页岩气分析测试关键技术和设备研发调研..docVIP

页岩气分析测试关键技术评价方法体系建立和设备研制调研 一、页岩气及其成藏机理 页岩气是指主体位于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聚集。页岩气藏中的天然气不仅包括了存在于裂缝中的游离相天然气，也包括了存在于岩石颗粒表面上的吸附气。吸附状天然气的赋存与有机质含量密切有关,它与游离状天然气含量之间呈彼此消长关系,其中吸附状态天然气的含量变化于20%～85%之间。因此从赋存状态观察,页岩气介于煤层吸附气(吸附气含量在85 %以上) 和常规圈闭气(吸附气含量通常忽略为零)之间。页岩气与其他类型天气的显著差别在于，其具有典型的“自生自储”特点。 页岩气既可以是生物成因气也可以是热成因气，或是生物成因气与热成因气的混合气。作为生物成因气，通过在埋藏阶段的早期成岩作用或近代富含细菌的大气降水的侵入作用中厌氧微生物的活动形成；作为热成因气，通过在埋藏比较深或温度较高时干酪根的热降解或是低熟生物气再次裂解形成，以及油和沥青达到高成熟时二次裂解生成。 页岩气作为非常规油气的一种，具有以下基本特征：（1）岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩（高炭泥页岩类），岩石组成一般为30%-50% 的粘土矿物、15%-25% 的粉砂质( 石英颗粒) 和1%-20% 的有机质，多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。页岩气的工业聚集需要丰富的气源物质基础,要求生烃有机质含量达到一定标准,那些“肥沃”的黑色泥页岩通常是页岩气成藏的最好岩性,它们的形成需要较快速的沉积条件和封闭性较好的还原环境。在页岩气藏中,地层有机碳含量相对较高,一般大于2 % ,可以达到普通源岩有机碳含量的10～20 倍。在陆相盆地中,湖沼相和三角洲相沉积产物一般是页岩气成藏的最好条件,但通常位于或接近于盆地的沉降—沉积中心处,导致页岩气的分布有利区主要集中于盆地中心处。从天然气的生成角度分析,生物气的产生需要厌氧环境,而热成因气的产生也需要较高的温度条件,因此靠近盆地中心方向是页岩气成藏的有利区域。（2）页岩本身既是气源岩又是储集层，目前可采的工业性页岩气藏埋深最浅为182 m。页岩总孔隙度一般小于10%, 而含气的有效孔隙度一般只有1%-5%，渗透率则随裂缝发育程度的不同而有较大的变化。除了页岩地层中的自生裂缝系统以外,构造裂缝系统的规模性发育为页岩含气丰度的提高提供了条件保证。因此,构造转折带、地应力相对集中带以及褶皱—断裂发育带通常是页岩气富集的重要场所。（4）页岩具有广泛的饱含气性，天然气的赋存状态多变，吸附态天然气的含量变化于20%-85%之间。（5）页岩气成藏具有隐蔽性特点，不以常规圈闭的形成存在，但当页岩中裂缝发育时，有助于游离相天然气的富集和自然产能的提高。当页岩中发育的裂隙达到一定数量和规模时，就成为天然气勘探的有利目标。（6）在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。（7）原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低, 因此页岩气藏的地层压力多变。 页岩气不仅仅是存在于裂缝中的游离相天然气， 它还不服从天然气聚集的常规成藏机理。根据不同的成藏条件,页岩气成藏可以表现为典型的吸附机理、活塞运聚机理或置换运聚机理。因此，页岩气成藏经历了非常复杂的多机理过程, 是天然气成藏机理序列中的重要构成和典型代表。在成藏机理特征上,页岩气介于根状气( 典型的吸附气,如煤层气藏)、根缘气(典型活塞式成藏的游离气, 如狭义深盆气藏)和根远气(典型置换式运聚的游离气, 如常规的背斜圈闭气藏) 3 大类气藏之间。由于页岩气在主体上表现为吸附或游离状态, 成藏过程中没有或仅有极短距离的运移, 因此从某种意义上说, 页岩气藏具有典型煤层气和典型根缘气的双重机理, 表现为过渡特征。 页岩气的成藏至少分为两个阶段。 第一阶段是天然气的生成、吸附与溶解逃离, 具有与煤层气相同的富集成藏机理。在天然气的最初生成阶段,主要由生物作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要,当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时,富裕的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散,条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。此时所形成的页岩气藏分布限于页岩内部且以吸附状态为主要赋存方式,总体含气量有限。 第二阶段则是天然气的造隙及排出，由于天然气的生成来自于化学能的转化，可以形成高于地层压力的排气压力，从而导致沿岩石的薄弱面产生小规模的裂缝，此时页岩气藏的形成在主体上表现为由生气膨胀力所促动的成藏过程,天然气原地或就近分布,构成了挤压造隙式的运聚成藏特征。在该阶段,游离相的天然气以裂隙聚集为主,页岩地层的平均含气量丰度达到较高水平。在该阶段中，天然气主体上受生气膨胀力的推动而成