-不利因素
矿物组成 孔隙压力 非均质性 有机质 粘土类型 流体类型 结构特征 原地压力 气源岩 储集空间 润湿能力 裂缝组成 盖层类型 裂缝充填情况 脱水作用 其他 特征值>15的龙卷风图

页岩的储集条件，包括基质孔隙 度、渗透率、页理及微裂隙的发 育、矿物组成（特别是石英含 量）、等温吸附曲线所显示该页 岩的最大吸附气含量等
页岩气的成藏机理及过程
从页岩气的成藏过程分析页岩储集空间研究对页岩气开发的重要性
1-吸附阶段
2-孔隙充填阶段
集
3-裂缝充填阶段
4-页岩气藏阶段
有机质和粘土颗粒表面吸附与解吸
气体流入页岩基质孔隙
气体进入天然裂缝网络
最终形成页岩气藏
由于页岩的特殊组成结构决定其孔隙分布需在不同尺度下进行研究，目前已进入纳米（nm）级 别的研究（1nm= 10-9m)，一般原子直径为0.1~0.3nm，甲烷的分子直径为0.34nm
上述实验说明：页岩有机质成熟度超过3.0~3.2%后，页岩的生烃潜力亦趋
近于零，这一认识已为实验模拟和自然演化规律所证实。因此，页岩有 机质成熟度过高（Ro>3.2%），这类页岩对其吸附气含量的影响是我国页 岩气勘探开发中值得重视的研究问题
4 页岩有机质的热演化程度及其对含气性的影响
3) 关于成熟度Ro>3.0~3.2%以上的页岩对含气量的影响的初步认识, 页岩有机质成 熟度对其含气性的影响可从两个方面认识：
硅质化石碎片中的粒间微孔
微孔（≥0.75μm）： 与微体化石、化石 碎片物质、黄铁矿 莓状体等有关 微孔（<0.75μm): 主要类型，分布于 有机质上，主要为 有机质粒内和粒间 孔
粒间微孔
基质颗粒内微孔
（据Loucks, Reed, and Jarvie, 2009）
球形微孔
棱角状微孔
TOC
+ 有利因素

页岩的保存条件，主要是生烃和
储集条件的保存
二 页岩气藏勘探开发有效页岩厚度及页岩
系统厚度
有效页岩厚度及页岩系统厚度划分是页岩气勘
探开发的地质研究中核心问题之一。它既ห้องสมุดไป่ตู้及开发
层系划分和储集特征研究，又涉及水平井的导向方 位及深度分布，同时还涉及资源潜力估算和页岩气 开发主要目的层系的确定等基本地质问题。 根据文献调研，特别是J.B.Curtis（2002）的研 究，并结合中国扬子地台下古生界筇竹寺组及龙马 溪组两套黑色页岩的纵向变化及区域分布特征以及
直角状微孔
与分散有机质相关的微孔
据Loucks, Reed, and Jarvie, 2009
球形微孔：18-46nm； 面孔隙度：5.2%
柱状内表结构：550nm； 镜下孔隙度：5.2%
管状孔吼（<20nm)
管状孔吼（<20nm)
据Loucks, Reed, and Jarvie, 2009
页岩含气性及其与微孔比表面积关于页岩关系
20 15 10 5 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5
与此同时，随着页岩中固体有机质的热降解和热裂解
生烃并运移，从而导致页岩的基质孔隙增加 （3.7~4.2%），增大了页岩中游离气的储集空间；除 此之外，页岩中的残余固体有机质的微孔愈发育，对
烃类气体的吸附力增强，有利于页岩的含气性增大
4 页岩有机质的热演化程度及其对含气性的影响
1) 在一定成熟度范围内，页岩有机质成熟度越高，有机固体颗粒微 孔愈发育，其吸附性越强。以煤的演化为例：
4 页岩有机质的热演化程度及其对含气性的影响
2) 通过页岩生烃过程了解成熟度过高的页岩对其含气性的影响 (1) 几种典型源岩成熟度与烃转化率关系
a 海相源岩（环14井中奥陶统泥灰岩，Ro0.6%,TOC0.49%,I型母质）
6 中国的海陆过渡相及陆相泥页岩
中国页岩气有利勘探领域分布图
页岩列入第一层次进行勘探开 发是正
海拉尔盆地 准 辽 尔 盆 吐 地 哈 二 盆 地 松
从中国石油地质实际出发，将海相
确的，但从扬子地台与北美陆台比较，
噶
在大地构造演化的稳定性以及深水陆棚
准噶尔盆地 P-J
塔 里 木 盆 地
盆 连 盆 地 渤 海
一
页岩气藏地质评价
800
有效页岩的生烃条件、沉积条件、 厚度分布、TOC含量及热成熟度是 基本条件
生烃条件中最本质的是TOC含量 >2.0% Ro分布于1.2%~3.0%
页岩含气量 （scf/ton）
600
400
沉积环境为深水陆棚
有效黑色页岩一般厚度>30m
200
0 0 2 4 6 8 10 12 有机碳含量 （wt,%）
气过程中，除解剖高过成熟度页岩的先导试验之外，还应在热成熟度
Ro为1.5~2.5%区间的页岩进行比较性的实验研究，以期进一步明确上 述问题。
