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延长探区页岩含气性特征及影响因素分析

XXXXXXX大学

毕业论文（设计）

论文题目：

延长探区页岩含气性特征及影响因素分析

学生姓名：

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二○一七年三月十日

毕业论文（设计）诚信保证书

我保证在毕业论文（设计）期间，独立思考，认真完成我的选题《延长探区页岩含气性特征及影响因素分析》，不弄虚作假、不抄袭他人成果。

保证人：

学号：

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级：

专业：

2017年3月10日

摘要

延长石油集团天然气探区位于鄂尔多斯盆地-陕斜坡东南部，鄂尔多斯盆地作为中国第二大沉积盆地，具有丰富的地质资源。

国内外众多学者对该盆地内的常规石油及天然气成因、类型、成藏进行了大量的研究。

但是对于页岩气的认识还较少，尤其是对于延长探区页岩的含气性特性与相关影响的因素比较少。

本文在重点研究了鄂尔多斯盆地的延长探区页岩含气的相关特性，了探索影响页岩含气量的因素，测量了不同地区多口页岩气探井的含气量，通过对比分析其含气量特征，找到了不同页岩气探井的岩性、总有机碳含量、孔隙度、压力系数等参数与含气量的关系，归纳了影响页岩含气量的主要因素。

研究了页岩含气量的因素主要包括温度和压力、有机质含量、有机质类型、粘±矿物含量化及地层水矿化度等。

关键词：

延长探区；页岩气；含气性；特征

Abstract

ExtensionoftheoilgroupNaturalgasexplorationareaislocatedintheOrdosBasin-southeastoftheShaanxislopes,theOrdosBasinasChina'ssecondlargestsedimentarybasin,hasrichgeologicalresources.Manyscholarsathomeandabroadhavedonealotofresearchonthecauses,typesandreservoirsofconventionaloilandnaturalgasinthebasin.Butlessunderstandingofshalegas,especiallyfortheextensionoftheexplorationareashalegascharacteristicsandrelatedfactorsareless.

Inthispaper,therelatedcharacteristicsofshalegasintheextendedexplorationareaofOrdosBasinaremainlystudied.Thefactorsinfluencingthegascontentofshaleareexplored,andthegascontentofmulti-portshalegasexplorationwellsindifferentareasismeasured.ByanalyzingthegascontentTherelationshipbetweenparameterssuchaslithology,totalorganiccarboncontent,porosity,pressurecoefficientandgascontentofdifferentshalegasexplorationwellswasfound,andthemainfactorsinfluencingshalegascontentweresummarized.

Thefactorsthatstudythegascontentofshalemainlyincludetemperatureandpressure,organicmattercontent,organicmattertype,viscosity±mineralcontentandformationwatersalinity.

Keywords:

