胡明毅，邱小松，胡忠貴，鄧慶杰

(1.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 長(zhǎng)江大學(xué)， 湖北 武漢 430100；2.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100；3.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

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頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題探討

胡明毅1，2，3，邱小松2，3，胡忠貴1，2，3，鄧慶杰2，3

(1.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 長(zhǎng)江大學(xué)， 湖北 武漢 430100；2.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100；3.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

頁(yè)巖氣作為一種重要的非常規(guī)油氣資源，資源潛力巨大，已經(jīng)在北美地區(qū)取得商業(yè)開(kāi)發(fā)成功，中國(guó)正在積極尋找頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)并爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)。儲(chǔ)層研究是頁(yè)巖氣勘探初期的主要研究任務(wù)，對(duì)準(zhǔn)確尋找有利區(qū)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)整理分析，概述了頁(yè)巖氣成藏機(jī)理、成藏過(guò)程及賦存狀態(tài)，并對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究中的礦物組成、有機(jī)地球化學(xué)特征、物性特征、儲(chǔ)集空間、含氣性特征等方面的評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。最后，探討性指出頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究中存在的問(wèn)題及解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層；有機(jī)地球化學(xué)；儲(chǔ)集空間；含氣性；研究現(xiàn)狀分析

引 言

頁(yè)巖氣是指主體上以吸附態(tài)和游離賦存于富有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁(yè)巖或高炭泥頁(yè)巖層系中的天然氣。它是天然氣生成之后在源巖層內(nèi)就近聚集的結(jié)果，具有自生、自儲(chǔ)、自保、低孔、低滲等特點(diǎn)，為一種大規(guī)模、連續(xù)型、低豐度的非常規(guī)油氣資源[1-4]。近年來(lái)，世界上多個(gè)能源預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)全球頁(yè)巖氣資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果相差不大，資源量大致在450×1012m3左右，與全球常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)[5-6]，表明頁(yè)巖氣是一種資源潛力巨大的非常規(guī)油氣資源。目前北美地區(qū)已經(jīng)進(jìn)行了頁(yè)巖氣商業(yè)性勘探開(kāi)發(fā)，而中國(guó)頁(yè)巖氣各項(xiàng)研究工作剛剛起步，處在資源評(píng)價(jià)與勘探開(kāi)發(fā)啟動(dòng)階段[7]。近2 a中國(guó)石油化工股份有限公司江漢油田分公司在重慶涪陵地區(qū)開(kāi)展的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐工作初見(jiàn)成效，其中JY1井可以穩(wěn)產(chǎn)60 000 m3/d，但是依然存在很多難以解釋的現(xiàn)象，如：有些同一穩(wěn)定區(qū)塊內(nèi)的頁(yè)巖氣井，其頁(yè)巖氣日產(chǎn)量差別較大；有些有機(jī)碳含量高的地區(qū)其頁(yè)巖氣產(chǎn)量較低，而有機(jī)碳含量較低的地區(qū)頁(yè)巖氣產(chǎn)量反而很高等。國(guó)內(nèi)部分學(xué)者認(rèn)為造成以上現(xiàn)象的主要原因是由于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層較強(qiáng)的非均質(zhì)性。根據(jù)近年來(lái)國(guó)外頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀與勘探經(jīng)歷，分析探討頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究的主要內(nèi)容及存在的問(wèn)題，為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的研究提供一些可借鑒的方法和思路。

1 頁(yè)巖氣藏基本特征

1.1 頁(yè)巖氣成藏過(guò)程

頁(yè)巖氣藏是作為烴源巖的頁(yè)巖持續(xù)生氣、不間斷供氣和連續(xù)聚集成藏形成的，其生烴、排烴、運(yùn)移、聚集和保存全部在烴源巖內(nèi)部完成[3]。從成因、賦存、聚集機(jī)理等方面說(shuō)明頁(yè)巖氣藏的形成過(guò)程非常復(fù)雜，具有多機(jī)理的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為典型的吸附機(jī)理、活塞式或置換式成藏機(jī)理，是天然氣成藏機(jī)理序列中的重要組成[8-10]。頁(yè)巖氣的成藏過(guò)程可以分為3個(gè)階段：第1階段，由生物化學(xué)作用生成的天然氣首先滿足有機(jī)質(zhì)和巖石顆粒表面吸附的需要，當(dāng)吸附氣量達(dá)到飽和時(shí)，剩余的天然氣則溶解在地層流體中，其富集機(jī)理和煤層氣大致相同，以吸附機(jī)理為主；第2階段，當(dāng)吸附氣量和溶解氣量達(dá)到飽和后，富余的氣體便短距離運(yùn)移到富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的基質(zhì)孔隙中聚集，同時(shí)，隨著溫度、壓力的升高會(huì)使泥頁(yè)巖層產(chǎn)生大量裂縫，增加天然氣的儲(chǔ)集空間，其富集機(jī)理類似于孔隙型儲(chǔ)集層中的天然氣聚集；第3階段，天然氣大量生成過(guò)程形成的生烴膨脹作用使得天然氣向外運(yùn)移、擴(kuò)散，直至頁(yè)巖層系表現(xiàn)為普遍的含氣性。當(dāng)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖持續(xù)大量生氣會(huì)發(fā)生排烴作用，就會(huì)形成根緣氣藏或者常規(guī)氣藏。

