鄂尔多斯盆地张家滩页岩液态烃特征及对页岩气量估算的影响

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组张家滩页岩为一套湖相富有机质页岩,已在其中发现了工业性页岩气。张家滩页岩的有机质成熟度相对较低（R_o为0.7%～1.3%）,页岩中滞留有大量液态烃,其对页岩气的赋存状态和原地气量的估算具有重要影响。利用荧光显微镜、扫描电镜和能谱分析技术,结合索式抽提、热解和甲烷等温吸附测试等手段分析了张家滩页岩中液态烃的赋存状态及含量,研究了液态烃对页岩气赋存状态、含气量的影响。结果表明,张家滩页岩中液态烃含量高,氯仿沥青“A”含量介于0.2%～1.2%,平均0.72%;热解S₁含量主要变化在1.00～7.00 mg/g,平均3.87 mg/g。显微观察与测试结果表明,液态烃主要以游离态赋存于页岩的孔隙、裂缝中,或吸附于有机质及黏土矿物表面。进一步研究发现,液态烃的存在会导致页岩的甲烷吸附能力明显降低,降低程度达35%～57%,平均约45%。在地层温度、压力条件下,张家滩页岩的液态烃中会溶解大量的天然气,溶解气量变化在0.21～1.21 mL/g,平均0.65 mL/g,约占总含气量的20%。如果考虑损失的轻烃部分,溶解气含气量还会更高,平均约0.91 mL/g,约占总含气量的28%。此外,张家滩页岩中的液态烃还影响到了各种赋存状态页岩气的含气量。在评价类似延长组张家滩页岩这类较低成熟度的页岩气资源量时,除了需要对液态烃含量进行轻烃校正和重烃补偿外,还需要考虑液态烃中的溶解气含量、液态烃所占据的孔隙空间大小、液态烃对吸附气量及游离气量的影响,这样获得的页岩气资源评价结果才更为客观、可靠。     

影响页岩气高产的地质因素分析

页岩气是目前天然气储量增长的最主要因素,我国蕴含丰富的页岩气资源,页岩气的成功开发将对能源结构、环境政策及能源安全产生重要影响。为了查明影响页岩气高产的地质因素,本文将页岩气藏与常规油藏对比总结得出页岩气藏的特征;分析了页岩气生烃机理、赋存机理与运聚机理;探讨了各地质因素对页岩气开发的影响能力与作用方式。研究认为,各种错综复杂的地质因素主要通过含气量、含气页岩厚度与面积、脆度及孔隙—裂隙网络4个方面影响页岩气的开发难度与商业价值。     

页岩气保存机制探讨

常规天然气与页岩气在储集空间上的本质差别就是孔径或孔隙结构的差异。根据四川盆地涪陵焦石坝地区页岩埋藏史、含气量、生产数据及解吸气同位素分馏这4方面资料,指出页岩气是以单个或多个有机质碎片所形成的连通孔隙网络为单元被保存在页岩中,毛管压力与静水压力是页岩气孔隙压力的保存机制,因此页岩的富气程度不受构造形态或圈闭的控制。构造活动对页岩气保存条件的破坏主要决定于构造升降对静水压力破坏及地质应力对页岩页理面的破坏程度,水平挤压条件下层理面张开所引起的毛管封闭能力下降,导致页岩气散失。而断层往往是应力释放区域,使页理面不会受到进一步的破坏,相反可能对下盘起到保护作用,成为页岩气的有利勘探目标。根据毛管力原理可进一步估算页岩气的可采收率,从而为勘探开发提供指导。     

页岩气的主要成藏要素与气储改造

含气页岩通常既可以作为烃源岩,又可以作为储层和盖层。页岩作为烃源岩,页岩气的产量与其总有机碳含量（TOC）、有机质的成熟度（Ro）、有效厚度密切相关;页岩作为储层,它有着低的孔隙度和渗透率,这也是它能作为盖层的原因。在页岩气藏中,气体主要是以吸附方式吸附在有机质和黏土颗粒的表面,或者以游离方式聚集在裂缝和孔隙中的。通过研究煤层气解吸机理,研究了页岩气的解吸机理及页岩中裂缝的检测方法。分析四川盆地烃源岩的地球化学特征、展布特征等,并探讨了四川盆地页岩气藏的分布。     

