页岩气和煤层气中氦气的地球化学特征和富集规律

氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略资源。近年来,国内外常规天然气藏中氦气的研究日益受到关注,但非常规气藏(如页岩气和煤层气)中氦气的含量特征及成因研究至今仍处于起步状态。研究通过对国内外非常规领域氦气研究文献的梳理,系统总结了国内外页岩气和煤层气中氦气的含量及分布,明确了氦及其他稀有气体同位素特征,并在此基础上分析了页岩气和煤层气中氦气的成因及来源,揭示了氦气的富集主控因素。研究数据表明：页岩气中氦气的含量分布范围在(0.12～3 100)×10^-6之间,均值约为378×10^-6;煤层气的氦气含量分布范围在(0.04～19 000)×10^-6之间,均值约为816×10^-6。页岩气和煤层气中的氦气含量普遍低于同一地区常规天然气藏中的氦含量。这可能是因为常规天然气一般经历过较长的二次运移,能够在途中捕获更多的外源氦。页岩气和煤层气中的³He/⁴He值一般较低,指示壳源放射性衰变氦为主要来源。氦和氖同位素特征显示,页岩气和煤层气中的幔源氦和大气氦贡...     

中国含油气盆地富氦天然气藏氦气富集模式

氦气由于其化学惰性、分子量小、低沸点、强渗透性、高导热性等特点,广泛用于航空航天、低温超导、医疗以及高科技领域,是一种不可替代的战略性稀缺资源。但关于氦气如何在天然气藏中富集的研究较为薄弱。为此,在探讨富氦气藏划分标准的基础上,系统剖析了典型富氦气藏氦气成因、来源及富集过程,重点突出了主力氦源对富氦气藏的贡献,并提出了中国含油气盆地富氦气藏氦气富集模式。研究结果表明：(1)针对中国不同含油气盆地建立了壳源富氦和壳幔混合富氦2大类,6种氦气富集模式;(2)富氦气藏具有供氦多元、富集模式多样的特征;无论哪种氦气富集模式,都离不开主氦源对气藏的贡献;(3)中西部盆地富氦气藏中的氦气以壳源氦为主,富集模式包括古老地层水沿断层上移释氦、天然气沿古老储集层运移过程中富氦、页岩气富氦模式。(4)东部盆地富氦气藏中氦气为壳幔混合成因,富集模式包括以烃类气为主的气藏富氦模式、以二氧化碳为主的气藏富氦模式、以氮气为主的气藏富氦模式。结论认为,中国含油气盆地富氦气藏氦气富集模式的建立,可为氦气富集规律和富集主控因素的研究提供参考和借鉴,同时,该认识对氦气有利勘探区带评价具有重要意义。     

中国中西部富氦气藏氦气富集机理——古老地层水脱氦富集

氦气是天然气中的伴生资源,是重要的稀缺战略物资,但对其富集机理研究却比较薄弱。针对富氦气藏中的氦气如何富集这一备受关注的难点问题,采用地球化学研究方法,在分析中国主要富氦气藏中氦气富集的基础上,认为氦气之所以在少数气藏中富集,是因为气藏额外捕获了古老地层水中释放出的氦气。古老地层水溶解的氦气释放到气藏,是富氦气藏中氦气富集的主要机理。首次提出富氦气藏的形成经历过“多源供氦、主源富氦”的观点,氦源来自烃源岩、储集层中U和Th的放射性衰变,以及地层水中溶解的来自其他岩石U和Th的衰变,主源是古老地层水中溶解的氦气,来自古老地层中U和Th经长时间的衰变积累的水溶氦。当溶有氦气的古老地层水与游离气或气藏相遇,由于水中氦气的分压远高于游离气或气藏中氦气的分压,根据亨利定律,水中的氦气几乎完全可以释放到气藏中,形成富氦气藏。     