1.2 頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)

基于頁(yè)巖氣的成藏機(jī)理、成藏過(guò)程的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者[1-5 ，11-12]普遍認(rèn)為頁(yè)巖氣以吸附氣、溶解氣和游離氣3種方式賦存于頁(yè)巖層系中，其中以吸附氣和游離氣為主，僅含少量溶解氣。

(1) 吸附氣。吸附氣是指由于吸附作用吸附于有機(jī)質(zhì)和礦物顆粒表面的天然氣，吸附作用是指天然氣吸附于固體或者液體物質(zhì)表面上的作用。吸附方式可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是由于分子間存在范德華力，它能發(fā)生多級(jí)吸附。根據(jù)能量最小原理得出固體總是優(yōu)先選擇能量最小一個(gè)能級(jí)范圍內(nèi)的分子吸附，接著進(jìn)行下一能級(jí)的分子吸附。物理吸附是頁(yè)巖的主要吸附方式，具有吸附時(shí)間短、普遍性、可逆性、無(wú)選擇性?；瘜W(xué)吸附作用是物理吸附作用的繼續(xù)，當(dāng)達(dá)到某一條件時(shí)就可以發(fā)生化學(xué)鍵的形成和斷裂。化學(xué)吸附所需的活化能比較大，所以在常溫下吸附速度比較慢。頁(yè)巖氣的化學(xué)吸附具有吸附時(shí)間長(zhǎng)、不連續(xù)性、不可逆性、有選擇性[13]。兩者共同作用使頁(yè)巖完成對(duì)天然氣的吸附，但兩者處于主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)的地位隨聚集條件以及頁(yè)巖和氣體分子等改變而發(fā)生變化。吸附作用開(kāi)始很快，越來(lái)越慢，由于是表面作用，被吸附到的氣體分子容易從頁(yè)巖顆粒表面解吸下來(lái)，進(jìn)入溶解態(tài)或游離態(tài)，在吸附和解吸速度達(dá)到相等時(shí)，吸附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

(2) 溶解氣。溶解氣是指由于溶解作用溶解于地層流體中的那部分天然氣。溶解作用是指天然氣在一定的物理、化學(xué)條件下進(jìn)入流體的過(guò)程。溶解作用可以分為間隙填充溶解和氣體水和作用溶解。間隙填充是指在一定溫壓條件下，石油、瀝青等液態(tài)烴類分子之間存在一定的間隙，天然氣分子可以填充于這些間隙之中；氣體水和作用是指天然氣分子與水分子接觸并發(fā)生相互作用結(jié)合或者分解，當(dāng)結(jié)合速率與分解速率相等時(shí)其達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡[14]。

(3) 游離氣。游離氣是指由于擴(kuò)散作用以游離態(tài)充填于頁(yè)巖層系的孔隙或裂縫中的天然氣。擴(kuò)散作用是指由于頁(yè)巖層系內(nèi)部的非均質(zhì)引起生氣的差異，在分子熱運(yùn)動(dòng)的影響下天然氣分子由濃度高的位置運(yùn)移到濃度相對(duì)較低的位置，直到頁(yè)巖層系孔隙內(nèi)天然氣達(dá)到平衡為止。

頁(yè)巖層系中吸附氣、溶解氣、游離氣三者之間在地層環(huán)境發(fā)生變化時(shí)可以相互轉(zhuǎn)換，即當(dāng)壓力增大時(shí)，吸附氣和溶解氣量相對(duì)增加，游離氣相對(duì)減小，直至達(dá)到吸附與解吸速率相等，水合與分解速率相等使得吸附氣量、溶解氣量、游離氣量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

