页岩气吸附作用研究进展

第 ２ ６卷
第 １期
录 并 工 程
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研 究与探 讨 ・
页岩吸附与解吸 气量 实验研究
石文睿① 郭美瑜② 张建 平 ③ 冯 爱 国③ 赵 红 燕③ 叶 应 贵③ 石元会③
（ ① 长 江 大 学 地球 物理 与 石 油资 源 学院 ； ② 香 港 中文 大 学 ； ③ 中石 化 江 汉石 油工 程 有 限 公 司测 录 井 公 司 ）
０ 引 言
页 岩气 是 一 种非 常 高效 的新 型清 洁 能 源 ， 主 要 以游 离气 和 吸附气 形 式 存 在 于 富含 有 机 质 页岩 中 ，
ｌ 页 岩 气 吸 附 与 解 吸 气 量
黏 土矿 物 颗 粒 、 有 机质 颗 粒及 孔 隙 表 面 分子 与 其 内部分 子受 力有 差异 ， 存在 剩余 表 面力场 ， 从 而形 成表 面势 能 ， 使 得气 体 分 子 在 细 小颗 粒 表 面 上 的浓 度增 大 ， 形 成 页 岩气 吸 附现 象 ｌ ＿ ４ ］ 。页 岩 气 解 吸是 吸 附 的逆过 程 ， 与煤 层 气 的 解 吸机 理 基 本 相 同 。在 页 岩层 中 ， 部 分 页岩气 通 常以 吸附状 态存在 ， 页岩表 面 分子 与 甲烷 分 子间 的作用 力表 现为 范德 华力 。当处 于运ห้องสมุดไป่ตู้动状 态 的气体分 子 因温度 及压 力等 条件 的变 化
有重 要意 义 。所 谓 页岩含 气量 ， 是指 每 吨 、 克或 单位 体 积 岩石 中所含 天然 气折算 到标 准温 度 （ ２ ５ ℃） 和标
导致 动能增 加 ， 以 至克 服 引 力 而脱 离 页岩 吸 附 成 为
游 离气 ， 即形 成 页 岩气 解 吸现 象 。页 岩 解 吸 气量 也

