頁巖氣的形成與勘探前景

1、頁巖氣的形成與勘探前景,目錄,1頁巖氣藏的特征和類型 2頁巖氣藏的成藏條件 3頁巖氣藏的評(píng)價(jià)指標(biāo) 4我國(guó)頁巖氣藏的勘探開發(fā)前景 5結(jié)論,1頁巖氣藏的特征和類型,1.1 特征 1) 成藏時(shí)間早 2) 無明顯圈閉 3) 儲(chǔ)層超致密 4) 氣體賦存狀態(tài)多樣 5) 頁巖需具有一定的生烴條件 6) 頁巖氣藏較易保存 7)與常規(guī)油氣共生共處,1頁巖氣藏的特征和類型,1.2 類型 頁巖氣藏按其天然氣成因可分為兩種主類型:熱成因型和生物成因型,此外還有上述兩種類型的混合成因型。 1.2.1 生物成因氣藏 目前發(fā)現(xiàn)的生物成因型頁巖氣藏分兩類: 早成型,氣藏的平面形態(tài)為毯狀,從頁巖沉積形成初期就開始生氣,頁巖氣與

2、伴生地層水的絕對(duì)年齡較大,可達(dá)66 Ma 晚成型,氣藏的平面形態(tài)為環(huán)狀(圖1) ,頁巖沉積形成與開始生氣間隔時(shí)間很長(zhǎng),主要表現(xiàn)為后期構(gòu)造抬升埋藏變淺后開始?xì)?頁巖氣與伴生地層水的絕對(duì)年齡接近現(xiàn)今。,1頁巖氣藏的特征和類型,圖1生物成因型頁巖氣藏分布示意圖,1.2.1 生物成因氣藏,1頁巖氣藏的特征和類型,1.2.2 熱成因氣藏 熱成因型頁巖氣又可分為3個(gè)亞類: 高熱成熟度型 低熱成熟度型 混合巖性型,即大套頁巖與砂巖和粉砂巖夾層共同儲(chǔ)氣,1頁巖氣藏的特征和類型,1.2.2 熱成因氣藏 頁巖熱成因氣的形成有干酪根成氣、原油裂解成氣和瀝青裂解成氣3 種途徑: 干酪根成氣是由沉積有機(jī)質(zhì)直接熱解形成天

3、然氣。原油裂解成氣是有機(jī)質(zhì)在液態(tài)烴演化階段形成的、滯留在烴源巖中的液態(tài)烴,經(jīng)深埋藏后的高溫、高壓作用,進(jìn)一步裂解成氣。瀝青裂解成氣的物質(zhì)基礎(chǔ)來源于的兩個(gè)方面:一是源巖中干酪根在各演化階段生烴過程中形成的,另一方面是由原油裂解成氣或遭破壞形成的 。,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.1 烴源巖條件 頁巖氣的干酪根類型以II型為主，有機(jī)組分以富氫顯微組分富集，總體來看，以腐泥型-混合型為主。(表1) 表1 美國(guó)含氣頁巖主要特征,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.1 烴源巖條件 有機(jī)碳含量是頁巖氣聚集成藏最重要的控制因素之一，有機(jī)碳含量和氣體含量(包括總氣體含量和吸附氣含量) 有很好的正相關(guān)關(guān)系(圖2).美國(guó)主

4、力產(chǎn)氣頁巖有機(jī)質(zhì)豐度均較高。其中產(chǎn)生物氣頁巖TOC 平均為6 %;產(chǎn)熱成因氣頁巖TOC平均為3 %。生產(chǎn)實(shí)踐表明:頁巖總有機(jī)碳含量大于2 %才有工業(yè)價(jià)值.(表1),2 頁巖氣藏的成藏條件,2.1 烴源巖條件 熱成熟度也是一個(gè)重要的控制因素，一般頁巖氣的生成貫穿于整個(gè)有機(jī)質(zhì)生烴的過程，R0一般為0.4-2，生烴范圍廣。根據(jù)頁巖成熟度可將頁巖氣藏分為對(duì)應(yīng)的3 種類型:高成熟度頁巖氣藏、低成熟度頁巖氣藏以及高低成熟度混合頁巖氣藏。低成熟度頁巖氣藏主要是生物成因,基本上為埋藏后抬升,經(jīng)歷淡水淋濾而形成的二次生氣。高成熟度的頁巖氣藏是熱成因。對(duì)于熱成因型氣藏,隨著頁巖Ro 的增高,含氣量將會(huì)逐漸增大。（

