頁(yè)巖氣儲(chǔ)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(duì)廣東廣州510800）

頁(yè)巖氣儲(chǔ)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(duì)廣東廣州510800）

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中含氣量的多寡直接影響頁(yè)巖氣田的產(chǎn)能，其中，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中的吸附氣含量對(duì)頁(yè)巖氣氣田后期穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)生決定性作用。在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)分析測(cè)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(duì)6大因素對(duì)吸附氣含量的影響機(jī)理進(jìn)行了分析。

頁(yè)巖氣吸附氣含量影響

目前，美國(guó)已率先對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行了大規(guī)模商業(yè)性開(kāi)發(fā)，說(shuō)明了在現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下頁(yè)巖氣可以被開(kāi)采利用。我國(guó)具有巨大的頁(yè)巖氣資源前景，但頁(yè)巖氣基礎(chǔ)研究薄弱，與實(shí)際生產(chǎn)存在一定差距。吸附氣含量是決定頁(yè)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(duì)頁(yè)巖氣勘探具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1　頁(yè)巖氣系統(tǒng)涵義

目前，對(duì)于頁(yè)巖氣系統(tǒng)的定義，沒(méi)有統(tǒng)一的看法。成因上，頁(yè)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(chǔ)集介質(zhì)上，以泥頁(yè)巖為主，同時(shí)還包括泥頁(yè)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(jī)質(zhì)和粘土顆粒表面，少量頁(yè)巖氣及以溶解態(tài)存在于有機(jī)質(zhì)和瀝青中。因此，頁(yè)巖氣是指主要以游離態(tài)和吸附態(tài)賦存于泥頁(yè)巖地層及其夾層中的天然氣。

2　吸附氣含量影響因素

泥頁(yè)巖儲(chǔ)層中吸附氣含量主要受有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型與熱演化程度、礦物成分、儲(chǔ)層溫度與壓力、含水飽和度等因素的影響。有機(jī)質(zhì)豐度是主控因素，有機(jī)質(zhì)類(lèi)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(gè)方面來(lái)闡明對(duì)吸附氣含量的影響。

2.1有機(jī)質(zhì)含量

從成因上講，有機(jī)質(zhì)含量直接控制了泥頁(yè)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(jī)質(zhì)含量越高，泥頁(yè)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(jī)質(zhì)含量與吸附氣含量具有一定的正相關(guān)性[1]。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)具有多微孔的特征，并隨著有機(jī)碳含量的增加，微孔隙類(lèi)型增多、微孔隙度增大，為天然氣體吸附提供巨大空間。烴類(lèi)氣體在干酪根中的溶解作用也增加了有機(jī)質(zhì)對(duì)氣體的吸附能力。因此吸附氣含量隨有機(jī)質(zhì)含量升高而增大，有機(jī)碳含量是控制暗色泥頁(yè)巖儲(chǔ)層中吸附氣含量的主要因素。

2.2有機(jī)質(zhì)類(lèi)型

不同類(lèi)型的有機(jī)質(zhì)具有不同的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致對(duì)氣體的吸附能力不同，富含芳香基化合物的有機(jī)質(zhì)對(duì)氣體的吸附能力比富含脂肪族和脂環(huán)族化合物的有機(jī)質(zhì)強(qiáng)，而III型有機(jī)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(jī)質(zhì)富含脂肪族和脂環(huán)族化合物，因此以III型有機(jī)質(zhì)為主的泥頁(yè)巖吸附氣含量比以I型和II型有機(jī)質(zhì)為主的泥頁(yè)巖高。

2.3成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度主要影響氣源。其他條件相同情況下，有機(jī)質(zhì)達(dá)到成熟階段以前，隨成熟度增大，吸附氣含量逐漸增大；有機(jī)質(zhì)達(dá)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?yàn)槌墒於容^低的情況下，有機(jī)質(zhì)生烴產(chǎn)生的壓力達(dá)不到巖石的破裂壓力，氣態(tài)烴來(lái)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(yùn)動(dòng)加快，吸附氣發(fā)生解吸，泥頁(yè)巖儲(chǔ)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(jī)質(zhì)由底熟向高熟演化的過(guò)程中，泥頁(yè)巖儲(chǔ)層中的吸附氣含量先增大后減少。

2.4礦物組成

泥頁(yè)巖的礦物組分主要由伊利石、蒙脫石等粘土礦物和石英、長(zhǎng)石等脆性礦物構(gòu)成。礦物組成不同導(dǎo)致了泥頁(yè)巖對(duì)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(duì)氣體具有較強(qiáng)的吸附能力。在其他條件相同情況下，粘土礦物含量越高，頁(yè)巖儲(chǔ)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(qiáng)，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(jī)質(zhì)豐度較低的頁(yè)巖中具有較高吸附氣含量的關(guān)鍵因素。相對(duì)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(fù)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(duì)泥頁(yè)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(huì)促進(jìn)頁(yè)巖的吸附，而溫度增加會(huì)降低泥頁(yè)巖的吸附能力，此時(shí)隨溫度和壓力的升高，吸附氣含量會(huì)趨于穩(wěn)定，這時(shí)，壓力對(duì)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(rùn)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(shí)水分子會(huì)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(yè)巖吸附能力越小。

3　結(jié)論

綜上，有機(jī)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(yè)巖氣田后期能否穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，因此在勘探評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選過(guò)程中，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)各種因素，以降低風(fēng)險(xiǎn)，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(yè)巖氣形成條件及成藏影響因素研究.天然氣地球科學(xué), 2010,21(2):350-356.

[3]李玉喜,喬德武,姜文利等.頁(yè)巖氣含氣量和頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)綜述.地質(zhì)通報(bào), 2011,30(2～3):308-317.

TD83[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-26-1