淺談頁(yè)巖氣勘探理論研究

曾靖珂

摘要：我國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖非常發(fā)育，廣泛發(fā)育海相、海陸過(guò)渡相和陸相泥頁(yè)巖，頁(yè)巖分布范圍廣、地層厚度大、有機(jī)碳含量普遍高，具有較大的頁(yè)巖氣生烴潛力，尤其是南方古生界海相頁(yè)巖分布面積廣、厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高、成熟度適中，有利于頁(yè)巖氣成藏，開(kāi)發(fā)潛力巨大。2012年國(guó)土資源部完成的全國(guó)首次頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示中國(guó)頁(yè)巖氣可采資源量為25萬(wàn)億立方米，其中重慶地區(qū)的頁(yè)巖氣可采資源量為2萬(wàn)億立方米。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣;干酪根;有機(jī)質(zhì)

1 油氣生成理論

頁(yè)巖氣的生成貫穿于有機(jī)質(zhì)演化的整個(gè)過(guò)程，其來(lái)源幾乎包括了所有的有機(jī)質(zhì)生氣模式，包括生物氣、低熟一未熟氣、熱解氣、裂解氣以及瀝青生氣等。生物成因氣認(rèn)為和微生物的作用有關(guān)，在頁(yè)巖進(jìn)入熱解生烴前，甲烷菌隨大氣淡水淋慮滲透進(jìn)入低成熟度的頁(yè)巖中，淡水的注入會(huì)降低地層水的鹽度，低鹽度地層水會(huì)促進(jìn)甲烷菌的生長(zhǎng)，因此生物氣主產(chǎn)區(qū)為盆地邊緣裂縫發(fā)育的頁(yè)巖層系中，Michigan盆地Antrim頁(yè)巖氣為典型的生物成因氣;對(duì)于熱成因天然氣，認(rèn)為油氣生成過(guò)程是有機(jī)大分子（干酪根）在地溫下化學(xué)鍵熱解斷鏈生成小分子的反應(yīng)，同時(shí)也有分子間縮聚形成更大分子的反應(yīng)，有機(jī)質(zhì)的演化過(guò)程是使自身結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定的過(guò)程，從油氣資源角度考慮，最終演化為甲烷氣（頁(yè)巖氣的主要成分）和石墨化碳。

2 頁(yè)巖氣成藏理論

泥頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)演化的各個(gè)階段都有形成頁(yè)巖氣藏的可能，頁(yè)巖氣藏具有“混合型”特征。在生物生氣階段，厭氧型微生物分解有機(jī)質(zhì)，生成甲烷為主的氣體，甲烷以吸附態(tài)在頁(yè)巖儲(chǔ)層中富集，此階段形成的天然氣聚集為生物成因頁(yè)巖氣;盆地基地沉降，頁(yè)巖埋深加大，有機(jī)質(zhì)演化程度變高，進(jìn)入熱裂解生氣階段，此階段生成的氣體具有生物成因和熱成因的“二次”成因結(jié)構(gòu);埋深進(jìn)一步增加，地層中厭氧微生物減少，缺少生物氣生成的條件，熱裂解氣大量生成，裂解生氣階段，大量生成的天然氣在密閉的環(huán)境下造成地層壓力增大，頁(yè)巖內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，天然氣以游離相為主向微裂縫中運(yùn)移聚集，形成熱成因頁(yè)巖氣藏（圖1）。在以上成藏過(guò)程中，高壓裂縫為頁(yè)巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間，此階段頁(yè)巖氣具有為“自生自儲(chǔ)”式的成藏特點(diǎn)。如果有機(jī)質(zhì)生烴能力較好，天然氣持續(xù)生成，造成頁(yè)巖儲(chǔ)集空間飽和，從而因生烴膨脹產(chǎn)生天然氣“逃逸”作用，天然氣進(jìn)入鄰近的砂巖等常規(guī)儲(chǔ)集層，形成大規(guī)模的常規(guī)天然氣藏。

3 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)理論

頁(yè)巖的賦存形式多樣，包括游離態(tài)、吸附態(tài)和溶解態(tài);以游離態(tài)賦存于微裂縫、孔隙及溶蝕孔洞等其他儲(chǔ)集空間，吸附在干酪根和粘土顆粒表面，溶解態(tài)的頁(yè)巖氣特別少。基質(zhì)為頁(yè)巖氣的主要儲(chǔ)存空間，裂縫則為頁(yè)巖氣的流動(dòng)通道，但是頁(yè)巖基質(zhì)孔隙度滲透率極低，因此，須通過(guò)儲(chǔ)層改造溝通天然微裂縫系統(tǒng)形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)提高滲流能力。不同于常規(guī)氣藏，頁(yè)巖氣是“自生自儲(chǔ)式”氣藏，開(kāi)采過(guò)程中打破了原來(lái)的吸附平衡，原先吸附在有機(jī)質(zhì)或基質(zhì)表面的氣體發(fā)生解吸，形成游離氣，最終達(dá)到新的平衡。頁(yè)巖氣在基質(zhì)孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)機(jī)理包括：

①裂縫中的游離氣向井底流動(dòng)，裂縫中壓力降低;

②由于壓力的下降，基質(zhì)表面的頁(yè)巖氣解吸;

③在濃度差的作用下，頁(yè)巖氣由基質(zhì)向裂縫中擴(kuò)散;

④由于流體勢(shì)的作用，頁(yè)巖氣向井筒流動(dòng)。

其流動(dòng)過(guò)程如圖2所示。頁(yè)巖氣開(kāi)采首先是開(kāi)采游離氣，然后是吸附氣，由頁(yè)巖氣的流動(dòng)機(jī)理可知，頁(yè)巖氣的采出過(guò)程可以分為3個(gè)階段：

①游離氣開(kāi)采階段，此階段頁(yè)巖氣初始開(kāi)采速率較高但產(chǎn)量下降迅速;

②基質(zhì)和微裂縫中的游離氣采出，開(kāi)采速率小于第1階段;

③吸附氣解吸向井筒擴(kuò)散。

參考文獻(xiàn)：

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