页岩气理论研究的基础意义

页岩气作为油气勘探的一个新领域,越来越受到世界各国的重视。页岩气的勘探开发对于提高中国天然气产量具有重要意义,但页岩气的研究意义又不仅限于能源领域。系统的分析与研究表明,页岩气研究在能源、地质、环境等方面均具有重要意义。页岩气研究是一个涉及多学科、跨领域的系统工程,应采取系统论的观点对页岩气和其它沉积矿产、低温层控矿产等共伴生矿产进行系统研究,结合地质工程、环境保护等展开全面的基础性分析。     

页岩气及其勘探研究意义

与传统意义上的泥页岩裂缝气并不完全相同,现代概念的页岩气是主体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力泥岩及页岩等地层中的天然气聚集,具有自生自储、吸附成藏、隐蔽聚集等地质特点。美国的页岩气勘探取得巨大成功,是投入工业性勘探开发的三大非常规天然气类型之一,目前已形成了区域性页岩气勘探开发局面。中国的页岩气研究正在起步,许多盆地及研究区具有页岩气成藏的地质条件。与美国东部地区页岩气成藏地质条件进行初步对比,中国南方具有有利的页岩气发育条件,开展页岩气研究具有重要意义。     

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。     

拥抱页岩气

尽管看起来面临困难，但基于页岩气能够改变湖南能源结构这一良好的愿景，湖南正把页岩气的开发提上日程。     

页岩气储层研究新进展

随着页岩储层研究的不断深入,取得了一系列重要进展和认识,主要体现在对页岩储层孔隙空间类型、储层物性控制因素以及页岩气预测与评价3方面。主要的认识有:①页岩储层中的纳米孔隙及微裂缝是重要的储集空间;②矿物组成是影响储层储集性能及产能的重要因素,黏土矿物含量是影响页岩气吸附性及孔隙大小的主要因素,而脆性矿物可以有效改善储层物性并提高压裂的成功率;③有机质含量和热成熟度是影响页岩储层有机质纳米孔隙发育的关键因素;④基于页岩岩性精细划分,可以根据页岩储层岩性及岩相层段预测有利层段;⑤提出了利用层序地层学的方法对页岩储层进行研究的理念。这些成果和认识推动了页岩气储层研究的步伐,但仍存在许多科学难题尚未解决。     

页岩气钻探关键技术问题分析研究

页岩气是一种重要的非常规天然气资源,页岩则是页岩气生成的源岩,也是聚集和保存其储层和盖层,页岩气钻探具有自身特点和更高的要求。针对页岩物理化学性质及地层特点,分析了页岩气钻探特点,并对页岩气钻探过程中存在的主要问题,如钻孔不稳定性成因、钻探设备和机具配套、钻探方法选择、钻井液设计进行了较为详细的分析研究。在实践和理论分析基础上,提出了页岩气钻探要实现“快速钻探、抑制性钻井液优先”原则。     

对页岩气开发的经济效益分析与研究

页岩气作为一种全新的清洁高效能源拥有广阔的开发前景,针对于我国而言,虽然页岩气储量相对比较大,但是由于页岩气开发技术问题和开发条件问题,以及在页岩气开采过程中造成的环境污染等问题,本文主要是针对于页岩气在开发过程中的前期投入的成本和造成环境污染的治理成本,运用现代边际机会成本理论分析和评价我国页岩气开发的经济效益,从经济学的角度对页岩气开发提供一定的指导性意义。     

苏南地区二叠系页岩气资源潜力研究

通过对以往地质资料的分析研究,认为本区构造较复杂,二叠系泥页岩层系厚度较大,其中龙潭组暗色泥页岩厚度占该组的30％以上,有机质类型以Ⅲ型为主,有机碳含量大于1．00％,镜质组反射率（Ro）多为1．2％～2．5％;埋藏深度适中,微裂隙发育,盖层发育较好。采用类比法初步估算本区二叠系页岩气资源量为0．86×10^12～4．31×10^12m3,资源潜力较好。     

世界页岩气研究概况及中国页岩气资源潜力分析

页岩气系指泥岩或页岩在各种地质条件下生成的、已饱和岩石自身各种形式的残留需要、进入了排烃门限但尚未完全排出的以吸附、游离及溶解等多种形式残留于泥页岩内部的天然气资源。随着北美、欧洲和亚洲等地区页岩气勘探程度不断加大,对页岩气的储集特征、成藏机理等方面的研究取得重大进展。但页岩气研究仍存在许多问题,如"页岩气"概念没有科学地表达出页岩油气资源的科学内涵;页岩气的成因机制不清且缺乏行之有效的判别标准;页岩气分布发育模式不明且缺乏统一的预测方法。针对当前对页岩气的认识,本文依据源岩残留烃临界饱和量及其钻采过程中温压下降而释放油气的比率等参数,对中国页岩气资源进行了预测。     

