柴达木盆地北缘中侏罗统大煤沟组泥页岩吸附特征及其影响因素

页岩中吸附气含量是页岩总含气量中的重要组成部分.页岩吸附特性及其影响因素研究对于预测页岩总含气量及评价页岩气资源潜力具有重要的意义.柴达木盆地北缘侏罗系大煤沟组为一套湖相暗色泥页岩,分布广泛,有机碳含量高,已钻探获得页岩气发现.为研究这套泥页岩的吸附特征和影响因素,选取包括柴页１井岩心在内的４０件泥页岩样品进行了有机地球化学、储层性能、岩石矿物学和含气量等一系列实验测试,分析了泥页岩有机碳含量等参数对吸附能力的影响.结果表明研究区大煤沟组泥页岩最大甲吸附气含量随压力增大而吸附能力逐渐增强,至一定程度达到饱和后不再增加;泥页岩中的有机碳、氯仿沥青“A”和黏土矿物可有效吸附和溶解甲烷,对吸附能力产生积极影响;在页岩热演化程度总体偏低的情况下,液态烃和可溶有机质大量存在并占据孔隙空间从而降低了泥页岩的比表面积,对其吸附能力产生消极影响.      

页岩黏土矿物CH_4/CO_2吸附规律的分子模拟

CH4和CO2在页岩黏土矿物中的吸附行为对页岩气的开采和CO2的封存具有重要意义。选取黏土矿物的主要成分蒙脱石为研究对象,构建层状裂缝型孔隙的分子模型,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法和分子动力学(MD)方法,在不同压力、不同温度条件下,研究不同狭缝孔隙宽度CH4和CO2气体的吸附行为,同时分析离子交换结构对吸附的影响。结果表明:CH4吸附符合Langmuir吸附规律,可以采用Langmuir方程进行拟合。随着温度的升高两种气体吸附量减小,随着压力的增大而增大;蒙脱石的离子交换结构对CH4的吸附影响较小,但促进对CO2的吸附;不同的狭缝孔隙宽度对应CH4和CO2的赋存状态不同,蒙脱石的离子交换结构影响CO2的赋存状态;平均作用势说明吸附层中分子间结合能力大于游离层,吸附态是CH4和CO2在蒙脱石狭缝中的主要赋存形式之一。基于CH4和CO2在页岩黏土矿物中的吸附规律,可为页岩气的勘探开发提供依据。     

考虑多组分吸附的页岩气储量计算方法

储层中的页岩气通常不只含有单一组分的甲烷,为此在储量计算时,需要考虑多组分气体的吸附解吸。以体积守恒原理为基础,运用Bangham变形理论及扩展的Langmuir吸附模型,推导了多组分吸附的页岩气藏物质平衡方程,采用线性化处理,从而得到了页岩气动态储量计算方法。计算结果表明,多组分吸附对页岩气储量计算影响较大,只考虑单组分甲烷吸附时计算的页岩气储量与使用扩展的Langmuir吸附模型计算的页岩气储量相差近20%;原始气中甲烷浓度越高,吸附相密度越低,总吸附量降低,动态储量升高;压力越高,吸附相的视孔隙度大;压力降低,页岩基质变形程度增加。      

陆相沉积盆地泥页岩含气量影响因素探讨—以潍北凹陷为例

页岩气以游离态和吸附态赋存于泥页岩中,泥页岩含气量的多少是页岩气资源潜力评价的重要指标,也是勘查开发过程中最重要的制约因素。该文利用潍北凹陷大量实测数据,分别建立泥页岩含气量与有机地化参数、储集物性参数、矿物成分等相关关系图,探讨各参数与泥页岩含气量的相关性和影响因素。研究表明:含气量与有机碳含量相关性最好,相关强度达到中等正相关;孔隙度与含气量无相关关系;岩石密度与含气量、有机碳含量均具有中等程度的负相关。提出了间接获取泥页岩含气量的方法和手段,为准确地评价页岩气资源潜力提供依据。     