2 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征

通過(guò)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層與常規(guī)儲(chǔ)層特征的對(duì)比分析，認(rèn)為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征評(píng)價(jià)應(yīng)該從影響吸附氣量和游離氣量?jī)煞矫孢M(jìn)行綜合分析。其中影響吸附氣量包括儲(chǔ)層礦物組分、有機(jī)地球化學(xué)特征等因素，影響游離氣量包括儲(chǔ)層物性、儲(chǔ)集空間等因素；另外儲(chǔ)層含氣性也屬于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層重要特征之一。

2.1 礦物成分

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的礦物組成一般包括黏土、石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽巖、有機(jī)質(zhì)及黃鐵礦等礦物，其中黏土礦物包括伊利石、蒙脫石、伊-蒙混層、高嶺石、綠泥石等。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者[15-16]認(rèn)為黏土礦物含量影響著頁(yè)巖氣吸附氣量大小，因此較高的黏土礦物含量有利于保存更多的吸附氣。另外，國(guó)外學(xué)者[17]通過(guò)研究美國(guó)頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)得出，作為優(yōu)質(zhì)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，不僅需要較高的吸附氣量，而且頁(yè)巖本身還需要有一定的脆度。由于頁(yè)巖孔隙度和滲透率極低，在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中需要采用壓裂技術(shù)使得地層中產(chǎn)生連通的孔隙和裂縫，因此頁(yè)巖中石英、碳酸鹽巖等脆性礦物的含量對(duì)壓裂效果有著重要的影響。美國(guó)成功取得頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)的Fort Worth盆地泥盆系Barnett頁(yè)巖石英含量相對(duì)較高，約占總體積的29%～50%；黏土礦物含量較少，一般都小于35%[18-19]。中國(guó)南方古生界富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖以石英礦物為主，石英礦物含量主要分布在20%～60%之間，個(gè)別樣品除外；黏土礦物含量較少，主要分布在25%～40%，極個(gè)別大于40%[20-21]，單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比表明中國(guó)南方古生界能夠?qū)崿F(xiàn)頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)。

2.2 有機(jī)地球化學(xué)特征

有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度是評(píng)價(jià)富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的3個(gè)重要指標(biāo)，較高的有機(jī)質(zhì)豐度、較好的有機(jī)質(zhì)類型和適當(dāng)?shù)臒嵫莼潭仁切纬身?yè)巖氣儲(chǔ)層發(fā)育的前提條件。

目前有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)中，總有機(jī)碳含量是最常用的指標(biāo)[22]。有機(jī)碳是頁(yè)巖生氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，決定了生氣能力的大小，另外有機(jī)碳含量與吸附能力存在正相關(guān)關(guān)系。目前巖石中有機(jī)碳含量主要采用碳硫分析儀[23]進(jìn)行測(cè)定，總有機(jī)碳含量運(yùn)用實(shí)測(cè)殘余有機(jī)碳含量經(jīng)過(guò)有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程逆向恢復(fù)得到[24]。

有機(jī)質(zhì)類型是評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)生油氣潛力的基礎(chǔ)，其決定了烴類物質(zhì)的生成速度和數(shù)量大小，最近研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)類型對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的吸附能力有著重要的影響[20，25-26]。有機(jī)質(zhì)類型評(píng)價(jià)主體是干酪根類型的確定，常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)和技術(shù)很多，包括干酪根元素比、干酪根類型指數(shù)、干酪根碳同位素δ13C及巖石熱解參數(shù)等，其中應(yīng)用最多的為干酪根類型指數(shù)和巖石熱解參數(shù)。根據(jù)干酪根的元素組成分析，利用“范克雷維倫類型圖解”氫碳原子比和氧碳原子比區(qū)分干酪根類型；通過(guò)干酪根內(nèi)的無(wú)定形組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組等顯微組分對(duì)成烴貢獻(xiàn)大小進(jìn)行干酪根類型分析；根據(jù)干酪根中穩(wěn)定碳同位素δ13C確定有機(jī)質(zhì)來(lái)源進(jìn)而判別干酪根類型；運(yùn)用巖石熱解分析結(jié)果的氫指數(shù)(IH)和類型指數(shù)(S2/S3)確定干酪根類型。綜上所述，有機(jī)質(zhì)分為3類即Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅱ型可以進(jìn)一步劃分為Ⅱ1和Ⅱ2(表1)。

表1 有機(jī)質(zhì)類型分類[27-30]

