页岩气及其成藏条件概述 2010年7月，在四川川南地区中国石油集团公司第一口页岩气井（威201井）顺利完成加砂压裂施工任务，标志着中国石油集团公司进入了页岩气的实战阶段。页岩气是一种非常规天然气资源，其储量巨大，有关统计表明全球页岩气资源量约为456.24×1012m3。较早对页岩气进行研究的是美国和加拿大，这些国家在勘探和开发中都取得了丰富的成果，形成了较为完备的页岩气系统理论，进入了快速的发展阶段；而我国对页岩气的勘探开发还在初级阶段，研究相对程度相对落后，但我国页岩气资源量也十分丰富（预测为30-100×1012m3）。据有关专家介绍，随着我国经济发展对油气资源的需求，页岩气将是我国今后油气资源勘探和开发的重点。 1 页岩气及其特点 1.1 页岩气储量 从世界范围来看泥、页岩约占全部沉积岩的60%， 表1 世界较大页岩气储量地区表(×1012m3) 其资源量巨大。全球页岩气资源量为456.24×1012m3，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、太平洋地区、拉美、前苏联等地区（表1） 在我国的松辽盆地白垩系、江汉盆地的第三系、渤海湾盆地、南华北、柴达木以及酒泉盆地均具有页岩气资源的分布。其中，四川盆地的古生代海相沉积环境形成的富有机碳页岩与美国东部的页岩气盆地发育相似。仅四川川南威远、泸州等地区的页岩气资源潜力（6.8-8.4×1012m3）,相当于整个四川盆地的常规天然气资源的总量。 1.2 页岩气及特点 页岩是由固结的粘土级的颗粒物质组成，具有薄页状或薄片层状的一种广泛分布的沉积岩。页岩致密且含有大量的有机质故成暗色（如黑色、灰黑色等）。在大多数的含油气盆地中，页岩既是生成油气的烃原岩也是封存油气的盖层。在某些盆地中，如果在纵向上沉积较厚（几十米-几百米），横向上分布广泛（几百-几万平方公里）的页岩同时作为了烃原岩和储集岩，且在其内聚集了大量的天然气，那就是页岩气。 所谓页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩，因热作用和生物作用而形成了大量储集在页岩裂缝、孔隙中的且以吸附和游离赋存形式为主的天然气。与常规储层天然气相比，页岩气具有独特的特点（表2）。表2 常规储层天然气与页岩气对比表 成因类型热成因、生物成因及石油裂解气热成因、生物成因
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
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
第２３卷第２期２ ０１６年３月地学前缘（中国地质大学（北京） ；北京大学）Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ（Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）；Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．２ Ｍａｒ．２０１６ ｈｔｔｐ ：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２）收稿日期：２０１５－０９－１２；修回日期：２０１５－１１－ ０１基金项目：中国地质调查局项目“沁水盆地及周缘页岩气资源调查评价”（２０１４－ ２５８）作者简介：付娟娟（１９８１—），女，博士研究生，工程师，矿产普查与勘探专业。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｕａｎｊ ｕａｎｆｕ＿２０１２＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ＊ 通讯作者简介：郭少斌（１ ９６２—），男，教授，博士生导师，从事层序地层学、储层评价和油气资源评价方面的教学和科研工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇ ｕｏｓｂ５８＠１２６．ｃｏｍｄｏｉ：１０．１３７４５／ｊ ．ｅｓｆ．２０１６．０２．