川西坳陷新页HF-1井须五段泥页岩吸附气含量主控因素及其定量预测模型

页岩气是一种重要的非常规天然气,其中相当一部分的天然气以吸附态存在。吸附气含量是页岩气资源评价和目标区优选的关键性参数,也是评价页岩是否具有经济开采价值的一个重要标准。为了探讨川西坳陷新页HF-1井须五段泥页岩吸附气含量主控因素,选取了该井须五段泥页岩样品进行同一温度下的等温吸附实验,获得页岩等温吸附特征曲线及Langmuir体积和Langmuir压力值,分析压力对页岩吸附气含量的影响程度,利用Langmuir模型计算地层压力条件下的吸附气含量。利用实验数据分析了新页HF-1井须五段泥页岩吸附气含量与比表面积、孔隙度、密度、成熟度、湿度和压力各单因素之间的相关关系,然后运用SPSS软件对吸附气含量的几个影响因素进行了主成分分析。结果表明：比表面积、湿度和压力是影响新页HF-1井须五段泥页岩吸附气含量的主要因素。最后建立了同时考虑这3个主控因素的页岩吸附气含量计算新模型。通过新模型可以计算出新页HF-1井须五段未知泥页岩的吸附气含量,计算结果与实测值之间相关系数高,结果准确可靠,是一种评价等温条件下页岩吸附气含量的好方法,对页岩吸附气含量评价具有一定的指导意义。     

页岩等温吸附气含量负吸附现象初探

中国尚处在页岩气勘探开发的初期,常用等温吸附实验获得吸附气含量来定量评价页岩气藏的品质和资源潜力。实验发现,随压力增加,吸附气含量不是一直增加的,而是呈现减小的趋势,甚至出现负值。对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统-下志留统48块样品的等温吸附实验研究表明,这一现象不是页岩吸附气含量的客观反映,主要和等温吸附实验原理、压力大小、自由空间体积大小、真实吸附气含量大小、微观孔隙结构和吸附剂等因素有关。高有机碳含量页岩由于其较高的吸附能力、且微孔和小孔不发育,自由空间体积增大导致的负吸附现象不明显;低有机碳含量页岩由于其较低的吸附能力、且微孔和小孔较发育,自由空间体积增大导致的负吸附现象明显。无论何种影响因素导致页岩的负吸附现象,均导致视吸附气含量比实际吸附气含量偏小,低估了页岩的赋存能力,页岩的实际吸附能力可能比我们实验获得的数据大得多。文章系统分析了页岩等温吸附曲线负吸附现象的原因,并提出校正建议,为页岩吸附气含量的准确测定和页岩气资源量的客观评价提供了依据。     

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。     

苏北地区古生界页岩等温吸附特征

页岩含气量是评价页岩含气性的最重要指标,对资源量预测具有重要意义,而吸附气含量在页岩气中占有重要比例,因此评价页岩吸附能力显得十分重要。通过对苏北地区古生界３套层系泥页岩样品在一定温度下的甲烷等温吸附实验,获取页岩等温吸附特征曲线,分析了影响页岩吸附气量的主要因素。模拟实验结果显示,苏北古生界泥页岩饱和吸附气含量 V_Ｌ在 1.18～4.85ｍ^３／ｔ之间,平均2.89ｍ^３／ｔ;兰氏压力 P_Ｌ范围为2.01～4.24MPａ,平均为2.67MPａ。各层系吸附能力存在一定差异,以幕府山组、大隆组和龙潭组页岩吸附能力最强,五峰组—高家边组和孤峰组页岩吸附能力较弱。影响泥页岩吸附性能的主要因素描述如下：（1）有机碳含量大小直接影响饱和吸附气含量,有机碳越高,其饱和吸附气含量越大。（2）在有机碳含量、成熟度相近、压力相同的情况下,粘土含量高的页岩,吸附气含量高;在有机碳含量较低的页岩中,伊利石的吸附作用至关重要,伊利石含量高,吸附气含量相对高。（3）随着压力升高,吸附气含量逐渐增加,当压力增大到一定程度以后,吸附气量达到饱和,页岩吸附气含量达到饱和时所需要的最小压力（临界压力）会随着TOC的增大而减小。本次实验未发现有机质成熟度与饱和吸附气含量之间具有明显的相关性。     