Extendedexplorationarea;shalegas;Gascontent;feature

目录

毕业论文（设计）诚信保证书2

摘要3

Abstract4

目录6

1研究内容概述8

1.1页岩气概述8

1.2中国页岩气研究现状8

1.3鄂尔多斯盆地概述9

1.4页岩气的形成条件及含气性影响因素研究现状10

2区域地质概况11

2.1构造演化特征11

2.2盆地构造演化阶段12

2.2.1盆地构造演化阶段12

2.2.2中晚元古代-早古生代克拉通演化阶段13

2.2.3中晚奥陶世隆起构造演化阶段13

2.2.4晚古生代构造分异演化阶段14

3页岩气富集机理及实验测试15

3.1页岩气富集机理15

3.2页岩气地质特殊性15

3.3页岩气成藏控制因素分析17

3.4影响因素及其变化规律18

3.4.1有机碳含量18

3.4.2有机质成熟度19

3.4.3页岩矿物组成19

4结论21

参考文献22

致谢23

附录A24

1研究内容概述

1.1页岩气概述

页岩气属于非常规天然气的一种，Curits于2002年将其定义为：

自生自储，以吸附+游离两种方式赋存于泥页岩（泥岩、页岩、部分砂岩、钙质泥岩、泥灰岩）基质孔隙或微裂缝中，隐蔽聚集、连续成藏的天然气。

与常规油气藏相比，页岩气藏具有独立的油气系统，集“生-储-盖”于一体，是典型的自生自储型天然气藏。

页岩气成藏不需要在构造的高部位，没有发生明显的运移，即使发生天然气的运移，其运移距离也短，且仅在页岩层内部进行。

页岩气藏的分布与常规油气藏中的“有效烃源岩”分布范围相当，呈区域性分布。

理论上，在任何盆地内，只要存在层厚、有机质含量高的大片泥页岩，就有存在页岩气藏的可能。

与常规油气藏相比，由于其吸附成藏的特点，导致其产能较低。

但同样是因为其吸附成藏的特点，页岩气藏的总资源量十分巨大，可以长期稳定的进行开采，其同样具有巨大的经济价值。

页岩层段由于长期的压实作用，岩层较为致密，导致其孔隙度及渗透率都极低，使得页岩气的生产率及采收率低。

因此，页岩气的开采十分依赖人工压裂的技术，压裂技术的好坏直接影响着页岩气井的经济效益。

同时，天然裂缝的存在，可以较好的改善其渗透率，提高页岩气的产量。

基于常规油气日益紧缺的现状，页岩气的及时出现很可能成为未来能源的重要接替者。

1.2中国页岩气研究现状

目前，我国页岩气研究尚处于初始起步阶段，对于页岩气的认识及勘探开发技术均不成熟，我国大部分地区的多个地质历史时期均有泥页岩的发育，页岩地层分布广泛。

在国土资源部划分的五个区域各大盆地内（中下扬子及东南区、上扬子及滇黔桂区、华北及东北区、西北区和青藏区），均有海相、陆相及海陆过渡相页岩发育，具有巨大的页岩气资源潜力。

因此，对页岩气的勘探开发研究，有利于缓解我国日趋严重的能源紧缺的现状，对我国社会经济的稳定健康发展具有重要的意义。

不同类型的页岩，其成藏地质条件也不尽相同。

因此，针对海相、陆相、海陆过渡相页岩的选区评价，张金川等根据其成藏机理及富集规律，建立了不同类型的页岩气成藏模型，能较为准确的计算页岩气的储藏。

对成藏机理研究表明：

要形成具有商业开采价值的页岩气藏，其富有机质页岩厚度是基础，保存条件是关键。

虽然近两年我国页岩气勘探开发取得了一些突破，但是，相对于美国成熟的页岩气勘探开发技术，我们还只是处于初步发展阶段。

而且尽管我国具有可观的页岩气资源潜力，但我国地质条件复杂，地形多变，多数地区的基础建设非常落后，这也要给页岩气的商业性开发增加了难度。

总的来说，我国页岩气资源潜力巨大，但要实现大范围的商业化开采，还需要克服很多的困难，可以说是挑战与机遇并存。

1.3鄂尔多斯盆地概述

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，为构造简单的大型多旋回的克拉通盆地，分为６个一级构造单元带；盆地中赋存了丰富的油、气、煤、盐等多种能源矿产。

延长探区位于鄂尔多斯盆地东南部，北起绥德，南到黄陵、黄龙，西自志丹，东至延川，具体见图1-1。

图1-1鄂尔多斯盆地构造分区及延长探区陆相页岩气勘探开发区位置

鄂尔多斯盆地具有多沉积类型、多构造体系、多旋回演化阶段的特点，其石油资源主要富集在中生界，以三叠系延长组和侏罗系延安组为主天然气主要富集在古生界，存在于上古生界海陆过渡相地层和下古生界碳酸盐岩地层中。

延长探区位于鄂尔多斯盆地中东部，构造位置上处于伊陕斜坡构造单元，断裂构造系统基本不发育。

1.4页岩气的形成条件及含气性影响因素研究现状

针对页岩气的形成条件化及页岩含气性影响因素，国内外学者提出了众多的观点：

Curtis等提出，富有机质页岩厚度、有机质丰度、成熟度、原始含气量、孔隙压力、渗透率、矿物成分及脆度等因素控制了页岩气的产能。

Bowker提出，对于一个有重要经济价值的页岩气藏，其含气量是一个重要的决定性因素，这就对页岩的各项参数有很高的要求同时各项参数达到良好的匹配关系。

聂海宽等提出，控制页岩气成藏的因素包括外部因素和内部因素，外部因素包括温度、压力和深度等，内部因素包括富有机质页岩厚度、有机质类型、成熟度、裂缝、孔隙度和渗透率、含气量、矿物组成和湿度等。