四川盆地深层海相页岩气赋存机理与勘探潜力

深层—超深层页岩气是四川盆地天然气增储上产的战略接替领域。基于志留系页岩气的大量勘探开发实践、实验测试资料和前瞻性研究成果,探讨了深层海相页岩气的赋存状态与聚集机制,指出了四川盆地深层页岩气的有利勘探区。页岩的纳米孔喉系统决定了其内部聚集的天然气呈现吸附态,主要以单分子层在微孔—介孔中吸附聚集。页岩吸附气量除受控于孔、缝的比表面积,还受TOC含量、温度、压力和含水性的影响。深层高温条件下,页岩储层的最大吸附气量较低,随着温度降低页岩的吸附能力增强,最大吸附气量也逐渐增加。页岩气在深层超压条件下主要以游离气赋存,呈超临界状态高密度聚集,游离气含量受储集空间及孔喉结构、埋藏深度、地层温度和压力、超临界流体性质以及页岩含水性等诸多因素综合影响。在抬升过程中,因构造改造的强度、时间和方式不同,页岩气的赋存相态转化及散失机制不同。其中,抬升幅度小且改造强度弱时,页岩气层仍保持深层"游离气为主,超压富气"的特性;抬升至中—浅层时,受断裂开启、剥蚀露头和页岩自封闭性降低等游离气散失机制影响,页岩气层的含气量和游离气量降低、吸附气占比增加,因此,远离剥蚀区、大断裂带的深埋藏区是深层页岩气的最有利富集区。四川盆地内部构造相对稳定,深层海相页岩气普遍保持着"早期滞留,超压富气"的成藏特征,优选宜宾—泸州地区、綦江—涪陵地区、永川—大足地区和垫江—梁平地区为有利勘探区。     

页岩气岩石物理分析技术及研究进展

页岩储层以纳米级孔隙为主的特性,使得页岩岩石物理基础实验及相关理论模型研究在页岩气储层测井评价中发挥举足轻重的作用,中国在这方面的研究尚处于起步阶段.针对国外尤其是美国近期页岩气勘探开发中涉及的岩石物理实验技术开展了广泛的文献调研,综述了当前国外页岩气岩石物理实验技术及相关理论研究取得的主要进展,探讨了国内外页岩气在上述实验及研究方面存在的主要问题,指出我国页岩气岩石物理测井评价技术的发展方向.该研究有助于了解和借鉴国外相关实验技术和研究方法,提高我国页岩气岩石物理实验分析技术和研究水平,为我国页岩气勘探开发奠定坚实的基础.     

页岩气的成藏条件与开发分析

重点对于国外页岩气产业发展进行研究,对中国页岩气勘探开发情况进行系统的分析,并综合进行研究和展望,提出合理建议对策,从而推动页岩气产业的持续稳定较快发展.     

川南地区海相深层页岩气吸附特征及控制因素

深层页岩气（埋深在3 500~4 500 m之间）是未来我国页岩气产量增长的主体和重要接替领域。对于深层页岩气储层关键参数的研究,是明确其基本地质特征和建立与之相适应开发方式的关键。为明确龙马溪组深层页岩气的吸附特征和控制因素,开展了高压甲烷吸附、低温氮气和二氧化碳吸附等综合性分析测试,并进行了吸附气模型拟合和对比分析。结果表明：在压力较大时深层页岩的等温吸附曲线也存在下降趋势,吸附特征无明显变化,这主要是由于深层页岩与中深层/中浅层页岩的微观孔隙结构特征无明显差异引起的。对比分析3种常用吸附模型,表明不同吸附模型均能对深层页岩的吸附曲线进行拟合,但转换后的绝对吸附量呈现出相同的规律：DA?LF模型>DR模型>Langmuir模型。结合孔隙结构与吸附气量的相关性分析,认为基于微孔充填的DR模型更适用于表征深层页岩的吸附规律。通过相关性分析认为,TOC是控制深层页岩气吸附量的关键物质因素,微孔比表面积是关键空间因素。与中深层/中浅层页岩相比,深层页岩硅质含量增高,方解石含量降低,TOC含量降低,吸附气量降低,吸附气量占总含气量比例仅为30%左右。     

四川盆地下古生界页岩气藏形成条件与勘探前景

下古生界筇竹寺组和龙马溪组黑色页岩已被证实为四川盆地石炭系、震旦系等大中型气田或气藏的重要烃源岩,同时有迹象表明自身也具有形成页岩气藏的潜力。初步研究结果表明,筇竹寺组和龙马溪组黑色页岩均具有厚度大、区域分布广、富砂质、硅质和有机质的特征,且已见到大量油气显示和小规模油气流,具备形成页岩气藏的有利地质条件。四川盆地南部地区下古生界页岩气资源丰富,其中威远和自贡-泸州-永川２个区块可作为近期开展页岩气勘探开发的有利目标区,通过老井复查和加砂压裂测试,有望取得勘探突破。     