鄂尔多斯盆地三叠系陆相页岩含气性及页岩气赋存状态

鄂尔多斯盆地三叠系陆相页岩具有高黏土矿物质量分数(41.4%)、高有机碳质量分数(3.0%~7.0%)、低热演化程度(0.5%~1.4%)、低孔隙度(1.0%~3.0%)、低渗透率(低于0.05×10-3μm2)和强非均质性等特点,页岩含气性及页岩气赋存状态成为资源评价的关键。基于页岩生气模拟实验,获得研究区页岩生气过程、天然气累计转化率及生气总量;基于甲烷等温吸附实验及现场解析实验,完成页岩对甲烷的吸附能力及页岩气总含气量测试。结果表明,鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩生气时期为距今130~90Ma,生气高峰期为距今100Ma,CH4及C2~C5的累计转化率分别为35%及71%,烃类气体总产率为53.5mL/gTOC,页岩总生气量在1.23~4.01m3/t之间,平均可达2.30m3/t,页岩对甲烷的吸附能力在1.04~3.20m3/t之间,平均为1.96m3/t,现场解析气(不含损失气)含量在1.20~1.90m3/t之间,平均为1.61m3/t。研究区页岩气以吸附态为主,含少量游离态及溶解态天然气,页岩总含气量为1.96~2.30m3/t。     

莱阳盆地水南组含气性研究

以山东莱阳盆地莱阳群水南组为研究对象,通过分析水南组岩性特征和沉积环境,发现水南组利于页岩气的形成。对水南组有机地化样品分析研究,有机碳含量介于0.62%~23.00%之间、镜质体反射率介于0.62%~2.14%之间、干酪根类型以Ⅰ,Ⅱ型为主;认为水南组具备页岩气形成的物质基础和地质条件。利用水南组泥页岩的试验测试数据,探讨了水南组泥页岩的游离气含量、吸附气含量和溶解气含量特征及变化规律,获得水南组泥页岩总含气量为1.538m~3/t,以游离气含量(占57%)为主,吸附气含量次之,揭示了莱阳盆地水南组页岩气具有一定勘查潜力。     

页岩气资源潜力评价的几个关键问题讨论

综合国内外的页岩气研究现状,认为页岩气是未来重要的补充能源,但其发展尚需要大量的工作;中国学者对页岩气的概念和资源评价方法的认识逐渐趋向于统一,关注的泥页岩评价指标主要是总有机碳、成熟度、连续厚度和泥页岩中脆性矿物含量.在对页岩气的定义进行限定的基础上,提出了含气泥页岩层段和泥页岩含气系统的概念,应用这种概念更有利于页岩气的资源评价和开发.除了常规的泥页岩评价指标外,应对泥页岩层段和系统中顶、底板的研究给予高度重视;提出了顶、底板主要特征,特别是不渗透岩层能封堵泥页岩中形成的天然气.在页岩气资源量计算中,应考虑到烃源岩纵横向上的非均质性,应用权重系数考虑不同厚度烃源岩的有机质丰度参数;同时,提出了一种新的泥页岩含气系统纵向单元精细划分方法.由于国内对页岩气中吸附气和游离气的测试方法尚不统一,对同一样品测试结果相差较大,缺乏相应的分析测试标准,因此提出了按照泥页岩总有机碳含量及氢指数确定含气量的方法;该方法尽管结果不一定很精确,但对于目前测试数据误差较大或缺乏的情况,能提供重要参考.页岩气资源评价总体上应兼顾评价方法的科学性、合理性、可靠性和可操作性;依据勘探程度选择评价方法,分类评价与分级评价相统一.最后,建议采用镜质体反射率与总有机碳的乘积和开采系数的关系图,来预测开采系数.     

