页岩气成藏机理及其富集规律.docx

《能源地质学》论文题 目：页岩气成藏机理及其富集规律 指导教师：姓名：学号：专业班级：页岩气成藏机理及其富集规律研究摘要:文章主要从页岩气成藏机理、成藏条件、储集条件和富集规律论述页 岩气成藏特征页岩气藏具有典型煤层气、典型根缘气和典型常规圈闭气成藏 的多重机理意义，在表现特征上具有典型的过渡意义；页岩气成藏受多种因素 综合影响，包括沉积环境、总有机碳含量、干酪根类型和热演化程度等页岩 的埋深和厚度、孔隙度和渗透率、裂缝是页岩气储集的衡量条件关键词:页岩气 成藏机理 成藏条件 储集条件Abstract： In the sight of the accumulation mechanism, reservoir — forming conditions, reservoir condition and enrichment pattern, caprock and preservation condition, shale gas reservoir is the typical transition in the performance characteristics and shows multiple — mechanisms including typical coalbed methane, typical source — contacting gas, and typical trap gas. The shale gas accumulation is affected by many factors including the sedimentary environment, total organic carbon content, kerogen type, and degree of thermal evolution. Measuring conditions of the shale gas reservoirs consist of the depth and thickness, porosity and permeability, and fracture of shales. The key factors of enrichment degree of shale gas include the thickness of shale, organic matter content and shale reservoir space.Key words: shale gas; accumulation mechanism; reservoir — forming conditions; reservoir condition 第■节：前言页岩气是非常规天然气资源勘探的重要领域，掌握其地质成藏机理是进行 页岩气开采的基础；通过对国内外页岩气的开发和研究初步了解到，页岩气的 储量主要是以北美（主要是美国）、前苏联、中亚和中国等地区为主，而其商业 开采目前也是仅仅在少数发达国家，自美国德克萨斯州的Barnett页岩发现以 来，页岩气革命给地区乃至国家的经济带来了巨大的推动力，产生了巨大的利 润，全球很多公司都在争先恐后地寻找页岩气资源，都希望能找到下一个 Barnett页岩。

通过学习中外有关页岩气的聚集机理条件及地质条件的研究， 形成了对页岩气的生成、运移、聚集和成藏等方面的初步认识，页岩气成藏体 现出了非常复杂的多机理递变特点，具有自生自储的成藏特征；影响页岩气成 藏的主要因素有：总有机碳含量、有机质的成熟度、岩石矿物成分、地层压力 和温度、页岩及泥岩的厚度和分布面积等随着政府对页岩气的开发重视程度 逐渐增高，页岩气的研究程度也势必将日益突出，对其成藏特征，形成机理和 富集规律的研究分析，将更有助于我们更好的评价和开发页岩气资源中国页岩气的总体分布：一页岩气是指以吸附或游离状态存在于低孔、低渗且富有有机质暗色泥页岩或 幽1中国淋在的页岩气发育区分布图高碳泥页岩中的天然气，主体已吸附状态存在于干酪根、黏土颗粒及孔隙表面， 以游离状态存在于裂隙、孔隙及其他储集空间，极少量以溶解状态存在于干酪 根、沥青质及石油中美国地质调查局油气资源评价组（1995）认为页岩气系统属于典型的非常规 天然气藏即连续性天然气聚集页岩气是由烃源岩连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合， 在烃源岩系统（页岩系统：页岩及页岩中夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质 粉砂岩、甚至砂岩）中以吸附、游离或溶解方式赋存的天然气。