聂海宽等又提出，页岩的总含气量包括吸附气和游离气两部分，影响页岩吸附气含量的因素包括有机碳含量、石英含量、黄铁矿含量、含水饱和度、密度等，而影响游离气含量的因素包括温度、压力、碳酸岩含量、含水饱和度、孔隙度和密度等。



2区域地质概况

鄂尔多斯盆地是一个经历了多次构造变动、经过长期构造演化而形成的一个大型叠合沉积盆地，不同时期盆地古构造特征和沉积特征既具有继承性又存在巨大的差异性。

盆地构造演化特征不仅控制了上古生界沉积构造格局，而且更重要的是影响和控制了后期沉积构造演化格局，同时对上古生界天然气形成、运移和聚集成藏也具有重要影响作用。

2.1构造演化特征

鄂尔多斯盆地是一个由不同时期、不同性质的经历多期构造演化形成的叠合盆地，在地质历史时期经历了多次构造运动，不同时期、不同地域构造运动各具特色。

根据鄂尔多斯盆地的现今构造特征，盆地可以划分为六个一级构造单元，北部是伊盟隆起、南部是渭北隆起、中部是伊陕斜坡、西部是天环坳陷和西缘冲断带、东部是晋西挠褶带。

图2-1研究区构造位置图

下寺湾地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中南部（图2-1），前人大量研究成果表明，伊陕斜坡在晚元古代-早古生代早期为隆起区，没有接受沉积，直到中晚寒武世早奥陶世沉积了厚约500~1000m的海相地层；晚古生代以后进入陆相盆地演化时期，其古生界沉积与构造特征受控于大华北地块构造演化，中生代为鄂尔多斯湖泊盆地的主体，伊陕斜坡西倾单斜构造形成于早白垩世。

渭北隆起是鄂尔多斯盆地南部一个东西向构造单元，其在中晚元古代到早古生代为一向南倾斜的水下斜坡，之后与整个鄂尔多斯盆地一起隆起，直到晚石炭世海水自东北向西南方向侵入，在渭北隆起东段沉积了上石炭统本溪组和下二叠统太原组，而渭北隆起西段在同期处于隆起状态，直到早二叠世晚期以后依次沉积了山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，至中生代逐渐隆起接受剥蚀，形成了现今地层由老到新自南而北出露的隆起构造。

天环坳陷是一个长期坳陷带，早古生代处于贺兰坳拉谷的东部，古生代时期属于大华北陆表海的沉积范围，中生代进入坳陷盆地演化阶段。

晚侏罗世由于西缘冲断褶皱带的隆起，位于西缘冲断褶皱带前缘部位的天环坳陷开始形成，早白垩世坳陷进一步发展。

西缘逆冲带在古生代处于贺兰海的东部，三叠纪中晚期及中侏罗世属陆相鄂尔多斯盆地西部，晚侏罗世挤压冲断活动强烈，形成南、中、北构造特征不同分区明显的构造变形带断裂与局部构造发育，且成排成带分布，早白垩世以来分化解体，到新生代晚期，挤压冲断和抬升明显。

晋西挠褶带位于盆地东缘，大部分中生界地层被剥蚀，地表出露的主要为古生界地层，且自东向西逐渐变新。

2.2盆地构造演化阶段

2.2.1盆地构造演化阶段

长期以来，有关鄂尔多斯盆地基地组成、演化及其对油气藏形成和分布的影响研究一直受到许多专家学者的高度重视，根据大量的重、磁、电、遥感、地面地质及最新地震研究成果，按照重、磁分区特征及基底断裂发育与展布特征，并结合盆地结晶基底块体形成的早晚和规模大小等，目前普遍认为鄂尔多斯盆地基底是由六大块体具有各自演化与结构特征的基底逐渐固化、链合、拼接而成的典型不均一性结构的镶嵌陆块基底。

