页岩中黏土矿物吸附特性分子模拟

页岩的吸附解吸特性对页岩气资源开发具有重要意义。为深入了解页岩中黏土矿物微观吸附机理, 利用Material Studio 分子模拟软件构建了伊利石、蒙脱石和高岭石3种黏土矿物分子模型, 采用巨正则Monte Carlo(GCMC)方法对3种模型的等温吸附量和吸附热进行了模拟计算。研究表明, 在相同温度和压力条件下3种黏土矿物对CH₄分子的吸附量大小顺序是伊利石>蒙脱石>高岭石;随压力增大3种黏土矿物对CH₄分子的吸附量均有所增加, 而且伊利石和蒙脱石对CH₄分子的吸附量对压力变化更为敏感;3种黏土矿物的等量吸附热均小于42 kJ·mol^-1, 对CH₄的吸附为物理吸附;随着温度的升高, CH₄分子的吸附热和吸附量均减小。     

基于页岩气微观赋存特征对储量计算方法的改进

页岩气主要赋存在页岩孔隙中,页岩发育着大量纳米级孔隙,页岩气微观的赋存特征是深入认识页岩气富集和开发规律的关键。采用了Accelrys公司的Materialsstudio分子模拟软件,建立在能够表征页岩气藏孔隙结构的有机纳米孔隙结构,用分子动力学(MD)和蒙特卡罗方法对页岩气在纳米孔隙中的赋存状态进行模拟,超临界条件下甲烷表现出明显的单分子吸附特征,游离气比例随孔径增大而增大。基于分子模拟的赋存特征从绝对吸附量与相对吸附力的差异和吸附相占据孔隙体积两方面对储量计算方法进行改进,结果表明:在含气量一定的条件下,游离气和吸附气所占比例明显受比表面积和压力的控制,对页岩气勘探开发具有一定的指导意义。     

含气页岩中水分赋存与分布的研究进展

页岩气（主要组分为甲烷,CH₄）作为一种新兴的非常规天然气,对于优化我国现行能源消费结构、缓解能源消耗过程中的环境污染问题具有重要意义。研究表明,含气页岩储层中页岩气主要以吸附态形式存在。影响含气页岩吸附性能的因素包括页岩自身理化性质和外部储层条件。其中,页岩中的水分是影响页岩气吸附/解吸的重要因素。因此,本文结合国内外相关研究工作,分析了含气页岩中水分的赋存与分布特征,归纳了页岩储层中水分的分析方法,指出了水分赋存与分布的后续研究方向。分析表明：①页岩中水分主要赋存于孔隙结构中,且无机孔隙中的水分赋存量比有机孔隙多;②水分子主要通过氢键吸附于有机孔隙的亲水性位点,以及经由氢键和表面作用力结合于黏土颗粒或孔隙表面;③水分含量与页岩黏土矿物含量及总有机碳（TOC）含量有关;④探明页岩中水分赋存与分布的实验表征手段包括水蒸气等温吸附、低温差示扫描量热、低场核磁共振、红外热成像和等离子体低温灰化等。虽然页岩中水分的研究已经引起国内外学者的关注,但是相比煤中水分的研究仍显不足。因此,本文指出后续需开展以下工作：探明水分在页岩中的无机矿物质空间和有机质空间的含量分布和空间分布特征;明确水分对页岩吸附/解吸CH₄流体的作用规律;联用实验科学和理论模拟方法,探明水分对页岩吸附/解吸CH₄流体的作用机理。     

页岩井壁失稳机理分析及钻井液对策研究

页岩气开发主要以大位移井、水平井为主,由于页岩地层裂缝与层理发育、水敏性强,在长水平段钻井过程中极易发生页岩脱落掉块、垮塌和缩径等井壁失稳问题,同时还存在携岩困难、摩阻大及井眼轨迹难以控制等一系列难题。在对页岩岩性评价和页岩井壁失稳机理分析的基础上,探索出了适合于页岩气开发,保持井眼稳定的页岩气钻井技术,该技术一方面主要是对页岩表面微裂缝进行有效的封堵,另一方面主要是对页岩表面易分散和膨胀性黏土矿物进行有效抑制。     