与常规天然气 藏相比，页岩气藏具有以下几个特点：① 早期成藏，天然气边形成边赋存聚集，不需要构造背景，为隐蔽圈闭气 藏；② 自生自储，泥页岩既是气源岩层，又是储气层，页岩气以多种方式赋存， 使得泥页岩具有普遍的含气性；③ 天然气运移距离较短，具有“原地”成藏特征；④ 对盖层条件要求没有常规天然气高；⑤ 赋存方式及赋存空间多样：吸附方式（有机质、粘土颗粒表面微孔隙）、 游离方式（天然裂缝和孔隙）或溶解方式均可（在干酪根和沥青质中）;⑥ 气水关系复杂；⑦ 储层孔隙度较低（通常小于5%）、孔隙半径小（以微孔隙为主），裂缝 发育程度不但控制游离状页岩气的含量，而且影响者页岩气的运移、聚 集和单井产量；⑧ 在开发过程中，页岩气井表现出日产量较低，但生产年限较长的特点因此，可以将页岩气概括为：主体上以吸附和游离状态赋存于泥页岩地层中 的天然气聚集第三节：页岩气的富集条件与常规天然气相比较而言，页岩气的成藏条件有其自身特点，页岩气成藏需 要充足的气源、裂缝适度发育的规模页岩等，但却不需要特定的圈闭条件1、 物质来源：页岩气的物源主要是富沥青质或富有机质的暗色泥页岩，亦即高炭泥页岩 高炭泥页岩为页岩气的工业聚集提供了充足的气源物质基础。

高炭泥页岩生成 的所有气体如生物气、低熟一未熟气、热解气、裂解气、沥青气等都可以成为 页岩气的气源 >2、 储集条件： 彳丁页岩气的储层即页岩本身地质条件下，绝大部分页岩的孔隙度小于15%， 含气的有效孔隙度一般仅为1%〜5%，单一的页岩孔隙不足以为商业聚集的页 岩气提供足够的储集空间，但通过页岩发育规模和页岩裂缝的弥补作用，页岩 能为页岩气提供充足的储集空间北美产气页岩的厚度规模一般在30 m以上， 而四川盆地威远地区下寒武统产气页岩厚度最小规模大约只有20 m（表1） 目前已发现的具有工业价值的页岩气藏均发育裂缝，而构造转换带、地应力集 中带及褶皱一断裂带往往都是裂缝发育的地区，这些地区的页岩一般都发育裂 缝，因此，盆地边缘斜坡、构造背斜缓翼的轴部、盆地中心（受上覆载荷力诱 导）等区域的页岩均是页岩气藏发育的有利地区3、运聚条件页岩气的运移距离极短，基本上属于就近聚集或者原地聚集，具有典型的“自 生自储”特点页岩气的运移属于初次运移，有机母质生成的气体经初次运移 进入孔隙及裂缝，无需二次运移就可以成藏页岩气藏以一个近乎封闭的独立体系存在，除了部分页岩气以扩散、渗滤的 形式散失以外，大部分气体滞留于页岩内部。

4、保存条件：由于页岩气大量储集于页岩内部的裂缝之中，其四周被致密的泥页岩所包 围，因而页岩气不需要特定的圈闭条件就可以成藏如果页岩裂缝过于发育， 独立封闭体系容易遭受破坏，页岩气可以通过裂缝散失，因此在某些裂缝相当 发育的地区，页岩气反而难以成藏但是，如果存在良好的封盖层条件，页岩 气的逸散作用可以得到有效抑制第四节：页岩气成藏机理根据美国地质调查所指出，页岩气成藏与常规气藏有很大的不同，它属于 “连续型”天然气成藏组合所谓“连续型”天然气成藏组合是指具备两个关 键的地质特征：一是大规模储层普遍含气，二是浮力不是成藏的主要动力根 据不同的成藏条件，页岩气赋存方式表现为吸附方式、游离方式、溶解方式； 相应的其成藏机理表现为典型的吸附机理、活塞运聚机理或置换运聚机理；在 成藏特征上介于煤层气、根缘气（深盆气）和常规天然气三大类气藏之间页岩气成藏机理按成藏过程可以分成：生成机理、赋存机理、运聚机理、产 出机理一、页岩气的生成机理通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学 成因气、热成因气或两者的混合生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物 分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降 解和裂解作用形成的天然气。

