泥页岩对不同赋存状态页岩气的容烃能力定量表征—以伊通盆地双阳组为例*

由于页岩气在泥页岩储层中以多种方式赋存,在开展页岩气资源评价时,需定量表征泥页岩对不同赋存状态页岩气的容烃能力。基于泥页岩等温吸附试验,评价不同丰度、不同成熟度泥页岩的吸附气能力;并通过温、压校正转换至任一温度、任一压力下泥页岩的吸附气能力。借助Vasquez-Beggs模型,评价地质条件下油溶气能力,分析页岩气中不同赋存状态下页岩气含量的比例关系,推算出游离气量。研究表明,在压力达到一定后,泥页岩最大吸附能力主要受到有机质含量的制约;而油溶气量除了受到温、压和原油数量的影响外,气在原油中的溶解度同样至关重要。从伊通盆地评价结果来看,双阳组页岩气最多可达到5 703.74亿m3,其中主要吸附态赋存于泥页岩储层中,其次为游离态页岩气,油溶气量较少,仅为165.54亿m3。     

页岩吸附与解吸气量实验测量实例研究

页岩气主要以游离气和吸附气形式存在于富有机质页岩中,含气量的大小受页岩储层压力、温度、矿物类型、物性、湿度等多种因素影响。页岩吸附气量是评价页岩气资源量的关键性参数,也是评价页岩气是否具有开采价值的一项重要标准。在分析页岩气吸附与解吸机理的基础上,通过F页岩气田龙马溪组-五峰组页岩心等温吸附、解吸实验测量实例研究,得到结果:利用等温吸附线法是获得饱和吸附体积VL和朗氏压力PL的有效途径;钻井现场页岩快速解吸获得的总含气量主要为吸附气量,游离气量占比较小,不能代表真实的地层游离气量占比;页岩VL与样品的TOC成正相关,达到饱和吸附后温度升高,吸附能力明显下降。     

页岩气吸附综合模型及其应用

页岩气藏中吸附气体占很大比例,吸附气的含量直接关系到页岩的储量计算,因此准确得到页岩的吸附气含量至关重要。通过不同温度下页岩等温吸附实验发现温度升高页岩的吸附能力下降;对不同温度下页岩等温吸附曲线进行一系列计算得到了页岩气吸附综合模型,该模型可以用来计算不同温度和压力条件下等温吸附曲线,该模型为页岩吸附气含量的准确计算提供一种方法和依据。     

等温吸附曲线在四川威远页岩气区块的应用与表征

基于四川威远页岩储层条件,在90℃下开展了对四川威远区块页岩气等温吸附实验,分析了影响吸附的主要因素。结合生产实际阐述了吸附气在生产中的变化规律。同时应用吸附势理论,建立不同深度下的吸附模型,对不同深度下的吸附气量进行了预测。研究表明,当地层压力较高时,解吸附气体较少,主要是游离气在贡献,随着地层压力降至10 MPa后,吸附气解析速率逐渐增大直至吸附气起主导作用;黏土含量越高,黏土与有机质的竞争吸附中占主导;吸附气含量越小,而TOC越高,有机质与黏土竞争吸附中占主导;吸附气量越高,另外压力越高、温度越低,吸附气量越高;基于吸附势理论的吸附模型比Langmuir等温吸附模型具有较好的拟合程度,具有较强的适用性;对异常高压的页岩气藏而言,随着深度的增加,吸附气含量逐渐增加,并未出现明显的极值,温度对吸附气量的影响没有压力的影响大,压力对吸附气的含量起主导作用。     

