页岩气产量的影响因素

页岩气产量的影响因素：地质方面的观点（MonalisaMallickandManojAchalpurkar,Halliburton)

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本文是为2014年11月10号到13号在阿联酋阿布扎比国际石油展览会上的介绍而准备的。

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摘要

在原始页岩的基质和断层中聚集的气体的学术术语称为“页岩气”。在地质上，富含页岩气的构造适合于种植谷物,有机物丰度高（达到5%~25%），孔隙度高，但不渗透的沉积地层包含聚集在空隙，天然裂缝，和或吸附在黏土表面的天然气。决定页岩气的生产潜力的主要因素是孔隙度、渗透率、天然裂缝，它们的原始生烃能力，和依然呈现在构造中的气量。这些因素和构造的地质和地质化学有关。生烃潜力包括原始积累的有机物质的数量或有机碳的含量（TOC），原始有机物质的种类，热量的成熟度和生烃能力或气体产量，以及原始有机物质向烃类转化的程度。这些因素很大程度上取决于有机物质，沉积环境，埋深，当地的地热温度，变质程度等的有效性。生烃潜力更加依赖网络状天然裂缝，微空隙，吸附，等页岩气地层的防渗性要求极端的自然或人工压裂（断裂刺激）去满足商业社会所需的大量气体。水力压裂和水平钻井技术最近成功用于商业生产页岩气，这取决于地质力学性能，如矿物学和脆性/延伸性的形成。然而，选择钻孔和刺激的方法需要其他地质参数的资料，如层面的布局、地层天然裂缝孔隙度和强度、粘土含量、泥页岩吸水量，流体的水敏性、页岩毛细管，页岩的分形模式，泥页岩水化，气页岩裂缝导流能力、地质特征的形成与区域地质设置时间和空间变化的关系，以及储层参数在时间和空间上的变化。这些参数控制断裂传播方向，气体回收率、和钻井时的井壁稳定，并帮助确定压裂液的盐度和流体类型的选择。本文的目的是为了阐明页岩气的形成与地质作用有关，以助于合理的开采烃类技术的发展。

简介

在上个世纪，世界油气消费的增长，迫使石油和天然气行业开发更多类型的石油资源来满足这种日益增长的需求。然而，在过去十年，化石燃料的世界储备一直被认为是因为有限的新资源的发现，石油行业所需的条条框框。近年来，非传统资源，包括重油、致密砂岩、煤层气、油砂、天然气水合物，页岩油和页岩气等，已经成为平衡传统资源赤字的显著前景。在野外自然气勘探页岩气已经引起了相当的注意力，它展示了巨大的潜力，在世界范围内，随着近期的技术进步，采收率有了明显的提高。

所有非常规的，以及传统的资源基本上是地质系统。因此，地质地球化学评

价是勘探和开发页岩气的前提条件，并且有助于缓解页岩气勘探的相关约束。了解页岩气形成的地质因素可以有助于发展提高采收率新技术。因此，本研究的重点是页岩气矿床地质特征。

页岩气

通常，从页岩地层产生的天然气称为页岩气。然而，与传统的天然气藏不同的是，资源页岩地层既有烃源岩，也有烃源岩储层，但具有非常低乃至超低渗透性。这些含气页岩地层的特点是富含有机质的页岩，因此在过去被视为烃源岩。此外，他们与传统的砂岩和碳酸盐岩油气藏的联系是另一个将他们作为烃源岩的原因。这些页岩通常是常规油气藏聚集的来源，这些常规油气藏被驱逐和迁移向上积累，并在一个多孔的密闭圈闭中聚集起来，往往是非有机页岩。有机质丰富的页岩通常通过生物或产热的过程生产小链氢（气或油），它们因为高压力被排出，通过自然裂缝并储存在多孔岩石中。

然而，对于目前有商业价值的源页岩来说，排出的碳氢化合物量仅仅是局部的，而相当数量的油被保留，通常在基质孔隙、内部密封裂缝中形成甲烷，溶于油相，以及吸附在粘土矿物和有机质上。

决定页岩气价值的因素

影响页岩气产量的因素很多，从经济学的相关问题到地质、技术方面。在赚钱的气体生产中，经济因素确实非常关键。钻完井和增产的额外的成本，如日常的生产成本，波动的汽油价格，租赁土地、矿产所有权、市场结构和资本市场，从生产管理的回报率等等。除了这些，页岩气形成的地质，钻井，水的供应能力，以及技术方面，如天然气管道基础设施，也影响投资收益率。由于目前的审查主要集中在页岩气形成的地质和地球化学属性，当考虑到页岩气产气能力时只有这些因素将会被讨论。

正如前面所讨论的，地球化学属性，TOC含量，干酪根类型、热成熟度、气体含量、和气体成分的主要参数，定义一个页岩气的形成。这些参数决定了页岩气的形成，经济可行的气体含量，和生产燃料的质量。从地质的角度来看，考虑一个商业“页岩气”的形成，地层孔隙度和渗透率是最重要的方面。因为非常规油气藏与常规油藏的形成方面非常紧密。因此，为了从这些地层经济产气，先进的技术是必需的。虽然用于回收页岩气的技术仍处于早期阶段，在美国水力压裂和水平钻井已成功地用于这种地层。因此，在页岩气生产中，地质力学性能，如矿物学和地层的脆性/延性是至关重要的因素。然而，当选择合适的技术用在一个特定的地层，许多其它地质参数是必需的，如层理面、地层天然裂缝布局特征、粘土含量、泥页岩吸水量，流体的水敏性、页岩毛细管，页岩的分形模式，泥页岩水化，和天然气页岩裂缝导流能力。这些参数控制断裂传播的方向，气体回收率，和钻井时井眼稳定性，以及帮助确定在压裂处理时标准流体的盐度和流体类型的选择。

生烃潜力

页岩气地层的年龄从寒武纪到第三级，虽然比较有机碳的沉积量（即生烃潜力）时间上不相关。成岩作用下有机质的数量和质量决定了生烃潜力。生烃潜力通常取决于几个因素；即有机物数量最初沉积类型、有机质和生烃能力，和热成熟度。这些因素又在很大程度上取决于有机物质的可用性，沉积环境，埋藏深度、地质时期，当地的地热梯度和变质程度，沉积和埋藏过程中有机质离子，水体和沉积物氧含量、水循环、泥沙颗粒大小，和沉降率（Demaison和Moore1980）。沉淀可以在很广的范围内形成沉积环境（如海洋、湖泊、河流三角洲等），主要