页岩气水基钻井液抑制剂的抑制性能研究

页岩气已经成为我国非常重要的能源之一。页岩地层黏土矿物含量高,页岩气水平井水平段长,钻井液与地层接触的时间增加,页岩水化更严重,井壁失稳更加突出。页岩气开发过程中钻井液与地层容易发生水化作用,使地层水化膨胀,影响井壁稳定性。因此水基钻井液必须首先作到能完全抑制黏土矿物的水化。通过流变性、滤失量、线性膨胀率对比研究了三种抑制剂。优选出了最佳抑制剂AT-JM,线性膨胀率最低。这为后面页岩气水基钻井液体系的优选提供了非常重要的参考。     

页岩气储存及渗流特征分析

本文主要论述页岩气研究目的和意义,并对页岩气藏的基本特征进行初步分析。首先,和常规天然气藏不同,页岩气成因较为复杂。其次,对页岩气的储存机理进行了研究,页岩气的吸附过程与解吸过程对页岩气在页岩中的储存有较大影响,在温度相同时,页岩气的吸附与解析曲线不重合,且过程不可逆。再次,研究了页岩气的存在方式,主要有游离在基质中的气体,溶解在地层流体中得气体和以吸附状态存在于页岩气中的气体。页岩气以游离体态和吸附状态两种形式存在于页岩中,其中吸附状态所占比例较大,而且不同的地质条件,页岩气的存在形式不同。     

页岩气勘探与开发现状

页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。页岩气属于非常规气藏,储层具有低孔、低渗特征,与常规的气藏相比,页岩气具有特殊的地质特征,因此,其高效的开发也必须使用特殊的开发技术,我国页岩气开发潜力巨大,但页岩气研究相对滞后,目前,我国页岩气的开发刚刚起步,本文介绍了页岩气资源的分布状况、页岩气成藏机理,吸附与解吸机理,从页岩气勘探技术、开发技术两个方面介绍了页岩气发展的现状,并指出了页岩气的发展方向。     

页岩气成藏机理及分布规律研究对勘探开发的影响

页岩气作为一种开发潜力巨大的非常规清洁新能源,其地质理论研究和勘探开发技术在油气勘探开发领域扮演越来越重要的角色。页岩气一般指主体位于暗色泥页岩或高碳质页岩中,以吸附态或者游离态为主要赋存方式的生物成因、热成因以及生物—热成因的天然气,它特殊的储层特征、生气机理、运移机理、成藏聚集机理和保存条件使常规油气勘探开发技术面临着巨大的挑战。主要从页岩气储层特征的特殊性出发,结合成藏机理、成藏主要控制因素及分布规律,总结了当今页岩气藏的勘探开发策略,阐明了页岩气地质理论研究如成藏机理及分布规律研究等对页岩气勘探开发的影响。     

页岩气及其吸附与扩散的研究进展

随着当前能源消费的迅速增加,常规天然气资源短缺,很难满足日益增长的能源需求。页岩气作为一种非常规天然气,具有资源潜力大和低碳排放等优点,加之美国和加拿大成功实现商业化开采,因此页岩气资源勘探开发近年来备受世界瞩目。中国作为重要的页岩气开采国家,近几年发展势头良好,部分页岩气田也已经实现商业化生产。由于页岩的致密和低渗特性,导致页岩气的开采难度较大。页岩的孔隙结构和气体吸附扩散研究,对于气藏产能的评估及其高效开采有至关重要的作用。本文介绍了国内外页岩气勘探开发现状以及页岩的孔隙结构,综述了储层中页岩气吸附、扩散与渗流的研究进展,总结了分子模拟方法在页岩气研究中的应用,并对页岩气相关研究的前景进行了展望。     

开发页岩气用压裂液发展综述

页岩气的勘探开发在北美地区已实现商业化,并逐渐形成了一系列以实现"体积改造"为目的的页岩气压裂技术。我国页岩气储量丰富,开采前景广阔,但尚处于起步阶段。北美地区页岩气的成功实例给我们带来了先进的不技术与经验,但北美海相页岩气的开发技术(特别是压裂技术)并不完全适用。与北美地区海相页岩相比,我国陆相页岩气层具有厚度薄、脆性矿物含量低、黏土矿物含量高、连通性差等特点。因此分析页岩气储层类型,概述国内外页岩气压裂技术发展现状,尽快形成适用不同页岩气储层特点的压裂理论与技术,对提高我国页岩气勘探开发水平具有现实意义。本文重点介绍了国内外开发页岩气用压裂液进展,比较了水力压裂液和无水力压裂液优、劣势,并针对发展现状对开发页岩气用压裂液的发展提出了一些建议。     

