页岩气的赋存形式研究及其石油地质意义

页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存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。综述了页岩气的赋存形式及其影响因素,包括页岩气成因、页岩的物质组成(有机碳含量、矿物成分、岩石含水量)、岩石结构(孔隙度、渗透率)和温度、压力等。认识影响不同形式页岩气赋存量的地质因素,有助于利用容积法评估页岩气地质储量的水平,因为游离态页岩气的含量取决于页岩的有效孔隙度和含气饱和度,而吸附态页岩气的含量则受页岩的气体吸附能力影响。认为发展页岩孔隙结构表征技术,研究页岩气在粘土矿物表面和纳米孔隙中的吸附行为,可以进一步了解不同地质条件下页岩气的赋存形式,并为页岩气的资源评价提供更为准确的参数,因此它们将是页岩气下一步研究的重点之一。     

页岩储层吸附机理及其影响因素研究现状

页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于暗色泥页岩中的天然气,其吸附态是页岩气的主要赋存状态之一。据统计北美页岩吸附气含量可能至少占页岩气总量的40%,页岩吸附气含量是预测页岩储层产能的关键参数之一。页岩气吸附机理和影响因素的论述,得出：目前对页岩热成熟度、矿物成分和深度等因素研究相对薄弱。国内大多研究还停留在地质资料的宏观对比上,对于页岩气吸附的微观机理研究也还相对薄弱,通过对应加强研究并建立适合我国页岩气地质储量的评估标准,指导页岩气勘探开发。     

页岩的甲烷吸附能力影响因素综述

页岩的吸附作用对页岩气资源量的评价和开采具有重要的影响。通过对页岩的甲烷吸附实验影响因素的分析总结,提出目前存在的一些问题和可能的解决方法。研究认为:(1)有机质特征、纳米孔隙结构、无机矿物组成、温度、压力、含水率等对页岩的甲烷吸附能力均有一定程度的影响,其中孔隙结构是决定页岩吸附能力最根本的因素,而温度和压力则是通过改变甲烷的吸附-解吸平衡,来影响页岩的甲烷吸附能力;(2)无机矿物组成由于受沉积环境和成岩作用等的影响,它与页岩的甲烷吸附量之间关系复杂;(3)现阶段页岩吸附能力的研究还存在诸多问题,例如,实验方法不够精确所造成的孔隙结构误差、含水率变化对页岩吸附能力的影响的研究还不完整、页岩气中其他组分对页岩吸附能力的贡献程度尚不明确,这些都需要更精确、更先进的实验和分子模拟等技术去解决。     

页岩气开采的相关实验、模型和环境效应

页岩气是一种重要的非常规天然气资源,正在改变世界能源、经济和政治格局。渗透率是评价页岩气藏商业开采可行性的重要参数之一,由于页岩的致密性,页岩气的流动机理不同于常规气藏,因此,页岩储层渗透率测试和页岩气流动模型已成为当前国际研究的热点课题之一。在对页岩气开采技术简单介绍的基础上,综述了页岩储层渗透率测试的试验和理论研究现状,分析了气体吸附对页岩渗透率的影响。阐述了页岩气流动模型的最新进展,分析了双重孔隙模型描述气体迁移的准确性,提出了描述均匀储层中页岩气解吸-扩散-渗流多级运移模型。评述了页岩气开采的温室效应和对地下水的影响,并简单介绍了适合页岩气开采的新技术即无水压裂开采技术,即采用CO2对页岩气藏分段压裂,同时将CO2埋存于废弃井中。最后,对页岩储层渗透率测试和页岩气流动模型研究的新发展以及无水压裂技术进行了展望。     