氦气与氮气富集耦合作用及其重要意义

氦气是重要的稀有战略资源,目前主要来自天然气。氦气如何在气藏中富集是当前研究热点,也是氦气勘探迫切需要解决的关键问题。在柴达木盆地、四川盆地和准噶尔盆地采集天然气样品进行氦气和氮气含量测试及分析,并结合对其他国内外主要富氦气田天然气组分和氦气含量研究,发现富氦气田中氦气含量与氮气具有很好的相关性。不仅如此,一些贫氦气田也存在该现象。据此,提出氦气富集与氮气具有耦合作用,二者同时在天然气中富集,都与地下水有关,可能来自相同的源岩。氦气与氮气耦合关系的提出,或许能够真正找到氦气富集的奥秘,为寻找富氦资源打开新思路,为氦气富集理论提供依据。     

煤层气藏与页岩气藏

介绍了煤层气藏和页岩气藏形成的基本原理,以及用于评价煤层气藏和页岩气藏的关键数据及其获取方法。概述了这些气藏的钻井、完井及开采过程。在煤层气藏中,天然气地层储量绝大部分被认为是吸附气;页岩气则是吸附气和游离气的混合体,其普遍依赖于水力压裂来连接井筒与天然裂缝。煤层气藏与页岩气藏都具有强烈的非均质性,两种气体将在世界能源供给中占有越来越重要的地位。     

低阶煤煤层气富集模式初探

通过对美国粉河盆地以及我国铁法盆地煤层气富集规律的解剖,总结出影响低阶煤煤层气富集的关键因素是封堵,而构造、岩性和水动力是形成煤层气封堵的主要因素。同时提出了5种不同的煤层气富集模式,即背斜模式、构造—水动力模式、构造—岩性模式、岩性—水动力模式和岩性模式。     

中国南方海相浅层页岩气富集条件及勘探开发前景

中国南方浅层—超浅层页岩气分布广泛,资源量丰富。昭通页岩气示范区太阳页岩气田是率先突破且成功进行商业开发的整装规模浅层页岩气田。基于太阳气田的沉积地层条件、源-储条件、构造保存条件对其页岩气的富集成藏条件进行分析,总结了太阳地区浅层山地页岩气田的"四元"富集成藏规律,即沉积烃源条件好、优质页岩气储层条件好、储层体积压裂工程条件好、封存赋存条件好,其中,优质页岩气产层的主体岩相为深水滞留陆棚相沉积的富有机质生物硅质页岩。通过对太阳页岩气田的构造地质与成藏地质条件进行深入分析,结合气藏工程的认识,针对太阳背斜和海坝背斜建立了二者整体受"岩性岩相、储集孔隙、天然裂缝、构造应力、晚期泄聚"耦合机制控制的浅层—超浅层页岩气"自生自储+外源补给"复合型成藏模式,该模式是对太阳背斜工区"三维封存体系"浅层页岩气成藏模式的继承和发展。进一步地,通过优选有利区并明确资源情况,展望了中国南方浅层页岩气的资源前景。在昭通页岩气示范区,五峰组—龙马溪组一段1亚段Ⅰ+Ⅱ类储层整体较厚(平均厚度达30.1 m),在落实优质页岩储层分布的基础上,优选有利区面积超过550 km²,探明页岩气地质储量超过2 500×10⁸m³。此外,在四川盆地外围的东缘、南缘其他残留构造坳陷区,有20余口钻井展示出较好的浅层页岩气潜力,总资源量预计可达10×10¹²m³,这预示着在中国南方四川盆地外缘复杂构造残留坳陷区,浅层页岩气具有非常好的勘探开发前景。     

页岩气与煤层气开发特征模拟实验研究

为明确不同吸附气比例对气体开采特征的影响,优选具有代表性的页岩和煤岩样品,分析了页岩气与煤层气赋存与开发机理的异同,建立了高压吸附特征测试和多点测压串联开发模拟实验方法,对比分析了页岩气和煤层气的压力传播规律和气体动用规律。结果表明：页岩和煤岩基质的渗流能力均较低,煤岩样品的吸附能力约为页岩样品吸附能力的9倍,储层中煤层吸附气达到79%,占主导地位,而页岩储层中以游离气为主;页岩与煤岩的压力传播速度均较慢,煤层动用能力高于页岩储层,开发300d煤岩采出程度达到95%,页岩采出程度仅为75%。研究认为,在开发中后期,压力降低,吸附气解吸参与供给,页岩和煤岩压力下降均明显变缓,单位压降产气量增加,煤样的单位压降产气量增加程度远高于页岩,页岩气开发技术政策应以高效动用游离气为主,而煤层气开发技术政策应以有效动用吸附气为主。研究成果为完善非常规天然气渗流理论、优化开发技术政策奠定了基础。     