页岩气析出过程中的H同位素分馏及地质意义

通过长时间储层温度下页岩气现场解吸实验,揭示页岩气析出过程中气体赋存状态变换与气体组分及甲烷H、C稳定同位素的关联性。结果表明,与解吸气甲烷C同位素(δ¹³C₁)早期变化幅度较小、后期持续变重的现象不同,甲烷H同位素(δD(CH₄))具有先变轻后变重的规律,且在解吸至40%～50%阶段后与δ¹³C₁变重同步。依据δD(CH₄)变化规律及页岩含气性、气体渗流特征,可将页岩气析出过程划分为游离气压差渗流、游离气渗流–吸附气解吸扩散共存和吸附气解吸扩散3个阶段:阶段Ⅰ裂隙及基质孔隙中的游离气在压差作用下渗流,产出页岩气的δD(CH₄)和δ¹³C₁基本不变;阶段Ⅱ游离气渗流与吸附气解吸扩散共存,质量较轻的12CH₄优先脱附,吸附气的补给使产出气体的δD(CH₄)显著变轻(变轻4‰～10‰),而δ¹³C₁变轻的现象...     

Exploration and research progress of shale gas in China

There are three types of shale gas resources in China. The resources are present in large amounts and are widely distributed. Marine facies, transitional facies and continental facies resources each account for a third. Based on resource distributions, there are many wells penetrated into the Sinian, Cambrian, Ordovician, Silurian, Devonian, Carboniferous and Permian strata of the Yangtze plate and its periphery, the North China Craton and the Tarim Basin. Many years of exploration have indicated that the marine Silurian Longmaxi shale gas is widely distributed in south China and has been industrialized in its production in the Sichuan basin. The shale gas from the Cambrian Niutitang Formation and the Sinian Doushantuo Formation are important discoveries in Yichang, Hubei and Zhenba, Shanxi. There are also shale gas resources found within transitional facies and continental facies in different areas in China. The “two element enrichment theory” has been summarized during the exploration process of Silurian marine shale gas in the Sichuan Basin. In addition, horizontal drilling and fracturing technologies up to 3500 m in depth have been developed. Based on the understanding of shale gas accumulation in a complex tectonic zone outside the Sichuan basin, a preliminary summary of the formation of the “converse fault syncline control reservoir” and “paleo uplift control reservoir” model has been constructed. The dominant theory of “Trinity” shale gas enrichment and the high yield of the “deep water Lu Pengxiang sedimentary facies belt, structural preservation conditions and overpressure” is summarized. Guided by the above theories. Anye1 well in Guizhou and Eyangye1 well in Hubei were drilled. “Four storey” oil and shale gas is found in the Permian Qixia group, the Silurian Shiniulan Formation, the Longmaxi Formation and the Ordovician Baota Formation in Anye1 well. Good shale gas has been gound in the Cambrian Niutitang formation inian Doushantuo formation in Eyangye 1well. This paper aims to summarize and review the main progress, theoretical technology and problems of shale gas exploration and development in recent years in China, and predicts the future exploration and development direction for shale gas and possible exploration areas.     

鄂尔多斯盆地海陆过渡相富有机质泥页岩特征及页岩气意义

以鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系海陆过渡相富有机质泥页岩为研究对象,通过岩石热解分析、岩石抽提和族组分分析、有机元素分析以及煤岩光学分析等方法,对泥页岩中有机质丰度、类型、热成熟度、生烃潜力等地球化学特征参数进行测试;利用扫描电镜、X射线衍射、物性测试等手段,对泥页岩中矿物组成、孔渗特征等储层评价参数进行分析。研究结果表明：鄂尔多斯盆地海陆过渡相地层中泥页岩分布广泛,埋藏偏深,单层厚度较薄,但累计厚度大;泥页岩中有机碳(TOC)含量平均为2.5%,丰度较大;有机质母质中干酪根类型主要为Ⅲ型;镜质体反射率(Ro)平均为1.2%,热演化程度达到中高成熟阶段;具有较大的生烃潜力(S1+S2);同时,石英、长石等脆性矿物含量较高;发育多种孔、缝类型;保存条件良好,为页岩气提供有利的成藏环境。     