０１７沁水盆地煤系地层页岩气储层特征及评价 付娟娟， 郭少斌＊， 高全芳， 杨 杰中国地质大学（北京）能源学院，北京１０００８３ ＦＵ Ｊｕａｎｊｕａｎ， ＧＵＯ Ｓｈａｏｂｉｎ＊， ＧＡＯ Ｑｕａｎｆａｎｇ， ＹＡＮＧ ＪｉｅＳｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，ＣｈｉｎａＦＵ Ｊｕａｎｊｕａｎ，ＧＵＯ Ｓｈａｏｂｉｎ，ＧＡＯ Ｑｕａｎｆａｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｉｎ ｔｈｅＣａｒｂｏｎｉｆｅｒｏｕｓ－Ｐｅｒｍｉａｎ ｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ．Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ，２０１６，２３（２）：１６７－１７５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ，ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｓｉｎｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｈａｓ ｐｌｅｎｔｙ ｏｆ ｃｏａｌａｎｄ ｃｏａｌ－ｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｌｉｔｔｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｐｐｅｒ Ｐａｌｅｏｚｏｉｃ ｏｆ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ，Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＮＭＲ，ＦＩＢ－ＳＥＭ，ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎｓｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｔｃ．ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｒｏｃｋａｎｄ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｒｅｓ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ－ｒｉｃｈ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｉｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓ ｏｆ ｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｈｅｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ｅｎｏｕｇｈ ｓｐａｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ．Ｍｉｎｅｒａｌ ｐｏｒｅｓ，ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒ ｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｐｌａｔｅ，ｔｒｉａｎｇｌｅ ｏｒｉｒｒｅｇｕｌａｒ ａｒｅ ｗｅｌｌ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｅｒｅａｓ ｏｎｌｙ ａ ｓｍａｌｌ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｄｏｔ ｏｒ ｏｃｃａｓｉｏｎａｌ ｅｌｌｉｐｓｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ２．８４ｍ２／ｇ ｔｏ ６．４４ｍ２ ／ｇ ｗｉｔｈ ａｎａｖｅｒａｇｅ ｏｆ ４．２６ｍ２ ／ｇ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｐ ｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ３．６４ｎｍ ａｎｄ １０．