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能，其中，頁巖氣儲層中的吸附氣含量對頁巖氣氣田后期穩產產生決定性作用。在文獻調研的基礎上，結合相關分析測試數據集生產數據總結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模商業性開發，說明了在現今經濟技術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，但頁巖氣基礎研究薄弱，與實際生產存在一定差距。吸附氣含量是決定頁巖氣田能否穩產的關鍵因素，研究吸附氣含量的影響因素對頁巖氣勘探具有重要現實意義。

1　頁巖氣系統涵義

目前，對于頁巖氣系統的定義，沒有統一的看法。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；儲集介質上，以泥頁巖為主，同時還包括泥頁巖中夾層狀的泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、粉砂巖、甚至砂巖地層；賦存方式上，主要以游離態賦存于裂縫和粒間孔中或以吸附態賦存于有機質和粘土顆粒表面，少量頁巖氣及以溶解態存在于有機質和瀝青中。因此，頁巖氣是指主要以游離態和吸附態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豐度、有機質類型與熱演化程度、礦物成分、儲層溫度與壓力、含水飽和度等因素的影響。有機質豐度是主控因素，有機質類型與成熟度、基質礦物成分、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有機質含量

從成因上講，有機質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的研究表明有機質含量與吸附氣含量具有一定的正相關性[1]。同時，有機質具有多微孔的特征，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對氣體的吸附能力。因此吸附氣含量隨有機質含量升高而增大，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有機質類型

不同類型的有機質具有不同的化學組成和結構，導致對氣體的吸附能力不同，富含芳香基化合物的有機質對氣體的吸附能力比富含脂肪族和脂環族化合物的有機質強，而III型有機質主要以芳基及多環芳基化合物為主，I型和II型有機質富含脂肪族和脂環族化合物，因此以III型有機質為主的泥頁巖吸附氣含量比以I型和II型有機質為主的泥頁巖高。

2.3成熟度

有機質成熟度主要影響氣源。其他條件相同情況下，有機質達到成熟階段以前，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，有機質生烴產生的壓力達不到巖石的破裂壓力，氣態烴來不及排除烴源巖，而主要以吸附態及溶解態（少量）賦存于源巖內；在較高成熟度條件下，地層溫度較高，氣態烴分子熱運動加快，吸附氣發生解吸，泥頁巖儲層中的天然氣主要以游離態賦存于微孔隙及微裂縫中。因此，有機質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、長石等脆性礦物構成。礦物組成不同導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豐度較低的頁巖中具有較高吸附氣含量的關鍵因素。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，導致其含量與吸附氣含量呈負相關關系。

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了部分活性表面，導致甲烷吸附容量降低，同時水分子會占據部分孔隙空間，堵塞孔吼，導致吸附氣含量降低。因此濕度越大，泥頁巖吸附能力越小。

3　結論

綜上，有機質含量是影響吸附氣含量的關鍵性因素，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產的關鍵，因此在勘探評價及有利區優選過程中，應綜合評價各種因素，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評價綜述.地質通報, 2011,30(2～3):308-317.

TD83[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-26-1