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。     

亚太地区煤层气页岩气的开发

由于在欧洲的页岩气赢利性开发遇到地上地下诸多困难,据《阿各斯石油》周刊报道,跨国公司可能会转向亚太进行大规模的非常规天然气投资。     

川南地区深层页岩气富集条件差异分析与启示

近年来,川南地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气勘探开发逐步向深层领域(埋深3 500～4 500 m)拓展.已在LZ、DZ 2个深层区块取得初步进展,且页岩气勘探开发效果表现不同(前者明显优于后者),其主要与富集条件差异有关.以LZ和DZ区块五峰组—龙马溪组为研究对象,综合利用最新的钻井、录井、测井、地震及分析...     

从成藏条件和成藏机理对比非常规页岩气和煤层气

作为重要的接替能源,页岩气、煤层气等非常规能源的勘探开发将会影响到全球未来整体能源局势。页岩气和煤层气在成藏条件和成藏机理上既有区别又有相同点,都包括原生生物成因、次生生物成因、热成因以及混合成因;储集层为低孔、低渗,储集空间都包括孔隙和裂隙。但页岩气的保存不需要盖层,煤层气藏不仅需要良好的盖层条件,还需要煤层底板具有良好的封闭物性;煤层气具有吸附性成藏机理,而页岩气兼具吸附性、活塞性双重成藏机理。     

松辽盆地富氦气藏差异性富集规律及有利区预测

氦气是稀缺战略资源,在国家安全和高新技术等领域发挥着重要的作用。松辽盆地作为中国大型陆相含油气盆地之一,具有良好的氦气资源显示,但对氦气来源尚无统一的认识,尤其对其富集规律缺少系统总结。基于此,对松辽盆地氦气来源、分布等特征进行了归纳,结合构造演化和岩浆作用等对其运移及富集规律做出初步分析,并预测了富氦气藏勘探有利区。结果表明：松辽盆地主要为幔源氦及壳源氦的混合气,幔源氦贡献在南北呈现一定的差异;盆地基底及周缘花岗岩、深大断裂和有利的盖层,是氦气富集的最重要影响因素;盆地中南部为幔源氦聚集的有利区带,东南部是壳源氦的有利富集区带,中央坳陷及东南隆起带是壳幔混源氦气聚集的有利区域。研究结果对松辽盆地氦气的高效勘探开发具有指导意义。     

大宁—吉县地区煤层气成藏条件及富集规律

通过对大宁—吉县地区煤岩的生储气能力、煤储层渗透性、煤层气保存条件等煤层气成藏条件的分析,认为研究区发育承压水和断层封堵复合型煤层气藏,煤层气富集规律主要受沉积环境、煤储层渗透性、现今地应力以及水动力环境等的影响。钻探资料证实,河间湾沼泽相、构造宽缓部位以及地应力低值区为煤层气最有利富集区,是该区中煤阶煤层气勘探最有利的地区。     

煤层气的封存与富集条件

在水文地质条件简单的地区,煤层气的封存主要取决于煤层气富集区的构造及盖层岩性。通常情况下,压性断层可使煤层甲烷增多,张性断层使其降低。但在远离张性断层面的两侧,一般形成两个对称的平行条带状构造应力高压区,使得煤层甲烷含量相对升高,成为阻止煤层甲烷进一步向断层运移的天然屏障。背斜构造的中和面以上及向斜构造的中和面以下常会出现煤层甲烷的富集。依据煤层气盖层的排驱压力、渗透率等值,盖层可分为屏蔽层、半屏蔽层和透气层,它们在不同的构造发育区,其封盖性能不同,由此可划分出9类不同的构造封盖层岩性组合类型。平顶山矿区的实例分析表明:Ⅰ类组合煤层气含气性最好,其次为Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅴ类,其它类型含气性最差。     