页岩气稳定碳同位素组成特征及应用前景

页岩气作为一种自生自储的非常规天然气,其稳定碳同位素组成可能具有与常规天然气不同的特征。综述了页岩气碳
同位素特征和应用方面的最新研究,包括高成熟页岩中存在天然气的甲烷碳同位素组成(δ13C1)大于乙烷碳同位素组成(δ13C2)
的“反序”现象及其成因;在页岩气生产或现场解吸过程中,δ13C1 随时间增加而逐渐变重现象和页岩气稳定碳同位素参数在判别
页岩气成因类型、预测页岩气的产能以及吸附气与游离气相对含量和判断页岩储集物性等方面的应用。认为进一步开展页岩气
稳定碳同位素组成特征、碳同位素变化与吸附气和游离气相对含量的关系和开采或现场解吸过程中同位素变重程度与页岩储集
物性的关系等方面的研究,建立起相应的预测模型,对有效指导页岩气勘探开发具有重要意义。      

川南地区龙马溪页岩气体滑脱效应实验研究

针对页岩储层气体滑脱效应特征及其影响机制不清问题，选取四川盆地长宁地区志留系龙马溪组页岩样品，开展了低温氮气吸附孔隙结构表征实验，并利用非稳态脉冲衰竭方法测量了不同围压下氦气、氮气在页岩岩心上的气体渗透率，分析了平均孔隙压力、气体类型、围压对滑脱效应的影响，建立了滑脱因子的预测关系式。结果表明:压力低于2.5 MPa时，页岩气体滑脱效应不能忽略。由于“分子筛效应”的影响，页岩克氏渗透率与测试流体介质类型有关，以氦气为流动介质测试得到的克氏渗透率大于以氮气为流动介质的测试结果。滑脱效应与气体类型有关，龙马溪组页岩的氦气滑脱因子约为氮气滑脱因子的1.7倍。利用滑脱因子计算得到围压为10~40 MPa时，氦气在页岩上的有效渗流孔径为113~166 nm，氮气的有效渗流孔径为66~99 nm，均远大于液氮吸附法测试的平均孔径。建立了龙马溪组页岩气体滑脱因子与克氏渗透率的幂函数关系，为页岩气流动模型的建立提供了基础。      

北京地区中元古界下马岭组页岩气形成条件

以野外露头与地热井的岩屑样品为基础,以岩石学、有机地球化学和储层物性实验测试分析为手段,对北京地区中元古
界下马岭组页岩进行了页岩气形成条件研究。结果表明,中元古界下马岭组页岩分布广泛,沉积厚度大,有机碳含量高,有机质类
型好,以Ⅱ型为主、兼有少量的Ⅰ型,具有良好的页岩气形成条件。中元古界下马岭组页岩矿物组成主要为石英和黏土矿物,石英
平均质量分数为60%,黏土矿物平均质量分数为31.5%,黏土矿物中伊利石含量最高,占黏土矿物总组成的77.54%;页岩中微孔
隙与微裂缝发育,具备良好的页岩气赋存条件,等温吸附实验也证明了这一点。北京地区经历了多期构造变动,但页岩气藏具有
较强的抗构造破坏能力,使得研究区具有较好的页岩气保存条件。总体认为北京地区中元古界下马岭组是较理想的页岩气勘探
目的层系。      

山东省上古生界页岩气资源潜力评价

以山东省上古生界海陆过渡相富有机质泥页岩为研究对象,对泥页岩的沉积环境、厚度及分布、有机质类型及含量、有机质演化程度等资料进行分析,认为石炭-二叠纪山西组和太原组泥页岩发育厚度大而稳定,有机质类型以Ⅲ型为主,镜质体反射率一般在0.7%~1.7%之间,有机碳含量一般在1.5%~9.0%之间,是页岩气主要富集层位。以含气量不小于0.5m3/t、镜质体反射率不小于0.5%、有机碳含量平均不小于2.0%等为资源量评价标准,建立有机碳含量与含气量关系模型,估算山东省上古生界页岩气潜在地质资源总量为5 736.75×108 m~3,明确了具有勘查价值的区域有鲁西南含煤区、黄河北含煤区、阳谷-茌平含煤区和临清坳陷,为山东省上古生界页岩气下一步勘查指明了方向。     

渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层特征及甲烷吸附能力——以渝科1井和酉科1井为例

为探究渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层特征及甲烷吸附能力,对渝科1井和酉科1井钻遇的牛蹄塘组富有机质页岩进行采样;根据场发射扫描电镜的观察结果,以及全岩X线衍射矿物、有机碳质量分数、有机质成熟度、比表面积和孔径等测试结果,分析页岩的储层特征;采用CH4等温吸附法测定页岩甲烷吸附饱和吸附量并讨论其主控因素,采用NLDFT法和BJH法计算页岩孔隙体积.实验测试结果表明:牛蹄塘组页岩硅质矿物质量分数平均为54.60%,黏土矿物质量分数平均为34.80%,主要为伊利石,有机碳质量分数平均为2.46%,等效镜质体反射率平均为3.12%.在页岩孔隙体积(0.614~400.000nm)中,中孔体积占61.7%,微孔体积占23.4%,微孔体积贡献主要的比表面积.微孔和宏孔主要存在于有机质,有机碳质量分数是影响页岩甲烷吸附能力的最主要因素.有机质成熟度大于2.7%以后,有机质中微孔体积、中孔体积和宏孔体积的比例相对稳定,对页岩甲烷吸附能力影响不大.硅质矿物质量分数的增加在一定程度上减弱页岩对甲烷的吸附能力.有机组分对渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩吸附能力的评价至关重要,同时也应考虑无机矿物对页岩储层开发的影响.     

湘西北页岩气牛蹄塘组和龙马溪组成藏特征对比

收集湘西北地区牛蹄塘组和龙马溪组两地层相关成藏特征、有利条件等评价指标或参数,通过对比分析得出湘西北地区页岩厚度大、总有机碳和成熟度高、生烃能力强和孔隙等储集能力好等特点,显示在区域还原环境的缺氧沉积环境下,大量海洋生物在盆地堆积并保留下来,形成可观的页岩气藏,因此推测该区具备良好的页岩气勘探潜力。牛蹄塘组页岩厚度远大于龙马溪组页岩,总有机碳含量、有机质成熟度、含气量等页岩气评价参数均优于龙马溪组,表明牛蹄塘组热演化程度更高,生烃能力和储集条件更好,牛蹄塘组页岩层将是湘西北地区页岩气勘探开发的重点。     

页岩气成藏主控因素与成藏模式研究:以渝东南地区五峰组-龙马溪组为例

渝东南地区地处四川盆地东南缘,前人研究表明其五峰组-龙马溪组具有较好的页岩气成藏地质条件,但对其页岩气成藏的主控地质因素不同学者有不同的认识,对其成藏模式则少见报道。通过对该地区3口单井的储层有机地球化学资料、物性测试资料及现场解吸含气量数据进行了分析,发现储层的含气量跟储层物性之间没有明显的相关性,而主要与总有机碳含量呈良好的正相关关系,表明总有机碳含量是该地区五峰组-龙马溪组页岩气富集成藏最关键的控制因素。通过该地区某三维地震工区叠后流体检测与裂缝预测技术,发现平缓构造区的页岩气聚集主要呈顺层分布,并主要聚集在五峰组和龙马溪组中下部总有机碳含量较高的部位,与裂缝发育之间没有明显的相关性;但在靠近背斜轴部、应力集中的地区,裂缝发育与页岩气藏的分布具有较好的吻合性。最后提出渝东南地区五峰组-龙马溪组具有3种成藏模式类型,即:原地型成藏模式、裂缝型成藏模式及原地-裂缝型成藏模式。      