３４ｎｍ，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓ ｍａｉｎｌｙ ｍｅｓｏ－ｐｏｒｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ５７．５％ｏｆ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌｓ ａｎｄ ４１．３％ｏｆ ｂｒｉｔｔｌｅ ｍｉｎｅｒａｌｓ，ｉｓ ｐｒｅｔｔｙ ｇｏｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｒｃｏ－ｐｏｒｅｓ，ｇａｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｈｉｇｈ ｖａｌｕｅ ｏｆ ＴＯＣ ａｎｄ Ｒｏ，ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ａｂｎｏｒｍａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎ Ｍｅｓｏｚｏｉｃ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ．Ｏｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ，ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈ ｉｓｓｈａｌｌｏｗ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｇｒｅａｔ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｃ－Ｐ ｐｅｒｉｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｑｕｉｔｅｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇ ａｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ；Ｃ－Ｐ ｐｅｒｉｏｄ；ｓｈａｌｅ ｇａｓ；ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ摘 要：沁水盆地是我国重要的含煤盆地，不仅其煤炭及煤层气资源丰富，在上古生界石炭纪—二叠纪地层中还有大量页岩发育。而目前，针对该地区页岩地层的相关研究极少，该地区页岩气资源是否具有勘探开发潜力有待深入而细致的研究。本文以沁水盆地上古生界石炭系—二叠系海陆交互相页岩储层为研究对象，通过薄片鉴定、Ｘ线衍射分析、氩离子抛光－扫描电镜分析、核磁共振、氮气吸附等实验方法，研究了富有机质页岩储层有机质含量、类型、成熟度等有机地化特征以及储集空间类型、物性、矿物组成、孔隙结构等储层特征。在此基础上，对研究区页岩储层的勘探开发潜力进行了评价。结果表明：沁水盆地石炭系—二叠系富有机质页岩储层中发育形态各异的不同类型孔隙及微裂缝。其中，矿物基质孔十分发育，主要包括有呈片状、三角形及
泥页岩孔隙结构表征方法及影响因素研究 1前言 页岩气是一种典型的非常规天然气，在20世纪70年代中期之前曾被归入非经济可采资源，随着天然气开发技术的进步以及对天然气的依赖逐渐变为经济可采资源。页岩气因其资源潜力巨大和经济效益显著受到各国政府及能源公司的重视，在北美地区已经取得了良好的勘探开发效益。作为目前页岩气产能最大的国家—美国，页岩气已成为继致密砂岩气和煤层气之后的又一重要的非常规天然气资源。 中国海相页岩十分发育，分布广、厚度大[1]。中国巨厚的烃源岩，良好的生烃条件，寻找页岩气藏具有较好的可行性，其中最有勘探潜力为四川盆地下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组[2]。 泥页岩中的基质孔隙网络是由纳米到微米级别的孔隙组成。在页岩气体系内这些伴生有天然裂缝的孔隙，构成了在开发过程中让气体从泥页岩流动到诱导裂缝中的渗流网络[3]。国外已广泛利用纳米CT、FIB-SEM、气体吸附法、高压压汞法和核磁共振等先进研究手段来对页岩孔隙结构进行大量的微观观测与分析，已经证实了这些泥岩中的不同孔隙的存在。