页岩气赋存机理研究

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1、页岩气赋存机理研究页岩气赋存机理研究【摘耍】页岩气（Shalegas）,是一种重要的非常规天然气类型，与常规天然气相比，页岩气的赋存机理完全不同，分为吸附气和游离气两种状态，且吸附气占主导。【关键词】页岩气赋存机理随着水力压裂和水平井技术日臻成熟，兴起了页岩气开发热潮,随着技术的进步及探明储量的持续增加，未来页岩气开采将进入爆发式增长期，页岩气的赋存机理也渐渐的加深。对页岩气的赋存机理的研究也是页岩气开发的关键环节。本文基于前人的研究进一步对页岩气的吸附、游离、溶解等机理做了探索。1吸附机理页岩中页岩气的含量超过了苴自身孔隙的容积，用溶解机理和游离机理难以解释这一现象，因为在这里面存在页

2、岩气吸附。1.1物理与化学吸附吸附方式有两种一一物理吸附与化学吸附。一般认为，物理吸附是范德华分子力所引起的。物理吸附为主要的吸附方式，其具有吸附时间短、普遍性、无选择性、可逆性的特征。化学吸附是物理吸附的继续，当达到某一条件是就可以发生化学作用（包括化学键的形成和断裂）。化学吸附所需的活化能也比较大，所以在常温下吸附速度比较慢（据张开，1996）。页岩气的化学吸附具有吸附时间长、不可逆性、不连续性、有选择性。两者共同作用使页岩完成对天然气的吸附，但两者所处占主导优势的地位随成藏条件以及页岩和气体分子等改变而发生变化。吸附作用开始很快，越后越慢，市于是表面作用，被吸附到的气体分子容易从页

3、岩颗粒表面解吸下来，进入溶解相和游离相，在吸附和解吸速度达到相等时，吸附达到动态平衡。1.2页岩气的吸附方程Ftl兰氏理论方程得出吸附气量数学表示:与常规天然气藏不同，部分页岩气以吸附方式赋存，当气体产出储层压力下降时，吸附气以非线性的方式释放。页岩对页岩气的吸附能力直接决定吸附气量的大小，因此有必要对研究页岩吸附能力的控制因素进行研究。页岩组成、孔隙结构、孔隙裂缝度、压力、温度等影响页岩的吸附能力主要因素。页岩主要由粘土矿物、粉砂质（石英颗粒）、有机质组成。石英等粉砂级矿物颗粒主要充填于页岩的孔隙中，造成孔隙变小，从而减少了供天然气分了吸附的比表面，所以矿物质含量高，不利于天然气分子的

4、吸附；粘土矿物具有层间和晶间微孔隙，增大了颗粒的比表面积，因此粘土矿物含量高，有利于天然气分了的吸附；总有机质含量与吸附量关系密切，在相同压力下，总有机碳含量较高的页岩比其含量较低的页岩的甲烷吸附量明显高一般泥页岩的裂缝、孔隙发育会使孔隙度增高，进而增大页岩中颗粒的比表面积，因而，裂缝、孔隙的增加不但对游离方式天然气的赋存有利，还有利于提高页岩的吸附能力。岩石的孔隙结构，关系到比表面积的大小，从而对岩石的吸附有很大影响。气体吸附是放热过程，要提高岩石的吸附能力，需要控制并降低温度。无论是物理吸附，还是化学吸附，温度升高引起解吸趋势的增加，会降低岩石的吸附能力（据张开，1996）。页岩对天

5、然气分子的吸附能力与压力的关系密切，从吸附等温线上可以看出，岩石中的吸附气含量随压力的增加而增大。2游离机理游离状态的页岩气存在于页岩的孔隙或裂隙中，气体可以自由流动，其数量的多少决定于页岩内自由的空间。这一部分自由气体，称为游离态气体。当气体分子满足了吸附后，多余的气体分子一部分就以游离状态进入岩石孔隙和裂隙中。游离气量数学表示：对理想气体，状态方程为:当天然气分子从满足吸附后很可能进入液态物质中发生溶解作用。页岩气一部分以溶解态存在于干酪根、沥青和水中。溶解机理主要以间隙充填和水合作用的形式表现出来。页岩气体分子和液态姪类接触，由于分子的扩散作用进入干酪根和沥青等炷类分子间的空隙中的

6、作用，称为间隙充填。间隙充填主要受温度和压力影响较大。页岩中气体分了和水分了相互作用结合或分解的过程为水合作用。这是一个可逆过程当结合和分解的速度相等吋它们的达到了一种动态平衡。溶解气量可由亨利定律知：bcbCKp二式中：pb—溶质在液态物质上的蒸气平衡分压，Pa；Cb—气体在液态物质中的溶解度，mol/m3；Kc一亨利常数。在一定温度下气体在液体中气体的溶解度与压力成止比。溶解度取决于液体的温度、矿化度、环境压力和气体成分等。4综合赋存机理页岩气以上述三种机理赋存并不是相互独立的，一成不变的，当页岩生绘量发生变化或外界条件改变时，三种赋存机理的表现形式可以相互转化。页岩气量综合表达:（

7、式5）式中：a、B、y分别是页岩气游离态、吸附态、溶解态综合赋存系数。5结论与常规天然气不同，对于页岩气來说，页岩既是疑源岩乂是储集层，因此，无运移或极短距离运移，就近赋存是页岩气成藏的特点。由于页岩气在主体上表现为吸附或游离状态，体现为成藏过程中的没有或仅有极短的距离的运移。页岩气可以在天然裂缝和粒间孔隙中以游离方式存在，在干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。生成的天然气…般情况下先满足吸附