页岩气储层吸附气含量的影响因素研究

夏芬

（广东省地球物理探矿大队广东广州510800）

页岩气储层吸附气含量的影响因素研究

夏芬

（广东省地球物理探矿大队广东广州510800）

页岩气储层中含气量的多寡直接影响页岩气田的产能，其中，页岩气储层中的吸附气含量对页岩气气田后期稳产产生决定性作用。在文献调研的基础上，结合相关分析测试数据集生产数据总结出了影响吸附气含量的6大因素，并针对6大因素对吸附气含量的影响机理进行了分析。

页岩气吸附气含量影响

目前，美国已率先对页岩气进行了大规模商业性开发，说明了在现今经济技术条件下页岩气可以被开采利用。我国具有巨大的页岩气资源前景，但页岩气基础研究薄弱，与实际生产存在一定差距。吸附气含量是决定页岩气田能否稳产的关键因素，研究吸附气含量的影响因素对页岩气勘探具有重要现实意义。

1　页岩气系统涵义

目前，对于页岩气系统的定义，没有统一的看法。成因上，页岩气包括生物气、热解气及生物气和热解气组成的混合气；储集介质上，以泥页岩为主，同时还包括泥页岩中夹层状的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、甚至砂岩地层；赋存方式上，主要以游离态赋存于裂缝和粒间孔中或以吸附态赋存于有机质和粘土颗粒表面，少量页岩气及以溶解态存在于有机质和沥青中。因此，页岩气是指主要以游离态和吸附态赋存于泥页岩地层及其夹层中的天然气。

2　吸附气含量影响因素

泥页岩储层中吸附气含量主要受有机质丰度、有机质类型与热演化程度、矿物成分、储层温度与压力、含水饱和度等因素的影响。有机质丰度是主控因素，有机质类型与成熟度、基质矿物成分、含水饱和度等是重要的影响因素。以下从上述6个方面来阐明对吸附气含量的影响。

2.1有机质含量

从成因上讲，有机质含量直接控制了泥页岩生气量，从而影响吸附气含量。其它条件相同的情况下，有机质含量越高，泥页岩生气量越大，吸附气含量就越高。Chambers G R L的研究表明有机质含量与吸附气含量具有一定的正相关性[1]。同时，有机质具有多微孔的特征，并随着有机碳含量的增加，微孔隙类型增多、微孔隙度增大，为天然气体吸附提供巨大空间。烃类气体在干酪根中的溶解作用也增加了有机质对气体的吸附能力。因此吸附气含量随有机质含量升高而增大，有机碳含量是控制暗色泥页岩储层中吸附气含量的主要因素。

2.2有机质类型

不同类型的有机质具有不同的化学组成和结构，导致对气体的吸附能力不同，富含芳香基化合物的有机质对气体的吸附能力比富含脂肪族和脂环族化合物的有机质强，而III型有机质主要以芳基及多环芳基化合物为主，I型和II型有机质富含脂肪族和脂环族化合物，因此以III型有机质为主的泥页岩吸附气含量比以I型和II型有机质为主的泥页岩高。

2.3成熟度

有机质成熟度主要影响气源。其他条件相同情况下，有机质达到成熟阶段以前，随成熟度增大，吸附气含量逐渐增大；有机质达到成熟阶段以后，随成熟度增大，吸附气含量逐渐减小。这是因为成熟度较低的情况下，有机质生烃产生的压力达不到岩石的破裂压力，气态烃来不及排除烃源岩，而主要以吸附态及溶解态（少量）赋存于源岩内；在较高成熟度条件下，地层温度较高，气态烃分子热运动加快，吸附气发生解吸，泥页岩储层中的天然气主要以游离态赋存于微孔隙及微裂缝中。因此，有机质由底熟向高熟演化的过程中，泥页岩储层中的吸附气含量先增大后减少。

2.4矿物组成

泥页岩的矿物组分主要由伊利石、蒙脱石等粘土矿物和石英、长石等脆性矿物构成。矿物组成不同导致了泥页岩对气体的吸附能力不同。由于粘土矿物具有较高的微孔隙体积和较大的比表面积，因此对气体具有较强的吸附能力。在其他条件相同情况下，粘土矿物含量越高，页岩储层中吸附气含量越高[2]。而粘土矿物中伊利石的吸附能力最强，其次为蒙脱石，高岭石的吸附能力最弱[3]。较高的伊利石含量是保证有机质丰度较低的页岩中具有较高吸附气含量的关键因素。相对于粘土矿物而言，石英等脆性矿物比表面积较小，导致其吸附能力小，且石英等脆性矿物具有亲水性，与天然气相比，水分子更容易吸附于石英等脆性矿物表面，导致其含量与吸附气含量呈负相关关系。

2.5温度和压力

温度和压力二者相互影响，共同控制吸附气含量。在地层埋深较浅、温度较低的情况下，压力对泥页岩吸附的影响大于温度，随温度和压力增加，吸附气含量逐渐增加；地层埋深增大，温度和压力增加到一定程度后，压力增大会促进页岩的吸附，而温度增加会降低泥页岩的吸附能力，此时随温度和压力的升高，吸附气含量会趋于稳定，这时，压力对吸附气含量的影响居于次要地位，而温度的影响居于主要地位。

2.6含水饱和度

由于岩石普遍具有亲水性，岩石润湿后水分子占据了部分活性表面，导致甲烷吸附容量降低，同时水分子会占据部分孔隙空间，堵塞孔吼，导致吸附气含量降低。因此湿度越大，泥页岩吸附能力越小。

3　结论

综上，有机质含量是影响吸附气含量的关键性因素，其他是重要的影响因素。由于吸附气含量受多种因素的影响，是页岩气田后期能否稳产的关键，因此在勘探评价及有利区优选过程中，应综合评价各种因素，以降低风险，提高成功率。

[1]Chambers G R L,Bustin R M.Lower Cretaceous gas shales in northeastern British Columbia,PartⅣ:Geological controls on methane sorption capacity[J].Bulletin of Canadian petroleum Geology,2008,56(1):1-21.

[2]王祥,刘玉华,张敏.页岩气形成条件及成藏影响因素研究.天然气地球科学, 2010,21(2):350-356.

[3]李玉喜,乔德武,姜文利等.页岩气含气量和页岩气地质评价综述.地质通报, 2011,30(2～3):308-317.

TD83[文献码]B

1000-405X（2015）-7-26-1