六大块体基底包括盆地北部阴山块体、阿拉善块体、银川陆块体、伊盟块体、晋陕块体和豫西块体。

根据地质构造演化历史，认为以上所述的六大地质块体在鄂尔多斯地区经历了阜平、五台和中条运动的变质、变形和花岗岩侵入及混合岩化作用后，于早元古代末期逐步固化、链合、拼接，并最终形成了典型的具不均一性的镶嵌陆块基底结构，它对鄂尔多斯地区后期沉积盖层的发展演化和构造格局展布起着明显的控制作用，其中鄂尔多斯盆地西南部地区基底主要与银川块体、伊盟块体和晋陕块体活动有关。

大量研究表明，秦、祁、贺三叉裂谷的形成和演化奠定了鄂尔多斯盆地构造演化的基础，同时又对盆地形成和发展演化起到了重要影响，研究认为中元古代早期，鄂尔多斯盆地以西的区域地壳破裂，形成秦祁贺三叉裂谷系，其中，祁连和秦岭两支裂谷发育成大洋裂谷，沉积了巨厚的复理石建造，并广泛出现基性岩，总厚在万米以上。

夹于阿拉善地块与鄂尔多斯地块之间的贺兰坳拉槽，沉积了介于地块与大洋裂谷之间的一套碎屑岩地层，厚1700m。

2.2.2中晚元古代-早古生代克拉通演化阶段

晚元古代沉积是统一的华北地台结晶基底形成后的第一套沉积盖层。

中元古代华北克拉通裂谷活动非常普遍，在华北地台边缘活动带上，由于早元古代末期部分裂谷系没有完全封闭，已经封闭的也由于本身的脆弱性在新的构造旋回中易被拉开并得到较充分的发展，从而形成一系列裂谷系。

地台边缘的裂谷活动影响到地台内部，形成规模较小、发育程度较低、北东或北北东向展布的坳拉槽，从西至东分别有贺兰、晋陕坳拉槽，向东北方收敛，向西南方敞开并与秦祁海槽相连，组成了三叉裂谷。

晚元古代盆地周缘裂谷系逐渐萎缩闭合，盆地内部已经完全闭合，稳定的克拉通初步形成。

鄂尔多斯盆地西南部和盆地北部地区出露晚元古代沉积了遍布鄂尔多斯地区的相当于蓟县系的硅质藻云岩，盆地中部部分探井揭示了蓟县系的硅质藻云岩。

中元古代末期，蓟县运动使华北克拉通上升，大部分地区缺失青白口系，晚元古代末期华北克拉通连成一体，形成巨大的华北地台。

地处华北克拉通西部的鄂尔多斯在此背景下进入古生代稳定克拉通盆地发展阶段以及中生代大型坳陷湖盆构造演化阶段。

2.2.3中晚奥陶世隆起构造演化阶段

早古生代时期，鄂尔多斯盆地主体进入稳定克拉通发展阶段，盆地内部广大地区均表现缓慢构造沉降，盆地东北地区接受来自于华北海沉积，而西缘和南缘地区经历了较强的沉降，表现快速沉降特征，接受来自西部和南部祁连海和秦岭海沉积，早古生界沉积厚度大，在西缘地区早古生代沉积厚度最大可达1600米，而南部地区早古生代沉积厚度最大可达3500m。