在国内也有一些学者对泥页岩储集层特征、类型及其形成条件进行研究，并提出页岩气储集层的评价参数。邹才能等通过纳米CT技术在泥页岩中首次发现了纳米级孔隙，掀开了油气储集层纳米级孔隙研究的序幕[4]。但是目前对于泥页岩中的孔隙体系尚没有统一的分类方案，这将不利于人们对泥页岩中复杂多变的孔隙特征的识别，而且常规测试手段分析泥页岩孔隙结构还存在多种局限。介于泥页岩作为页岩气这种重要非常规气藏的储层，其孔隙类型、孔隙结构及其连通性都是评价页岩气储层的关键因素，我们有必要对泥页岩孔隙类型以及其结构特征进行系统的研究。本文主要是通过归纳总结近年来国内外学者在泥页岩孔隙研究中对其孔隙的描述以及表征的方法基础上，找到适合国内泥页岩孔隙的分类体系以及能够准确客观表征泥页岩孔隙结构的方法，为页岩气的勘探开发提供支持。 2国内外研究现状 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
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）
第29卷 第6期2010年 11月 地质科技情报 Geolog ical Science and Technolog y Information Vol.29 No.6Nov. 2010 北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和 收稿日期:2010 04 27 编辑:杨 勇 基金项目:国家自然科学重点基金(石油化工联合基金)项目(40839910);中国石油化工股份有限公司科研项目(J 1407 09 KK 0157)作者简介:杨振恒(1979 ),男,工程师,主要从事石油地质综合研究工作。E mail:yan gzhen hen g2010@https://www.doczj.com/doc/6a3987243.html, 沉积模式及启示 杨振恒,李志明,王果寿,腾格尔,申宝剑 (中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡214151) 摘 要:北美典型页岩气藏赋存的泥页岩主要为细颗粒沉积,呈暗色或黑色薄层状或块状产出。页岩气储层无机矿物成分中硅 质含量较高,含有黄铁矿、磷酸盐矿物(磷灰石)、钙质和黏土矿物。具有相对高有机质质量分数,代表了富有机质的缺氧的沉积环境。不含或者含较少的陆源碎屑输入。有机质类型以 和!型干酪根较为常见。生物化石碎片在页岩层中比较常见,化石碎屑的类型多样化。重点剖析了福特沃斯盆地Barnett 页岩的沉积发育模式,福特沃斯盆地是一狭长的前陆盆地,主要沉积区离物源区较远,Barnett 页岩沉积于较深的静水缺氧环境,沉积速度缓慢(饥饿性沉积),最终形成富含有机质的Barnett 页岩。常见生物化石碎片,但缺少生物扰动遗迹,推测盆地中大部分的生物化石为外部输入的结果。上升流作用致使磷酸盐矿物(磷灰石)发育。北美典型页岩气藏的岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积发育模式可以用来指导我国页岩气勘探,黔南坳陷下寒武统黑色高碳质页岩系、二叠系吴家坪组和四川广元 绵竹地区下寒武统泥页岩具有和北美典型页岩气藏可类比的岩石学特征、沉积环境和沉积模式,可作为页岩气勘探的优选区域。 关键词:页岩气;岩石学特征;有机碳含量;沉积环境;沉积模式 中图分类号:T E122.115 文献标志码:A 文章编号:1000 7849(2010)06 0059 07 近年来,页岩气在北美特别是美国得以成功地勘探和开发,引起了广泛的关注。国内外学者从页岩气系统出发,对页岩气成藏的有机碳质量分数、成熟度、裂缝系统、温度、压力、抬升与沉降史以及吸附 机理等进行了深入的研究[1 7] ,但是,对页岩气藏发育的泥页岩的岩石学特征、沉积环境和沉积模式研究还较少涉及。页岩气藏发育的泥页岩具有独特的岩石学特征,识别不同的岩石学特征是评价页岩气成藏条件、原地含气量和资源量的关键。在页岩气开发阶段,识别不同的岩相是实施开发方案的基础。在福特沃斯盆地,识别Barnett 页岩岩性是页岩气评价中关键的步骤[8]。笔者根据北美页岩气研究的最新成果,就页岩气藏发育的泥页岩的岩石学特征、沉积环境及福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积模式进行讨论。