陆相页岩气富集主控因素——以鄂尔多斯盆地延安探区山西组为例

为揭示鄂尔多斯盆地东南部页岩及页岩气富集特征,选取延安探区页岩样品进行岩石热解、镜质体反射率、页岩解析气、等温吸附等实验分析,对研究区山西组页岩气的富集主控因素进行详细的探讨。结果表明：(1)有机碳总量变化范围较大,以Ⅲ型干酪根为主。镜质体反射率R_o平均值为2.39%～2.51%,处于高成熟—过成熟阶段。(2)有机碳含量、热解参数游离烃(S₁)及热解烃(S₂)均与解析气含量、等温吸附气含量呈现正相关性,镜质体反射率R_o与解析气、残余气及总含气量具正相关关系。(3)储层孔隙度较低,物性与页岩气含量成正比;粘土矿物含量较高,比表面积高,有利于提高页岩对气体的吸附能力,但是粘土矿物含量与页岩气产量成反比。(4)山1段早白垩世末期地层过剩压力较高,延川—张家滩—云岩—宜川一带的地层过剩压力基本在10 MPa以上,地层过剩压力对页岩气的保存具有决定作用。研究结果认为,页岩气的富集主控因素为高有机质丰度、高热演化程度,其次物性显示测试样品渗透率较高、早白垩世末期的地层过剩压力较大,为页岩气提供了重要的保存条件。     

川东焦石坝五峰-龙马溪组页岩气赋存机理及其主控因素

页岩气是重要的非常规天然气资源,主要以游离气与吸附气状态赋存于页岩中,研究和阐明其含量、主控因素和演化规律对于揭示页岩气成藏机理具有重要意义.采用不同条件下页岩高温高压等温吸附实验、FE-EM、CO₂吸附、N₂吸附、压汞等实验方法综合研究页岩气藏中的游离气与吸附气的主控因素.结果表明,游离气主要受页岩孔隙类型、孔隙结构、储层温度与压力等条件控制;OC、成熟度和水分影响吸附气含量.基于吸附气体积校正、地质模型和数值计算综合表征,五峰-龙马溪组页岩中以游离气为主,其平均含量约为%,吸附气含量约为4%.在抬升阶段,储层温度和压力发生改变,页岩气赋存形式随之变化,游离气减少,吸附气增加.      

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。     

页岩气储集特征及赋存量实验研究

基于页岩无机孔隙和有机孔隙润湿性和孔径的差异,考虑甲烷、氦气、水在页岩无机孔隙和有机孔隙中储集位置的不同,通过3种流体饱和实验建立了储层温度和压力条件下页岩气藏各赋存状态气体体积的实验测量和计算方法,得到页岩的无机孔隙度和有机孔隙度,并分析了页岩气储层含气量的影响因素。研究表明：对于所选岩样,无机孔隙和有机孔隙分别占总孔隙体积的65%和35%,无机孔隙中的游离气、有机孔隙中的游离气和吸附气分别平均占总含气量的51%、22%和27%;川南下志留统龙马溪组页岩具有较高的热演化程度,随总有机碳含量的增加,纳米级有机孔隙大量发育,为甲烷提供了吸附空间。明确了总有机碳含量主要影响吸附气含量,指出在页岩气资源量评价、产能预测和后期开发过程中,需要考虑有机质及其内部吸附气的影响。     