根据有关探井揭示，鄂尔多斯盆地中央古隆起在早古生代处于隆起状态，缺失地层为上奥陶统晚期-下二叠统太原组沉积。

延长探区当时位于中央古隆起东部，发育的早古生界沉积厚度在1200m左右。

2.2.4晚古生代构造分异演化阶段

晚古生代鄂尔多斯盆地构造演化出现分异现象，隆起与凹陷并存。

石炭纪，鄂尔多斯盆地总体表现为西部断陷沉降带、中部隆起带和东部浅坳带的构造格局。

盆地西部为一断陷沉降带，从晚石炭世晚期到早二叠世早期，这个断陷沉降带被含煤的海湾-前三角洲-三角洲平原沉积序列依次充填。

鄂尔多斯盆地中央古隆起因为周缘海侵而逐渐被掩埋，延长探区此时进入沉积中心区，接受了厚度较大的晚古生界含煤系沉积。

3页岩气富集机理及实验测试

3.1页岩气富集机理

页岩气是一种重要的非常规天然气类型，与常规天然气相比，其生成、运移、赋存、聚集、保存等过程及成藏机理既有许多相似之处，又有一些不同点。

页岩气成藏的生炫条件及过程与常规天然气藏相同，泥页岩的有机质丰度、有机质类型和热演化特征决定了其生轻能力和时间；在炫类气体的运移方面，页若气成藏体现出无运移或短距离运移的特化泥页岩中的裂缝和微孔隙成了主要的运移通道，而常规天然气成藏除了控类气体在泥页岩中的初次运移外，还需在储集层中通过断裂、孔隙等输导系统进行二次运移；在赋存方式上，二者差别较大，首先，储集层和储集空间不同（常规天然气储集于碎屆岩或碳酸盐岩的孔隙、裂缝、溶孔、溶洞中，页岩气储集于泥页岩粘王矿物和有机质表面、微化隙中），其次，常规天然气游离赋存为主，页岩气吸附和游离赋存方式为主；在盖层条件方面，鉴于页岩气的赋存方式，其对上覆盖层条件的要求比常规天然气要低，地层压力的降低可造成页岩气解吸和散失。

页岩气的成藏过程，和成藏机理与煤层气极其相似，吸附气成藏机理、活塞式气水排驱成藏机理和置换式运聚成藏机理在页岩气的成藏过程中均有体现，进行页岩气的勘探开发研巧，可在基础地质条件研究的基础上，借助煤层气的研巧手段，解释页岩气成藏的特点及规律。



页岩气的成藏和富集是一个极其复杂的地质过程，页岩气在主体上表现为吸附和游离状态，成藏过程中没有或仅有极短距离的运移，因此从某种意义说，页岩气藏具有典型的双重机理。

可分３个主要作用过程：

天然气生成与吸附、膨胀造隙富集到活塞式推进、置换式运移，毎一过程都产生了富有自身特色的气藏类型。



3.2页岩气地质特殊性

富含有机质的页岩本身可作为页岩气的气源岩，又可作为储集层，页岩气的赋存方式、成藏机理和成藏过程与常规天然气有很大不同，因此，页岩气藏具有独特的地质恃征。



页岩中的有机质、粘土矿物、源青质料及裂隙系统和粉砂岩夹层又可作为储气层，孔渗性极差的泥质页岩同时可充当封盖层，页岩气的赋存方式和赋存空间的特殊性，决定了页岩气藏具有隐蔽性特征和裂缝型圈闭。

构造圈闭对页岩气藏的形成并不起主导作用，但是一个长期长期稳定的构造背景，对页岩气聚集可能具有一定的积极作用。

泥页岩的孔隙较小旦不发育，游离状态的页岩气主要赋存于裂缝系统中，泥页岩中的裂缝发育带往往是页岩气的有利聚集带，因此，裂缝型圈闭是页岩气藏的主要圈闭类型。

裂缝产生的原因主要是上文中提到的气体的连续生产所产生的页岩内外压力差，另外构造作用也是产生裂缝的原因之一。

页岩气与煤层气、常规天然气异同点，页岩气与其他聚集类型天然气藏相比（表2-1），页岩中的天然气具有成藏机理多样性特点，天然气就近聚集，成藏机理复杂，吸附、溶解、活塞式推进、置换式运移均有不同程度发生，但页岩内聚集的天然气仅发生了初次运移（页岩内）及非常有限的二次运移（砂质岩类夹层内）。