页岩气藏超低含水饱和度形成模拟及其意义

页岩气属于非常规天然气,资源丰富,开发潜力巨大。含水饱和度是控制致密气藏持续生产最关键的储层参数,然而现阶段对页岩气成藏中超低含水饱和度是否存在尚存在疑问。选取川渝地区页岩露头岩样,采用气驱法模拟了成藏过程中含水饱和度变化,结合川南页岩气储层地质特征,建立了生烃排驱的地质模型,提出了气携液的概念模型。结果表明,页岩气藏存在超低含水饱和度现象;页岩气成藏过程中大量生烃产生排驱效应与气携液作用,有利于页岩气储层超低含水饱和度的形成,气携液作用、裂缝和高温环境加速了含水饱和度降低;超低含水饱和度增加页岩气储层吸附能力,增大储层可流动孔喉范围,提高气相传输能力,但在工程作业过程中加大水相渗吸速率,强化水相滞留效应,使页岩气藏水相圈闭损害潜力更大。在页岩气有利区评价、气藏钻完井、开发过程中,须倍加重视超低含水饱和度这一客观事实和其衍生的工程作业问题。     

新的页岩气多级压裂水平井产能预测模型研究

压裂水平井是快速高效开发页岩气储层和致密储层气藏的方法,而多级压裂水平井裂缝形态的复杂性是决定页岩气产能预测成败的关键技术的指标。目前能够经济、快速地获得页岩气藏压裂水平井产能的方法很少。基于此,采用裂缝形态为"主裂缝与网络裂缝的综合"这种情况,建立页岩气三孔线性流数学模型并求得拉式空间下产量解析解,得到新的页岩气井产量典型曲线,该曲线包括裂缝线性流、过渡流、基质线性流、边界流四个流动阶段。根据我国页岩气藏的地质特点,建立了新的页岩气多级压裂水平产能预测模型,其中裂缝线性流为主裂缝与裂缝网络系统的共同作用,通过对比新模型与双孔线性流模型典型曲线,发现二者的流动阶段一致,但三孔线性流模型较双孔模型产量高,说明主裂缝一定程度上增大了页岩气井产量,在压裂施工设计时,应尽可能压开主裂缝,同时诱导更多裂缝网络的形成。三孔线性流模型的建立为该类型裂缝形态页岩气多级压裂水平井提供了产能预测和分析模型。     

米仓山—大巴山地区赫兰特期岩相古地理及其页岩气地质意义

上扬子地区赫兰特期发育一套含赫兰特贝和达尔曼虫化石的独特的沉积单元,其沉积环境长期以来存在争议,还缺乏更为精细的沉积相时空变化研究。本文以米仓山—大巴山地区赫兰特期地层为研究目标,通过系统资料收集,野外详细观测和室内镜下分析等手段,采用“点-线-面”的岩相古地理分析方法,重建了研究区赫兰特期岩相古地理。剖面沉积相分析表明,观音桥段发育于不同沉积环境之中,因而具有不同的岩相特征,总体上为赫兰特期海平面下降的产物,但经历了不只一次的海平面升降变化,海退过程的沉积记录相对明显,海侵记录仅在盆地边缘或水下高地边缘有所响应。复原的岩相古地理显示,该时期呈现北西高、北东和南西低,中间多个水下高地的沉积古地理格局,这种格局有利于扬子克拉通盆地内形成优质的富有机质页岩;研究区内观音桥段沉积相主要以浅海陆棚相（浅水陆棚亚相）为主,局部发育孤立台地和碳酸盐缓坡,滨海相局限于盆地西北古陆边缘。页岩气勘探开发中,区内粉砂质泥岩、碳质泥岩发育的浅海陆棚相区为页岩气优质储集层和勘探有利区,但应尽量远离物源区和水下隆起区;白云岩、泥质灰岩发育的孤立台地和碳酸盐缓坡区,压裂过程中,应选择合适层位,尽可能压穿白云岩、泥质灰岩,连通五峰组—龙马溪组含气页岩段,提高页岩气产量。     

南方公益性页岩气调查研究进展

2019—2021年期间,由中国地质调查局油气资源调查中心牵头组织实施的“南方页岩气地质调查工程”,以实现“新区、新层系、新类型、新认识”四新领域油气调查战略发现和突破,推动创建页岩气勘查开发新格局为目标,按照总体部署、分步实施、点上突破、面上评价原则,重点开展了南方复杂构造区页岩气地质调查与评价工作。圈定并优选了一批页岩气远景区和有利区,部署实施了二维地震、参数井和压裂试气工程,实现了长江上游新区新层系页岩气重大突破和发现,完成垭紫罗裂陷槽、皖江、川西南等重点地区页岩气资源潜力评价。这些成果大大提振了南方复杂构造区页岩气油气资源勘查的信心,推动了油气地质调查与科技创新的深度融合,形成了页岩气成藏理论新认识和调查评价新技术,发挥了公益性油气资源调查的引领和带动作用。     

