楊恒 龔文平

關(guān)鍵詞：非常規(guī);頁(yè)巖氣;保存條件;主控因素

0 引言

不同于主要研究生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保的常規(guī)油氣，頁(yè)巖氣其自生自?xún)?chǔ)、低孔低滲的特點(diǎn)及在裂縫/孔隙中游離態(tài)或有機(jī)物中吸附態(tài)的存在方式，意味著其氣藏不以圈閉形式存在且沒(méi)有或只有較小的運(yùn)移，在封閉性良好的情況下，對(duì)蓋層也幾乎沒(méi)有要求，因此對(duì)頁(yè)巖氣的研究主要集中在生、儲(chǔ)兩方面。影響頁(yè)巖氣保存條件的因素較多，其中巖層厚度、地層壓力、礦物成分和斷裂與裂縫發(fā)育狀況等等這類(lèi)能夠通過(guò)鉆井、物探和實(shí)驗(yàn)分析資料直接表現(xiàn)對(duì)頁(yè)巖氣保存條件影響的要素可稱(chēng)為表象因素，可分為構(gòu)造要素和非構(gòu)造要素;而區(qū)域動(dòng)力變化、高溫高壓條件下發(fā)生的變質(zhì)作用等造成表象性要素發(fā)生變化的因素，則可以稱(chēng)為影響頁(yè)巖氣保存條件的成因因素。頁(yè)巖氣主要以游離態(tài)和吸附態(tài)存在，溶解態(tài)頁(yè)巖氣含量極少，研究?jī)r(jià)值較低，因此本文僅對(duì)頁(yè)巖氣的游離態(tài)和吸附態(tài)進(jìn)行研究。

1 非構(gòu)造作用對(duì)頁(yè)巖氣保存的影響

1.1 孔隙和裂縫

孔隙和裂縫是頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集場(chǎng)所，既能決定頁(yè)巖的儲(chǔ)集能力，也是評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層有效性的重要指標(biāo)。頁(yè)巖孔隙度和滲透率極低，能形成良好的封蓋條件防止頁(yè)巖氣逸散;另一方面亦是由于其孔隙度太低，僅靠孔隙中的頁(yè)巖氣無(wú)法滿足工業(yè)需要，會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣富集造成障礙。

裂縫作為孔隙的補(bǔ)充，是頁(yè)巖氣重要的儲(chǔ)存空間。構(gòu)造作用提供的應(yīng)力大小和方向的差異導(dǎo)致裂縫規(guī)模的不同;不同方向、不同期次裂縫相互疊加構(gòu)成裂縫網(wǎng)絡(luò)。其中微小型裂縫能有效改善頁(yè)巖儲(chǔ)集空間，有利于頁(yè)巖氣的聚集運(yùn)移;大型裂縫雖然也能改善儲(chǔ)集空間和滲透率，然而有時(shí)也會(huì)貫穿頁(yè)巖層頂/底面形成切層裂縫，破壞頁(yè)巖層的封蓋能力，使頁(yè)巖氣逸散，因此頁(yè)巖中裂縫的發(fā)育狀況直接影響到頁(yè)巖氣的含量。

1.2 礦物成分

頁(yè)巖的礦物組成復(fù)雜，主體為黏土類(lèi)礦物，夾雜許多碎屑礦物。其中黏土類(lèi)礦物具有較強(qiáng)的吸附性，是吸附氣的儲(chǔ)存空間;塑性較強(qiáng)，可以在一定程度上防止頁(yè)巖層在遭受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)遭受大規(guī)模破壞，防止頁(yè)巖氣散失，但這種性質(zhì)同時(shí)也抑制了裂縫的產(chǎn)生，使頁(yè)巖氣難以富集。頁(yè)巖中碎屑礦物主要為石英和長(zhǎng)石，這兩類(lèi)礦物脆性較強(qiáng)，其在頁(yè)巖中的占比代表著頁(yè)巖在受力后產(chǎn)生裂縫能力的強(qiáng)弱;另一方面，石英顆粒會(huì)充填在頁(yè)巖的孔隙及裂縫間，減少頁(yè)巖氣與圍巖的接觸面積，在構(gòu)造穩(wěn)定的環(huán)境中不利于頁(yè)巖氣分子的吸附。