页岩气储层评价因素研究

为研究页岩气储层评价中主要参数的作用,有必要分析各参数的影响机理。在调研国内外研究进展的基础上,以美国五大盆地页岩气勘探开发认识为参考,分析总有机碳含量、含气量、温度和压力等参数对储层评价和开发的作用。发现页岩气储层评价比常规储层研究更复杂,多项评价参数对储层有正反两方面的影响,单一控制因素的优劣不能定性评价储层,页岩气体储集包含吸附态、游离态、溶解态,吸附解吸作用使其渗流规律异于常规储层,因此页岩气储层有利区块的优选需要进行多种指标的综合考虑。     

四川盆地元坝地区自流井组页岩气成藏条件

按照页岩气勘探思路和成藏特点,四川盆地元坝地区一批探井针对自流井组泥页岩录取了资料,其中3口井测试获得了工业气流。研究表明,元坝地区自流井组形成于浅湖-半深湖环境,暗色泥页岩厚度较大,有机碳含量高,有机质热成熟度适中,处于生气高峰期。泥页岩矿物成分中石英含量普遍在60%以上,粘土含量在30%以下,泥页岩含气量高,具备页岩气形成和勘探的基本条件,是页岩气勘探的有利层系。     

鄂尔多斯盆地中生界页岩气成藏地质条件

为了寻找常规油气的接替能源,增加鄂尔多斯盆地油气资源的地质储量,促进国内非常规油气资源的勘探开发,根据国内外现有的页岩气勘探开发理论和实践,对中生界延长组长7段泥页岩层的沉积环境、经历的构造运动、分布范围、厚度、埋深、有机质的类型和丰度、成熟度及生烃强度等各项成藏地质、地化要素进行了分析。研究认为鄂尔多斯盆地中生界延长组长7段泥页岩层具备良好的页岩气成藏地质条件,盆地南部吴起—永宁—下寺湾—直罗—线地区是中生界地层页岩气勘探开发的有利区块。     

川南深层页岩气储层含气量测井计算方法

页岩储层含气性是页岩气井获产的基础,含气量是页岩气储层评价的关键指标。通过岩心含水饱和度分析,建立了基于黏土含量与有机质含量双重因素影响的非电法页岩储层饱和度计算方法。通过岩心等温吸附实验,确立了兰格缪尔体积和兰格缪尔压力多因素动态计算方法。结合研究区地层在纵向上温度、压力以及总有机碳含量动态变化的特征,建立了基于兰格缪尔等温吸附模型的页岩吸附含气量测井计算模型,在川南地区龙马溪组五峰组深层页岩气储层含气性评价中取得了良好的应用效果。     

煤层气与页岩气聚集主控因素对比

我国已进入煤层气产业快速发展,页岩气开发迅速起步阶段。国内外一些典型盆地均出现煤层气与页岩气混合共生的现象,研究两者共性及差异性对指导勘探开发具有重要意义。煤层气与页岩气在形成背景、气源、储集等诸多方面存在共性(两者富集成藏均受厚度、热成熟度、有机质含量和储层孔隙、微裂隙发育等因素控制)和差异性(煤层气还受构造和水文地质等条件影响明显)。在沉积环境方面,煤层主要形成于滨海或滨湖平原、三角洲平原、冲积平原及冲积扇前缘等沉积环境,而页岩则形成于快速沉积且封闭性较好的还原环境。     

涪陵页岩气田焦石坝页岩气储层含气量测井评价

为深化焦石坝区块页岩气储层评价认识,以四川盆地首口参数井页岩岩心实验为基础,建立了基于常规测井资料的页岩气储层游离气、吸附气及总含气量计算模型与评价标准,并应用于工区内3口探井连续含气量剖面建立和综合评价。焦石坝页岩气田龙马溪组下部—五峰组页岩气以游离气为主,吸附气为辅,游离气含量达到了吸附气含量的2倍以上。其页岩气层含气量呈"上低下高"且随深度增加而增大特征,其中下段总含气量大,游离气含量高,为最优"甜点"段,是典型的Ⅰ类气层,具有非常好的商业开发价值。     

