1、页岩气及其研究方法,张金川中国地质大学(北京) 二一二年八月,贵州省页岩气资源调查评价,内容提要,页岩气实验测试技术野外分析技术 井位优选技术测井评价技术,天然气,吸附状态,游离状态,溶解状态,深盆气,常规气,油溶气,水溶气,页岩气,煤层气,水合物,页岩气:主体上以吸附和游离状态赋存于泥、页岩地层层系中的天然气聚集。,Drake,2007,页岩气的聚集至少存在两种机理 游离相态的天然气聚集,其中天然气的分布受控于页岩中孔隙空间的发育,受控于其中裂缝的分布。 (B)吸附作用机理,页岩气的赋存聚集机理在吸附作用特征上与煤层气具有相似之处,即受控于页岩颗粒表面物质的吸附作用。,Shale,Tight
2、 sands,Gas-bearing fracture,Conventional reservoir,Natural gas,Basement,Complex transition migration in shale,bitumen,(after Martin),页岩Shale,致密砂岩 Tight sands,含气裂缝带Gas-bearing fracture,常规砂岩Conventional sandstone,天然气Natural gas,湖北省吉首市默荣镇寒武系页岩,贵州省沿河县县城志留系页岩,辽宁省抚顺市青西县侏罗系页岩,重庆市秀山县溶溪镇震旦系页岩,产气页岩特点TOC:一般2%,
3、最好在2.5 3.0%以上 Ro:一般0.5%(型)或1.2% (型) 厚度:一般 10m 页岩特点:脆性矿物含量高、微裂缝发育,其中石英、长石等矿物含量大于30% 40% 产气区:盆地中心区、斜坡区,即优质烃源岩发育区 产液特点:部分页岩产轻质油,生物成因页岩气可产水,页岩气富集影响因素,储层,页岩油内涵,美国地质调查局(USGS,2011):Shale oil reservoirs are those in which oil remains in the shale matrix rather than gas ;the oil not having been thermally cra
4、cked to gas.可采条件:TOC2%; Ro1.1%,现状:概念不明确;规律不清楚;典型实例缺乏。,页岩油气分类 (依据勘探开发特点),基质微孔微缝含油,砂质透镜体夹层含油,砂质夹层含油,裂缝含油,复合含油,断裂系统含油,(狭义)页岩油富集类型,裂 缝 性 甜 点,夹 层 富 集,基质含油,具较强的 现实意义,具一定的 现实意义,有勘探价值,但开发困难,碳酸盐岩夹层含油,富有机质泥页岩,生气量,Ro(%),0.5,1.0,1.5,2.0,0,2.5,型,1型,2型,型,生物成因,0.5%,0.7%,0.9%-1.0%,1.2%-1.3%,热成因,页岩油与页岩气,美国页岩气分布图(据EI
5、A,2010有改),美国页岩油分布图(EIA,2010),地质评价 Geologic condition appraisal 选区评价 Range of profitability selection 资源评价 Resource assessment,勘探评价 Exploration,开发评价 Development,经济评价 Economic Assessment,钻井工程评价 Drilling engineering 储层改造评价 Reservoir stimulation 产能评价 Deliverability appraisal,含气量 Gas concentration,经济评价 E
6、conomic assessment 环境评价 Environmental evaluation,压裂效果Postfracture response,经济性 Effecacy,勘探评价 Exploration,地层、沉积和构造特征 页岩层系厚度、埋深 岩石和矿物成分 储集空间类型、储集物性 泥页岩储层的非均质性 岩石力学参数,有机地球化学 页岩的吸附特征和聚气机理 区域现今应力场特征 流体压力和储层温度 流体饱和度及流体性质 开发区基本条件等,北美页岩气地质评价主要开展12个方面工作 Geologic condition appraisal in America is focused on 1
7、2 factors.,勘探评价主要方法和技术 Major methods,地质分析 Geology analysis,地质露头和钻井岩心 outcrop and core,页岩气实验测试技术野外分析技术 井位优选技术测井评价技术,内容提要,页岩岩心室内评价具有两个难点:岩心致密(最低可达109md),含气量、渗透率测定困难 硅质含量高(35),易破碎、制样难度大,岩石学分析,地球化学分析,致密岩石专项分析,含气性分析,岩石学分析,地球化学测试,含气量分析,岩石力学性质,岩石力学测试仪器中国地质大学,岩石力学测试仪器德国GFZ,氩离子抛光技术,抛光前,抛光后,氩离子光束抛光页岩样品表面后,结合扫