川东南地区志留系龙马溪组页岩孔隙结构特征

页岩储层的孔隙结构对页岩气资源评价和勘探开发具有重要意义。通过高压压汞法、低压氮气吸附法、氩离子抛光-场发射扫描电镜对川东南龙马溪组页岩微观孔隙结构特征进行了深入的研究,分析了微观孔隙发育影响因素。研究表明,页岩排驱压力比较高,孔隙分选差,退汞率极低,说明孔隙与喉道非常不均一;页岩比表面积为12.330~29.822 m2/g,平均为20.132m2/g;孔体积为0.015 9~0.094 7cm3/g,平均为0.044 5cm3/g;平均孔径为3.484~12.473nm,平均为7.400nm;主体孔隙为中孔,存在一部分的微孔和大孔,氮气吸附-脱附曲线表明孔隙形态以墨水瓶形孔和狭缝状孔为主。孔隙类型可分为有机质孔、原生残余孔、次生溶蚀孔、黄铁矿晶间孔、黏土矿物晶间孔、裂缝6种类型,其中原生残余孔、次生溶蚀孔可达微米级。有机碳含量、石英含量、黏土矿物含量、热演化程度均会影响微观孔隙发育,比表面积和孔体积随有机碳、石英含量的增加而增加;而随黏土矿物含量的增加,比表面积、孔体积呈减小趋势;适宜的热演化程度是纳米级孔隙发育的重要影响因素。      

基于格子理论模型页岩储层气-固吸附分子动力学分析

利用格子理论模型探讨了甲烷在页岩中的吸附特征。该模型基于不同假设可发生一定转变,利用该理论预测甲烷吸附量的精度较高,绝对误差小于0.004 2mmol/g,预测精度随着温度的升高而略升;模型中确定的理论单层饱和吸附密度Г₀及吸附质分子与微孔表面之间的接触势能ε_s等参数可用来指示温压对甲烷吸附特征的影响及页岩中纳米级微孔发育程度。随着温度的升高|ε_s|减小,|ε_s|与温度间的变化近乎线性;Г₀<Г_max,Г₀可以大体表征分子吸附状态,甲烷在页岩中吸附的Г₀和|ε_s|值比富含纳米级微孔的多孔活性炭小得多。同时讨论了所定义参数Y与X之间的线性关系,进而对微孔中吸附质分子间平均作用势ε_a进行了估算,结果表明|ε_a|<|ε_s|;在测试温压范围内,随着温度的升高|ε_a|先升高后降低;温度较低时ε_s/ε_a倍率较大(7.05倍),随着温度升高,该倍率减小并逐渐趋于稳定(平均约3.37倍)。利用该理论对不同地区及不同类型页岩在更宽尺度温压范围内对页岩微观结构表征或真实含气量关系研究具参考价值。      

桂中坳陷西北部下石炭统岩关组泥页岩储层特征研究:以环页１井为例

桂中坳陷西北部地区下石炭统岩关组泥页岩沉积厚度大，生烃条件好，是页岩气勘探重要的目 标 层 之 一。以 环 页１井为例，通过镜下观察、有机地球化学分析、矿物含量分析、物性分析和等温吸附实验，分析了岩关组泥页岩的有机地球化学特征、岩石矿物学特征、储集特征和含气性特征。结果表明，岩关组泥页岩有机质类型属于Ⅰ～Ⅱ１ 型，总有机碳质量分数平均为１．３４％，热演化程度（Ｒｏ）较高，平均达３．０３％。矿物成分以石英、方解石和黏土矿物为主，具有高石英、低黏土矿物、低碳酸盐矿物的组成特征，脆性矿物含量高，黏土矿物以伊利石为主，已进入中成岩 Ｂ期。泥页岩主要发育黏土矿物层间孔、有机质孔及微裂缝，具 有良好的储、渗条件。泥页岩具有低孔低渗的特征，ｗ（ＴＯＣ）、石英含量和孔隙度三者之间存在着良好的正相关性，碳酸盐矿物成分的增多导致孔隙度降低，增多的伊利石和高岭石对孔隙度有贡献作用。甲烷吸附气含量平均为１．１６ｍ３／ｔ，泥页岩甲烷吸附量 随着孔隙度的增加而增加，ｗ（ＴＯＣ）和Ｒｏ 共同影响着泥页岩的吸附能力，过高的成熟度降低了泥页岩的吸附能力。      