因此，页岩既是炫源岩又是储层，具有典型的过渡性成藏机理及＂自生、自储、自封闭＂成藏模式，弱化了天然气二次运移的影响，简化了页岩气勘探的研究方法和过程。

页岩气分布具有地质影响因素多样性特点。

表3-1页岩气与煤层气、常规天然气异同点

特点

页岩气

煤层气

常规贮层气

界定

主要以吸附和游离状态聚集于泥/岩里面的天然气

主要以吸附状态聚集于煤系地层中的天然气

浮力作用影响下，聚集于贮层顶部的天然气

天然气来源

生物气或热成熟气

生物气或热成熟气

多样化

储集介质

页／泥岩及其间的砂质岩夹层

煤层及其中的碎屑岩夹层

孔隙性砂岩

成藏及机理

吸附平衡、游离平巧

吸附平巧

浮力与毛细管力

成窝条件

生气页／泥岩、裂缝等工业规生气煤

生气煤岩、形成工业聚集条件

疏导体系、圈闭等

运聚特点

初次运移为主成藏

初次运移成藏

二次运移成藏

成藏条件和特点

自生自储

自生自储

运移路径上的围闭

3.3页岩气成藏控制因素分析

等温吸附模拟实验，等温吸附模拟法是通过页岩样品的等温吸附实验来模拟样品的吸附特点及吸附量，建立吸附气含量与压力、温度的关系模型。

使用Langmuir等温吸附方程：

式中

V—吸附量，m3/t；

P—气体压力，MPa；

VL—Langmuir吸附常数，m3/t；

PL—Langmuir压力常数，Mpa

VL描述的是无限大压力下的气体积，即饱和吸附量，pL描述的是气含量等于二分之一Langmuir体积时的压力。

本次试验共对15个野外样品，10个岩芯样品进行了等温吸附模拟实验。

测试样品的等温吸附线见图3-1，3-2。

图3-1页岩的甲烷等温吸附

图3-2外剖面样品的甲烷等温吸附

3.4影响因素及其变化规律

页岩含气性的影响因素较多，从等温吸附模拟结果看，页岩吸附气量主要受以下几个方面因素的控制。

3.4.1有机碳含量

研究区TOC含量整体较高，平均为4.87%，为好的含气页岩。

从岩芯有机碳含量和吸附气含量线性回归曲线发现，两者之间呈正相关关系，拟合系数（r２）达0.8028（图3-3），说明有机碳含量是控制页岩吸附气含量最主要的因素。

但是由于拟合系数（r2）还不到１，表明还有其他因素影响着页岩吸附气的含量，如页岩的矿物组成、页岩物性等。

图3-3泥页岩有机碳含量与吸附气含量关系

有机质对页岩气的控制作用主要表现在页岩气的生成过程和赋存过程中。

具体主要表现在以下三个方面：

a.生烃潜力，页岩中有机质是生烃的物质基础，它决定了页岩的生烃量，进而控制总含气量。

在一定范围内，总有机碳含量越高，其生烃潜力就越大，这就意味着可以生成更多的天然气，为页岩气富集提供重要基础。

b.吸附能力

有机质由于本身结构特征，对油气也具有较强的吸附能力，部分页岩气就是以吸附态存在于有机质表面，有机质丰度越高，可被吸附的比表面积就越大，吸附气含量也就越大。

从样品及露头样品的实测结果来看，TOC含量直接控制着吸附含气量，TOC含量越高。

吸附气含量就越高，两者具良好正相关性，且相关系数高。

这一规律与美国多数页岩气产区相同，不难得知，TOC含量是影响吸附含气量最重要的因素。

c.吸附能力

除以上较为直接的控制作用外，有机质丰度还控制着页岩的物理化学性质，并影响页岩裂缝的发育程度（聂海宽，2009）。

另外，随着页岩中有机碳含量的增大，各种微孔隙类型增多、微孔隙度增大，可供天然气吸附的比表面也增大，页岩吸附气含量也随之增加，同时增加的孔隙空间为页岩中游离气含量的提高创造了条件。

3.4.2有机质成熟度

有机质成熟度与吸附气量也有一定的关系。

分析该区样品的Ro和等温吸附模拟结果，对吸附气含量和Ro做线性回归曲线，当Ro在2.5%-3.5%之间时，甲烷吸附气量与Ro呈正相关关系，随着Ro的增加，吸附气含量也随之增加，Ro值基本都大于4.0%，甲烷吸附气量与Ro没有很明显的线性关系。

这可能是因为当Ro＞2.0时，微孔与介孔的孔容开始快速增加，微孔孔容在Ro=3.5%达到最大值,其微孔比表面积在该时期逐渐增加。

之后微孔孔容开始降低，页岩样品的微孔比表面积也随之开始降低。

当Ro大于4.0%时，其孔隙结构可能遭到了破坏，从而影响了其对页岩气的吸附能力。

3.4.3页岩矿物组成

泥页岩中石英的含量也对其含气量具有较大的影响。

研究区荷塘组石英与吸