基于NLDFT模型的渝东五峰组页岩孔隙结构特征及其储气意义

页岩储层微观孔隙结构特征的研究对页岩气的资源评价和成藏机理研究均具有重要的意义。前人在研究页岩的孔隙特征时常采用针对不同孔径范围孔隙特征的表征方法和模型的简单拼接,但上述不同方法拼接使用对页岩在整体孔径范围内的孔径分布特征的刻画不够准确。本文选取10个渝东石柱地区五峰组页岩作为研究对象,测定了其总有机碳(TOC)及矿物组成,并对比了二氧化碳-氮气吸附的非限定域(NLDFT)模型及限定域(DFT)模型的比表面积、孔体积等参数,探讨了页岩的孔隙结构及其对页岩气储存方面的意义。结果表明,页岩脆性矿物含量很高,脆性指数介于0.52~0.88之间,平均为0.71,页岩具有良好的可压裂性。微孔提供了用于吸附页岩气的最主要的比表面积,其比表面积为18.27 m2/g,占总比表面积的81.61%,是页岩气的最重要的吸附场所;介孔及宏孔的平均孔体积为22.51×10–3 cm3/g,占了总孔体积的81.48%,是游离态页岩气的重要储存空间。渝东石柱地区页岩吸附气含量要比先前评价中的含量有着很大比例的升高,游离气的含量比先前评价中的含量要略高一些。     

中国页岩气地质调查评价研究现状与存在问题

美国页岩气大规模商业性开发促进了中国页岩气地质调查评价和研究工作的开展.经过近10年的探索实践,认识到中国页岩气地质条件复杂,地质理论和开发技术有待突破.从中国富有机质页岩特征及分布规律、生气机理与富集规律、页岩气储层物性及微结构、保存条件、资源评价与选区评价等方面对目前中国页岩气地质理论研究进展进行了综述分析,讨论了中国在页岩气地质理论研究中存在的问题,并对今后中国页岩气地质研究工作进行了展望.认为沉积、构造对页岩层段分布规律的控制作用研究需加强,页岩气吸附机理的理论认识需深入,微结构定性定量测试分析技术需提高,评价现今页岩气保存条件的指标体系需建立,选区参数体系和标准需进一步完善.     

煤层气与页岩气吸附差异性分析

查明页岩气与煤层气的吸附差异对指导其勘探开发具有重要意义。通过测试不同成熟度和有机质(TOC)的煤与页岩的等温吸附曲线,结果表明:TOC含量是影响页岩吸附的主要因素,成熟度相当的煤与页岩相比,煤的吸附量远远大于页岩,主要是由于成藏特征、物质组成和孔隙结构不同造成的;页岩吸附过程中出现的异常吸附可能有其他的吸附理论支撑。      

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。     

湘中涟源凹陷下二叠统梁山组页岩气勘探前景

基于涟源凹陷二叠系梁山组泥页岩野外露头、钻井等资料,通过有机地化分析测试、X-衍射分析、扫描电镜观察、等温吸附等实验测试分析,系统研究了梁山组泥页岩的地质及地化特征、矿物组成、孔隙结构及吸附性能等。研究结果表明,梁山组有效泥页岩单层厚度为6.15～35.18m;有机质丰度较高,多数大于1%,平均为1.77%;有机质类型主要为I型,岩石热解峰温Tmax(450～533℃)和镜质体反射率(1.51%～1.83%)表明泥页岩属于高成熟阶段富有机质泥页岩。泥页岩矿物组成以石英为主,黏土矿物含量次之,黏土矿物以伊利石为主,有利于改善泥页岩储集性能。孔隙类型多样,有机质孔、粒间孔、粒内孔及微裂缝为页岩气赋存提供空间。页岩吸附气含量达0.65m3/t,具有一定的气体吸附能力。总体上梁山组泥页岩在涟源凹陷普遍发育且规模较大,特别是向斜区南部是页岩气有利勘探区。     

川东南地区龙马溪组页岩孔隙结构全孔径表征及其对含气性的控制

页岩气主要赋存于页岩孔隙中,研究页岩孔隙结构特征是深入认识页岩气富集机理的关键。通过CO2吸附、N2吸附、CH4等温吸附和高压压汞实验,对川东南地区龙马溪组页岩的孔隙结构进行了全孔径表征,并阐明了孔隙结构对页岩含气性的控制作用。页岩的微孔(＜2.0 nm)、中孔(2.0~50.0 nm)和宏孔(＞50.0 nm)都十分发育,且分布特征变化较大。在孔体积方面,中孔提供的孔体积最多,约40.8%,其次是微孔,约34.7%,宏孔的孔体积最少,只提供24.5%。在孔隙比表面积方面,微孔占有绝对优势,约提供76.87%,其次是中孔,约23.05%,宏孔只有0.07%。中孔和微孔提供了页岩中主要的孔体积,控制了游离气的含量。微孔的比表面积与CH4最大吸附量具有很好的正相关关系,且提供了页岩中主要的比表面积,控制了吸附气的含量。宏孔提供的孔体积和比表面积在页岩中不占优势,对吸附气和游离气含量的影响较弱,但可作为页岩气渗流的主要运移通道。因此,明确页岩的微孔、中孔和宏孔的分布特征,尤其是微孔对页岩中吸附气和游离气富集的贡献,对页岩气勘探与开发具有重要指导意义。     