五
关于页岩气储集特征研究
页岩储集条件（主要指页岩基质孔隙度、渗透率和天然裂隙的发
育等）是页岩气成藏地质评价的重要组成部份。由于页岩矿物组成多 以细粒硅、铝泥质为主，结构致密，原生基质孔隙一般为1~3%，后 经不断发生的生烃和排烃作用，从而使固体有机物质的不断紧缩和源 岩的储集空间有所增大（3.7~4.2%），进而使页岩基质孔隙度可达 5~8%。另外页岩由于层理结构发育，自然微层理裂隙亦十分普见， 这些因素都页岩的储集特征密切相关，而页岩储集条件不仅与其含气
四川盆地威远（筇竹寺组）及川南（龙马溪组）的
地质实践，提出有效页岩厚度系指该层组中单层厚 度在3m以上，TOC含量>2.0%黑色页岩的累计厚度 谓之有效页岩厚度。 TOC>2%层段40-50m,GR高
二 页岩气藏勘探开发有效页岩厚度及页岩系统厚度
• 页岩气藏有效度及系统
威远地区南北剖面页岩系统厚度图
Ro (%)
Barnett页岩热演化过程中的孔隙变化
Ro0.5%
Ro0.52%
粒间微孔
Ro%
Ro1.35% Ro1.6%
（据Loucks, Reed, and Jarvie, 2009）
4 页岩有机质的热演化程度及其对含气性的影响
当页岩成熟度过高（Ro>3.2%），页岩有机质的生烃潜力已接近或达到沽竭，页岩
4 页岩有机质的热演化程度及其对含气性的影响
上述各类源岩不同成熟阶段的产物组成变化及总烃产率百分组成 变化清楚说明：
任何源岩其生烃过程均经历了生烃门限、生烃高峰、液态窗结束和气态 烃沽竭阶段 各类源岩生烃沽竭时的热成熟度一般RO值为3.0~3.2%。所谓生径沽竭即 是该源岩的生烃量已接近于零，亦即现今源岩的残余生烃潜力（S1+S2） 接近于零
中国页岩气研究
入
程克明 中国石油勘探开发研究院 2011.5月
主要内容
一 页岩气藏的地质评价
二 页岩气藏储层有效厚度及系统厚度划分
三 页岩气勘探水平钻井导向
四 页岩有机质成熟度对勘探开发影响
五 页岩气藏的储集条件研究
六 中国页岩气勘探开发层次
一 页岩气藏的地质评价
• 页岩气藏的地质评价研究最核心问题是页岩的含 气性和页岩的储集特征 • 含气性主要在现场利用岩芯在等温吸附仪中分别 进行测试 • 页岩的储集特征比较复，由于其孔隙度和渗透性 特低，目前孔隙度一般在超微电子显微条件下， 用亚离子抛光技术观察N米级微孔。
性戚切相关，且与其增产改造紧密相连
页岩吸附气含量的影响因素分析 （单因素分析）
页岩TOC含量对其吸附能力的分析
干酪根类型及其转化程度对吸附能力（以单位重量中含 气量表征）的分析
页岩的矿物组成对吸附能力的分析
温度、压力对页岩吸附能力的分析 页岩孔隙度对吸附能力的分析 页岩含水饱和度对吸附能力的分析
页岩吸附气影影因素分析 （多因素分析）
页岩TOC-Ro-吸附能力分析
页岩TOC-孔隙度-吸附能力分析 页岩TOC-矿物组成（主要是粘土含量）-吸附能力分析 页岩热演化程度与矿物组成变化分析 页岩吸附能力与温压敏感性分析
页岩吸附能力与TOC和含水饱和度变化分析
页岩气藏的成藏机理
• 页岩气藏的成藏机理是原位“滞留成藏” ，连续型 分布。甲烷在页岩微孔（孔径小于2nm）中顺序充填，在 介孔（孔径为2~50nm）中多层吸附至毛细管凝聚，在大 孔中（孔径大于50nm）甲烷以压缩或溶解态赋存。成藏 中经过吸收、解析、扩散等作用。页岩有机质直接生气或 原油裂解成气，天然气首先在页岩有机质的孔内表面饱和 吸附;之后解析扩散至基质孔隙中，以吸附或游离相原位 饱和聚集。
有机质热成熟度是判别源岩不同演化阶段产物特征的关键因素。
从页岩气的观点出发，有机质成熟度越高，越有利于页岩气的生成和 聚集。成熟度越高，由于页岩中各种赋存形态的有机质发生降解和热 裂解生烃并运移离开母体，从而增大了固体空间并导致页岩的基质孔 隙度增大（据张同伟及Dan的研究页岩基质孔隙可增大3.7~4.2%）。 因此，页岩有机质的热成熟度对页岩含气性的影响是一个值得进一步 研究的问题。
井位
威远地区东西剖面页岩系统厚度图
200 180 160 140 120
厚度(m)
页岩系统厚度 纯页岩厚度（单层 >3m） 黑色页岩（单层>1m） 碳质页岩
100 80 60 40 20 0 威18 威13 威31 威5 威30 井位 威61 威29 威23 威2 威12
三 水平钻井的水平导向应以有效页岩分布的延长方向为导向
的发育和上升洋流有机物质的产率等方
松辽盆地 K
吐哈盆地 P-J
银 额 盆 地 河 鄂 西 走 尔 廊 地 盆 地 群 地 多 斯 盆
地
面比较，北美陆台的优势显而易见。从