1.3 地層厚度

巖層厚度大小體現(xiàn)了封蓋面積的大小和巖層封閉能力穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō)，上覆巖層厚度越大，橫向分布的連續(xù)性越好，往往分布面積也越大。頁(yè)巖層自身自?xún)?chǔ)的特性決定其作為有機(jī)質(zhì)和頁(yè)巖氣共同儲(chǔ)集空間，其厚度的變化和這種變化所代表的橫向連續(xù)性的變化即是頁(yè)巖氣存儲(chǔ)空間的變化;另一方面，巖性相近的情況下，在一定巖層厚度范圍內(nèi)，巖層厚度越大，抗外力能力就越強(qiáng)，裂縫發(fā)育程度越低，超過(guò)臨界值后，裂縫密度會(huì)維持在一個(gè)較低的水平。

1.4 壓力

壓力對(duì)頁(yè)巖氣保存條件的影響主要體現(xiàn)在兩方面：地層壓力增加可以降低頁(yè)巖氣吸附在孔隙和裂縫表面的結(jié)合能，吸附氣的含量也就隨之增加。然而超過(guò)一定范圍，氣體分子運(yùn)動(dòng)速度的加快也會(huì)降低頁(yè)巖氣的吸附能力，使吸附氣的增加量逐漸降低直至平緩，此時(shí)游離氣活躍程度提高，頁(yè)巖氣總儲(chǔ)量增大;同時(shí)頁(yè)巖的自封閉性容易使頁(yè)巖層常保持較高的地層壓力，超壓可使巖石破裂產(chǎn)生大量裂縫，既增大儲(chǔ)集空間，也為頁(yè)巖氣的開(kāi)采提供了足夠的動(dòng)能，有利于頁(yè)巖氣的富集高產(chǎn)，因此高產(chǎn)頁(yè)巖氣井通常壓力系數(shù)較大（表1）

1.5 溫度

頁(yè)巖氣分子的吸附被分子間作用力控制，吸附過(guò)程中分子運(yùn)動(dòng)速度降低，釋放熱量，吸附氣的性質(zhì)未發(fā)生改變且過(guò)程可逆，因此溫度變化會(huì)影響頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)和碎屑顆粒對(duì)頁(yè)巖氣的吸附和解吸。同時(shí)由于頁(yè)巖含氣系統(tǒng)的自封閉性，溫度變化造成的吸附氣含量變化必然會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖層內(nèi)壓力發(fā)生改變，從而影響到頁(yè)巖氣保存環(huán)境。

1.6 有機(jī)碳含量

頁(yè)巖中的有機(jī)碳含量與有機(jī)質(zhì)含量成正比，代表著頁(yè)巖生烴潛力大小;同時(shí)有機(jī)物是吸附氣的重要載體，有機(jī)碳含量的增加可以有效增加頁(yè)巖吸附能力，提高頁(yè)巖儲(chǔ)氣能力。

2 構(gòu)造作用對(duì)頁(yè)巖氣保存的影響

不同期次和強(qiáng)度構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成地層褶皺變形、破裂程度、剝蝕作用程度的不同，決定著斷裂和裂縫的類(lèi)型和發(fā)育程度，控制著頁(yè)巖層的埋藏條件，導(dǎo)致頁(yè)巖氣的滲透和擴(kuò)散作用的不同，對(duì)頁(yè)巖氣的保存和逸散具有重要的控制作用。