1、生物成因：所谓生物成因气主要是指厌氧微生物的活动形成的，发生在埋藏阶段的早 期成岩作用和富含细菌的大气降水侵入作用中，生成于细菌的甲烷生成作用中1.1生物成因气的生成过程：有机质在不同的微生物作用下产生甲烷，在产生甲烷的过程中导致部分页岩 气的生成，即生物成因气生物成因主要有两种方式：醋酸盐的发酵作用、二 氧化碳的还原作用其化学方程式分别为：醋酸盐发酵作用：CH3COOH-CH4 +CO2二氧化碳还原作用：CO +4H 一CH +2H O2 2 4 2在菌生甲烷的形成过程中二氧化碳还原作用和醋酸盐发酵作用是同时作用 的但是在不同的情况下，他们所生成的数量是不同据同位素成分分析，大 多数古代生物成因气聚集可能是由二氧化碳还原作用生成的，而近代沉积环境 中两种作用都广泛存在近地表的、年轻的、新鲜的沉积物可以通过上述两种 作用形成生物气商业性天然气聚集中生物成因气的主要形成途径是二氧化碳 的还原1.2生物成因气的形成条件：页岩生物成因作用受几个关键因素控制富含有机质的泥页岩是页岩气形 成的物质基础，缺氧环境、低硫酸盐环境、低温环境是生物成因页岩气形成的 必要外部条件，足够的埋藏时间是生成大量生物成因气的保证。

另外，产菌甲 烷个体的孔隙空间平均直径为1〃m，因此菌类繁殖需要一定的空间，页岩中有 机质富集的细粒沉积物的孔隙空间很有限，但是，富含有机质的细粒页岩中的 裂隙可以为生物提供生存繁殖空间彳丁 1 y2、热成因：热成因作用主要指随着埋深的增加，温度、压力增大，泥页岩中大量的有 机质由产甲烷菌的代谢发生的化学降解和热裂解作用1、化学降解作用：干酪根降解过程中，首先产出可溶的有机质沥青，然 后是原油，最后是天然气有机质的热模拟试验表明，在沉积物的整个成熟过 程中，干酪根、沥青和原油均可以生成天然气，对于有机质丰度和类型相近或 相似的泥页岩，成熟度越高，形成的烃类气体越多页岩的有机质成熟度R o 在0.4〜1.88%之间，所以页岩中的沉积物可以连续生成天然气在成熟作用的 早期，天然气是主要通过干酪根经降解作用形成2、热裂解作用：在晚期阶段，天然气是主要通过干酪根、沥青和石油裂 解作用形成的与生物成因气相比，热成因气生成于较高的温度和压力下，因 此，在干酪根热成熟度增加的方向上，热成因气在盆地地层中的体积含量呈增 大趋势另外，热成因气也很可能经过漫长的地质年代和构造作用从页岩储层 中不断泄漏出去。

总之，页岩气是热成因和生物成因共同作用的结果页岩气形成的根本是 经微生物作用和热作用可以生成甲烷等烃类的埋藏有机质有机质的丰度、类 型和成熟度对于页岩气的形成至关重要，温度、压力和还原环境是页岩气形成 的必要条件二、页岩气的赋存机理：与常规天然气不同，对于页岩气来说，页岩既是烃源岩又是储集层，因此， 无运移或极短距离运移，就近赋存是页岩气成藏的特点；另外，泥页岩储层的 储集特征与碎屑岩、碳酸盐岩储层不同，天然气在其中的赋存方式也有所不同 由于页岩气在主体上表现为吸附或游离状态，体现为成藏过程中的没有或仅有 极短的距离的运移页岩气可以在天然裂缝和粒间孔隙中以游离方式存在，在 干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状 态存在生成的天然气一般情况下先满足吸附，然后溶解和游离析出，在一定 的。