有機(jī)質(zhì)成熟度是有機(jī)質(zhì)生油氣的關(guān)鍵指標(biāo)，成熟度評(píng)價(jià)的指標(biāo)包括鏡質(zhì)體反射率(Ro)、孢粉顏色指數(shù)(SCI)、巖石熱解最高峰溫(Tmax)等，其中最有效的為鏡質(zhì)體反射率。鏡質(zhì)體反射率是通過(guò)顯微光度計(jì)在波長(zhǎng)為546±5 nm處測(cè)定的鏡質(zhì)體拋光面的反射光強(qiáng)度與垂直入射光強(qiáng)度的百分比值；孢粉顏色指數(shù)是通過(guò)顯微鏡下觀察到孢粉化石及其他有機(jī)質(zhì)碎片的顏色指數(shù)；巖石熱解最高峰溫是指沉積巖在熱解分析時(shí)產(chǎn)生的最大熱解峰溫度，即高碳烴大量裂解為甲烷分子的溫度。通過(guò)以上各項(xiàng)指標(biāo)將有機(jī)質(zhì)演化階段分為未成熟、低成熟、成熟、高成熟和過(guò)成熟階段(表2)。

表2 有機(jī)質(zhì)成熟度劃分[31-32]

2.3 物性特征

物性參數(shù)是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的重要參數(shù)之一，其主要包括控制游離氣含量的孔隙度和表征頁(yè)巖氣滲流特征的滲透率2個(gè)方面?？紫抖劝偪紫抖?巖石中所有孔隙體積之和與巖石總體積的比值)和有效孔隙度(巖石中互相連通的孔隙體積與巖石總體積之比)。由于頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)需要經(jīng)過(guò)壓裂措施造隙，在造隙過(guò)程中部分原先的孤立孔隙變?yōu)橄嗷ミB通的孔隙，因此在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中除了采用汞侵入方法測(cè)試有效孔隙度外，還需要借助低壓N2、低壓CO2等方法測(cè)定孤立孔隙大小[33]。滲透率是表征流體運(yùn)移能力的物理量，是影響頁(yè)巖氣井高效開(kāi)發(fā)極為重要的因素[34]。目前測(cè)量滲透率常用方法包括壓力脈沖衰竭、壓力衰減及壓汞曲線分析[35-36]。泥頁(yè)巖巖石致密，其滲透率遠(yuǎn)低于常規(guī)儲(chǔ)層，通過(guò)以上方法測(cè)試得出頁(yè)巖裂縫滲透率范圍為0.001×10-3～0.1×10-3μm2，基質(zhì)滲透率范圍為10-9×10-3～10-5×10-3μm2[37]。由于頁(yè)巖氣開(kāi)采一般都需要開(kāi)展儲(chǔ)層壓裂改造，產(chǎn)生大量與井口相通的裂縫，使得儲(chǔ)層中的游離氣能夠順利流向井口，壓裂改造過(guò)程就是人為改造滲透率大小，因此儲(chǔ)層的原始滲透率沒(méi)有引起足夠的重視。

2.4 儲(chǔ)集空間特征

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用高分辨率的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等手段對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層平面微觀特征進(jìn)行了大量的工作，普遍認(rèn)為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間包括微孔隙和微裂縫，但不同學(xué)者認(rèn)識(shí)各有差異。Slatt等[38]對(duì)Barnett和Woodford頁(yè)巖的孔隙研究過(guò)程中，認(rèn)為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間包括黏土絮體間孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙、糞球粒內(nèi)孔隙、化石碎屑內(nèi)孔隙、顆粒內(nèi)孔隙和微裂縫等6種類型。龍鵬宇等[39]通過(guò)對(duì)渝頁(yè)1井樣品的薄片及掃描電鏡分析認(rèn)為，頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間包括基質(zhì)孔隙和裂縫，其中基質(zhì)孔隙可進(jìn)一步劃分為有機(jī)質(zhì)(瀝青)微孔隙、礦物質(zhì)孔隙及有機(jī)質(zhì)(瀝青)和礦物間孔隙；裂縫可進(jìn)一步劃分為構(gòu)造縫和成巖縫。Loucks等[40]提出了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙分類方案，認(rèn)為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間包括粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙和裂縫孔隙4種類型。王玉滿等[41]按照碎屑巖孔隙類型劃分方案將頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間包括基質(zhì)孔隙和裂縫2大類，其中基質(zhì)孔隙可進(jìn)一步劃分殘余原生孔隙、有機(jī)質(zhì)微孔隙、黏土礦物層間微孔隙和不穩(wěn)定礦物溶蝕孔隙；裂縫可進(jìn)一步劃分為內(nèi)因裂縫和外因裂縫。黃振凱等[42]通過(guò)對(duì)松遼盆地白堊系青山口組泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡實(shí)驗(yàn)識(shí)別出基質(zhì)晶間孔、有機(jī)質(zhì)孔、溶蝕孔、粒間孔、晶內(nèi)孔及微裂縫6種類型儲(chǔ)集空間。韓雙彪等[43]通過(guò)對(duì)渝東南下古生界泥頁(yè)巖樣品分析表明：頁(yè)巖氣儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間包括有機(jī)質(zhì)孔隙、顆粒內(nèi)孔、粒間孔隙和微裂縫。

