页岩气的产气机理

页岩气的形成条件及我国页岩气资源前景简述摘要：本文在大量查阅前人的研究成果为基础，简要概括了页岩气的形成条件，进而对我国形成页岩气的物质基础及成藏模式进行了描述，资料表明，我国页岩气资源技术可采储量巨大，前景广阔。

关键词：页岩气形成条件我国页岩气资源前景一、页岩气概述页岩气简单地讲就是从富含天然气的页岩中开采出来的天然气。

张金川等（2004）指出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。

根据国内外学者的多年研究，在页岩气藏中，天然气并非单纯性的存在与页岩之中，同时也存在于页岩的砂质、粉砂质夹层中。

这主要归结于页岩气具有典型的“原地成藏机理”，即富含有机质泥页岩本身即是气源岩又是储集层，还可以通过自身的特殊条件实现天然气资源的有利圈闭与保存。

二、页岩气的形成条件页岩气从成因上看包含了生物化学成因，热解、裂解成因以及混合成因等几乎所有有机质生气作用方式，并且从未熟到高成熟各个阶段均可成藏。

生物成因气主要形成于有机物的埋深较小，地层温、压相对较低的成岩作用初期，但其生化作用是有限的，他只能将一部分有机物转化成甲烷气，剩余的有机物则在漫长的地质演化过程中，伴随着上覆沉积物不断加积，埋深加大，温、压升高，先转化为干酪根，进而转化为沥青再转化为液态的碳氢化合物，最后当埋藏条件达到高、过成熟阶段后，干酪根的短侧链直接热裂解成气或者由已生成的液态油进一步裂解成气。

而混合成因页岩气则是指不同成因类型的天然气同时存在的页岩气藏。

页岩气的形成是一个漫长而复杂的过程，下面从页岩的有机碳含量、干酪根类型和有机质成熟度三方面简要介绍页岩气的形成条件。

1.有机碳含量页岩气的工业聚集需要有丰富的有机质为基础，研究表明黑色页岩和碳质页岩有机质丰度高，是页岩气藏形成的最有利岩石类型，其有机质含量在3%～15%之间或者更高。

有机质作为页岩产气的物质基础与泥页岩的生烃潜力成正相关，同时有机质还具有吸附天然气的能力，可以作为页岩气的赋存介质之一，因而页岩中有机质的含量越高，吸附气的含量也就越多。

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。

气体在页岩储层中的渗流机理气体在页岩储层中的流动主要经历 ３ 个过程：（1） 吸附在页岩储层基质表面的天然气解吸附后形成自由气存储在基质孔隙中；（2） 基质孔隙中的自由气（包括游离态 、溶解态气体和解吸附后形成的气体）向低压区（裂缝网络系统）扩散 ；（3） 天然裂缝和压裂诱导裂缝中的自由气以渗流的方式流向井底 。

1． 解吸附作用页岩气藏与常规天然气藏最主要的区别是部分天然气以吸附状态存储于页岩基质中 。

气体在页岩储层基质颗粒表面上的吸附主要受温度 、压力 、吸附物（气体类型和性质）、吸附体（储层类型 、比表面积 、固体吸附能力）等的影响。

对于给定的页岩气藏 ，吸附体和吸附物性质保持不变 ，气藏内温度变化范围较小 ，气体吸附量是压力的函数 。

在钻井 、完井和开采过程中 ，孔隙压力下降 ，吸附在基质颗粒表面的气体开始解吸附 。

在平衡状态和特定温度条件下描述岩石表面气体吸附量的函数形式主要有 ３ 种 ：Henry 线性等温吸附定律 、Freundlich 指数等温吸附定律和Langmuir 等温吸附定律 。

Henry 等温吸附定律 ：E H V V p =Freundlich 等温吸附定律 ：n E FV V p =Langmuir 等温吸附定律 2 扩散页岩储层中的扩散作用是指在浓度差的作用下 ，游离相天然气从高浓度区域向低浓度区域运动 ，即天然气由基质向裂缝系统进行扩散 ，当区域浓度平衡时 ，扩散现象停止 。

依据扩散过程可以分为拟稳态扩散和非稳态扩散。

式（５）给出了拟稳态扩散方程（Fick 第一定律） ，即单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（扩散通量）与该面积处的浓度梯度成正比 。

式（６）给出了非稳态扩散方程（Fick 第二定律） ，即扩散过程中扩散物质的浓度随时间变化 。

拟稳非稳页岩气藏开发过程中 ，基质内的天然气浓度随时间变化 ，非稳态扩散方程能够更准确地描述页岩气的扩散过程 。

页岩气成藏机理1 前言页岩气是指那些聚集在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。

它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规油气资源。

在页岩气藏中,天然气不仅存在于泥页岩,也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和砂岩地层中。

页岩气藏烃源岩多为沥青质或富含有机质的暗色泥页岩和高碳泥页岩,有机质含量一般为4% ~30%,是普通烃源岩的10~20倍。

天然气的生成来源于生物作用、热成熟作用或两者的结合。

页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。

通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm。

2 页岩气的成藏机理天然气以多种状态存在于页岩中。

少数为溶解状态天然气,大部分为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和裂缝之中。

吸附状天然气的赋存与有机质含量密切,它与游离状天然气含量之间呈彼消长关系,其中吸附状态天然气的含量变化于20% ~85%之间。

2.1 页岩气第一阶段－吸附状态（吸附与扩散）天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离(图1①),具有与煤层气成藏大致相同的机理过程。

在天然气的最初生成阶段,主要由生物作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要,当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时,富裕的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散,条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。

此时所形成的页岩气藏分布限于页岩内部且以吸附状态为主要赋存方式,总体含气量有限。

2.2 页岩气第二阶段－游离状态（溶解与析出）在热裂解气大量生成过程中,由于天然气的生成作用主要来自于热化学能的转化,它将较高密度的有机母质转换成较低密度的天然气。

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。

目前,世界上对页岩气的研究并不普遍,只有美国和加拿大对此做过大量工作,特别是美国,页岩气是美国勘探开发最早和最成功的天然气类型之一，对国内的5大页岩气盆地进行了十分系统的研究工作,在页岩气勘探开采方面取得了很大的突破,积累了丰富的经验。

目前已成为美国成功勘探开发的3大类非常规天然气之一,目前已发现5个商业化生产的页岩气盆地,可采储量大约为(8778～21521)×108m3。

2006年,美国大约有39500口页岩气生产井,产量占全美天然气产量的8%[1]。

我国对页岩气的研究与勘探开发还处于探索阶段。

20世纪60—90年代,在页岩油藏有所发现的基础上,部分学者对页岩气藏做过一定的探讨。

近2年,国内学者相继发表了一些关于页岩气方面的著作,将为我国的油气勘探打开新的局面。

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,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,由于储集条件特殊,天然气在其中以多种相态存在。

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[5]。

页岩气存在形式主要以吸附气与游离气为主,形成机制可划分为生物成因、热成因及二者混合成因。

页岩气的地质储量丰富,影响其成藏的因素主要有总有机碳、有机质类型和成熟度、孔隙度、地层压力及裂缝发育程度等,同时还要兼顾各参数之间的联系。

一、页岩气形成机理页岩气与深盆气、煤层气一样都属于“持续式”聚集的非常规天然气。

所谓页岩气( Shale Gas) 系指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙,使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因和/ 或热解成因天然气。

页岩气系统具有典型的自生自储特性。

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。

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%）。