8、描电镜、薄片岩相鉴定 和X-衍射仪等分析,可定量观察微孔隙结构,确定孔隙度,分析 矿物成分。,背散射扫描电镜,结合能谱仪,对暗区元素全分析,检测出有机质元素的存在,确定有机质的存在形式和分布。,脉冲式岩石渗透率测试,常规渗透率测试,瞬时脉冲渗透率,恒定高压,瞬时超高压,10-2md,10-9nd,页岩渗透率低,用常规方法难以准确测定 切萨皮克公司:速度快,仅需10分钟,精度可达10-3-10-9 md,游离气,吸附气,溶解气,+,+,吸附气:是指吸附在干酪根和粘土颗粒表面的天然气; 游离气:主要指储存在天然裂缝和粒间孔隙中的天然气; 溶解气:是指溶解在页岩有机质、液态烃和沥青等物质中的天然气,
9、含气量分析,页岩 含气量,=,损失气,解吸气,残余气,+,+,=,解吸实验装置基本模式图 a.Bertard,1970 b. Camp,1992 c. TRW,1981,现场解吸实测法,传统解吸设备特点能够较好的满足煤层气解吸、收集及测定的基本要求无法满足页岩气测量精确要求体积大,煤层气测定方法( 解吸法) MT/T 77-94,技术改进改浮力法为表面张力法去导管化、提高精度可在同一罐中连续完成损失气恢复数据测试、解吸气测定及残余气测定结构紧凑,体积小,适合于多种测试条件,页岩吸附气含量测量仪发明专利(ZL:2010201470938 ),总含气量=损失气量+解析气量+残余气量,q,t,损失气
10、,解吸气,残余气,总含气量,国内X井部分含气量分析结果,0,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,0,500,1000,1500,2000,2500,3000,Mins,ml,等温吸附法,应用于页岩气时出现的问题,正常吸附曲线,原因分析页岩气与煤层气存在机理差异,页岩吸附气含量低于煤岩;样品预处理;Langmuir模型为统计模型,可能存在一定缺陷;样品取到地面后,岩石物性和物理结构发生改变,难以反映地下真实吸附状态。,页岩气实验测试技术野外分析技术 井位优选技术测井评价技术,内容提要,鄂尔多斯盆地,渤海湾盆地,南华北盆地,苏北南黄海盆地,塔里木盆地,准噶尔盆地
11、,吐哈盆地,柴达木盆地,二连盆地,松辽盆地,四川盆地,楚雄盆地,羌塘盆地,焉耆盆地,江汉盆地,东海盆地,冲绳海槽盆地,南海,南海盆地,珠江口盆地,莺歌海琼东南盆地,沁水盆地,塔里木板块,华北板块,扬子板块,辽河 坳陷,中国扬子地区黑色页岩样品采集点平面示意图,页岩气露头研究技术系列,(1)露头构造特征 (2)露头沉积相标志 (3)露头层序地层 (4)露头标准剖面 (5)露头风化作用 (6)露头井位论证,露头构造特征,褶皱,窗棂构造,张性垂直缝,滑脱断层造成的褶皱,渝东南地区龙马溪组早期岩性以黑色页岩、黑色炭质页岩和灰黑色页岩为主,为较深水的沉积环境。,岩性特征,下寒武统牛蹄塘组(1n)中厚层块
12、状灰黑色硅质页岩,构造作用强烈,下志留统龙马溪组(S1l),中厚层黑色碳质页岩,含硅质 綦江县安稳镇观音桥,沉积构造,研究区龙马溪组黑色页岩中发育大量的笔石,如右图所示,孙跃武等(2006)指出含笔石的地层黑色页岩其形成环境是隔绝或半隔绝的平静海盆,海底还原作用强,生物不能生存,只繁盛浮游生活的的笔石。因此同样证实龙马溪组下段早期为深水沉积环境。,古生物特征,缓坡大陆架模式:上升洋流为主要的物源供给方式。,位于过渡带,沉积厚度发生突变,具有明显相变特征,斜坡相沉积明显好于边缘相沉积。,牛蹄塘组黑色页岩层序发育模式规律,页岩气实验测试技术野外分析技术 井位优选技术测井评价技术,内容提要,露头井位
13、论证,在勘探空白区或勘探程度很低的地区进行页岩气战略调查及勘探井位优选工作,要重点突出野外地质调查的优选方法,在充分收集和分析已有资料的基础上,有针对性地对区域构造特征、地层展布情况进行观察,初步优选勘探井位部署范围,进一步,对页岩目的层及岩石矿物特征研究,在考虑井区勘探纵深及工程交通等条件的基础上,优选页岩气勘探井位部署位置。,页岩气拟探井统计评价表格,自2009年至今,中国地质大学(北京)配合国土资源部油气中心实施页岩气资源战略调查井5口,渝页1井井深结构图,渝页1井井位论证,108-220m 黑色炭质页岩,取芯直径7.2cm,区域沉积背景:目的层段岩性储层特征,九点位,九点位,断裂构造,
14、综合分析:有利性和风险性,N,其它条件:工程评价,XX1井井位论证 实测标准剖面分层、厚度论证,XX1井井位评价打分表,优选井位评价标准,页岩气实验测试技术野外分析技术 井位优选技术测井评价技术,内容提要,近年来,国外针对页岩气的勘探和开发,基本上形成一套较为成熟、系统化的页岩气解释软件平台,代表性的解释软件平台为TerraSuite,是Transform公司研发的新一代勘探开发协同解释系统。,测井特征,高至超高伽玛,典型页岩测井曲线特征(Boyer,2006),地球物理勘探 Geophysical exploration,Marcellus 页岩过典型井三维测线,测井法预测页岩气,吸附含气量预测图,游离含气量预测图,R31,C3,H45,T10,从单井看,泥页岩底部层段有机质丰度明显高于上覆层系,http:/www. ,谢 谢!,