地层温压条件下页岩储层的甲烷吸附能力

页岩气是赋存于泥页岩中的自生自储天然气,其赋存形式具有多样性,包括游离态、吸附态和少量的溶解态。其中吸附态是页岩气的主要赋存方式,占到页岩气总含量20%~85%。页岩吸附气含气量是计算页岩气资源量的关键性参数,是评价泥页岩是否具有开采价值的重要标准。国内外学者针对不同地区不同类型泥页岩做了大量的等温吸附实验,然而等温吸附实验只能开展恒定温度下的页岩吸附实验,不能研究任意温度下页岩气吸附能力。笔者选取渝东南地区4口井8个龙马溪组泥页岩样品开展气体(CH4、N2、CO2)吸附实验、有机碳含量分析、X-衍射岩矿分析、SEM扫描电镜实验,研究页岩吸附甲烷能力的主要控制因素。在高过成熟阶段,丰富的有机质发育大量的微孔隙,使得页岩对气体的吸附能力增加;在地下页岩储层含水条件下,黏土矿物主要吸附水,而有机质由于具有亲油气性,使得页岩气绝大部分吸附在页岩有机质表面,且有机质吸附甲烷等量吸附热远大于黏土矿物,因此页岩吸附甲烷最重要的内部控制因素是有机碳含量。甲烷等温吸附实验表明,随温度升高页岩吸附量显著降低,随压力增加,页岩吸附量增加,当压力达到一定值时,页岩吸附量不再随压力的增加而增加,最大甲烷吸附量随温度具有线性降低的趋势,且兰氏压力的对数与温度的倒数有很好的线性关系。基于兰氏方程,以甲烷等温吸附实验数据为基础,利用多元线性回归的方法,建立兰氏体积与w(TOC)、温度的关系及兰氏压力与温度的关系,带入兰氏方程,建立温度压力耦合控制下的扩展兰氏方程,进而计算地层温度压力条件下页岩储层吸附甲烷能力。结果表明:随深度增加,在温度压力耦合控制下,泥页岩吸附甲烷能力先增加后降低,800~1350m达到最大吸附能力;浅层压力对页岩吸附甲烷能力起主要作用,随深度的增加温度对页岩吸附甲烷能力控制作用增强;随w(TOC)增大,富有机质页岩吸附甲烷能力增加,达到最大吸附能力时的深度也随之增加。当页岩有机碳含量为1%时,页岩最大甲烷吸附量为1.6m3/t,当页岩有机碳含量为3%时,页岩最大甲烷吸附量为2.5m3/t,每增加2%的w(TOC)页岩最大吸附能力大约增加1 m3/t。     

鄂尔多斯盆地长7段泥页岩系孔隙特征及其演化规律

鄂尔多斯盆地延长组长7段泥页岩既是盆内优质烃源岩,又是有利的页岩气储层。页岩气储层孔隙特征和演化规律的研究,能够为分析页岩气储层储集性能、探讨页岩气赋存成藏过程和机理、预测页岩气"甜点区"提供指导。在总结国内外学者研究成果的基础上,采用氩离子抛光-场发射扫描电镜观察、高压压汞、气体吸附等分析测试方法,优化了前人对于页岩气储层孔隙的划分方案,将长7段泥页岩孔隙分为基质孔隙和裂缝孔隙两大类,进一步将基质孔隙分为粒间孔、粒内孔、晶间孔和有机质孔隙4个亚类;定性和定量地分析了研究区长7段泥页岩孔隙特征,孔隙形态复杂,以狭缝形和楔形为主,孔径分布范围宽泛(0.1~10 000nm),孔隙度为0.5%~6.6%,中孔(2~50nm)和宏孔(50nm)是孔隙度的主要贡献者;提出泥页岩岩相类型、成岩作用、生烃作用和构造作用是影响泥页岩孔隙发育及演化的4个主控因素,建立了鄂尔多斯盆地长7段泥页岩孔隙演化模式。     

