浅析页岩气富集状态及其保存条件

(成都理工大学 成都 610059)

一、页岩气的基本概述

页岩气被发现的很早，但在20世纪70年代以后页岩气的概念才形成。1821年，美国以第一口页岩气商业性钻井拉开了美国天然气工业发展的序幕(curtis,2002)。在我国，最初张爱云等(1987)指出中国南方早古生代一套黑色页岩建造具有地质找矿意义，同时含有极高的泥页岩成藏意义(关德师等，1995；戴金星等，1996)。虽然研究者将注意力集中在了不同的方面，但是这些研究成果都为页岩气的研究奠定了基础。

John B.Curtis(2002)对页岩气进行了如下描述：页岩气系统本质上是连续类型的生物成因(或生物成因为主)、热液成因或生物-热成因混合型天然气聚集，它具有普遍的天然气饱和度，并聚集机理复杂，岩石学特征多变性显著，成藏过程具有相对较短的烃类运移距离。

页岩气(shale gas)是指主题位于暗色泥页岩或高碳泥页岩、以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集(张金川等，2003、2004)。

A.Bustin(2005,2009)对页岩气的界定是，自生自储于细粒储层中的天然气，其中部分天然气以吸附状态储集。但页岩气(储层)不只是“页岩”。

2008年以来我国页岩气被多家单位以类比法和体积法的方法，进行了初步的估测，由于选取的评价范围和参数值不同，导致估测的结果存在较大的差异。2011年，国土资源部油气资源战略研究中心预测，我国可采页岩气量31×1012m3，美国能源信息署以我国多个盆地为依据进行探测，预测可采资源量为36×1012m3。估测结果很乐观，但与近几年的页岩气分布研究的结果有出入。例如四川盆地的部分页岩埋藏较深，松辽、渤海湾盆地还处于生油高峰期等。

二、页岩气富集状态

页岩气是天然气在页岩储层中的富集，存在的状态主要有三种方式：①在孔隙或裂隙中以游离态存在；②在干酪根有机质、黏土矿物等的表面以吸附态存在；③在干酪根、沥青质、残留水和液态烃中以溶解态存在。

页岩气的成藏和富集是个非常复杂的地质过程，但在成藏富集模式上，将页岩气藏的形成和演化分为三个主要的阶段：

⑴ 在页岩中生成、吸附于溶解的天然气，与煤层气成藏的机理大致相似。在成岩作用早期，深度、压力都较小，微生物大量存在而产生的天然气首先吸附于有机质及岩石颗粒表面，当吸附量和溶解的逃逸气量达到饱和时，天然气开始运移逸散，以游离相或溶解相的形式。

⑵随着温度、压力的增加加上流体的存在，热化学能成为天然气的主要生成作用，将有机干酪根转化为天然气，从较高密度到较低密度的转换导致气体体积的增大。当压力升高时，页岩内部产生裂隙，天然气在此聚集，就易形成以游离相为主的页岩气藏。

⑶当更多的游离相天然气形成时，页岩内部没有办法全部保存下来，至使产生天然气“逃逸作用。”

三、页岩气保存条件

页岩气藏在保存条件方面与常规天然气不尽相同，常规天然气资源的保存条件主要取决于盖层质量与构造条件，而页岩气藏集生储盖于一体，本身就是盖层。本次主要从构造作用、火山活动、水文地质条件和页岩气组分四个方面对页岩气保存条件进行分析。

(一)构造作用。页岩气藏保存条件受到多种多样的地质因素影响，主要包括构造抬升剥蚀、火山活动、缝隙与断裂等。

1.构造抬升剥蚀。地壳抬升剥蚀的构造运动导致含气页岩层段之上的上覆岩层和区域盖层减薄或剥蚀，至使上覆的压力减小，从而使残余盖层的孔隙度、渗透率提高，同时开启盖层的脆性破裂或已形成的断裂(含微断裂)状态，降低盖层的封闭能力。如果抬升剥蚀的幅度较大，整个在含气页岩之上的盖层将被完全剥蚀，至使失去含气页岩段的盖层保护。在抬升剥蚀的同时，也可以发生页岩层的深埋过浅，与地表大气水连通或因为断裂的存在与地表连通，造成页岩含气段压力降低，游离气散逸，进一步导致吸附气解吸，结果是总含气量降低，同时甲烷被具有更强吸附力的氮气、二氧化碳置换，不利于页岩气藏的保存。

2.火山活动。在页岩气成藏期内或成藏期以后的火山活动，对页岩气藏都有影响。富有机质泥页岩在形成后若经历大规模的岩浆入侵，岩层的空间展布会被巨大的上拱作用力破坏，影响页岩气形成的物质基础。若岩浆经过的断层直接连通烃源岩与储集层，必定会烘烤或破坏断裂周围的烃源岩和页岩气藏，造成页岩气藏的破坏。

3.裂缝与断裂。在页岩气藏中，天然裂缝的存在是有利于页岩气的运输与聚集的，如果过于发育的裂缝，独立封闭体系就易受到破坏，页岩气很容易通过裂缝散逸，所以裂缝特别发育的地区，难以形成页岩气藏或不能成藏。

断层提供了向上的通道使页岩气散逸，并破坏了盖层的封储能力。无论是通天断层，还是潜伏通天断层，都可以使局部页岩散失，破坏盖层的有效性。

(二)盖层与隔层封闭性。页岩本身不但是储层，而且还是盖层，由于我国具有区域构造较频繁，且强度大的特点，盖层的就显得尤为重要。页岩气藏盖层的岩性要求没有常规气藏的要求高，但是泥岩、白云岩、页岩互层是对页岩气藏保存较好的岩性组合。

但对于构造活动频繁，强度较大的区域来说，不能忽视盖层对页岩气藏的作用。有效保存页岩气需要良好的封盖层。

(三)水文地质条件。区域水动力对页岩气保存起着至关重要的作用，当水动力较强时，页岩气会被推动前进，形成的页岩气藏易遭到破坏，当该区域水动力较弱使才能聚集成页岩气藏。

地层水化学性质是反映地下水动力的重要指标，地层水矿化度对页岩气保存的影响表现为：矿化度越高，则地层封闭程度高，保存条件好；地层水水型对页岩气保存条件的影响表现为：大气水含量越高，水型越差，保存条件差。

(四)页岩气组分。页岩内的吸附能力与页岩气的组分有关。傅国旗等(2000)、张淮浩等(2005)通过研究发现乙烷、丙烷等碳氢化合物能降低吸附物吸附甲烷的能力。

富氮气体是指氮气体积分数大于20%的气体，其中氮气大部分来自大气，其体现了地表与地下的连通程度，是盖层封闭性变差进而导致大气水下渗的重要证据。

四、结语

目前，页岩气已经成为全球油气工业中的新亮点，其勘探与开发的成功是以丰富、全面的理论知识为基础。本文简单的分析了页岩气的富集状态及保存条件，但根据不同的区域，不同地质条件，所遇到的情况又有所不同，这是就需要进行针对性的研究。