页岩气保存表向因素分析

杨恒 龚文平

关键词：非常规;页岩气;保存条件;主控因素

0 引言

不同于主要研究生、储、盖、圈、运、保的常规油气，页岩气其自生自储、低孔低渗的特点及在裂缝/孔隙中游离态或有机物中吸附态的存在方式，意味着其气藏不以圈闭形式存在且没有或只有较小的运移，在封闭性良好的情况下，对盖层也几乎没有要求，因此对页岩气的研究主要集中在生、储两方面。影响页岩气保存条件的因素较多，其中岩层厚度、地层压力、矿物成分和断裂与裂缝发育状况等等这类能够通过钻井、物探和实验分析资料直接表现对页岩气保存条件影响的要素可称为表象因素，可分为构造要素和非构造要素;而区域动力变化、高温高压条件下发生的变质作用等造成表象性要素发生变化的因素，则可以称为影响页岩气保存条件的成因因素。页岩气主要以游离态和吸附态存在，溶解态页岩气含量极少，研究价值较低，因此本文仅对页岩气的游离态和吸附态进行研究。

1 非构造作用对页岩气保存的影响

1.1 孔隙和裂缝

孔隙和裂缝是页岩气的储集场所，既能决定页岩的储集能力，也是评价页岩储层有效性的重要指标。页岩孔隙度和渗透率极低，能形成良好的封盖条件防止页岩气逸散;另一方面亦是由于其孔隙度太低，仅靠孔隙中的页岩气无法满足工业需要，会对页岩气富集造成障碍。

裂缝作为孔隙的补充，是页岩气重要的储存空间。构造作用提供的应力大小和方向的差异导致裂缝规模的不同;不同方向、不同期次裂缝相互叠加构成裂缝网络。其中微小型裂缝能有效改善页岩储集空间，有利于页岩气的聚集运移;大型裂缝虽然也能改善储集空间和渗透率，然而有时也会贯穿页岩层顶/底面形成切层裂缝，破坏页岩层的封盖能力，使页岩气逸散，因此页岩中裂缝的发育状况直接影响到页岩气的含量。

1.2 矿物成分

页岩的矿物组成复杂，主体为黏土类矿物，夹杂许多碎屑矿物。其中黏土类矿物具有较强的吸附性，是吸附气的储存空间;塑性较强，可以在一定程度上防止页岩层在遭受构造运动时遭受大规模破坏，防止页岩气散失，但这种性质同时也抑制了裂缝的产生，使页岩气难以富集。页岩中碎屑矿物主要为石英和长石，这两类矿物脆性较强，其在页岩中的占比代表着页岩在受力后产生裂缝能力的强弱;另一方面，石英颗粒会充填在页岩的孔隙及裂缝间，减少页岩气与围岩的接触面积，在构造稳定的环境中不利于页岩气分子的吸附。

1.3 地层厚度

岩层厚度大小体现了封盖面积的大小和岩层封闭能力稳定性。一般来说，上覆岩层厚度越大，横向分布的连续性越好，往往分布面积也越大。页岩层自身自储的特性决定其作为有机质和页岩气共同储集空间，其厚度的变化和这种变化所代表的横向连续性的变化即是页岩气存储空间的变化;另一方面，岩性相近的情况下，在一定岩层厚度范围内，岩层厚度越大，抗外力能力就越强，裂缝发育程度越低，超过临界值后，裂缝密度会维持在一个较低的水平。

1.4 压力

压力对页岩气保存条件的影响主要体现在两方面：地层压力增加可以降低页岩气吸附在孔隙和裂缝表面的结合能，吸附气的含量也就随之增加。然而超过一定范围，气体分子运动速度的加快也会降低页岩气的吸附能力，使吸附气的增加量逐渐降低直至平缓，此时游离气活跃程度提高，页岩气总储量增大;同时页岩的自封闭性容易使页岩层常保持较高的地层压力，超压可使岩石破裂产生大量裂缝，既增大储集空间，也为页岩气的开采提供了足够的动能，有利于页岩气的富集高产，因此高产页岩气井通常压力系数较大（表1）

1.5 温度

页岩气分子的吸附被分子间作用力控制，吸附过程中分子运动速度降低，释放热量，吸附气的性质未发生改变且过程可逆，因此温度变化会影响页岩中有机质和碎屑颗粒对页岩气的吸附和解吸。同时由于页岩含气系统的自封闭性，温度变化造成的吸附气含量变化必然会导致页岩层内压力发生改变，从而影响到页岩气保存环境。

1.6 有机碳含量

页岩中的有机碳含量与有机质含量成正比，代表着页岩生烃潜力大小;同时有机物是吸附气的重要载体，有机碳含量的增加可以有效增加页岩吸附能力，提高页岩储气能力。

2 构造作用对页岩气保存的影响

不同期次和强度构造运动造成地层褶皱变形、破裂程度、剥蚀作用程度的不同，决定着断裂和裂缝的类型和发育程度，控制着页岩层的埋藏条件，导致页岩气的渗透和扩散作用的不同，对页岩气的保存和逸散具有重要的控制作用。

2.1 构造裂缝

构造作用引起的变形可让页岩产生裂缝，同时可使其本身存在的裂缝扩大并连通。如果构造活动较微弱，使页岩裂缝系统扩展并形成网络，对页岩气的保存和富集是有利的;而强烈的构造活动可能使裂缝大量延展穿透顶底界面甚至形成断层，切割页岩储层，造成页岩气损失。

2.2 剥蚀作用

构造作用引起的变位可造成地层的抬升。一方面构造抬升若将页岩层暴露地表，会造成岩层的风化剥蚀，导致页岩气泄露;另一方面，构造抬升使页岩层上覆压力变小，在卸荷作用下，上覆地层卸载将使页岩层产生区域裂缝，若裂缝未破坏页岩层，则有利于页岩气富集。总体来说上覆盖层比较稳定且抬升剥蚀微弱的环境有利于页岩气的保存。

2.3 断层

断层对页岩气保存条件的影响程度体现在断裂活动的强度和性质上，表现为垂向上对顶底板的破坏和横向上对地层连续性的破坏。页岩层的顶底板封闭能力、突破压力、厚度等因素的改变都会对页岩层封闭性造成影响，断层贯穿顶底板会影响到页岩气的保存;对地层连续性的破坏可以从两个方面进行评价：一是断层向下连接页岩储层，向上出露地表，由于断层大多与裂缝同时产生，加之出露的地层易遭受风化剥蚀，会持续对页岩气藏进行破坏，对页岩气保存不利;二是断层发育但是封闭，这类情况就需要对断层的断层性质、断层强度与最大主压应力方向夹角等方面综合分析来确定断层对页岩层的改造作用，进而确定对保存条件的影响。

3 结论

①页岩自生自储的特性决定了只有良好的封闭系统才能完好的封存页岩气，影响页岩气赋存的形式，因此研究页岩气保存条件实际上是研究各类因素对页岩封闭系统的建设或破坏作用;②影响页岩气保存条件的因素较多，直接表现出影响的方面就是温度和压力的变化、地层的厚度、顶底板的封闭性和断裂与裂缝发育状况等。造成保存条件发生变化的根本原因是区域动力变化引起构造的差异变形所带来的系列变动所致;③对页岩气保存条件进行评价时应先关注构造因素（通过断层和隆升剥蚀程度反映），断层发育及页岩地层剥蚀强烈的部位不宜作为开采目标，其次再通过非构造要素判断页岩气的富集程度，进行优选。

参考文献：

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[2]毕赫，姜振学，李鹏.页岩含气量主控因素及定量预测方法[J].大庆石油地质与开发，2014，33（1）.