5、圖3）,2 頁巖氣藏的成藏條件,圖3頁巖成熟度和產(chǎn)氣速度之間關(guān)系,圖2有機(jī)碳含量與氣體含量的關(guān)系,2.1 烴源巖條件,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.1 烴源巖條件 對(duì)于熱成因型氣藏,隨著頁巖Ro 的增高,含氣量將會(huì)逐漸增大。（圖3）主要有兩個(gè)原因:一是有機(jī)質(zhì)生成烴后,體積縮小會(huì)產(chǎn)生超微孔隙,有利于頁巖氣的保存;二是Ro1.1 %后,頁巖油開始裂解生氣。但是當(dāng)Ro3 %后,有機(jī)質(zhì)進(jìn)入過成熟期,生氣量明顯減少而且有機(jī)質(zhì)的大量減少也不利于吸附氣的形成。而對(duì)于生物成因型氣藏,頁巖Ro 越高, TOC 越低,越不利于生物氣的形成。生物成因型頁巖氣藏主要分布在Ro 0.8 %的范圍內(nèi)。(表1),2 頁巖氣藏

6、的成藏條件,2.2 儲(chǔ)蓋層條件 頁巖儲(chǔ)層的孔隙度，滲透率以及裂縫的存在直接影響圈閉中含油氣量的多少?？紫抖却笮≈苯涌刂浦坞x態(tài)天然氣的含量。滲透率是判斷頁巖氣藏是否具有開發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要參數(shù)，頁巖的基質(zhì)滲透率很低,一般小于0.1110 -3 m2 ,平均道半徑不到0.1005m,但隨裂縫的發(fā)育而大幅度提高。,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.2 儲(chǔ)蓋層條件 實(shí)際上,裂縫對(duì)頁巖氣藏具有雙重作用:一方面裂縫為天然氣和地層水提供了運(yùn)移通道和聚集空間,有助于頁巖總含氣量的增加。另一方面,如果裂縫規(guī)模過大,可能導(dǎo)致天然氣散失 。硅質(zhì)含量越高頁巖脆性越大,越有利于形成裂縫。雖然斷層和開啟的宏觀裂縫對(duì)熱成因型頁巖

7、氣藏保存不利,但硅質(zhì)含量高利于后期的壓裂改造,形成裂縫。而生物成因型頁巖氣藏則相反,越是斷裂發(fā)育的地方,地層水越活躍,而甲烷菌的生理活動(dòng)也越積極,形成的氣量越大 。,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.2 儲(chǔ)蓋層條件 頁巖本身既是儲(chǔ)層又是蓋層,因此對(duì)蓋層的要求比較寬松。但斷裂對(duì)頁巖氣的保存影響巨大。熱成因型頁巖氣藏主要靠微裂縫運(yùn)聚,斷層和宏觀裂縫起破壞作用,因此強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)不利于該類型氣藏的保存。而生物成因型氣藏的形成與活躍的淡水交換密切相關(guān),裂縫不僅是地層水的通道,也是頁巖氣的運(yùn)聚途徑,故構(gòu)造運(yùn)動(dòng)反而起積極作用。,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.3 成藏機(jī)理 頁巖氣的成藏至少分為兩個(gè)階段: 第一階段是

8、天然氣的生成與吸附, 具有與煤層氣相同的富集成藏機(jī)理; 第二階段則是天然氣的造隙及排出, 由于天然氣的生成來自于化學(xué)能的轉(zhuǎn)化, 可以形成高于地層壓力的排氣壓力, 從而導(dǎo)致沿巖石的薄弱面產(chǎn)生小規(guī)模的裂縫, 天然氣就近在裂縫中保存。在該階段中, 天然氣主體上受生氣膨脹力的推動(dòng)而成藏, 近源分布且不受浮力作用, 反映了活塞式的運(yùn)聚特征, 與根緣氣具有相同的形成機(jī)理。 （圖4）,2 頁巖氣藏的成藏條件,2.3 成藏機(jī)理,圖4 天然氣成藏過程示意圖,3 頁巖氣藏的評(píng)價(jià)指標(biāo),頁巖氣藏為典型自生自儲(chǔ)式的連續(xù)型氣藏,對(duì)頁巖氣藏富集程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括頁巖厚度、有機(jī)質(zhì)含量和頁巖儲(chǔ)層空間(孔隙、裂縫) 3 大因

9、素。,3 頁巖氣藏的評(píng)價(jià)指標(biāo),3.1 頁巖的厚度 富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度愈大,氣藏富集程度愈高。頁巖厚度和分布面積是保證頁巖氣藏有足夠的有機(jī)質(zhì)及充足的儲(chǔ)集空間的重要條件。在有效厚度大于15 m、有機(jī)碳含量大于2 %以及處于生氣窗演化階段等頁巖氣藏形成基本條件的限定下,頁巖厚度愈大,所含有機(jī)質(zhì)就愈多,天然氣生成量與滯留量也就愈大,頁巖氣藏的含氣豐度愈高(圖5)。需要指出的是,要形成一定規(guī)模的頁巖氣藏, 頁巖厚度一般應(yīng)在有效排烴厚度以上。,3 頁巖氣藏的評(píng)價(jià)指標(biāo),3.1 頁巖的厚度,圖5頁巖厚度、有機(jī)碳含量與含氣量關(guān)系曲線圖,3 頁巖氣藏的評(píng)價(jià)指標(biāo),3.2 有機(jī)碳豐度 有機(jī)碳含量愈高,氣藏富集程度愈高，

