页岩气垂向散失的动力与微观通道及其控气作用

Vertical dissipation of shale gas is one of the key factors controlling the shale gas accumulation and resource potential, but the dynamic, micro-pathway and their effect on the shale gas vertical dissipation is still unknown. In this project, the dynamic, micro-pathway and their effect on the shale gas vertical dissipation will be studied based on the Silurian marine shale of the Longmaxi Formation in Jiaoshiba area of the Sichuan Basin. The difference distribution characteristics of the adsorption gas and free gas in vertical will be determined through calculation models of the adsorption gas and free gas and well log interpretation. By the study of the methane adsorption and methane concentration in shale reservoir, the main dynamic of the shale gas vertical dissipation will be clarified. By constructing the network system of pore-fracture in different gas-shales and their transition zone, the main micro-pathway of the shale gas vertical dissipation will be clarified. Based on the main dynamic and micro-pathway of shale gas vertical dissipation, through physical simulation experiments, the shale gas vertical dissipation model will be established and the formation mechanism of shale gas vertical dissipation will be realized. The project is of great theoretical and practical significance to reveal the shale gas accumulation mechanism, improve the shale gas accumulation theory, and guide the exploration and development of shale gas.

页岩气垂向散失特性是制约页岩气成藏规模和资源潜力的关键要素之一，但页岩气垂向散失的动力与微观通道及其控气作用机制尚不明确。本项目以焦石坝地区志留系龙马溪组海相页岩为研究对象，针对页岩气垂向散失的动力与微观通道及其控气作用这一科学问题开展研究。通过建立吸附气和游离气计算模型以及测井解释研究，查明页岩吸附气量和游离气量在垂向上的分布差异；通过页岩储层中甲烷吸附力和甲烷浓度差扩散力研究，阐明页岩气垂向散失的主要动力及其控制因素；通过构建不同含气层段页岩内主体及其过渡带之间的孔缝网络体系，查明页岩气垂向散失的微观通道；在明确了页岩气垂向散失的主要动力和微观通道的基础上，通过页岩气垂向散失过程物理模拟，阐明主要动力与微观通道对页岩气垂向散失的控制作用，并建立基于主要动力和微观通道控制的页岩气垂向散失模型。成果对于揭示页岩气成藏机理、完善页岩气成藏理论、指导页岩气勘探开发均具有重要的理论和现实意义。

页岩气作为重要的非常规油气资源受到国内外的广泛重视，实现页岩气商业开发可有效缓解我国能源短缺的问题。页岩气现今资源量受页岩气垂向散失的影响。开展页岩气垂向散失的研究是深入认识页岩气成藏动力、成藏空间等富集机理的关键，也是对中国非常规油气地质理论体系的丰富和发展。本项目围绕页岩气垂向散失的动力与微观通道及其控气作用这一科学问题，以四川盆地龙马溪组页岩为主要研究对象，通过页岩气现场解析工作及高压压汞、FIB-SEM等室内实验测试，分析了页岩气散失的动力和通道，探讨了页岩气富集的控制因素。结果表明，龙马溪组不同层位页岩气的散失过程明显不同，龙马溪组底部地层的散失能力明显低于上部地层。页岩气散失能力是由温度、压力和岩石属性共同决定的。有机质是决定页岩散失能力的最主要的控制因素。随有机质含量的增加，页岩比表面积增大，孔隙占比增大，页岩气散失能力迅速降低。矿物组成对页岩气散失能力的影响相对较弱，脆性矿物中孔隙的发育只能提供气体存储场所，不能增加对页岩气的吸附作用。页岩平行层理和垂直层理方向渗吸和渗透率的差异决定了页岩顺层方向页岩气更容易运移，甲烷吸附力是控制吸附气垂向散失的主要动力，页岩孔缝体系是页岩气垂向运移的主要微观通道。页岩气垂向扩散和侧向运移自始至终都在发生，甚至发生达西渗流，各成藏要素的匹配才能保证页岩气藏滞留至今。焦石坝地区在所有地史阶段，达西渗流对侧向运移贡献达到90%以上，对气体顺层运移起到了决定作用。项目成果对于提高页岩气勘探的成功率、更好的指导压裂开发工作、更加有效的开采页岩气资源具有重要的指导意义。