北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积模式对我国页岩气研究和勘探同样具有指导意义。 1 典型页岩气藏岩石学特征 页岩气作为非常规天然气资源,其勘探、开发思 路和方式与常规油气资源有明显的不同之处。研究 表明,沉积物的岩石学特征是页岩气成藏的重要控 制因素[8 10] ,主要包括泥页岩的构造和粒度特征、有机碳质量分数、岩石矿物组成、生物化石特征等。1.1岩石构造和粒度特征 页岩气藏发育的泥页岩主要为暗色或黑色的细颗粒沉积层,呈薄层状或块状。德克萨斯州福特沃斯盆地Bar nett 页岩及其上下相邻地层由不同的岩相组成,Barnett 页岩及上下相邻地层可识别出3种 岩性[9] ,分别为薄层状硅质泥岩、薄层状含黏土的灰质泥岩(泥灰)和块状灰质泥粒灰岩。但是,主力产气层位上Barnett 页岩和下Barnett 页岩以层状硅质泥岩为主,主要由细微颗粒(黏土质至泥质大小)的物质组成(图1)。Barnett 页岩缺少粗粒的陆源碎屑物质,表明地质历史沉积时期这一地区离陆相物源区较远,属饥饿性沉积,最终形成了层状的Bar nett 页岩沉积充填样式。富页岩气前景的英属哥伦比亚西北部Baldo nnel 层Ducette 组地层被称之为暗色的以石英为主的细粒页岩,主要由多样的放射性的、碳质的含黏土的灰岩和细粒粉砂岩组成。1.2岩石矿物质量分数 页岩气储层无机矿物成分中硅质质量分数较高,另外还含有方解石和长石等矿物。所含硅质主
基金项目：国家科技重大专项“页岩气勘探开发关键技术研究项目”（编号：２０１１ＺＸ０５０１８）。 作者简介：钟太贤，１９６４年生，高级工程师；现主要从事油气田勘探开发科技管理工作。地址：（１００００７）北京市东城区东直门北大街９号中国石油大厦。电话：（０１０）５９９８６０１７。Ｅ‐ｍａｉｌ：ｚｈｔｘ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ 中国南方海相页岩孔隙结构特征 钟太贤 中国石油天然气集团公司科技管理部 钟太贤．中国南方海相页岩孔隙结构特征．天然气工业，２０１２，３２（９）：１‐４． 摘 要 我国南方古生界页岩成熟度高，页岩储层孔隙、裂隙类型多样，微米—纳米级孔隙发育。正确认识页岩孔隙特征是研究上述地区页岩气赋存状态，储层性质与流体间相互作用，页岩吸附性、渗透性、孔隙性和气体运移等的基础。为此，采用观察描述和物理测试两类方法对南方海相页岩孔隙特征进行了研究：前者通过手标本、光学显微镜、扫描电镜、核磁共振光谱学法、小角度Ｘ射线散射法等手段直观描述页岩孔隙的几何形态、连通性和充填情况，统计孔隙优势方向和密度，拍摄照片等，以确定页岩成因类型；后者通过Ｈｅ孔隙率测定、压汞实验、低温液氮吸附、低温ＣＯ２吸附等方法定量测试页岩孔容、孔径大小及其分布、孔隙结构、比表面积等，以评价页岩含气性。结果表明：该区古生界页岩储层中纳米级孔隙以干酪根纳米孔、颗粒间纳米孔、矿物晶间纳米孔、溶蚀纳米孔为主，喉道呈席状、弯曲片状，孔隙直径介于１０～１０００ｎｍ，主体范围为３０～１００ｎｍ，纳米级孔隙是致密储层连通性储集空间的主体；按孔径大小，将页岩储集空间分为５种类型：裂隙（孔径大于１００００ｎｍ）、大孔（孔径介于１０００～１００００ｎｍ）、中孔（孔径介于１００～１０００ｎｍ）、过渡孔（孔径介于１０～１００ｎｍ）、微孔（孔径小于１０ｎｍ）。 关键词 中国南方地区 古生代 海相页岩 储集层 纳米级孔隙 观察描述法 物理测试法 页岩气 ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００‐０９７６．２０１２．０９．００１ 国外已广泛利用氩离子抛光‐ＳＥＭ、纳米ＣＴ、ＦＩＢ‐ＳＥＭ等先进研究手段来对页岩储层进行大量的微观观测与分析，页岩之所以能够作为储层，是因为其中大 量发育纳米级—微米级孔隙。页岩储层非均质性极强，渗透率极低，天然气赋存状态、渗流方式有别于常规储层，大大推进了页岩储层描述表征技术进步，实现了页岩从烃源岩到储层的革命性转变。已有的研究成果表明：气体（流体）活动的体积大小依赖于孔隙的大小且存在于孔隙的中心部位，这个部位分子与分子之间以及分子与孔隙壁之间相互作用力的影响最弱；在孔径小于２ｎｍ的孔隙内，ＣＨ４分子通常在孔隙壁作用力场影响下处于吸附状态，由于孔隙壁效应使得超临界ＣＨ４以结构化方式存在；直到孔径达到５０ｎｍ，气体的热力学状态发生改变，分子才在孔隙中产生运动。