考虑吸附相体积的页岩气储量计算方法

页岩气赋存于发育大量天然微裂缝的页岩中,主要以吸附态和游离态2种形式存在。准确评价裂缝中自由气量对于页岩气井开采的早期评价具有明显的实用价值。从物质平衡原理出发,运用Langmuir吸附模型、Bangham固体变形理论,同时考虑基质孔隙体积和裂缝孔隙体积随地层压力的变化,以及吸附气所占体积对储量的影响,推导出了修正吸附相所占体积的页岩气藏物质平衡方程,并给出了线性化方法。计算结果表明,考虑了吸附气所占孔隙体积后,基质中自由气量比不考虑吸附相体积时减小,且吸附气量减小,裂缝中自由气量相对增加,总储量减小,使得计算模型更符合实际,计算结果更为准确。      

中国西北地区页岩气形成地质条件分析

长期以来,对西北地区盆地常规石油勘探已经取得了巨大突破,但页岩气的勘探仍处于起步阶段。页岩气具有自身的
成藏机理,需要特殊的地质条件。通过分析我国西北地区塔里木盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地、银-额盆地和焉耆盆
地页岩分布情况、厚度、面积、总有机碳含量、热演化程度、有机质类型、矿物岩石成分等因素,认为中国西北地区页岩分布面积广
泛、厚度大,许多盆地或地区页岩有机碳含量高、热演化程度高、有机质类型好,具备页岩气大规模成藏的地质条件。其中吐哈盆
地页岩与塔里木盆地页岩中黏土矿物含量低,石英等脆性矿物含量高,易受外力作用影响形成天然裂缝与诱导裂缝网络结构,有
利于页岩气开采。与美国产气页岩的各项指标比较发现,塔里木盆地与准噶尔盆地古生界海相及海陆交互相页岩厚度大、脆性矿
物种类多且含量高,但有机质丰度较美国海相产气页岩低,且热演化程度高(大部分处于高-过成熟热解气阶段)。与埋深超过
3000m的古生界过成熟(Ro 为0.51%~3%)页岩和浅埋深但有机碳含量偏低(普遍小于2%)的新生界陆相页岩相比,中生界湖
相和湖-沼相高有机碳含量(最高值达15.6%)页岩更具有勘探价值。      

沁水盆地古县区块煤系泥页岩储层特征研究

文章通过地球化学分析、X射线衍射(XRD)、薄片分析、扫描电镜、压汞实验和等温吸附等多种实验分析方法,对沁水盆地古县区块煤系泥页岩储层特征进行了研究。研究结果表明:古县地区煤系泥页岩累计厚度较大,而单层厚度较小,一般小于30m,页岩层最大埋深在800-1100m之间,埋深较浅。有机碳(TOC)含量较高,介于0.14%-31.66%之间,平均为2.58%;有机质成熟度R介于1.32%-2.89%之间,平均为2.05%,处于热裂0解生凝析油阶段或生干气阶段;脆性矿物含量较丰富,介于36.20%-71.97%之间,平均为46.90%;多种孔隙类型3 3发育;页岩气总含气量介于0.43-1.04m~3/之间,平均为0.75m~3/t,含气饱和度较低。综合研究认为,页岩有一定的储集条件,具有一定的页岩气勘探前景,但本区泥页岩埋深较浅,含气饱和度较低。