四川盆地长宁—威远页岩气示范区下志留统龙马溪组泥页岩吸附特征及影响因素分析

针对四川盆地长宁—威远页岩气示范区志留系龙马溪组泥页岩吸附气量大(70%~80%)的特性,对该页岩气区11口井龙马溪组优质页岩段的岩心样品作X射线衍射分析、扫描电镜和等温吸附分析测试,结合大量泥页岩含气量实测数据,统计分析及评价表明:研究区地层因素中,生烃条件如总有机碳含量(0.17%~4.3%)、有机质类型(Ⅰ、Ⅱ1型)和成熟度(2.4%~3.0%),以及储层条件如矿物成分、孔隙体积(3%~6%)、孔隙结构(中孔为主)和湿度,主要是通过改变页岩气生成量和吸附活性表面的大小而产生影响;外部因素如温度和压力主要是通过改变气体分子的活化能和结合能而对泥页岩吸附能力产生一定的影响。     

页岩气藏多尺度微观传质机理研究

页岩气藏微-纳米孔隙发育,天然气以游离和吸附态富集,与常规气藏比较、天然气富集特征、气体传质过程等都更为复杂。页岩气藏经压裂改造后形成人工裂缝-天然裂缝-基质多尺度传质路径,其微观传质过程涉及多种方式,对页岩气藏多尺度微观传质机理的研究将有助于提高页岩气藏开采效率。调研认为,气体传质过程包括有机孔隙和无机孔隙中气体的流动,扩散-渗流模型应考虑吸附-解吸附、滑脱效应、Knudsen扩散以及无机孔隙含水等因素的影响;根据其成藏特点,建立不同孔隙类型、不同尺度孔隙通道条件下气体传质数学模型,可为页岩气藏的开发设计提供依据。     

鄂尔多斯盆地陆相页岩吸附规律研究

为了研究鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩的吸附能力,选取粒度为0.28~0.18mm(60~80目)的页岩样品,运用吸附等温测试实验研究了温度、压力、有机碳含量、含水饱和度对页岩吸附规律的影响,对比研究了不同气体在页岩上的吸附能力;运用Langmuir吸附模型拟合实验结果,探索了不同影响因素与拟合参数之间的相互关系。研究表明:吸附量随压力、有机碳含量的增加逐渐升高;随温度的升高而降低;在含水的情况下,气体的吸附量减小;不同气体的吸附能力大小依次为:CO2CH4N2。Langmuir吸附模型可以很好地描述测试压力范围内气体的吸附规律,根据拟合参数与温度、有机碳含量之间的线性关系,对Langmuir吸附模型进行了修正,预测出了不同深度、不同有机碳含量下的页岩气吸附量,验证了页岩气在高压下的"负吸附"现象。     

应用高温甲烷吸附实验研究川东北地区五峰组页岩甲烷吸附能力

页岩甲烷吸附能力是决定页岩气井开采方案的重要参数,对评估页岩气藏潜力意义重大。干酪根类型、总有机碳含量、矿物组成、成熟度和孔径等是影响页岩吸附性能的因素,但针对高温高压下过剩吸附现象对页岩甲烷吸附能力影响的研究还需开展进一步的探索。为揭示四川盆地东北地区五峰组页岩甲烷吸附能力,本文通过场发射扫描电镜、低温氮气吸附和高压甲烷吸附实验,研究了高温高压下页岩的甲烷吸附能力,并分析了页岩孔隙结构等对页岩吸附能力的影响。结果表明:①五峰组页岩孔隙结构非均质性强,发育有机孔隙、粒(晶)间孔隙、粒(晶)内孔隙和粒(晶)间溶孔等多种孔隙;②比表面积平均为19.1282m^2/g;孔体积平均为0.0195cm^3/g;孔径平均为5.2226nm;③修正后的饱和吸附气量为2.56m^3/t;④五峰组页岩甲烷吸附性能受控于比表面积、孔体积;有机质含量越大、有机质热演化程度越低,其甲烷吸附性能越强;⑤孔隙结构是影响页岩甲烷吸附能力的重要内因。同时指出低压条件下的实验吸附曲线不适合直接评价页岩甲烷吸附能力。     