正是这种纳米级孔隙的大量存在，特别是与微米级孔隙相连接的纳米级孔隙网络共同控制了页岩气的赋存和运移机理［１］ ，以及由此导致的气体热力学状态 的复杂性，使得页岩气成藏特征难以用传统的达西流模型很好地进行表述。页岩气主要以３种状态存在于页岩储层中：①以物理或化学的形式吸附在干酪根和黏土颗粒表面上；②以游离气的形式存在于有机质分解或其他成岩、构造作用所形成的孔隙或裂缝中；③少量页岩气甚至可以在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。其中，以游离态和吸附态为主，而孔隙大小则是决定其存在状态的关键：在较大孔隙中页岩气主要以游离方式储集在孔隙裂缝中，而在较小孔隙中页岩气通 常以吸附状态为主［２‐４］ 。由此可见，孔隙度大小直接控制着游离态天然气的含量，而渗透率则是判断页岩气藏是否具有开发经济价值的重要参数，二者构成了页岩储层研究中最重要的２个参数。 １ 页岩孔隙结构实验分析技术 目前，国内对于页岩储集空间的研究还处于探索
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。在构造高部位有利地区，发育有较可观的生物成因气。西部凹陷主要发育热催化一热裂解气，特别是凹陷南部沉降中心处，热裂解形成的正常凝析油伴生气更为广泛。在有机母质埋深浅的部位发育生物一热催化过渡带气。当然，如果存在有利的储盖组合，生物成因气的存在勿需置疑。 2．断裂构造导致天然气广泛运移 广泛发育的断裂构造，使大多数天然气发生不同程度的运移，造成天然气更加广泛、更加复杂的分布格局。断裂构造或不整合面为气体运移通道，形成新生古储的古潜山油气藏。天然气的垂向和侧向运移，造成了大面积浅层气藏的形成。这部分气体的气源岩母质类型、演化程度，特别是天然气同位素组成特征均与原生气藏一致。最明显的差别是甲烷含量相对高，重烃含量低，愈向浅层，甲烷含量愈高，反映运移的地质特点是由斜坡低部位向高部位甲烷含量升高，由低台阶向高台阶甲烷含量亦升高，如兴隆台气田不同台阶的天然气组分由下到上变干。曙光一高升油气藏也有类似分布。在大民屯凹陷东部浅层及东、西部凹陷的大部分地区浅层干气也是运移形成 3．天然气藏类型分布 构造运动造成了多套油气层和多种类型的储集层，形成了多样的天然气藏类型，根据控制油气的主要因素，可以划分出四大类油气藏：(1)构造油气藏，包括背
页岩气储层评价
斯伦贝谢DCS 2010年5月
汇报提纲
页岩气藏特征 页岩气储层评价技术 实例
2 5/18/2010
页岩气藏普遍特点
有机质含量丰富 烃源岩 含吸附和游离状态气体 超低渗 (~100 nD, 0.0001 mD) 低孔 (~ 5%) 含气量大 采收率变化大 生产寿命长( 30-50 年). (Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年) 游离状态天然气的含量变化于20%-85%之间 增产措施：水平井、多级压裂
页岩气藏普遍特点
有机含量丰富的页岩 烃源岩 含吸附和游离状态气体 超低渗 (~100 nD, 0.0001 mD) 低孔 (~ 5%) 含气量大 采收率变化大 和单井产量低 生产寿命长( 30-50 年). (Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年) 游离状态天然气的含量变化于20%-85%之间 增产措施：水平井、多级压裂
采收率 (%) 全球常规气储量：6,300 tcf/178.4万亿方 全球页岩气储量：16，112tcf/456万亿方 中国页岩气储量：3528tcf/99.9万亿方 引：BP Statistical Review of World Energy, June 2008
A O/NA L B
A B L O/NA
Antrim (Michigan) Barnett (Texas) Lewis (New Mexico) Ohio/New Albany
页岩气藏普遍特点
有机含量丰富的页岩 烃源岩 含吸附和游离状态气体 超低渗 (~100 nD, 0.0001 mD) 低孔 (~ 5%) 含气量大 采收率变化大 和单井产量低 生产寿命长( 30-50 年). (Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年) 游离状态天然气的含量变化于20%-85%之间 增产措施：水平井、多级压裂