2.1 構(gòu)造裂縫

構(gòu)造作用引起的變形可讓頁(yè)巖產(chǎn)生裂縫，同時(shí)可使其本身存在的裂縫擴(kuò)大并連通。如果構(gòu)造活動(dòng)較微弱，使頁(yè)巖裂縫系統(tǒng)擴(kuò)展并形成網(wǎng)絡(luò)，對(duì)頁(yè)巖氣的保存和富集是有利的;而強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)可能使裂縫大量延展穿透頂?shù)捉缑嫔踔列纬蓴鄬?，切割?yè)巖儲(chǔ)層，造成頁(yè)巖氣損失。

2.2 剝蝕作用

構(gòu)造作用引起的變位可造成地層的抬升。一方面構(gòu)造抬升若將頁(yè)巖層暴露地表，會(huì)造成巖層的風(fēng)化剝蝕，導(dǎo)致頁(yè)巖氣泄露;另一方面，構(gòu)造抬升使頁(yè)巖層上覆壓力變小，在卸荷作用下，上覆地層卸載將使頁(yè)巖層產(chǎn)生區(qū)域裂縫，若裂縫未破壞頁(yè)巖層，則有利于頁(yè)巖氣富集?？傮w來(lái)說(shuō)上覆蓋層比較穩(wěn)定且抬升剝蝕微弱的環(huán)境有利于頁(yè)巖氣的保存。

2.3 斷層

斷層對(duì)頁(yè)巖氣保存條件的影響程度體現(xiàn)在斷裂活動(dòng)的強(qiáng)度和性質(zhì)上，表現(xiàn)為垂向上對(duì)頂?shù)装宓钠茐暮蜋M向上對(duì)地層連續(xù)性的破壞。頁(yè)巖層的頂?shù)装宸忾]能力、突破壓力、厚度等因素的改變都會(huì)對(duì)頁(yè)巖層封閉性造成影響，斷層貫穿頂?shù)装鍟?huì)影響到頁(yè)巖氣的保存;對(duì)地層連續(xù)性的破壞可以從兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：一是斷層向下連接頁(yè)巖儲(chǔ)層，向上出露地表，由于斷層大多與裂縫同時(shí)產(chǎn)生，加之出露的地層易遭受風(fēng)化剝蝕，會(huì)持續(xù)對(duì)頁(yè)巖氣藏進(jìn)行破壞，對(duì)頁(yè)巖氣保存不利;二是斷層發(fā)育但是封閉，這類(lèi)情況就需要對(duì)斷層的斷層性質(zhì)、斷層強(qiáng)度與最大主壓應(yīng)力方向夾角等方面綜合分析來(lái)確定斷層對(duì)頁(yè)巖層的改造作用，進(jìn)而確定對(duì)保存條件的影響。

3 結(jié)論

①頁(yè)巖自生自?xún)?chǔ)的特性決定了只有良好的封閉系統(tǒng)才能完好的封存頁(yè)巖氣，影響頁(yè)巖氣賦存的形式，因此研究頁(yè)巖氣保存條件實(shí)際上是研究各類(lèi)因素對(duì)頁(yè)巖封閉系統(tǒng)的建設(shè)或破壞作用;②影響頁(yè)巖氣保存條件的因素較多，直接表現(xiàn)出影響的方面就是溫度和壓力的變化、地層的厚度、頂?shù)装宓姆忾]性和斷裂與裂縫發(fā)育狀況等。造成保存條件發(fā)生變化的根本原因是區(qū)域動(dòng)力變化引起構(gòu)造的差異變形所帶來(lái)的系列變動(dòng)所致;③對(duì)頁(yè)巖氣保存條件進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)先關(guān)注構(gòu)造因素（通過(guò)斷層和隆升剝蝕程度反映），斷層發(fā)育及頁(yè)巖地層剝蝕強(qiáng)烈的部位不宜作為開(kāi)采目標(biāo)，其次再通過(guò)非構(gòu)造要素判斷頁(yè)巖氣的富集程度，進(jìn)行優(yōu)選。

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