蜀南地区龙马溪组页岩气工业建产区游离气和孔隙度下限讨论

游离气作为页岩气重要赋存形式之一,决定了页岩气的开发潜力及经济效益。以蜀南地区龙马溪组页岩为例,结合X-射线衍射、岩石有机碳、储层物性、测井解释及生产测试等资料,对比分析了四川盆地及周缘页岩游离气含量与测试日产气量的关系,初步提出了工业建产区页岩游离气含量下限,并从烃源、储集及保存等方面对页岩游离气含量主控因素进行了系统研究,在此基础上探讨了工业建产区页岩孔隙度下限。结果表明:页岩游离气含量大于2.5 m³/t时,更易获得工业气流;蜀南地区龙马溪组页岩游离气含量与TOC、孔隙度、硅质矿物含量、地层压力系数、裂缝发育整体呈一定正相关,而与含水饱和度、碳酸盐矿物含量具有一定负相关;裂缝发育、含水饱和度以及硅质矿物、碳酸盐矿物等能通过关联孔隙度而间接影响游离气含量,均不作为页岩游离气含量主控因素,页岩游离气含量主控因素为TOC、孔隙度及地层压力系数;利用容积法对不同孔隙度下页岩游离气含量进行了蒙特卡罗模拟计算,发现当页岩孔隙度大于4%时,游离气含量大于下限值2.5 m³/t的概率超过50%,建议以4%作为工业建产区选择的孔隙度下限,以此控制页岩气开发的地质风险。页岩储层含气量评价建议以游离气评价为中心,重点从TOC、孔隙度、地层压力系数等3个方面开展系统评价。     

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。     

南方地区古生界页岩储层含气性主控因素

在系统对比了页岩气储层与常规储层异同点的基础上,以我国南方古生界页岩为主要研究对象,应用野外露头观察、钻井取心和实验测试等分析手段,从吸附气储集性能和游离气储集性能两方面探讨了页岩的含气特征。研究结果表明:我国南方古生界页岩w(TOC)主体为2%～10%,最大吸附能力主体分布在1.0～2.0 m3/t,埋深大于1 000 m时页岩吸附能力基本稳定,受温度、压力的影响较小,吸附气含量的主控因素是有机质含量和地层压力。借助毛管压力法分析认为,页岩储层孔隙结构有致密基质型、微裂隙型和过渡型3种类型,分别具有不同的含气特征。     

页岩气赋存动态演化模式及含气性定量评价

与常规天然气相比,页岩气具有特殊的赋存形式,并且吸附、游离和溶解三种赋存形式的含量差别较大。为评价不同沉积环境、不同成熟度下页岩气赋存形式及其含气能力的差异性,选取了鄂尔多斯盆地延长组低成熟页岩和四川盆地龙马溪组高成熟页岩样品进行对比研究。通过对这些样品开展镜质体反射率测定、TOC含量分析、场发射扫描电镜观察、低温氮气吸附、甲烷等温吸附等实验,定性分析了页岩气在孔隙空间中的赋存状态及赋存机理,定量计算了不同赋存状态页岩气的含量,并结合不同页岩的热演化程度、孔隙空间变化特征和含气量变化规律,建立了页岩气赋存形式动态演化模型。研究结果表明,不同热演化阶段,页岩气的赋存形式差异较大。对低成熟的延长组页岩而言,吸附气含量约占58%,游离气占32%,溶解气占10%,具有"吸附气为主,游离气次之,溶解气不可忽略"的特征;而对高过成熟的龙马溪组页岩而言,游离气含量约占51%,吸附气含量占48%,溶解气仅占1%,具有"游离气和吸附气共同主导"的特征。随着热成熟度的增加,生成的页岩气首先满足页岩表面的饱和吸附和部分溶解,再以游离态的形式存在于孔隙之中,最后吸附气和游离气处于动态平衡,该过程分别对应吸附、孔隙充填、裂缝充填和聚集成藏四个赋存演化阶段。结合页岩气藏的生产特征认为,延长组页岩气是吸附气占主导的气藏,总体产气量较低,初始产能较低,随着成熟度增加,稳产时间相对较长;而龙马溪组页岩气是吸附气和游离气共同主导的气藏,总体产气量较高,初始产能大,稳产期相对较长,气藏潜力较大。     