页岩气吸附特征
页岩气吸附特征是指页岩中天然气分子与岩石表面之间的相互作用。

页岩气藏中的天然气主要以吸附态存在于页岩基质孔隙中，因此了解页岩气的吸附特征对于页岩气勘探和开发具有重要意义。

根据研究，页岩气的吸附特征主要受以下因素影响：页岩矿物成分、孔隙结构、温度、压力等。

其中，页岩矿物成分对天然气吸附能力的影响最为显著。

例如，富含有机质的页岩具有较高的吸附能力。

此外，孔隙结构也会影响天然气在页岩中的吸附行为。

一般来说，较大的孔隙尺寸有利于天然气的吸附。

了解页岩气的吸附特征有助于更好地预测和评估页岩气藏的开发潜力。

目前，研究人员正在通过各种实验手段来深入研究页岩气的吸附特性，以期为页岩气勘探和开发提供更有力的支持。

１ 全球页岩气研究进展
从全世界 范 围 看，泥、页 岩 约 占 全 部 沉 积 岩 的 ６０％，页 岩 气 资 源 前 景 巨 大，主 要 分 布 在 北 美、中 亚 和中 国、拉 美、中 东 和 北 非、前 苏 联［５－７］。２００５ 年 ＲＨＳ统计 全 球 页 岩 气 资 源 量 约 为 ４５６ 万 亿 ｍ３，主 要分布在北美、亚洲、欧洲 和 非 洲，２０１１ 年 ４ 月 美 国 能源信息署（ＥＩＡ）发 布 了 “世 界 页 岩 气 资 源 初 步 评
第２８卷第１０期 地 质 与 矿 产 ２０１２年１０月
地埋 藏 较 浅 的 古 近 系 等，泥 页 岩 累 计 厚 度 在 ５０～ ２ ０００ｍ，平均有机碳含量为 １．０％ ～２．０％，局 部 平 均值 可 达 ４．０％ 以 上，对 应 有 机 质 成 熟 度 变 化 较 大 。 ［２３，２４］
１．１ 美 洲
页岩 气 的 研 究 开 始 于 美 国，美 国 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 。 到 １９２６ 年 时 ，发 现 的 东 肯 塔 基 和 西 弗 吉 尼 亚 气 田 （泥 盆 纪 页 岩 ）已 成 为 当 时 世 界 上 最 大 的天然气 田。１９７６ 年 美 国 能 源 部 启 动 了 东 部 页 岩 气 项 目 ，对 页 岩 气 地 质 、地 球 化 学 和 石 油 工 程 开 始 进 行系统研究，分别发现了 Ｍｉｃｈｉｇａｎ盆地泥盆纪 Ａｎｔ －ｒｉｍ 页岩、Ａｐｐａｌａｃｈｉａｎ盆地泥盆纪 Ｏｈｉｏ页岩、Ｉｌｌｉ －ｎｏｉｓ 盆 地 的 泥 盆 纪 Ｎｅｗ Ａｌｂａｎｙ 页 岩、Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔｈ盆地密西西比纪 Ｂａｒｎｅｔｔ页岩和 Ｓａｎ Ｊｕａｎ盆 地白垩纪 Ｌｅｗｉｓ页 岩 等 ５ 大 页 岩 气 系 统。 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 ，并 不 断 地 发 现 新 的 页 岩 气 田 ，随 后 的 页 岩 气勘探和研究迅速 向 其 他 地 区 扩 展，页 岩 气 研 究 开 始全面开展 。 ［１２］

页岩气吸附规律研究孔德涛;宁正福;杨峰;徐大喜【摘要】页岩的吸附解吸行为是页岩气藏含气量评价和高效开发的基础.利用自主研发的页岩气高温高压吸附实验装置,对四份鄂尔多斯盆地南部延长组页岩样品进行了高温高压吸附实验,得到了四份样品65℃下、最高压力达25 MPa的吸附等温线.采用修正的朗格缪尔(Langmair)模型对吸附等温线进行拟合,并对拟合结果进行分析.研究表明:页岩样品具有较高的吸附气能力,饱和吸附量为0.04～0.14 mmoL/g.采用修正的朗格缪尔模型可以较好地拟合页岩高压吸附等温线,拟合系数达0.99以上.页岩有机碳含量与吸附气量具有正相关性,有机碳含量越高,吸附气量越大.未发现黏土含量与吸附气量的关系.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)006【总页数】5页(P108-111,117)【关键词】页岩气;高压吸附;吸附等温线;朗格缪尔模型【作者】孔德涛;宁正福;杨峰;徐大喜【作者单位】石油工程教育部重点实验室(中国石油大学),北京102249;石油工程教育部重点实验室(中国石油大学),北京102249;石油工程教育部重点实验室(中国石油大学),北京102249;中国石油长庆油田第四采气厂,乌审旗017300【正文语种】中文【中图分类】TE122页岩气是一种资源潜力巨大的非常规油气资源。

近年来，由于能源供应的紧张形势和能源价格的快速增长，页岩气日益受到世界各国的高度重视［1—4］。

美国和加拿大已经实现了页岩气的商业性开发，而我国页岩气的研究仍处于起步阶段。

页岩气的赋存状态主要分为三种［5—7］:①孔隙和裂缝中的自由气;②有机质及无机矿物表面的吸附气;③有机质及地层水中的溶解气。

吸附气是页岩气藏非常重要的成藏机理，统计研究表明，页岩气藏中吸附气的含量在20% ～80%［8—13］。

页岩气吸附机理的研究对原地气量的评估及其有效开发都具有十分重要的意义。

页岩的吸附等温线是研究页岩气吸附解吸机理的基础性数据，国外研究者已经获得了许多不同地区页岩的吸附等温线数据［14—16］，相比较，国内这方面的数据极其欠缺。