10、頁巖氣藏的有機(jī)碳含量最低標(biāo)準(zhǔn)原則上應(yīng)大于2.0 % 。有機(jī)碳含量既是頁巖生氣的物質(zhì)基礎(chǔ),決定頁巖的生烴強(qiáng)度,也是頁巖吸附氣的載體之一,決定頁巖的吸附氣大小,還是頁巖孔隙空間增加的重要因素之一,決定頁巖新增游離氣的能力。在相同的地質(zhì)條件及演化階段下,頁巖生烴強(qiáng)度、吸附氣量大小及新增游離氣能力與頁巖中有機(jī)碳含量呈明顯的線性正相關(guān)性。頁巖有機(jī)質(zhì)類型越好,甲烷的吸附量越大。但與此同時(shí),圖5、圖6中也存在一些異?，F(xiàn)象,說明頁巖含氣量大小不僅僅受有機(jī)碳含量的影響,還可能受其他多種因素的影響,如黏土成分及含量、有機(jī)質(zhì)熱成熟度、頁巖含水量等。對(duì)此,尚需作進(jìn)一步的深入研究。,3 頁巖氣藏的評(píng)價(jià)指標(biāo),3.2 有機(jī)

11、碳豐度,圖6頁巖有機(jī)碳含量與含氣量關(guān)系曲線圖,3 頁巖氣藏的評(píng)價(jià)指標(biāo),3.3 微裂縫的發(fā)育程度 頁巖孔隙與微裂縫愈發(fā)育,氣藏富集程度愈高。如前所述,頁巖儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率極低,非均質(zhì)性極強(qiáng),頁巖氣藏中的游離氣主要儲(chǔ)集在頁巖基質(zhì)孔隙和裂縫等空間中。由于頁巖中礦物組成、富有機(jī)質(zhì)等獨(dú)特因素的存在,頁巖除基質(zhì)孔隙外,天然裂縫的發(fā)育、有機(jī)質(zhì)經(jīng)生烴演化后的消耗而增加的大量孔隙空間以及頁巖層中的粉、細(xì)砂巖夾層等,均可極大地增加頁巖的實(shí)際儲(chǔ)集空間,從而提高頁巖的儲(chǔ)氣能力。,4 我國(guó)頁巖氣藏的勘探開發(fā)前景,我國(guó)自2004年起，開始了對(duì)頁巖氣藏的研究。通過對(duì)我國(guó)大部分地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)華北- 東北地區(qū)的松遼盆

12、地青一段和嫩一段頁巖厚度較薄, 成熟度較低, 具有一定的生物成因頁巖氣勘探潛力; 渤海灣盆地沙一段頁巖由于機(jī)質(zhì)豐度較高、成熟度較低, 具有一定的生物成因頁巖氣勘探潛力;相比上述2個(gè)盆地的頁巖而言, 鄂爾多斯盆地及其周緣地區(qū)是華北東北地區(qū)最好的頁巖氣勘探領(lǐng)域。南方、西北和青藏地區(qū)均發(fā)育有多套有機(jī)質(zhì)豐度高、熱演化程度高、厚度大、分布廣的頁巖, 并且這3個(gè)區(qū)域均經(jīng)歷復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 后期抬升作用強(qiáng)烈, 許多地區(qū)頁巖埋藏較淺, 具有較好的頁巖氣成藏的地質(zhì)條件。,5 結(jié)論,1) 頁巖氣藏大面積連續(xù)分布,不受構(gòu)造控制,可分為熱成因型、生物成因型和混合型3 種,是現(xiàn)實(shí)的非常規(guī)天然氣資源。 2) 頁巖氣藏為自生自儲(chǔ)型氣藏，與常規(guī)氣藏成藏條件不同。生烴條件、儲(chǔ)集條件、保存條件相互影響，息息相關(guān)。 3）有機(jī)碳含量和熱成熟度是評(píng)價(jià)頁巖氣藏的重要指標(biāo)，一般來說有機(jī)碳含量高，有機(jī)質(zhì)成熟度越高，頁巖氣藏含氣性越好，但這兩個(gè)參數(shù)不是唯一指標(biāo)，運(yùn)用這些參數(shù)時(shí)，要考慮頁巖氣藏類型。,5 結(jié)論,4