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。     

渝东北地区WX2井页岩气赋存特征及其勘探指示意义

为了深入研究渝东北地区龙马溪组页岩气赋存特征,该文以WX2井页岩高温高压等温吸附及覆压孔隙度实验数据为 基础,通过误差最小原则挑选了适合研究区的吸附模型,并基于孔隙度随有效应力变化关系建立游离气模型,综合分析了 吸附气、游离气及总含气随埋藏深度的变化特征。研究结果表明：WX2井页岩不同温度下过剩吸附量随着压力增大,均呈 现先增大后减小的趋势,随着温度的升高,最大吸附量逐渐减小,而校正后的绝对吸附量随压力增加,先迅速增大后增速 放缓,且用D-A模型拟合绝对吸附量数据平均误差最小,基本可以反应研究区页岩真实吸附过程。页岩样品在加压过程中 孔隙及微裂隙会逐渐闭合,卸压时绝大部分会重新打开,存在部分塑性变形造成的不可逆损伤,但不可逆损伤所占比重较 轻。不同方向样品孔隙度与有效应力之间具有负指数关系,富含层理页岩平行样品较垂直样品具有更大的初始孔隙度以及 更强的孔隙应力敏感性。页岩气赋存特征综合受控于储集层特征、吸附能力、温度及压力等因素,其中温度对吸附气和游 离气含量为负效应,储层压力为正效应;吸附气、游离气及总含气量均遵循先增大后减小的总体趋势,其中吸附气及游离 气含量分别主要受控于温度及储层压力。此外,临界深度上下,页岩吸附态与游离态相对含量发生变化,其对页岩气富集 评价具有重要意义。     

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。     

四川盆地长宁地区海相页岩吸附气含量演化特征 ——以N201井五峰组—龙马溪组一段为例

吸附气是页岩气的重要赋存形式和组成部分.为了明确四川盆地长宁地区五峰组—龙马溪组一段页岩在埋藏过程中吸附气含量的演化规律,利用页岩等温吸附实验、钻井现场解吸和测井综合解释资料,建立了页岩吸附气含量与地层温度、地层压力、页岩TOC等主要影响参数的多元回归数学公式,结合典型评价井(N201井)的埋藏史、热史,对不同地质时期...     

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。     

页岩中多元气体竞争吸附特征研究现状及展望

吸附气是页岩气的重要组成部分,页岩气吸附机理的研究及吸附量的计算是页岩气研究的重点内容。在某些地质条件下,页岩气组成复杂,不仅包含甲烷,还有一定量的乙烷等湿气以及氮气和二氧化碳等非烃气体,因此有必要针对页岩开展多元气体竞争吸附研究。本文在前人研究基础上,分析页岩中多元气体竞争吸附的机理,介绍扩展Langmuir方程、理想吸附溶液理论(IAST)和晶格密度泛函理论(Lattice DFT)等3种竞争吸附预测模型,探讨有机质含量、页岩组成、孔隙结构、成熟度、气体组成、含水率和压力等影响页岩中多元气体竞争吸附的因素,阐述页岩中多元气体竞争吸附的研究现状并指出其中存在的问题与难点,并对页岩中多元气体竞争吸附研究的发展趋势和需要解决的问题进行探讨。     

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。     

页岩气含气量和页岩气地质评价综述

页岩气为源岩区油气聚集,属于源岩滞留气,以游离和吸附状态为主存在。富有机质页岩含气量是页岩气资源评价和有利区优选的关键参数。页岩有机质含量和地层的压力、温度、湿度等因素影响页岩的含气量。含气量的确定方法主要有解吸和测井方法。开展页岩气地质评价,除含气量参数外,还要研究地层和构造特征、岩石和矿物成分、储层厚度和埋深、储集空间类型、储集物性、岩石力学参数、有机地球化学参数、区域现今应力场特征、流体压力、储层温度、流体饱和度、流体性质等其它参数。发展有效的系统集成方法,综合分析、评价页岩气资源潜力和预测有利区,目前也在不断探索之中。