考虑有机质含量的页岩吸附气含量计算模型及其应用

为了对压力、有机质含量对页岩吸附气含量的影响规律进行研究,更准确地对吸附气含量进行估算,基于对吸附类型的讨论,通过在储层温度条件下的等温吸附实验,获得不同有机质含量下的等温吸附特征曲线;并根据Langmuir等温吸附理论得到Langmuir体积和Langmuir压力,分析有机质含量(TOC)对吸附气含量影响特征。在此基础上,利用球状模型和反正切函数形式拟合等温吸附特征以及TOC与吸附气含量的线性关系,建立吸附气含量计算模型,并以四川盆地下志留统龙马溪组3口井的多组岩心样本数据为例,对比岩心刻度后的模型计算结果与解吸气量,对模型的准确性进行验证。结果表明该模型精度较高,相关系数达到93%以上,对页岩吸附气量和含气量评价具有一定的现实指导价值。     

胶莱盆地水南组陆相页岩含气量计算

为定量表征胶莱盆地暗色泥页岩含气性,对研究区样品进行了等温吸附实验,以及吸附气、游离气含量的定性分析和定量计算,通过对吸附气、游离气含量的计算来确定其总的含气量。泥页岩等温吸附实验表明：胶莱盆地水南组暗色泥页岩有机碳含量主要集中在0.27-2.92%,最大吸附量范围为0.85-1.60m3/t,且最大吸附量与有机碳含量大致呈正比关系。对胶莱盆地进行含气量分析计算发现：各不同凹陷泥页岩含气量随着埋深的增大总体呈先逐渐增大后趋于平缓的变化趋势,且含气量主要介于0.50m3/t~1.80m3/t,其中以莱阳凹陷水南组泥页岩含气量最大,最高可达1.80m3/t,莱阳凹陷可作为将来勘探开发的首选目标区。研究表明,有机碳含量和孔隙度是影响页岩气含量最主要的两大因素,有机碳含量越高,孔隙度越大,其含气性越好;但在不同埋深下的吸附气、游离气含气量主要受地层温度和压力的影响,且两者随温度压力的变化而发生相互转化;在一定埋深下,地层中气体吸附解吸可达到一个平衡状态。     

基于吸附势理论的页岩吸附甲烷模型及其应用

根据实测的页岩等温吸附数据,以吸附势理论为基础,对等温吸附数据进行处理分析得到ε-ω吸附特性曲线及其数学表达式,推导出页岩吸附甲烷模型,在此基础上建立了地质条件下温度和压力共同影响的页岩吸附气量计算模型,并利用实测等温吸附数据进行了模型验证及应用分析。研究结果表明:页岩吸附气的ε-ω吸附特性曲线是唯一的且与温度无关,特性曲线的形态呈对数形态;文中推导吸附模型的预测结果精度较高,可预测不同温度和不同压力下页岩吸附气量,得到页岩吸附等温线;建立的地质条件下温度和压力共同影响页岩吸附气量计算模型,可预测页岩吸附气量随深度变化的趋势图;温度和压力对页岩吸附气量影响作用相反,在地质条件下的温度与压力对页岩吸附气量影响存在竞争关系,其中当页岩埋深小于页岩最大吸附容量对应埋深时,压力起到主要影响作用,反之温度起到主要影响作用。     

页岩气储层含气性影响因素分析—以湘西下寒武统牛蹄塘组为例

页岩气藏属于一种自生自储的非常规天然气藏,在进行页岩储层评价时,应重点考虑其含气性。根据湘西地区下寒武统牛蹄塘组页岩样品现场含气量测试数据及等温吸附试验结果,从含气量入手,针对有机碳含量、热成熟度、黏土矿物含量和石英含量等方面讨论页岩储层含气性影响因素。研究发现,含气量与有机碳含量呈良好的正相关关系,气体的吸附能力随热成熟度的增高有逐渐增大的趋势,同时含气量与黏土矿物含量呈一定的正相关关系,与石英含量呈一定的负相关关系。     