煤层气和页岩气藏

美国煤层气和页岩气藏的天然气年产量约为2．7Tscf，占天然气总产量的15％。其中，约1．7Tscf天然气产于4万多口煤层气井，至少涉及到20个不同的盆地。其余的1．0Tscf天然气则来自4万多口页岩气井，涉及5个主要盆地。随着煤层气钻井步伐的减缓，页岩气继续被当作美国最热门的天然气来源之一，而钻井活动也快速增加，尤其是美国中南部[巴内特页岩（Barnett）及其等同物]、阿帕拉契（Appalachian）盆地以及众多的落基山盆地。     

鄂尔多斯盆地东南部山西组页岩气形成条件及富集主控因素

基于钻、录、测、试资料和泥页岩样品分析化验资料,在解剖页岩气典型井地质特征基础上,深入分析各成藏要素与页岩气富集之间的关系,总结页岩气富集控制因素。结果表明：鄂尔多斯盆地东南部山西组主要发育海陆过渡相泥页岩,具有较强的非均质性,主要体现出泥页岩有机质、物性等参数空间变化快的特点;山西组广覆式分布的泥页岩有机碳（TOC）含量较高,平均值为2.24%,干酪根类型主要为Ⅲ型,R_O平均值为2.48%,处于高成熟—过成熟阶段,为优质烃源岩;岩石组成具有富黏土特征（40.5%~88.5%）,主要由伊/蒙混层和高岭石组成,具有相对较高的比表面积有利于提高页岩对气体的吸附能力;小于3 m薄砂岩夹层在山西组分布广泛,物性条件较好（平均孔隙度为3.37%,平均渗透率为0.1×10^-3 μm²）,泥页岩生成的天然气可以短距离运移至这些砂岩夹层（纹层）中,有利于提高页岩含气性;研究区山西组含气性受不同岩性组合的影响具有较大的区别,其中山₂段厚层泥岩—煤组合含气性最好,其80%以上的样品含气量超过1 m³/t。综合分析认为,泥页岩的高热演化程度、特殊的海陆过渡相储集条件以及良好的保存条件是影响研究区页岩气富集的主要因素,其使得鄂尔多斯盆地东南部山西组页岩气具备一定的勘探开发潜力,并在子长—延安—富县、宜川等地区圈定页岩气富集目标。     

页岩气富集与高产的地质因素和过程

在查阅大量页岩气研究文献的基础上,考虑到页岩气藏的独特性,结合与其它页岩气藏的横向对比,重点剖析并初步总结了影响美国Fort Worth盆地密西西比系Barnett页岩气富集与高产的地质因素,提出了相应的地质过程概念模型,以期对即将到来的中国页岩气的评价、勘探与开发有些许启示。分析认为,在诸多影响因素中,热成熟度、造成页岩易压裂性因素的存在以及二者的有效匹配,是页岩气能否富集与高产的最重要的因素,其地质过程可归纳为3个阶段,即低熟微裂缝开启生物气逸散阶段、高熟微裂缝胶结裂解气富集阶段、压裂微裂缝开启页岩气高产阶段。     

开采煤层气比页岩气更适合中国国情

2013年4月6日,在2013博鳌亚洲论坛年会一个主题为"页岩气革命"的分论坛上,中国国家能源委员会专家咨询委员会主任张国宝提出,从我国国情看,在煤层气上下更大的工夫可能比在页岩气上下工夫更经济,因为煤层气开发技术比较成熟,比页岩气开采也要简单一些。     

辽河东部地区梨树沟组页岩气富集条件及有利区优选

辽河东部地区中生界下白全统梨树沟组泥页岩地层厚度大,分布面积广,发育稳定;泥页岩有机碳质量分数高,热演化程度适中,干酪根类型主要为且型,生烃强度大,具备页岩气富集的基本条件;泥页岩孔隙类型以残余粒间孔、微孔及溶孔为主,孔渗性较好,石英、长石等脆性矿物质量分数高,有利于页岩气储集及后期的储层改造,具有与延长油田三叠系已发现的陆相页岩气相类似的地质和地化条件,页岩气富集潜力大。文中采用综合信息叠合法对该区下白全统梨树沟组页岩气富集有利区进行初步预侧,认为有利区主要沿营口一俘二堡断裂呈带状分布。