頁巖氣保存表向因素分析

楊恒 龔文平

關鍵詞：非常規;頁巖氣;保存條件;主控因素

0 引言

不同于主要研究生、儲、蓋、圈、運、保的常規油氣，頁巖氣其自生自儲、低孔低滲的特點及在裂縫/孔隙中游離態或有機物中吸附態的存在方式，意味著其氣藏不以圈閉形式存在且沒有或只有較小的運移，在封閉性良好的情況下，對蓋層也幾乎沒有要求，因此對頁巖氣的研究主要集中在生、儲兩方面。影響頁巖氣保存條件的因素較多，其中巖層厚度、地層壓力、礦物成分和斷裂與裂縫發育狀況等等這類能夠通過鉆井、物探和實驗分析資料直接表現對頁巖氣保存條件影響的要素可稱為表象因素，可分為構造要素和非構造要素;而區域動力變化、高溫高壓條件下發生的變質作用等造成表象性要素發生變化的因素，則可以稱為影響頁巖氣保存條件的成因因素。頁巖氣主要以游離態和吸附態存在，溶解態頁巖氣含量極少，研究價值較低，因此本文僅對頁巖氣的游離態和吸附態進行研究。

1 非構造作用對頁巖氣保存的影響

1.1 孔隙和裂縫

孔隙和裂縫是頁巖氣的儲集場所，既能決定頁巖的儲集能力，也是評價頁巖儲層有效性的重要指標。頁巖孔隙度和滲透率極低，能形成良好的封蓋條件防止頁巖氣逸散;另一方面亦是由于其孔隙度太低，僅靠孔隙中的頁巖氣無法滿足工業需要，會對頁巖氣富集造成障礙。

裂縫作為孔隙的補充，是頁巖氣重要的儲存空間。構造作用提供的應力大小和方向的差異導致裂縫規模的不同;不同方向、不同期次裂縫相互疊加構成裂縫網絡。其中微小型裂縫能有效改善頁巖儲集空間，有利于頁巖氣的聚集運移;大型裂縫雖然也能改善儲集空間和滲透率，然而有時也會貫穿頁巖層頂/底面形成切層裂縫，破壞頁巖層的封蓋能力，使頁巖氣逸散，因此頁巖中裂縫的發育狀況直接影響到頁巖氣的含量。

1.2 礦物成分

頁巖的礦物組成復雜，主體為黏土類礦物，夾雜許多碎屑礦物。其中黏土類礦物具有較強的吸附性，是吸附氣的儲存空間;塑性較強，可以在一定程度上防止頁巖層在遭受構造運動時遭受大規模破壞，防止頁巖氣散失，但這種性質同時也抑制了裂縫的產生，使頁巖氣難以富集。頁巖中碎屑礦物主要為石英和長石，這兩類礦物脆性較強，其在頁巖中的占比代表著頁巖在受力后產生裂縫能力的強弱;另一方面，石英顆粒會充填在頁巖的孔隙及裂縫間，減少頁巖氣與圍巖的接觸面積，在構造穩定的環境中不利于頁巖氣分子的吸附。

1.3 地層厚度

巖層厚度大小體現了封蓋面積的大小和巖層封閉能力穩定性。一般來說，上覆巖層厚度越大，橫向分布的連續性越好，往往分布面積也越大。頁巖層自身自儲的特性決定其作為有機質和頁巖氣共同儲集空間，其厚度的變化和這種變化所代表的橫向連續性的變化即是頁巖氣存儲空間的變化;另一方面，巖性相近的情況下，在一定巖層厚度范圍內，巖層厚度越大，抗外力能力就越強，裂縫發育程度越低，超過臨界值后，裂縫密度會維持在一個較低的水平。

1.4 壓力

壓力對頁巖氣保存條件的影響主要體現在兩方面：地層壓力增加可以降低頁巖氣吸附在孔隙和裂縫表面的結合能，吸附氣的含量也就隨之增加。然而超過一定范圍，氣體分子運動速度的加快也會降低頁巖氣的吸附能力，使吸附氣的增加量逐漸降低直至平緩，此時游離氣活躍程度提高，頁巖氣總儲量增大;同時頁巖的自封閉性容易使頁巖層常保持較高的地層壓力，超壓可使巖石破裂產生大量裂縫，既增大儲集空間，也為頁巖氣的開采提供了足夠的動能，有利于頁巖氣的富集高產，因此高產頁巖氣井通常壓力系數較大（表1）

