浅谈页岩气勘探理论研究

曾靖珂

摘要：我国富有机质页岩非常发育，广泛发育海相、海陆过渡相和陆相泥页岩，页岩分布范围广、地层厚度大、有机碳含量普遍高，具有较大的页岩气生烃潜力，尤其是南方古生界海相页岩分布面积广、厚度大、有机质含量高、成熟度适中，有利于页岩气成藏，开发潜力巨大。2012年国土资源部完成的全国首次页岩气资源潜力评价，结果显示中国页岩气可采资源量为25万亿立方米，其中重庆地区的页岩气可采资源量为2万亿立方米。

关键词：页岩气;干酪根;有机质

1 油气生成理论

页岩气的生成贯穿于有机质演化的整个过程，其来源几乎包括了所有的有机质生气模式，包括生物气、低熟一未熟气、热解气、裂解气以及沥青生气等。生物成因气认为和微生物的作用有关，在页岩进入热解生烃前，甲烷菌随大气淡水淋虑渗透进入低成熟度的页岩中，淡水的注入会降低地层水的盐度，低盐度地层水会促进甲烷菌的生长，因此生物气主产区为盆地边缘裂缝发育的页岩层系中，Michigan盆地Antrim页岩气为典型的生物成因气;对于热成因天然气，认为油气生成过程是有机大分子（干酪根）在地温下化学键热解断链生成小分子的反应，同时也有分子间缩聚形成更大分子的反應，有机质的演化过程是使自身结构趋于稳定的过程，从油气资源角度考虑，最终演化为甲烷气（页岩气的主要成分）和石墨化碳。

2 页岩气成藏理论

泥页岩中有机质演化的各个阶段都有形成页岩气藏的可能，页岩气藏具有“混合型”特征。在生物生气阶段，厌氧型微生物分解有机质，生成甲烷为主的气体，甲烷以吸附态在页岩储层中富集，此阶段形成的天然气聚集为生物成因页岩气;盆地基地沉降，页岩埋深加大，有机质演化程度变高，进入热裂解生气阶段，此阶段生成的气体具有生物成因和热成因的“二次”成因结构;埋深进一步增加，地层中厌氧微生物减少，缺少生物气生成的条件，热裂解气大量生成，裂解生气阶段，大量生成的天然气在密闭的环境下造成地层压力增大，页岩内部产生裂缝，天然气以游离相为主向微裂缝中运移聚集，形成热成因页岩气藏（图1）。在以上成藏过程中，高压裂缝为页岩储层的主要储集空间，此阶段页岩气具有为“自生自储”式的成藏特点。如果有机质生烃能力较好，天然气持续生成，造成页岩储集空间饱和，从而因生烃膨胀产生天然气“逃逸”作用，天然气进入邻近的砂岩等常规储集层，形成大规模的常规天然气藏。

3 页岩气开发理论

页岩的赋存形式多样，包括游离态、吸附态和溶解态;以游离态赋存于微裂缝、孔隙及溶蚀孔洞等其他储集空间，吸附在干酪根和粘土颗粒表面，溶解态的页岩气特别少。基质为页岩气的主要储存空间，裂缝则为页岩气的流动通道，但是页岩基质孔隙度渗透率极低，因此，须通过储层改造沟通天然微裂缝系统形成复杂的裂缝网络提高渗流能力。不同于常规气藏，页岩气是“自生自储式”气藏，开采过程中打破了原来的吸附平衡，原先吸附在有机质或基质表面的气体发生解吸，形成游离气，最终达到新的平衡。页岩气在基质孔隙介质中的流动机理包括：

①裂缝中的游离气向井底流动，裂缝中压力降低;

②由于压力的下降，基质表面的页岩气解吸;

③在浓度差的作用下，页岩气由基质向裂缝中扩散;

④由于流体势的作用，页岩气向井筒流动。

其流动过程如图2所示。页岩气开采首先是开采游离气，然后是吸附气，由页岩气的流动机理可知，页岩气的采出过程可以分为3个阶段：

①游离气开采阶段，此阶段页岩气初始开采速率较高但产量下降迅速;

②基质和微裂缝中的游离气采出，开采速率小于第1阶段;

③吸附气解吸向井筒扩散。

参考文献：

[1]郑军卫，孙德强，李小燕等.页岩气勘探开发技术进展[J].天然气地球科学，2011，22（3）：511-517.

[2]滕吉文，刘有山.中国页岩气成藏和潜在产能与对环境的污染分析[J].中国地质，2013，40（1）：1-30.