页岩气藏浅析

栗业

摘要：页岩气是一种新型的非常规天然气，页岩气藏具有“自生自储”的特点。页岩气藏的资源量潜力巨大，具有开采稳产周期长，开采寿命长，资源清洁等优点，同时，页岩气开采对技术的要求高，页岩气的成藏机理和成藏特征的研究就非常有意义，基础理论的研究为页岩气的进一步勘探开发打下基础，加快我国的页岩气商业生产进程。本文将简单介绍页岩气成藏条件和成藏特征。

关键词：页岩气；成藏条件；成藏特征

据已有资料显示页岩气的开采时间甚至比石油都早上一段时间，美国对页岩气的研究也经历了漫长的过程。据称美国在2009年首次超过俄罗斯成为世界最大的天然气生产国，美国在2011年时，页岩气产量基本实现了自给自足，美国的页岩气生产引起世界各国的关注[1]。我国是能源消耗大国，根据研究发现，我国的主要页岩气富集区可采资源量约为26×1012m3，大致与美国的28×1012m3相当[2]。中国页岩气的储量相当可观。但研究程度低，技术条件不成熟，不能达到商业开采的要求。许多钻井都是处于试验阶段。中国页岩气开发有很大的潜力，页岩气一旦商业开发成功，将为中国带来一场能源革命[17-19]。

1.页岩气藏类型及成藏机理

美国的页岩气研究水平处于世界领先，美国的页岩气藏按成因类型主要有热成因和生物成因，以及两种类型混合型成藏模式。热成因型页岩气又可以分为3种亚类：①高热成熟度型。②低热成熟度型。③混合岩性型。生物成因页岩气可分为2种类型：①早成型，在页岩的沉积初期就开始生成气体，气藏的平面形态为毯状。②晚成型，页岩气的产生与页岩沉积间隔时间较长，气藏的平面形态为环状[3]。页岩气作为一种非常规天然气与常规天然气在赋存方式、成藏特征等方面都有差别。

据不同的成藏条件，页岩气成藏可以表现为典型的吸附机理、活塞运聚机理或置换运聚机理[3]。主要分为三个阶段：第一个阶段为页岩气的生成和吸附。与煤层气的成藏机理大致相同。发生在成藏的初期，页岩层开始产生气体，由于产生的气体量小，主要被有机质颗粒吸附。第二个阶段为页岩气的造隙和排出，随着页岩层的气体量增大，原来密度较大的有机质颗粒变成了密度小的天然气，页岩层的压力随之增大，页岩层脆性较大的部位开始发生裂解，产生裂缝，裂缝的产生为页岩气的储存提供了空间，也为页岩气的运移提供了通道。第三阶段为页岩气的运移和置换，随着压力减小，页岩层的产气量越来越多，在通常情况下，与页岩间互出现的储层主要为粉-细砂岩类，具有低孔低渗特点，它限定了天然气的运移方式为活塞式排水特点，或者在浮力作用下，天然气将以置换方式沿裂缝从泥页岩层向储层运移，从而形成页岩气藏[4-6]。

2.页岩气藏的主控因素

2.1有機质类型、有机质丰度、有机质成熟度

页岩中的干酪根碳同位素组成主要是与原始有机质的成分即母质类型和沉积的环境即热演化程度有联系。有机质类型，从一定程度上决定着有机质的生烃潜力。北美典型页岩气藏的干酪根主要为Ⅱ型或Ⅰ型干酪根，少量为Ⅲ型干酪根[7，13]。

总有机碳含量是页岩层有机质丰度的评价指标。有机碳含量不仅决定着页岩气藏的含气量，同时影响着页岩裂缝的发育。经统计，美国的页岩气藏有机碳含量大多在1%～5%，所以，现阶段达到工业开采要求的页岩气藏，有机碳平均含量必须大于1%[8]。

经典的理论认为有机质成熟度大于2%后烃源岩基本就不再生烃了。而对于页岩气藏就不适用。页岩的成熟度越高，不会影响页岩气的生成，在一定范围内反而有利于页岩气藏的形成。所以页岩气工业开采窗比经典的生烃窗要大，统计发现北美页岩气储层的Ro值一般大于1.1%[8，9]。

页岩层的有机质类型，有机质丰度，有机质成熟度都决定着页岩气藏的生烃潜力[20]。

2.2页岩层厚度与埋深

页岩层形成页岩气藏并达到工业开采标准需要丰富的物质条件，要求生烃的有机质含量达到一定的标准。有机质丰度高的黑色泥页岩是页岩气成藏的最好源岩，它们的形成需要较快速的沉积条件和封闭性较好的还原环境。

