文档介绍：页岩气研究与勘探开发概况
刘贵熙 PB13007144 固体物理地空学院
摘要: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。本文根据两篇相关论文的内容概述了页岩气的成因、来源和储层特征,介绍了全球页岩气勘探开发情况,并针对中国的页岩气勘探开发前景作详细说明。
关键词:页岩气;勘探开发
引言
页岩气是典型的非常规天然气,产自极低孔渗、以富有机质页岩为主的储集岩系中。页岩气的形成与富集为自生自储、以游离气和吸附气为主、原位饱和富集于以页岩为主的储集岩系的微—纳米级孔隙-裂缝与矿物颗粒表面[1]。页岩气常被称为“人造气藏”,开采必须通过大型人工储层造缝( 网)才能形成工业生产能力,初期产量一般较高、早期递减较快,后期低产稳产且生产时间长(一般30~50年)。
页岩气是国外最早认识的天然气,自1821年在美国阿帕拉契亚盆地成功钻探岩气的发展已近200年历史。但20世纪90年代前,只有致密(岩石)气与煤层气受到重视,页岩气在天然气大家族中的地位微不足道。21世纪以来,随着页岩气地质与开发理论的创新和勘探开发关键技术的进
步,尤其是水平井钻完井与分段压裂技术的进步及规模推广应用,页岩气迈进了大发展阶段。
2005年以来,中国借鉴北美经验,开始了中国页岩气地质条件评价与勘探开发先导性试验,
不仅在地质认识上取得进展,在勘探开发实践上也取得突破,成为全球除北美以外地区率先发现页岩气的国家。
1 页岩气的主要特征
页岩气的成因特征
页岩气的成因类型有生物成因型、热解成因型和热裂解成因3类型及其混合类型[2]。对生物成因气而言,其源岩的热演化程度低,所生成的甲烷碳同位素非常轻。表1是美国几个主要的页岩气产层的地质地化特征。不难看出,密执根盆地的Antrim页岩气是典型的生物成因,伊利诺斯盆地的New Albany页岩气是生物及热成因混合气。
生成页岩气的源岩富含有机质,天然气主要来自于有机母质的热作用。在有机母质进入热成熟之前,它们往往都要经历一个生物降解作用阶段。在这一阶段生成的未熟生物气大多被滞留于源岩内,与后期生成的热解气混合,构成了成熟热解气或热裂解气的一部分。Curtis对美国产工业性泥页岩气的5套主要页岩气层的地质特征和地球化学特征进行了归纳和总结,发现泥页岩一般具有如下特征。(表1)
泥页岩气的地层厚度较大,埋深较浅。目前具有经济可采价值的页岩气地层的厚度均大于6m,最大达610m,埋深范围为
183~2600m。埋深主要受当前钻探水平和经济条件的限制。埋深过浅,泥页岩含气饱和度较低;埋深过大,开采困难、成本太高而不具备工业价值。
泥页岩气的TOC含量值变化范围大,%~25%。目前,美国主要的页岩气产层的TOC含量都较高,一般超过2%。ROC含量高的泥页岩含粘士矿物多,吸附性强,单位
体积岩石内的容气量多。
泥页岩气的干酪根类型多为Ⅰ和Ⅱ型,Ⅲ型较少。类型好的源岩生成的油气量多, 自身残留的烃量也多。需要指出的是,母质类型较好的泥页岩,其在热演化程度较低时形成泥页岩油藏,在热演化程度较高时,通过原油的裂解才能转变为泥页岩气藏。
形成页岩气资源并不需要源岩达到一个很高的热演化程度,关键是能够饱和岩层的残留需要。在满足了这一条件的情况下,它们内部残留的天然气在钻探的情况下能够得到较多的释放,从而实现有效开采。演化程度较低的源岩,生成的天然气量较少,能够残留的最大气量也较少,在开采过程中能够释放出来的气量亦较少,因而难以构成最优质的页岩气资源。热演化程度非常高的源岩层, 虽然生成的天然气量非常大,但同时它们的埋深也大, 孔渗非常小,温压也高,在这种条件下残留的量较小。绝大部分的天然气已被排出源岩外,形成了深盆气藏和常规气藏。它们还因埋深太大而得不到经济开采, 如果因构造变动暴露地表,它们内部残留的气量还将大量损耗。因此,这类高演化程度的泥页岩层也构成不了最优质的页岩气资源。
页岩气的储层特征
(1)页岩气富集于泥页岩内部复杂的介质条件中。泥页岩气既富存于暗色泥岩和页岩的孔隙内、裂缝中,也富集在泥页岩内部的浅色粉砂岩、细砂岩的薄互层中(图2
),还有的
溶解于干酪根介质内。
(2)泥页岩气富集在非常细小的原生孔隙内( 图3)。事实上,尽管泥页岩自身非常致密, 但其孔隙度的大小随裂缝发育程度的不同变化范围较大,可由1%~15%,渗