区侏罗系陆相、东部断陷盆地古近系陆相、南方上古生界海陆过渡相三个领域取得了的重要进展。 图1（来源：国土资源部） 出于政治、市场制度的差异，我国承担页岩气储层摸底任务的主体并不像美国那样单一，国家土地职能部门国土部与掌握常规油气核心区块与经验的国有油公司是承担这项工作的两支重要力量。三块实现页岩气产量、技术突破的领域均直接受益于油公司的大规模投资和高强度技术攻坚。国土资源部在页岩气初期学术、理论进步中功不可没，国土部在重庆市彭水县实施了我国第一口页岩气资源战略调查井渝页1井，获取岩心并首次成功解析出了页岩气，为日后页岩气成为独立矿种提供了切实支撑依据。 根据2012年国土资源部油气资源战略研究中心发布的《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选报告》，国土资源部将我国陆域页岩气分布区分为五大区，即上扬子及滇黔桂区、中下扬子及东南区、华北及东北区、西北区、青藏区。 主要油公司储层进展情况
页岩气国内外研究现状 一、页岩气的定义 关于页岩气的定义，Curtis 认为页岩气可以是储存在天然裂隙和颗粒间孔隙中的游离气，也可以是干酪根和页岩颗粒表面的吸附气或者是干酪根和沥青质中的溶解气。中国地质大学张金川教授给出的定义是：主体位于暗色泥页岩或者高碳泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的地层中的天然气聚集。 二、页岩气资源的地质特征 2.1 多相态存在于致密页岩中 页岩气是以有游离、吸附和溶解状态存在于暗色泥页岩中的天然气，其赋存形式具有多样性，但以游离态和吸附态为主，溶解态仅少量存在。从美国的情况看，游离气在20%~80%之间，吸附气在80%~20%之间，范围很宽，其中部分页岩气含少量溶解气。游离气主要存在于粒间空隙和天然裂隙中，吸附气则存在于基质表面。随着页岩气研究的不断深入，学者们开始认为吸附态页岩气至少占到总储量的一半。天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离，如图1 所示，当吸附在基质表面的气量达到饱和后，富余的气体会解析进入基质孔隙，然后随着天然气的产出，裂隙内压力降低，基质内气体进入裂隙聚集后流出。 2.2 源岩层系 页岩系统包括富有机质页岩，富有机质页岩与粉砂岩、细砂岩夹层，粉砂岩、细砂岩夹富有机质页岩；页岩气形成于富有机质页岩，储存于富有机质页岩或一套与之密切相关的连续页岩组合中，不同盆地页岩气层组合类型不相同。即页岩气为源岩层系天然气聚集的一种，为天然气生成后，未排出源岩层系，滞留在源岩层系中形成的。源岩层系油气聚集除页岩气外，还包括煤层气、页岩油和油页
岩。 2.3 页岩气为连续型油气聚集 Curtis对页岩气（Shale gas）进行了界定，并认为页岩气在本质上就是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，它具有普遍的地层饱含气性、隐蔽聚集机理、多种岩性封闭和相对很短的运移距离，它可以在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在，在干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。即页岩气为连续型气藏（图1）。 2.4 页岩气为源岩层系油气聚集 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，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。 中国页岩气藏与北美地区相比较有以下特殊性：( 1) 海相页岩热演化程度较高(Ro值为2. 5%～5. 0% ) 、构造活动较强，需寻找保存有利的地区，避开露头和断裂破坏区：( 2) 陆相页岩热演化程度较低、分布非均质性较强：( 3) 地面多山地、丘陵等复杂地表，埋藏较深(5000～7000m) 。所以在勘探开发过程要有针对性地采取合理措施开发我国页岩气。张金川等学者认为页岩气成藏模式介于煤层气和根缘气之间，表现为过渡特征，并将我国页岩气资源富集类型分为：南方型、北方型和西北型。
页岩气开采压裂技术分析与思考 摘要：目前，社会进步迅速，页岩气存储于致密泥页岩地层中，页岩连续分布、区域广，含有一定量的黏土矿物，塑性强，在高应力载荷下易发生形变，页岩储 层具有低孔低渗等特性，需对页岩储层进行改造才具备商业开发价值。目前涪陵 区块和川东南区块，均已实现页岩气大规模开发，形成一套成熟的页岩气开采工艺，工艺实施需借助现场施工实现，只有严格把控施工质量，确保工艺有效实施，才能够实现对页岩气资源的高效开发。下文对此进行简要的阐述。 关键词：页岩气；开采压裂技术分析；思考 引言 伴随着油田行业的深入发展，如今能源紧缺问题已经成为了社会性现实。页 岩气储层低孔低渗，往往要投入巨大的精力对其进行压裂改造才能够保障产能稳定。水力压裂中压裂液性能带来的影响十分直观与突出。 1页岩气压裂施工质量技术现状 当前，经常使用的技术大多是多级压裂、清水、压裂、水力喷射压裂、重复 压裂与同步压裂等等，页岩气开发过程中所使用的储层改造技术还有氮气泡沫压 裂和大型水力压裂也是国内外目前的主流压裂技术。影响页岩气产量的主要原因 是裂缝的发育程度，如何得到较多的人造裂缝是压裂设计主要应该考虑的。如何 才能得到有效而又经济的压裂成果，在实行水力压裂以前，经常要实行压裂的设计。然而，压裂设计的工作确双有许多，最为主要的核心应属压裂效果的模拟， 经过压裂的模拟才可以预测裂缝发育的宽度及长度，从而知道压裂能否顺利成功。 2页岩气压裂开采中对环境的影响 页岩气压裂在开采的过程当中必定会因为一些噪声及废水废气等开采事故灾 害对环境造成一些污染影响，通常会对水资源进行大量的消耗以及地下水层进行 污染。目前，有些专家和环保人士在对页岩气压裂开采的过程也是提出了很多相 关环境污染的影响问题，同时，岩气压裂在开采过程中确实造成了较为严重的环 境污染。 2.1大量消耗水资源 页岩气压裂的开采使用的水力压裂法是压裂液最为重要的，分别由高压水、 砂以及化学添加剂而组成的。页岩气压裂的开采其用水量也是较大的，一般情况 页岩气压裂开采需消耗四至五百万加化的水资源才能使页岩断裂。 2.2污染地下水层 页岩气压裂开采过程当中，其化学物质有可能会直接通过断裂及裂缝由地下 深处慢慢转向向上移动到地表或者浅层，同时也可能页岩气压裂开采过程中由于 质量问题或者某些操作的不当导致破裂或者空洞。某些石油公司把页岩气压裂使 用过程中的的压裂液中的化学添加剂当成非常重要化学物质，然而，也因为这些 化学物质就可能会造成地下水层的污染。其中的化学物质可能会泄露到地下水层 当中，从而就污染了湖泊及蓄水池等等的地下水资源。当整个开采过程完成以后，其很大部分的压裂液又转回流向了地面，而流回地面的压裂液当中不光只有压裂 液里面某些化学物质，也还有部分地壳中原本就存在的放射性物质以及大量盐之类。当一些有毒污水再流回现场时，转而再流向污水处理厂以及回收再利用，当 遇到雨季来临时，整个过程就造成了严重的地下水层污染。 3页岩气压裂施工工艺 随着页岩气开发力度的不断增大，常规的压裂施工技术已经不能满足大规模
