頁巖氣儲層吸附氣含量的影響因素研究

夏芬

（廣東省地球物理探礦大隊廣東廣州510800）

頁巖氣儲層吸附氣含量的影響因素研究

夏芬

（廣東省地球物理探礦大隊廣東廣州510800）

頁巖氣儲層中含氣量的多寡直接影響頁巖氣田的產(chǎn)能，其中，頁巖氣儲層中的吸附氣含量對頁巖氣氣田后期穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)生決定性作用。在文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)分析測試數(shù)據(jù)集生產(chǎn)數(shù)據(jù)總結(jié)出了影響吸附氣含量的6大因素，并針對6大因素對吸附氣含量的影響機理進行了分析。

頁巖氣吸附氣含量影響

目前，美國已率先對頁巖氣進行了大規(guī)模商業(yè)性開發(fā)，說明了在現(xiàn)今經(jīng)濟技術(shù)條件下頁巖氣可以被開采利用。我國具有巨大的頁巖氣資源前景，但頁巖氣基礎(chǔ)研究薄弱，與實際生產(chǎn)存在一定差距。吸附氣含量是決定頁巖氣田能否穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素，研究吸附氣含量的影響因素對頁巖氣勘探具有重要現(xiàn)實意義。

1　頁巖氣系統(tǒng)涵義

目前，對于頁巖氣系統(tǒng)的定義，沒有統(tǒng)一的看法。成因上，頁巖氣包括生物氣、熱解氣及生物氣和熱解氣組成的混合氣；儲集介質(zhì)上，以泥頁巖為主，同時還包括泥頁巖中夾層狀的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、甚至砂巖地層；賦存方式上，主要以游離態(tài)賦存于裂縫和粒間孔中或以吸附態(tài)賦存于有機質(zhì)和粘土顆粒表面，少量頁巖氣及以溶解態(tài)存在于有機質(zhì)和瀝青中。因此，頁巖氣是指主要以游離態(tài)和吸附態(tài)賦存于泥頁巖地層及其夾層中的天然氣。

2　吸附氣含量影響因素

泥頁巖儲層中吸附氣含量主要受有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型與熱演化程度、礦物成分、儲層溫度與壓力、含水飽和度等因素的影響。有機質(zhì)豐度是主控因素，有機質(zhì)類型與成熟度、基質(zhì)礦物成分、含水飽和度等是重要的影響因素。以下從上述6個方面來闡明對吸附氣含量的影響。

2.1有機質(zhì)含量

從成因上講，有機質(zhì)含量直接控制了泥頁巖生氣量，從而影響吸附氣含量。其它條件相同的情況下，有機質(zhì)含量越高，泥頁巖生氣量越大，吸附氣含量就越高。Chambers G R L的研究表明有機質(zhì)含量與吸附氣含量具有一定的正相關(guān)性[1]。同時，有機質(zhì)具有多微孔的特征，并隨著有機碳含量的增加，微孔隙類型增多、微孔隙度增大，為天然氣體吸附提供巨大空間。烴類氣體在干酪根中的溶解作用也增加了有機質(zhì)對氣體的吸附能力。因此吸附氣含量隨有機質(zhì)含量升高而增大，有機碳含量是控制暗色泥頁巖儲層中吸附氣含量的主要因素。

2.2有機質(zhì)類型

不同類型的有機質(zhì)具有不同的化學組成和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致對氣體的吸附能力不同，富含芳香基化合物的有機質(zhì)對氣體的吸附能力比富含脂肪族和脂環(huán)族化合物的有機質(zhì)強，而III型有機質(zhì)主要以芳基及多環(huán)芳基化合物為主，I型和II型有機質(zhì)富含脂肪族和脂環(huán)族化合物，因此以III型有機質(zhì)為主的泥頁巖吸附氣含量比以I型和II型有機質(zhì)為主的泥頁巖高。

2.3成熟度

有機質(zhì)成熟度主要影響氣源。其他條件相同情況下，有機質(zhì)達到成熟階段以前，隨成熟度增大，吸附氣含量逐漸增大；有機質(zhì)達到成熟階段以后，隨成熟度增大，吸附氣含量逐漸減小。這是因為成熟度較低的情況下，有機質(zhì)生烴產(chǎn)生的壓力達不到巖石的破裂壓力，氣態(tài)烴來不及排除烴源巖，而主要以吸附態(tài)及溶解態(tài)（少量）賦存于源巖內(nèi)；在較高成熟度條件下，地層溫度較高，氣態(tài)烴分子熱運動加快，吸附氣發(fā)生解吸，泥頁巖儲層中的天然氣主要以游離態(tài)賦存于微孔隙及微裂縫中。因此，有機質(zhì)由底熟向高熟演化的過程中，泥頁巖儲層中的吸附氣含量先增大后減少。

2.4礦物組成

泥頁巖的礦物組分主要由伊利石、蒙脫石等粘土礦物和石英、長石等脆性礦物構(gòu)成。礦物組成不同導(dǎo)致了泥頁巖對氣體的吸附能力不同。由于粘土礦物具有較高的微孔隙體積和較大的比表面積，因此對氣體具有較強的吸附能力。在其他條件相同情況下，粘土礦物含量越高，頁巖儲層中吸附氣含量越高[2]。而粘土礦物中伊利石的吸附能力最強，其次為蒙脫石，高嶺石的吸附能力最弱[3]。較高的伊利石含量是保證有機質(zhì)豐度較低的頁巖中具有較高吸附氣含量的關(guān)鍵因素。相對于粘土礦物而言，石英等脆性礦物比表面積較小，導(dǎo)致其吸附能力小，且石英等脆性礦物具有親水性，與天然氣相比，水分子更容易吸附于石英等脆性礦物表面，導(dǎo)致其含量與吸附氣含量呈負相關(guān)關(guān)系。

2.5溫度和壓力

溫度和壓力二者相互影響，共同控制吸附氣含量。在地層埋深較淺、溫度較低的情況下，壓力對泥頁巖吸附的影響大于溫度，隨溫度和壓力增加，吸附氣含量逐漸增加；地層埋深增大，溫度和壓力增加到一定程度后，壓力增大會促進頁巖的吸附，而溫度增加會降低泥頁巖的吸附能力，此時隨溫度和壓力的升高，吸附氣含量會趨于穩(wěn)定，這時，壓力對吸附氣含量的影響居于次要地位，而溫度的影響居于主要地位。

2.6含水飽和度

由于巖石普遍具有親水性，巖石潤濕后水分子占據(jù)了部分活性表面，導(dǎo)致甲烷吸附容量降低，同時水分子會占據(jù)部分孔隙空間，堵塞孔吼，導(dǎo)致吸附氣含量降低。因此濕度越大，泥頁巖吸附能力越小。

3　結(jié)論

綜上，有機質(zhì)含量是影響吸附氣含量的關(guān)鍵性因素，其他是重要的影響因素。由于吸附氣含量受多種因素的影響，是頁巖氣田后期能否穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，因此在勘探評價及有利區(qū)優(yōu)選過程中，應(yīng)綜合評價各種因素，以降低風險，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,劉玉華,張敏.頁巖氣形成條件及成藏影響因素研究.天然氣地球科學, 2010,21(2):350-356.

[3]李玉喜,喬德武,姜文利等.頁巖氣含氣量和頁巖氣地質(zhì)評價綜述.地質(zhì)通報, 2011,30(2～3):308-317.

TD83[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-26-1