表面活性剂对黏土悬浮稳定性影响研究

通过Turbiscan稳定性分析仪测得的稳定性常数(TSI-1)比较不同驱油剂质量浓度下黏土矿物的悬浮稳定性,结果表明表面活性剂对黏土悬浮稳定性影响最大。通过不同驱油剂体系下表面活性剂在黏土矿物表面的吸附变化和黏土矿物表面Zeta电位的变化,分析三元复合驱采出水中黏土矿物的稳定机理。结果表明,采出水中表面活性剂在黏土表面的吸附为Langmuir型吸附;随聚合物、碱质量浓度增大,表面活性剂在黏土表面的吸附量降低、黏土矿物表面Zeta电位绝对值增大,但碱、聚合物对表面活性剂吸附量的影响较小;采出水中三元驱油剂的存在增强了黏土矿物的悬浮稳定性。     

四川盆地志留系页岩CH_4和CO_2吸附特征

页岩气是一种非常具有开发潜力的非常规天然气能源。选取四川宜宾地区志留系龙马溪组页岩,对总有机碳、黏土矿物含量和镜质体反射率等储层性质进行表征,通过场发射扫描电子显微镜和低温氮气吸附-解吸方法对页岩的孔隙结构进行分析。从孔隙结构表征发现,页岩中有大量的孔隙发育,并且大多数孔隙的尺寸在100 nm以下,微孔对总比表面积的贡献最大,中孔对孔体积做出了较大贡献。对页岩样品分别进行了CH_4和CO_2单组分气体的等温吸附实验,分析了影响页岩吸附气体能力的因素,考察了页岩样品CO_2/CH_4的选择性。结果表明,页岩对CO_2的吸附量要远大于对CH_4的吸附量;有机质含量TOC和孔隙结构对页岩的吸附有很大影响,呈正相关;温度越高,页岩对气体的吸附能力越差;单位压力变化对吸附的影响随着压力的增高而下降,逐渐趋于平缓;在竞争吸附中,页岩对CO_2有更高的选择性。     

页岩吸附性能及作用规律

页岩气(主要组分为甲烷)作为一种新兴的非常规天然气,其对于优化能源消费结构、缓解能源对外依存度具有重要意义。相关研究表明,吸附态是页岩气的主要赋存形态,因此明确页岩吸附性能及作用规律是页岩气有效开采的重要前提。为此,本文结合国内外相关研究工作,分析了页岩的吸附特性,归纳了影响页岩吸附能力的因素,指出了页岩及页岩气后续研发方向。分析表明:页岩储层内部页岩气的赋存形态主要包括游离态、溶解态和吸附态,其中吸附态页岩气含量至少占页岩气总含量的40%;页岩气吸附量与页岩储层理化性质、储层温度和压力均有关。虽然国内外已对页岩气开展大量研究工作,但是相比于煤层气等非常规天然气研究仍显不足。为此,关于页岩吸附性能及作用规律需要在以下方面开展研究工作:①进一步探明页岩储层地质特征;②深入明确甲烷和页岩之间的流固作用关系;③利用页岩对甲烷和CO₂吸附性能的差异,推进注入CO₂强化页岩气采收率技术。     

页岩气成藏机理研究

页岩气藏大面积连续分布,而且不受构造作用的控制,页岩气的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成,页岩既是烃源岩、储层,也是盖层.页岩气成藏机理具有明显的"混合型"特征,根据成藏条件的不同,成藏机理可分为吸附机理、活塞式成藏机理或!换式成藏机理两种类型[1].页岩气成藏机理兼具煤层吸附气和常规圈闭气藏的特征,体现出了复杂的多机理递变特点.页岩气成藏机理实质上就是页岩孔隙中的不同赋存方式的天然气空间比例分配问题[2].     