页岩气有自生自储的特点，泥、页岩首先充当的是烃源岩，产生页岩气。其次才是充当储集层和盖层。所以泥页岩的厚度决定着页岩气藏的潜力。因而，稳定的区域构造环境能够使泥页岩连续的沉积。稳定的区域构造不易破坏泥页岩的平面分布[10]。页岩气和常规性油气一样，页岩层必须达到一定要求才有商业开采的价值。聂海宽等认为具有商业开发价值的页岩气藏的页岩层厚度下限为9m。页岩层的厚度不但决定着气藏的生气量同时还能提供足够的储存空间。据相关资料显示，美国目前投入开发生产的页岩埋深介于180m～2600m[5]，经分析认为页岩的有利埋深范围为500m～4500m，该埋深段页岩气易于保存，页岩储层温度、应力条件适中，钻完井和增产改造成本相对较低[8]。

2.3页岩的矿物组成

岩石组成一般为30%～50%的粘土矿物、15%～25%的粉砂质（石英颗粒）和4%～30%的有机质，多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层[4，6]。页岩的有机质含量不仅决定着页岩的生烃潜力，同时也决定着页岩的性质。脆性矿物多，页岩受外力作用的影响就越大，就易产生裂缝。对于生物成因的页岩气藏裂缝的发育有利于页岩气的产生和储存。裂缝的产生对热成因的页岩气藏可能有一定的破坏作用，但是页岩气藏具有自生自储的特点，少量裂缝的产生对页岩气的储存是有利的，同时页岩的脆性好，对页岩气藏的后期压裂作用有一定的帮助。构造作用对页岩气藏的影响，一方面是对页岩沉积连续性的影响，另一方面是使页岩气藏产生裂缝。

2.4页岩层孔隙和渗透率特征

孔隙是页岩储存的重要空间，孔隙的大小与页岩气的储存有很大的关系，并且只有有效的孔隙才能储存页岩气。页岩储层的孔隙度和渗透率极低。我国页岩气储层孔隙度大多为4%～5%，渗透率一般小于10×10-3μ㎡[6]，且随着埋深的增加，孔、渗降低，物性变差。页岩气藏中的游离气主要储集在页岩基质孔隙和裂缝等空间中。有机质内微-纳米级孔隙发育，为页岩气储存提供了有效空间，使页岩含气量高。页岩层低孔低渗的特征让页岩气藏不需要特定的盖层，页岩层本身就能储存页岩气，形成页岩气藏[16]。endprint

3.页岩气成藏特征

3.1气源特征和储存特征

页岩气藏的烃源岩是页岩层。按照气体在页岩层中的赋存方式不同，页岩气藏中的烃类气体可以分为三类：在干酪根和页岩颗粒表面吸附着的吸附气、在储层孔隙和裂缝中存储着的游离气、以及少量溶解在有机质的溶解气[11]。页岩层产生页岩气初期气体大都吸附在有机质颗粒表面，当吸附达到饱和后页岩气将以游离态形式在储层孔隙和裂缝中。只有不到10%的页岩气会溶解在沥青质、残留水等中。其中吸附相存在的天然气可占天然气赋存总量的20%～85%[4，11]。可通过压力技术，使吸附的页岩气转换成游离态的页岩气进行开采。页岩气藏开采的主体是游离态的气体。

3.2页岩气藏盖层和圈闭特征

页岩层的致密性和低渗透的特点使得页岩气很难从页岩层中流失。所以页岩层本身就可以作为页岩气藏的盖层。页岩气的特征使得页岩气不需要常规的盖层和遮挡物，因此对构造背景的依靠不是很深。本身就能储存在岩层，形成页岩气藏就相当于常规意义上的圈闭气藏[12]。

构造运动对页岩气藏是有影响的。构造运动可能是页岩层上抬或者下降，页岩层的埋深可能影响页岩的成熟度，埋深越大温度和压力越大，演化程度越高，成熟度越大。反之就演化程度低，成熟度低。构造运动可能对页岩气藏的影响有好有坏。初期的构造运动可能是页岩层产生裂缝，减压利于页岩气的析出，并提供储存空间。但是强烈的构造会产生大量裂缝，使产生的页岩气流失，破坏已经形成的页岩气藏[13，14]。

3.3页岩气藏的分布特征

页岩层的厚度和分布受沉积环境的影响，一般页岩层的厚度很大，分布范围广。页岩层一般都是作为区域地层的，其沉积连续且分布范围广。区域地层的沉积具有区域性，与沉积时的环境有关。任何油藏气藏都必须具有良好的保存条件。页岩气与常规油气不同，不需要常规意义的圈闭，是其页岩层本身就能充当储层和盖层，形成圈闭。具有自生自储的特征。页岩层的广泛分布，使得页岩气藏的分布也具有范围广、区域性和连续性的特点[15]。

4.总结

通过对页岩气藏的成藏条件和成藏特征分析，有利于页岩气藏的区域初选。我国对页岩气研究时间不长，还未掌握核心的开采技术。页岩气的商业开采还需要诸多学者的付出。

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