页岩气成藏理论及资源评价方法

在调研了国内外页岩气研究成果的基础上,系统地研究了页岩气藏基本特征,分析了页岩气藏的成藏机理及成藏控制因素,并针对页岩气藏特殊的成藏特征,探讨了相应的识别方法和资源评价方法。研究表明,页岩气藏通常具有自生自储、储层粒度细、低孔低渗、裂缝发育、储层面积大、连续分布、形成温度及埋深范围广,赋存方式主要为吸附态、压力异常、产能低、采收率低和生产周期长等特征;页岩气成藏具有过渡特点,兼具了根缘气及常规天然气的成藏机理;有机质类型及含量、成熟度、裂缝、孔隙度和渗透率、矿物组成、厚度、湿度、埋深、温度与压力对页岩气藏的形成具有一定的控制作用;利用岩心分析法、地球物理法及ECS测井、成像测井等测井新技术可定性或定量识别页岩气;按照页岩气资源评价主要方法的原理归类,目前页岩气资源评价主要方法有类比法、成因法、统计法和综合法4类,每种方法有各自的适用性和局限性。     

页岩气解吸方法研究进展

页岩含气量评价对页岩气资源预测、储量计算、勘探开发规划具有重要的意义。解吸法是页岩含气量评价中应用非常广泛的一种直接测量方法。页岩气的解吸方法主要沿用了煤层气的技术,将岩心或岩屑封装于解吸罐后,测定解吸气和残留气,计算损失气,3部分的总和即页岩储层的含气量。经过多年的发展,解吸装置在不断改进,解吸数据分析方法一直在优化。目前已经发展了USBM法、多项式法、Smith-Williams法、下降曲线法、Amoco法等多种解吸数据处理方法。在实际应用中,温度等环境因素、损失时间、采用的拟合方法以及解吸装置本身都会对解吸结果产生明显的影响。由于页岩气的扩散机制和解吸过程与煤层气存在一定差异,简单沿用煤层气的方法与技术评价页岩含气量,可能存在明显的误差。未来的研究将致力于改进解吸装置,发展符合页岩气体解吸机理的数学模型,规范解吸方法,建立相关行业标准。     

四川盆地威远区块典型平台页岩气水平井动态特征及开发建议

位于四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区范围内的威远页岩气田(以下简称威远区块),同一平台上气井的生产动态特征存在着较大的差异,目前对于其页岩气井产气量的主控因素和开发工艺措施的有效性认识尚不明确。为此,以威远区块PT2平台的6口水平井为例,针对气井生产动态存在的差异,从钻遇优质页岩段的长度、水平段轨迹倾向、压裂段长度、改造段数、加砂量及井底积液等方面进行分析,明确了影响威远区块页岩气水平井产气量的主要因素,进而提出了有针对性的开发措施建议。研究结果表明:(1)优质页岩段钻遇长度是气井高产的物质地质保障,水平压裂段长度、改造段数/簇数和加砂量是主要的工程因素;(2)页岩气井生产早期均为带液生产且水气比较大,当产气量低于临界携液流量时,井底积液对产气量和井口压力的影响不容忽视;(3)建议低产井应采用小油管生产(油管内径小于等于62 mm),对于上半支低产井,应及早采取橇装式排水采气工具和措施以释放气井产能,而对于下半支低产井,则应放压生产,防止井底过早积液。     

四川盆地涪陵页岩气田3种典型页岩气保存类型

四川盆地涪陵页岩气田页岩原生品质平面差异性小,但开发井的产气量却差异较大,有分析认为这是页岩气保存条件平面差异变化所致。为了定量评价该区页岩气的保存条件,以构造精细解释成果为基础,综合地质、测井、气井测试等资料,对该页岩气田构造受力强弱、构造形态、断裂发育程度等构造特征进行了综合分析和构造类型划分;结合页岩气单井测试产量,从宏观—微观两个方面对影响该区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩气保存条件的主要指标进行了研究,并据所确定的评价指标划分了页岩气保存类型。结果表明:(1)该页岩气田构造类型可划分为稳定型、弱变形型和复杂型3种;(2)优选构造形态、裂缝特征、顶底板条件、地层压力、孔隙度、孔径大小等6项参数作为该区页岩气保存条件的评价指标;(3)构造形态平缓、远离边界主控断裂是页岩气得以保存的基础,顶底板有效的隔挡封闭条件可显著降低构造改造对气藏的破坏作用,超压环境、孔隙度和孔径大小是保存条件的综合表象;(4)3种构造类型分别对应于3种典型的页岩气保存类型,其中构造稳定型为最有利的保存类型。