1.5 溫度

頁巖氣分子的吸附被分子間作用力控制，吸附過程中分子運動速度降低，釋放熱量，吸附氣的性質未發生改變且過程可逆，因此溫度變化會影響頁巖中有機質和碎屑顆粒對頁巖氣的吸附和解吸。同時由于頁巖含氣系統的自封閉性，溫度變化造成的吸附氣含量變化必然會導致頁巖層內壓力發生改變，從而影響到頁巖氣保存環境。

1.6 有機碳含量

頁巖中的有機碳含量與有機質含量成正比，代表著頁巖生烴潛力大小;同時有機物是吸附氣的重要載體，有機碳含量的增加可以有效增加頁巖吸附能力，提高頁巖儲氣能力。

2 構造作用對頁巖氣保存的影響

不同期次和強度構造運動造成地層褶皺變形、破裂程度、剝蝕作用程度的不同，決定著斷裂和裂縫的類型和發育程度，控制著頁巖層的埋藏條件，導致頁巖氣的滲透和擴散作用的不同，對頁巖氣的保存和逸散具有重要的控制作用。

2.1 構造裂縫

構造作用引起的變形可讓頁巖產生裂縫，同時可使其本身存在的裂縫擴大并連通。如果構造活動較微弱，使頁巖裂縫系統擴展并形成網絡，對頁巖氣的保存和富集是有利的;而強烈的構造活動可能使裂縫大量延展穿透頂底界面甚至形成斷層，切割頁巖儲層，造成頁巖氣損失。

2.2 剝蝕作用

構造作用引起的變位可造成地層的抬升。一方面構造抬升若將頁巖層暴露地表，會造成巖層的風化剝蝕，導致頁巖氣泄露;另一方面，構造抬升使頁巖層上覆壓力變小，在卸荷作用下，上覆地層卸載將使頁巖層產生區域裂縫，若裂縫未破壞頁巖層，則有利于頁巖氣富集?？傮w來說上覆蓋層比較穩定且抬升剝蝕微弱的環境有利于頁巖氣的保存。

2.3 斷層

斷層對頁巖氣保存條件的影響程度體現在斷裂活動的強度和性質上，表現為垂向上對頂底板的破壞和橫向上對地層連續性的破壞。頁巖層的頂底板封閉能力、突破壓力、厚度等因素的改變都會對頁巖層封閉性造成影響，斷層貫穿頂底板會影響到頁巖氣的保存;對地層連續性的破壞可以從兩個方面進行評價：一是斷層向下連接頁巖儲層，向上出露地表，由于斷層大多與裂縫同時產生，加之出露的地層易遭受風化剝蝕，會持續對頁巖氣藏進行破壞，對頁巖氣保存不利;二是斷層發育但是封閉，這類情況就需要對斷層的斷層性質、斷層強度與最大主壓應力方向夾角等方面綜合分析來確定斷層對頁巖層的改造作用，進而確定對保存條件的影響。

3 結論

①頁巖自生自儲的特性決定了只有良好的封閉系統才能完好的封存頁巖氣，影響頁巖氣賦存的形式，因此研究頁巖氣保存條件實際上是研究各類因素對頁巖封閉系統的建設或破壞作用;②影響頁巖氣保存條件的因素較多，直接表現出影響的方面就是溫度和壓力的變化、地層的厚度、頂底板的封閉性和斷裂與裂縫發育狀況等。造成保存條件發生變化的根本原因是區域動力變化引起構造的差異變形所帶來的系列變動所致;③對頁巖氣保存條件進行評價時應先關注構造因素（通過斷層和隆升剝蝕程度反映），斷層發育及頁巖地層剝蝕強烈的部位不宜作為開采目標，其次再通過非構造要素判斷頁巖氣的富集程度，進行優選。

參考文獻：

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