页岩孔隙结构及多层吸附分形模型 分形是1975年由美国学者Mandelbrot [1]首先提出的。自然界中的物体形态各异，结构复杂，组合多样，远远超出了一般意义上研究的规则形状范畴。因此，仅仅采用理想的规则模型研究这些非均质性强、结构差异大的目标有很大的局限性，而这些复杂结构往往表现出 分形特征中的幂律关系[2]。Katz 等[3]把分形几何理论用来分析多孔介质内部的几何结构。他 们的研究表明；多孔介质的孔隙空间和孔隙界面都具有分形结构，有相同的分形维数，并且可以由分形维数来预测多孔介质的孔隙度。目前在多孔介质孔隙、渗流、吸附等方面已有许多基于分形几何学的研究。 在本章节中，将分别对多孔介质分形孔隙结构模型和具有分形表面的多层吸附分形模型进行研究，在已有模型的基础上进行修正，通过理论分析和实验验证将模型应用于泥页岩的孔隙结构和吸附特性研究上，分析分形维度对泥页岩多孔介质各种物性参数的影响。 多孔介质孔隙结构模型 Menger 海绵模型是应用最为广泛的多孔介质分形模型，Menger 海绵模型是在Sierpinski 方毯的基础上在三维空间中的扩展[4]。Menger 海绵模型能够对许多多孔介质进行有效的表 征。Jin Yi [5]改变了Menger 海绵模型的构造过程，构造出了具有连通结构的“SmVq ”孔隙 模型，同时给出了模型分形维度的计算公式： ()332log 23log log log m q mq N D m m +?== (1) 其中，D 是分形维数；N 代表剩余的小立方体个数；m 是每边分割的分数。 采用该方法构造孔隙结构模型：1、将边长为R 的正方体分成 个小立方体，每个小立方体边长为，沿贯穿每个面中心的相互垂直轴线挖去q 个小立方体；2、在得到的小立方体基础上，重复步骤1。 图1 两次迭代后的SmVq 模型截面图 Hunt [6]指出，多孔介质多为固体介质和孔隙两相组成。如果多孔介质具有分形特征那么要么是孔隙分形要么是固相介质分形。在分形模型建立的过程中，一般对固相介质进行分形
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。
页岩气储层岩石物理性质研究 学生：袁亚丽陈改杰蔡家琛李龙指导老师：樊振军 （数理学院） 【摘要】页岩气藏开采首先要对其进行评价，充分考虑其储层性质和开采能力。储层性质主要通过储层参数来描述，通过对相关参数的分析进一步评价储层的生产能力，制定相应的增产措施和开采方案。本实验以龙马溪组页岩为例，采用电阻率测试装置、YS-Hf岩电声波综合测试仪器等仪器对页岩气储层岩石的物理性质进行了测试，并分析总结页岩气储层物理参数对页岩气开采的指导意义，为提高我国页岩气岩石物理实验分析技术和研究水平，为我国页岩气勘探开发奠定坚实的基础。 【关键词】页岩气；电导率；横波；纵波；泊松比 【项目编号】2015AB061 【背景意义】页岩气藏开采首先要对其进行评价，充分考虑其储层性质和开采能力．储层性质主要通过储层参数来描述，通过对相关参数的分析评价储层的生产能力，制定相应的增产措施和开采方案。页岩气储层以纳米级孔隙为主的特性，使得页岩岩石物理基础实验及相关理论模型研究在页岩气储层测井评价中发挥举足轻重的作用。页岩气地质条件和形成机理完全不同于传统石油地质理论，国内外针对页岩气形成机理、富集规律和主控因素等尚未完全搞清。由于页岩储层低孔隙度、超低渗透率、以纳米级孔隙为主的特性，使得页岩气储层岩石物理基础实验及相关理论模型研究在页岩气储层评价中发挥重大的作用，而中国目前在这方面的研究尚处于起步阶段。因此，急需了解和借鉴国外相关实验技术和研究方法，提高我国页岩气岩石物理实验分析技术和研究水平，为我国页岩气勘探开发奠定坚实的基础。． 1.电阻率测井 页岩气储层识别所利用的常规测井方 法有: 自然伽马测井、声波时差测井、体密度测井、中子密度测井、岩性密度测井、电阻率测井、井径测井等［2］，本实验采用电阻率的方法对页岩含有机质量进行了评价，有机质不导电，随 TOC含量增加电阻率增大。在测井中可采用电阻率测井对有机质含量进行评价。本实验采用电阻率测试装置对四川沙坝乡龙马溪组的页岩的电阻率进行了测试，数据如表1所示；天津蓟县页岩的数据如表2所示：
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