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孔隙中，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３０个，发现Ｂａｒｎｅｔｔ等６套高产页岩。２００８年，北美地区的页岩气产量约占北美地区天然气总产量的１３％。至２００８年底，美国页岩气井超过４．２万口；页岩气年产量６００亿方以上，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。ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ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６０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。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ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ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－半干旱的咸水湖泊都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。（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－低熟气、热解气，又有原油、沥青裂解气据（Ｃｕｒｔｉｓ，２００２），这些类型的天然气形成的成熟度范围较宽，可以从０．４００％变化到２．０％，页岩气的生成贯穿于有机质生烃的整个过程。不同类型的有机质在不同演化阶段生气量不同，页岩中只要有烃类气体生成（Ｒ＞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于成熟度较差的岩层中。密执安盆地Ａｎｔｒｉｍ生物成因型页岩的Ｒ仅为０．４％￣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１．１％的气窗内，Ｒｏ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间有良好的线性关系，原因有两方面：①是因为有机碳是页岩生气的 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￣２．８３ｍ／ｔ，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＝０．３９）。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。（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－Ｏ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，特别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）储集空间。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孔隙，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间，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。 （３）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，孔隙度和渗透率是储层特征研究中最重要的两个参数，这对于页岩气藏同样适用。据美国含气页岩统计，页岩岩心孔隙度小于４％￣６．５％（测井孔隙度４％￣１２％），平均５．２％；渗透率一般为 （０．００１￣２）×１０μｍ，平均４０．９×１０μｍ。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页岩和密歇根盆地的Ａｎｔｒｉｍ页岩，孔隙度平均为５％￣６％，局部可高达１５％，游离气可以充满孔隙中的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１１％，渗透率达２×１０μｍ。页岩气藏是自生自储型气藏，从某种意义来说，页气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果，烃源岩中天然气向常规储层初次运移的通道为裂缝、断层等，所以连通烃源岩和常规［１］［２］［３］ ［４］［５］ ［６］［７］３－３２ －６２－３２１ 沉积环境 ２ 生烃条件 ３ 储集条件 ４ 保存条件 ｏｏ岩（转１２９页） 页岩气成藏地质条件分析 黄菲 王保全 ① ② （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） ①摘要关键词页岩气藏为自生自储型气藏，它的生烃条件、储集条件、保存条件相互影响，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；页岩气藏对保存条件的要求较低。 页岩气有机碳含量热成熟度储集条件保存条件