通過(guò)對(duì)以上儲(chǔ)集空間特征分析認(rèn)為，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間包括微孔隙和微裂縫2種類型，根據(jù)成因可將微孔隙進(jìn)一步分為粒(晶)間孔、粒(晶)內(nèi)孔和有機(jī)質(zhì)孔3種大類及7種亞類；微裂縫分為構(gòu)造縫和成巖縫2種大類6種亞類(表3)。

表3 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分類[38-45]

2.5 含氣性特征

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中是否含有工業(yè)價(jià)值天然氣是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究的重要內(nèi)容之一。由于頁(yè)巖氣以游離氣、吸附氣和溶解氣3種方式賦存于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中，其中以游離氣和吸附氣為主，溶解氣少量。因此，在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究中主要考慮游離氣和吸附氣。

(1) 游離氣。游離氣主要存在于泥頁(yè)巖微孔隙與微裂縫中，其含氣量可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解析和體積法計(jì)算得出游離氣量。由于現(xiàn)場(chǎng)解析成本較高，取樣有限，體積法計(jì)算游離氣量是最常用的方法，單位質(zhì)量泥頁(yè)巖游離含氣量qf計(jì)算公式[46-48]為：

qf=ΦgSg/(Bgρ)

(1)

式中：Φg為孔隙度，%；Sg為含氣飽和度，%；Bg為壓縮因子；ρ為泥頁(yè)巖密度，t/m3。

(2) 吸附氣。吸附氣主要賦存于有機(jī)質(zhì)和黏土礦物表面，其含氣量可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解析、等溫吸附模擬實(shí)驗(yàn)及相關(guān)性分析法計(jì)算吸附氣量，其中現(xiàn)場(chǎng)解析和等溫吸附模擬實(shí)驗(yàn)成本高，樣品數(shù)量有限，相關(guān)性分析法為較實(shí)用的方法[49]。通過(guò)研究頁(yè)巖氣儲(chǔ)層有機(jī)碳含量、黏土礦物含量對(duì)吸附能力的影響，建立它們之間的函數(shù)關(guān)系式，可以計(jì)算未進(jìn)行等溫吸附模擬實(shí)驗(yàn)的樣品的吸附氣量。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣性影響因素的研究成果表明，含氣性影響因素可歸納為兩個(gè)方面：一方面為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層內(nèi)部因素(本身的性質(zhì))，即孔隙度、有機(jī)碳含量、礦物組分等；另一方面為外部因素，即溫度、壓力、埋深等。

3 存在問(wèn)題及建議

3.1 存在問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從頁(yè)巖氣儲(chǔ)層礦物組分、有機(jī)地球化學(xué)、微觀孔縫特征及含氣性特征4個(gè)方面對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行了大量的研究工作，但目前研究尚存在3個(gè)主要問(wèn)題。

(1) 研究思路和內(nèi)容模式化，限制了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)學(xué)者[50-54]對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)沿用了常規(guī)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)，主要包括頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度、礦物組成、有機(jī)地球化學(xué)、物性特征、儲(chǔ)集空間等方面，部分學(xué)者[55-57]在頁(yè)巖氣的資源潛力評(píng)價(jià)過(guò)程中進(jìn)行了含氣性和影響因素的研究?；陧?yè)巖氣成藏機(jī)理及賦存方式的特殊性，其評(píng)價(jià)思路和內(nèi)容與常規(guī)儲(chǔ)層應(yīng)該有所區(qū)別。