复杂性科学在页岩油气勘探和研究中的应用

复杂性科学是当今世界科学重要的前沿领域之一。为了促进复杂性科学的基本理论和方法在页岩油气勘探和研究领域的广泛应用，笔者等重点围绕地质系统复杂性的基本内涵，从地质系统构成单元的多重耦合和相互作用、地质作用的复杂时空结构、地质作用过程中的自组织临界过程动力学以及矿产资源形成在混沌边缘等方面，介绍了地质系统复杂性研究的基本理论和研究方法。将上述地质系统复杂性理论运用于页岩油气系统，探讨了利用复杂系统的总体特征通过局域组成单元相互作用的“涌现”机制，来解决目前页岩储层中存在的如何利用微观局域精细表征进行客观刻画宏观储层特征问题；分析了利用地质作用的时空结构理论，建立页岩储层非均质性的静态和分形时空结构的方法；在整体论思想指导下，根据地质系统在混沌边缘分形生长这一规律，探讨了页岩油气在自组织临界态的混沌边缘富集预测方法。复杂性科学的理论和方法，必将在页岩油气的勘探研究中发挥越来越重要的作用。     

A review and research on comprehensive characterization of microscopic shale gas reservoir space

In this paper, substantial domestic and foreign research results of microscopic shale reservoir space were systemically reviewed, the research history consisting of simple observation and qualitative classification, quantitative research, the combination of qualitative and quantitative research successively as well as the characteristics of each research stage were summarized. In addition, the current problems existing in the characterization methods of shale reservoir space were also analyzed. Furthermore, based on massive actual detection of typical core samples obtained from more than 50 global shale gas wells and relevant practical experience, a comprehensive characterization method of combining qualitative with the semi-quantitative characterization was put forward. In detail, the indicators of the qualitative characterization include pore combination type and organic-matter microscopic morphology type, while the core elements of the semi-quantitative characterization include the percentage of the organic-matter area and the plane porosity of the pores of different types. Based on the reference of the naming and classification of rocks, the three-end-member diagram method was used to characterize microscopic shale reservoir space. This is achieved by plotting the three end-member diagram of 3 kinds of first-order critical reservoir spaces, i.e., organic-matter pores, matrix pores, and micro-fractures, in order to intuitively present the features of the microscopic pore combination. Meanwhile, statistic histograms of organic-matter microscopic morphology type and the plane porosity of different types of pores were adopted to characterize the development degree of second-order pores quantitatively. By this comprehensive characterization method, the importance of both pore combination and the microscopic morphology of organic matter were emphasized, revealing the control of organic-matter microscopic morphology over the organic-matter pores. What is more, high-resolution FE-SEM was adopted to obtain semi-quantitative statistics results. In this way, the features of pore development and pore combination were quantified, not only reflecting the types and storage capacity of the microscopic shale reservoir space, but also presenting the hydrocarbon-generating potential of organic matter in shale. Therefore, the results of this research are capable of providing in-depth microscopic information for the assessment and exploration and development of shale gas resources.     

黔西北地区龙马溪组页岩气储层孔隙特征及其储气意义

中国南方下志留统龙马溪组海相页岩有机质含量高且热成熟度高,是重要的页岩气储集层位。本文以黔西北地区习页1井与桐页1井的岩心样品为研究对象,研究龙马溪组页岩的孔隙特征及孔隙发育的影响因素,并对其储气性能进行综合的分析与评价。通过扫描电镜的大量观察可知,该区龙马溪组页岩内发育的孔隙多为纳米(nm)量级,包含矿物基质孔(可分为粒间孔和粒内孔)、有机质孔以及微裂缝等多种类型的孔隙,其中有机质孔最为发育。通过测试可知,该区页岩的总有机碳(TOC)含量平均为3.80%,热成熟度(Ro)平均为2.73%,有效孔隙度平均为1.56%;主要组成矿物为黏土矿物与碎屑矿物(石英、长石等),黏土矿物含量平均为32.42%,碎屑矿物含量平均为43.97%;BET比表面积平均为16.98m2/g,BJH总孔体积平均为0.013 7mL/g,孔隙的平均孔径为33.75nm。通过分析可知,TOC含量为孔隙发育的主要影响因素,样品的有效孔隙度与TOC、碎屑矿物含量呈线性正相关关系,与黏土矿物含量呈线性负相关关系。另测得样品对甲烷气体的饱和吸附量平均为2.42m3/t,饱和吸附量与TOC含量呈强烈的正相关性,TOC含量为吸附性能的主控因素;饱和吸附量与有效孔隙度、碎屑矿物含量、BET比表面积以及BJH总孔体积均呈明显的正相关性,而与黏土矿物含量的相关性不显著。