页岩气系统有机质孔隙演化定量评价研究

本项目围绕当今页岩气系统勘探评价的难点问题之一:页岩有机质孔隙度测定及其演化特征，借鉴高分子学科溶胀理论与相应实验技术，以当前我国页岩气最具勘探前景区块：南方古生界海相页岩沉积与渤海湾盆地古近系湖相页岩沉积为研究对象，在完善和发展页岩干酪根提取技术的基础上，首先考察不同有机质类型页岩干酪根化学结构对其溶胀特性的影响，以此为基础，采用控制条件下人工热压模拟实验，定量评价两类典型地区中代表性页岩有机质孔隙度随成烃作用的动态演化特征，并结合自然界不同热演化程度页岩有机质孔隙度的实测结果，建立不同类型页岩有机质孔隙度演化的数学模型，最终应用于页岩气的勘探与评价。

本课题利用自行设计的半开放半封闭热压模拟实验装置讨论了高演化阶段我国典型海相和湖相页岩气的来源。实验结果表明，干酪根降解和页岩滞留沥青裂解均对页岩的成气有贡献，前者主要发生在主生油阶段，以干燥系数随温度增加而增大和甲烷碳同位素随温度增加而变重为特点。后者开始于生油阶段后期，生成高湿气含量及富含12C甲烷的烃类气体。高演化页岩地层所表现出的高产气率及烃类气体碳同位素“反序”的现象也可能与残留沥青的裂解贡献有关。以氢质量平衡为基础，获得我国典型海相和湖相页岩滞留沥青对页岩气的贡献可占总产气量的20-30%，这一结果与国际油气勘探界利用理论模型计算获得的滞留沥青裂解成气贡献率相一致，指示页岩滞留沥青作为一个重要的页岩气源不可忽视。因此，理论上对页岩可通过氢质量平衡计算，结合TOC含量、有机质类型、页岩区块的厚度及面积、成熟度，大致可以估算出干酪根和残留沥青对页岩气的贡献量，最终可为页岩气资源评价及开采提供技术支撑。.根据热压模拟实验获得人工熟化剖面，综合通过甲烷吸附实验、比表面积测定、以及溶胀实验，揭示页岩有机孔的发育与演化具有以下特征：(1) 有机孔在镜质组反射率0.6-0.7%Ro阶段开始发育，在生油高峰（镜质组反射率0.8-0.9%Ro）进行快速发展阶段，其总体积在镜质组反射率1.3%Ro左右达到高峰，随后出现下降趋势，下降幅度取决于焦沥青发育程度，且主要体现在微孔和少量中孔上。(2)有机孔的孔径演化存在由小至大，再减小的趋势，在镜质组反射率1.3%Ro左右达到最大值，高演化阶段以发育微孔为主，与实际地质体中高演化页岩有机孔以纳米有机孔为主相一致。结合实际地质剖面建立的有机孔发育、演化模式将有助于页岩油气储集性能的评价，对页岩油气勘探具有现实指导意义。