基于等温吸附实验的页岩吸附气含量计算新方法

为了能更准确地表征页岩等温吸附曲线,研究压力对吸附量的变化范围。通过等温吸附模拟实验,获得页岩等温吸附特征曲线、兰氏体积和兰氏压力,利用兰氏模型计算任意压力下的吸附量。并结合球状模型,拟合压力和吸附量的计算表达式,建立计算吸附量的新方法。用新方法计算结果可知,在不考虑温度的影响下,页岩吸附气体达到饱和时的最大吸附气量要比等温吸附实验条件下页岩饱和吸附量(兰氏体积)大。压力存在一定的变程,不同的压力范围,页岩吸附气量的增加速率不同,随着压力的增大,页岩吸附气量的增加速率由大变小,直至减小为零,吸附气量不再变化。此方法能准确地给出吸附量与压力的变化范围,能给定压力和吸附量的界限值,可评价页岩吸附量饱和值。此研究是一种评价等温条件下页岩吸附量的好方法,对页岩吸附气含量评价具有一定的指导意义。     

高成熟富有机质页岩吸附特征及影响因素

吸附气作为页岩气的一种重要的赋存状态,主要存在于黏土矿物及有机质颗粒的表面或孔隙内,泥页岩的吸附特征对含气量起到至关重要的作用。本次研究通过有机碳含量测试、热成熟度测试、X射线衍射、低温氮吸附及甲烷等温吸附等分析化验手段,对皖南地区下寒武统荷塘组页岩的有机地化特征、岩石学特征、孔隙结构及吸附特征进行了研究,并进一步探讨了吸附性能的控制因素及机理。结果发现:(1)研究区页岩处于过成熟阶段,R_O为2.83%~3.91%;有机质含量较高,TOC含量主要分布于1.97 wt%~7.32 wt%,平均为4.58 wt%。(2)孔隙类型以中孔占主导,宏孔和微孔含量较低。(3)样品的吸附能力差异较大,吸附量分布在0.47~8.63 m3/t,平均为5.21 m~3/t。(4)吸附能力受有机质含量、热演化程度、孔隙结构及黏土矿物含量等因素共同控制,吸附量随TOC含量、R_O及比表面积的增加而增大,随平均孔径及黏土矿物含量的增加而降低。     

牛蹄塘与陡山沱组页岩孔隙发育差异性与主控因素分析——以鄂西某井为例

鄂西地区是长江中下游地区页岩气勘探开发的重点区域,其中震旦系、寒武系等层系均获页岩气流,因此,对其储层微观孔隙结构特征及其影响因素进行研究具有十分重要的意义。通过对研究区页岩样品进行FE-SEM观察、TOC含量测定、全岩及粘土X-衍射分析及其岩石物性等的分析,明确了研究区储层孔渗特征及储集空间类型、有机质丰度及成熟度、矿物组成等。研究表明,牛蹄塘组页岩核磁总孔隙度及渗透率均大于陡山沱组页岩,陡山沱组页岩有机质孔隙发育较好且发育更多白云石晶间孔,部分层段发育方解石溶蚀晶锥及溶蚀坑洞;TOC含量及有机质热演化程度与有机质孔隙呈现负相关关系;矿物组分中,石英及长石含量与核磁总孔隙度呈现正相关关系,而白云石含量与其呈现负相关关系,黏土矿物与核磁总孔隙度的相关性并不明显;此外,核磁总孔隙度与深度呈负相关关系,表现在随深度的加深,核磁孔隙度总体呈波动下降趋势。分析认为：矿物组分、有机质丰度及热演化程度、埋藏深度是影响页岩储集能力的重要因素,有机质的富集有利于页岩气的生成与吸附,脆性矿物的存在提高了储层的脆性,有利于储层的增产改造;埋藏深度影响储集空间的保存条件优劣。     

黔北凤岗地区页岩气吸附量影响因素分析

摘 要 页岩气的吸附态是页岩气开采的主要来源之一,为了研究黔北凤岗地区影响页岩气吸附量的因素,选取凤岗1井（FC-1）等的页岩作为实验研究对象,分别进行了有机碳含量、矿物组分、孔隙结构和等温吸附曲线等分析。研究表明：凤参1井及相邻试验井页岩平均有机碳含量为4.97%,主要矿物质以石英、粘土矿物和钠长石为主,页岩孔隙的形状多为不规则的球形、椭球形、三角形;页岩对甲烷的吸附量与有机碳含量、粘土矿物质、有机质孔隙和压力呈正相关,与温度、石英矿物质、水含量呈负相关。适当进行储层改造,改善控制开采过程中页岩气解吸的影响因素,对提高页岩气开采效率、延长开采时间具有重要意义。     