四川盆地志留系页岩CH4和CO2吸附特征

页岩气是一种非常具有开发潜力的非常规天然气能源。选取四川宜宾地区志留系龙马溪组页岩,对总有机碳、黏土矿物含量和镜质体反射率等储层性质进行表征,通过场发射扫描电子显微镜和低温氮气吸附-解吸方法对页岩的孔隙结构进行分析。从孔隙结构表征发现,页岩中有大量的孔隙发育,并且大多数孔隙的尺寸在100 nm以下,微孔对总比表面积的贡献最大,中孔对孔体积做出了较大贡献。对页岩样品分别进行了CH₄和CO₂单组分气体的等温吸附实验,分析了影响页岩吸附气体能力的因素,考察了页岩样品CO₂/CH₄的选择性。结果表明,页岩对CO₂的吸附量要远大于对CH₄的吸附量;有机质含量TOC和孔隙结构对页岩的吸附有很大影响,呈正相关;温度越高,页岩对气体的吸附能力越差;单位压力变化对吸附的影响随着压力的增高而下降,逐渐趋于平缓;在竞争吸附中,页岩对CO₂有更高的选择性。     

页岩气藏储层地质特征简述

页岩气藏相比常规气藏有其独特之处,页岩气藏是以吸附或者游离态为主要赋存方式的天然气聚集,其中一部分以游离态或溶解态赋存于孔隙和裂缝中,一部分吸附在有机质和黏土矿物的表面,具有渗透率极低,孔隙度极小等特征。我国的页岩气资源储量巨大,国内外成功开发的经验表明,压裂改造是实现页岩气开发的重要技术步骤,在施工设计过程中,页岩气藏储层压裂地质特征是一个重要的考虑因素。基于此,在充分调研国内外有关页岩气文献的基础上,对页岩气藏压裂地质特征进行研究。     

南川地区龙马溪组页岩气储层特征分析

四川盆地作为我国页岩气主要产地,其中龙马溪组页岩气资源储量尤为丰富,针对该组地层进行储层特征研究,对该盆地页岩气富集规律研究、压裂工艺设计以及优选有利区意义重大。在岩心观察基础上,结合测井资料以及地质资料的分析,开展页岩矿物特征、物性特征和地球物理特征等页岩气储层特征研究。研究结果表明龙马溪组页岩骨架矿物为石英、方解石、长石等,脆性矿物总含量58%,黏土矿物种类丰富包括伊利石、伊蒙混层、绿泥石和高岭土;孔隙类型多样,龙一段孔隙度分布在0.46%～3.86%之间,平均值1.70%,孔隙度高于龙二、龙三段;龙一段总有机碳含量在2.22%～3.64%之间,生烃物质基础较好;泊松比与杨氏模量分别为0.17～0.32,31.9～70.7 GPa。综合认为南川地区龙马溪组具有较好的脆性,龙一段储集物性优于中上两段,高杨氏模量低泊松比,具有较好的资源勘探开发潜力。     

页岩气及其成藏机理

本文介绍了页岩气的特征、形成条件和富集机理等,认为不同阶段、不同成因类型的天然气都可能会在泥页岩中滞留形成页岩气;页岩气生气量的主要因素是有机质的成熟度、干酪根的类型和有机碳含量;吸附态的赋存状态是页岩气聚集的重要特征。我国页岩地质结构特殊复杂,需要根据我国具体的地质环境进行分析以便更加合理的进行开采。     

威远-荣县区块五峰组—龙马溪组页岩气成藏地质特征

基于威远-荣县区块页岩气勘探、研究与实践,从页岩层厚度、地化、储集、岩矿等多个方面剖析了该区块五峰组-龙马溪组页岩气成藏地质特征。结果表明:威远-荣县区块优质页岩储层厚度大于30m,一般在35-45m;储层页岩有机质含量高、热演化程度适中,有机质类型以Ⅰ型干酪根为主;储集层矿物成分以石英和黏土矿物为主,微裂缝发育;深水陆棚相沉积中富含大量含硅质及碳酸盐矿物的生物,较其它层位的页岩具有更高的脆性矿物含量。     

页岩气压裂的地质因素和技术发展

页岩气是指泥岩或页岩在各种地质条件下生成的没有完全排出的天然气,页岩气主要缺失二次运移,其主要游离和吸附在页岩层上,页岩气开采中主要采用压裂开采,其中页岩气压裂相关的储层地质因素为:岩性及矿物组分、孔隙度和渗透率和裂缝,笔者也论述了页岩气压裂技术的发展。