页岩气赋存方式及产气机理研究

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1、中图分类号：TE312单位代码：11414学号：2013312041题目页岩气赋存方式及产气机理研究学科专业油气田开发工程研究方向油气田开发理论与系统工程博士生李靖指导教师李相方(教授)王香增(教授级高工)二○一七年五月TheFormatCriterionofDoctoralDissertationofCUPDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthe

2、degreeofDoctorofEngineeringByJingLi（Oil-GasFieldDevelopmentEngineering）DissertationSupervisorProf.LiXiangfangandWangXiangzengMay,2017摘要摘要页岩气是常规油气资源极其重要的接替资源，21世纪以来页岩气资源开发备受关注，尤其以美国为主的页岩区块开发已取得显著成绩，并形成了较为完善的商业开发模式。但是由于不同页岩气区块地质特征及开发特征的显著差异，我国页岩气开发在借鉴美国页岩气开

3、发经验的基础上，仍然表现出大部分区块开发效果差异大、含气性与产能矛盾的现象，而此类差异性与矛盾很可能是由于对我国页岩储层气水分布特征及作用关系缺乏深层次的认识而导致的。因此需要针对我国页岩气区块，分析页岩气赋存及产能的影响关键因素，从而客观评价我国页岩气开采潜力。本论文以实验测试为手段，以理论分析为重点，从页岩气成藏机理及演化特征出发，结合成藏地质学、干酪根地球化学、吸附学、界面化学、传质学、微观渗流力学等，着重对页岩储层水的赋存特征及分布规律，以及储层水对页岩气吸附及流动的影响特征等制约页岩气赋存及产出

4、关键性问题进行了深入研究，关键性结论及认识如下：（1）揭示了页岩不同成熟阶段不同类型孔隙气水分布的差异性规律。结果表明：伴随页岩气生成，有机质变质孔（如气孔）以单相气为主，少量水分子吸附在官能团附近；而无机质孔隙由“饱和水”逐渐向“水膜气芯”演变，甚至部分无机质微小孔将充满毛管水。进一步基于实验手段，在纳米尺度量化了不同类型孔隙含水饱和度分布特征，为研究储层含水条件下页岩赋存规律及产出机理提供依据。（2）量化了页岩储层气-液-固三相复杂作用特征。对于有机质孔隙，主要表现为“气-固界面”吸附；而对于无机质孔

5、隙：当孔隙表面吸附水膜，甲烷-水膜作用表现为“气-液界面”吸附；当孔隙内充满毛管水，将失去吸附能力。进一步基于实验手段，量化了水分对甲烷吸附能力的影响规律，以粘土矿物为例，高含水条件下甲烷吸附能力降低约80~90%。因此，目前基于干燥样品等温吸附实验对吸附气含量的评价将导致页岩气资源量被高估。（3）评价了储层水影响下的页岩气纳米级孔隙-微裂缝传输特征。基于纳米孔隙单相气体传质理论，结合实际页岩孔隙-裂缝型貌特征，考虑含水饱和度分布对有效孔隙的影响，建立纳米尺度圆管孔与狭缝孔内的气体传输模型。以无机质（粘土

6、、石英）狭缝孔及微裂缝为例，在含水饱和度Sw=30%条件下，气相渗流能力降低33%~51%。因此，尽管页岩储层原始含水通常表现为束缚水状态，但该束缚水对气体流动能力的影响不容忽视。-II-摘要本论文通过研究储层水的赋存特征及分布规律，量化储层水对页岩气赋存及产出的影响特征，为合理评价实际含水条件下页岩储层含气量及产能奠定理论基础，从而完善我国页岩气开发理论，并进一步促进我国页岩气资源合理有效开发。关键词：页岩；气水分布；赋存方式；吸附机理；产气特征-III-ABSTRACTStorageCharacter

7、isticsandProductionMechanismsofShaleGasReservoirsABSTRACTShalegasisanimportantsuccessorofconventionaloilandgasresources.Sincethe21stcentury,shalegasresourcedevelopmenthasattractedmuchattention.EspeciallyintheUnitedStates,thedevelopmentofshaleblockshasmade

8、remarkableachievementsandformedarelativelyperfectcommercialdevelopmentmodel.However,duetothedifferentgeologicalcharacteristicsanddevelopmentfeaturesofvariousshalegasblocks,theexploitationofshalegasinChinaismainlybas