鄂尔多斯东南缘海陆交互相页岩储层特征及含气性

鄂尔多斯盆地为北方典型的含油气盆地,发育的多套石炭-二叠系海陆交互相页岩层系为油气藏的形成提供了重要的源岩-储层。为定性评价地区上古生界页岩的储层特点,探讨高应力环境下页岩的吸附特征,研究测定了页岩岩心样品的TOC、Ro、矿物成分、孔隙类型及含气量等参数,并结合MATLAB三维成图方法探讨了储层物性的影响因素,分析了样品等温吸附特征,最后对吸附数据进行了参数拟合。结果发现,研究区页岩主要发育的孔隙类型为有机质孔和矿物质孔,粒间微裂隙也有一定发育,各类孔隙发挥的作用各不相同,共同组成了具有典型特征的孔-裂隙系统;样品页岩气含量以解吸气为主,且TOC对解吸气含量存在积极影响;D-R+K模型可以很好地表征甲烷气体在超临界条件下充填在微孔中的过程,样品的吸附特点具体表现为低压条件下的单层吸附和高压条件下的多层吸附和顺序充填。     

湘中拗陷泥盆-石炭系海相泥页岩地球化学特征及等温吸附性能

利用湘中地区泥盆-石炭系野外剖面泥页岩有机地球化学参数及泥页岩等温吸附特征参数,评价页岩气富集的关键地质参数特征。海相泥页岩有机地球化学参数表明,其有机碳含量高,泥盆系泥页岩有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型,石炭系大塘阶测水段为Ⅱ1—Ⅲ型;泥盆—石炭系有机质的成熟度高,基本都达到高成熟—过成熟阶段。泥页岩等温吸附曲线表明,泥页岩吸附容量较大。这些参数表明,湘中拗陷页岩气的基础地质条件好,具备页岩气富集成藏的地化条件,泥盆系棋梓桥组、佘田桥组及石炭系大塘阶测水段3套海相泥页岩厚度大、分布范围广、有机质丰度高。     

淮南潘谢矿区石盒子组煤系页岩气储层孔隙结构特征及影响因素

页岩储层孔隙结构对于页岩气富集和开采具有重要影响。应用高压压汞、低温N2和CO2吸附实验结果,对淮南潘谢矿区石盒子组煤系页岩气储层的孔隙结构进行定量表征,并结合有机地球化学特征、矿物组成和成熟度探讨了其影响因素。结果表明:潘谢矿区石盒子组页岩孔隙度为1.21%~11.00%,平均3.58%;孔隙类型主要为平行板状孔、楔状半封闭孔及墨水瓶孔。潘谢矿区石盒子组页岩的总孔容为（12.77~36.66）×10-3 cm3/g,总比表面积为（10.27~26.01） m2/g,平均孔径为9.59 nm,介孔对孔隙结构的贡献最大,其次是微孔和宏孔。孔径为0.5~0.85 nm,2.1~3.5 nm及71~150 nm的孔隙对潘谢矿区石盒子组页岩孔容起主导作用,孔径为0.4~0.85 nm和2.5~5.0 nm 的孔隙提供了主要的比表面积。有机碳含量（TOC）、矿物组分和成熟度均会影响石盒子组页岩孔隙结构的发育。TOC的富集有利于拓展孔隙空间和孔隙结构的发育;黏土矿物含量的增加会抑制孔隙结构的发育,脆性矿物则相反;石盒子组页岩成熟度达成熟-高成熟,处于有机质第一次裂解后孔隙减小阶段。该研究成果为深入认识该区页岩气赋存富集提供基础资料。