(2) 實(shí)驗(yàn)手段的局限性，降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究中主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)的獲取手段具有局限性。其中有機(jī)碳含量測(cè)試方面測(cè)試結(jié)果為殘余有機(jī)碳含量，國(guó)內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)為吸附氣量與有機(jī)碳含量呈正相關(guān)關(guān)系，但未注明有機(jī)碳含量是殘余有機(jī)碳含量還是經(jīng)過(guò)恢復(fù)后的原始有機(jī)碳含量。在有機(jī)質(zhì)成熟度評(píng)價(jià)中存在的問(wèn)題較多，首先，中國(guó)南方早古生代泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的演化且演化程度較高，適合高演化程度成熟度的定量計(jì)算方法較少；另外，該泥頁(yè)巖中沒(méi)有高等植物的輸入，缺乏鏡質(zhì)組，常用的鏡質(zhì)體放射率測(cè)試方法不可行，只能依靠測(cè)試瀝青質(zhì)反射率來(lái)表征有機(jī)質(zhì)成熟度?？紫抖葴y(cè)試方面，有效孔隙度可以通過(guò)巖心常規(guī)分析直接測(cè)試出來(lái)，而無(wú)法測(cè)試不連通的孤立孔隙(經(jīng)過(guò)壓裂改造后可連通)，雖然近年來(lái)采用氬離子拋光掃描電鏡可見(jiàn)大量有機(jī)質(zhì)孔隙，但還未實(shí)現(xiàn)量化分析。有機(jī)質(zhì)在泥頁(yè)巖的分布極不均勻，即使計(jì)算出局部孤立孔隙所占比例，其是否具有代表性還有待于分析評(píng)價(jià)。由于實(shí)驗(yàn)手段的局限性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠系數(shù)降低，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的總結(jié)出的規(guī)律性認(rèn)識(shí)可靠性也隨之下降。

(3) 缺乏系統(tǒng)研究，難以形成統(tǒng)一的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在頁(yè)巖氣研究方面做了大量的工作，尤以儲(chǔ)集空間和含氣性控制因素方面工作最多，總結(jié)出大量的成果認(rèn)識(shí)，如：儲(chǔ)集空間以納米級(jí)的微觀孔縫為主，有機(jī)碳含量和黏土礦物含量與頁(yè)巖氣吸附能力具有正相關(guān)關(guān)系，不同黏土礦物對(duì)甲烷的吸附能力差異較大，泥頁(yè)巖的孔徑分布對(duì)吸附能力的影響等；而未見(jiàn)礦物組分、有機(jī)地球化學(xué)、物性、儲(chǔ)集空間及含氣性等綜合研究成果。

3.2 建議

針對(duì)以上存在的問(wèn)題和不足，建議今后對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究進(jìn)行如下改進(jìn)。

(1) 在分析頁(yè)巖氣成藏機(jī)理及賦存方式的基礎(chǔ)上，明確頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究思路與研究?jī)?nèi)容。由于在常規(guī)儲(chǔ)層中以游離氣為主，頁(yè)巖氣則以游離氣和吸附氣并存，在評(píng)價(jià)思路上可以從游離氣、吸附氣的賦存位置考慮，因而明確頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究的內(nèi)容。

(2) 隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)手段應(yīng)該向多元化發(fā)展，相互印證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

(3) 在可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)包括礦物組分、有機(jī)地球化學(xué)、物性特征、儲(chǔ)集空間及含氣性互關(guān)系研究，最終達(dá)到優(yōu)選較好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖廣泛發(fā)育，頁(yè)巖氣資源潛力巨大，具有良好的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)前景，但由于起步較晚，相關(guān)基礎(chǔ)研究較薄弱，還未形成工業(yè)產(chǎn)能。近年來(lái)，國(guó)土資源部開(kāi)展的全國(guó)頁(yè)巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選工作，旨在優(yōu)選有利區(qū)和資源評(píng)價(jià)，其中有利區(qū)優(yōu)選的重要環(huán)節(jié)為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究，其直接控制著中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。為中國(guó)早日實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)，本著科學(xué)、客觀、適用原則開(kāi)展頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究是至關(guān)重要的。

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編輯 劉兆芝

20141221；改回日期：20150115

非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心創(chuàng)新基金項(xiàng)目“中揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)水井沱組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層綜合特征及評(píng)價(jià)方法與技術(shù)研究”(HBUOG-2014-13)；油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))開(kāi)放基金資助項(xiàng)目“中揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)水井沱組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征及主控因素研究”(K2014-10)

胡明毅(1965-)，男，教授，1986年畢業(yè)于武漢地質(zhì)學(xué)院地質(zhì)學(xué)專業(yè)，2003年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事沉積學(xué)與層序地層學(xué)方面的教學(xué)和研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.02.001

TE122.2

A

1006-6535(2015)02-0001-07