页岩气容积法储量计算方法及实例应用

页岩气作为一种重要的非常规天然气资源,近年来受到越来越多的关注,页岩气的成因机理、赋存相态、分布特征等与常规天然气有着明显的区别,其特殊的气体蕴藏方式导致储量计算方法也有别于常规气藏。探讨页岩气藏的特殊性,其主要表现在气体具有双重赋存状态和成藏机理具有混合性等,在此基础上提出了在页岩气藏勘探开发初期计算地质储量的一种有效方法:容积法。页岩气特殊的蕴藏方式有游离气和吸附气两种,游离气储量按照常规天然气的方法来计算,吸附气储量则参考目前已有的相对成熟的煤层气地质储量计算方法。该计算方法在北美页岩气资产地质储量估算中得到成功应用。     

页岩气藏储层特征及开发机理综述

页岩气藏属于含有大量吸附态天然气的致密性气藏,相比常规气藏有其独特之处,为了更有效地开发页岩气藏,在综述国内外大量研究成果基础上,介绍并分析了页岩气藏的储集特征、孔渗特征及吸附-解吸规律解,页岩气微观运移方式、流态判断以及对产能的影响;指出页岩气与煤层气的解吸、微观运移特征有很大差异,因此,今后建立适合页岩气解吸的吸附模型、分析页岩气的微观运移机理、特征及影响产能的主控因素等问题值得进一步研究。     

温度对页岩吸附解吸的敏感性研究

页岩气的赋存方式主要是吸附,使吸附在页岩储层内表面的天然气解吸出来是提高页岩气井产量的最终目标。为了使吸附在页岩储层内的天然气完全地被采出来,提出了升温加速解吸的方法来提高页岩气采收率。通过室内吸附与解吸实验,对4块页岩岩心分别进行了不同温度下的等温吸附量与解吸量测定,分析影响页岩储层吸附量与解吸量的主要因素,研究提高储层温度来加速解吸页岩储层CH4吸附量的适应性。研究结果表明,页岩的吸附能力与页岩的有机碳含量和有机成熟度密切相关,随着页岩有机碳含量以及有机成熟度的提高,页岩的吸附能力增加。不同温度的吸附与解吸实验表明,温度越高,页岩的吸附能力越低,随着温度的升高,页岩气的解吸量增大。升温可以提高页岩气的解吸时间、解吸速度以及提高页岩气最终采收率。提高页岩储层温度进行加速解吸是一种提高页岩气产量的好方法,可以对页岩气藏开采和开发理论提供一定的指导意义。     

基于Ono-Kondo格子模型的页岩气超临界吸附机理探讨

页岩气吸附机理的研究对于页岩气成藏和储量评价具有重要意义.甲烷在地层温度和压力条件下处于超临界状态,页岩气的吸附实际上为超临界吸附,但其机理目前尚不明确.在建立Ono-Kondo格子模型的基础上,结合低温氮气吸附和高压甲烷等温吸附实验,对龙马溪组页岩的微观孔隙结构和超临界吸附曲线进行了分析.结果表明,页岩中发育的孔隙尺度较小,比表面积较大,吸附气主要赋存于微孔和中孔中;页岩的等温吸附曲线在压力较大时,必然存在下降的趋势,这并非异常现象,而是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征.Ono-Kondo格子模型对页岩高压等温吸附曲线的拟合效果很好,相关系数均在0.99以上,说明该模型可以表征页岩纳米孔隙中超临界甲烷的吸附特征.基于拟合得到的吸附相密度可将过剩吸附量转换为绝对吸附量,并直接计算地层温度和压力下甲烷的吸附分子层数,计算层数均小于1,表明甲烷分子并没有铺满整个孔隙壁面.因此受流体性质、吸附剂吸附能力和孔隙结构3个方面的影响,页岩气的吸附机理为单层吸附,不可能为双层甚至多层吸附.