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玩命学习的体验就是－不分昼夜、埋头苦读，往往是一袋方便面就解决了一顿饭的日子。总占，时间就是金钱！抓紧一切时间学习，放弃一切社交活动和户外活动。
孙仁远1，2 张召召1 熊启勇3 胡新玉4 李泌5 傅钺1
（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛 266555； 2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京昌平 102249； 3.新疆油田公司采油工艺研究院 新疆克拉玛依 834000； 4.新疆油田公司风城油田作业区 新疆克拉玛依 834001； 5.新疆油田公司石西油田作业区，新疆克拉玛依 834001）
摘 要：页岩气是一种非常规天然气能源，主体上以吸附态和游离相同时赋存于具有生烃能力的泥页岩 地层中。美国在页岩气开发上取得巨大成功，使人们有理由相信页岩气将成为未来常规油气资源的重要接替 者。页岩气的吸附性是页岩的特性之一，页岩的吸附解吸性能评价对页岩气的开发十分重要。采用自行设计 的页岩等温吸附解吸实验装置，研究了页岩中甲烷、二氧化碳、氮气等气体的吸附解吸特性。结果表明，随 压力的增加，气体在页岩中的吸附量增加。25℃时，甲烷在1MPa的平衡压力下吸附量是，平衡压 力增加到10MPa时，吸附量增加到；不同气体在页岩中的吸附能力不同。甲烷、二氧化碳、氮气 在页岩中的吸附性强弱依次是二氧化碳大于甲烷，甲烷大于氮气。采用同一个页岩样品，在25℃、平衡压力 为5MPa时，氮气，甲烷、二氧化碳的吸附量依次是、、。甲烷和二氧化碳在 页岩中甲烷、二氧化碳在页岩中吸附规律基本符合Langmuir方程，可以用Langmuir模型预测页岩气在页岩中 的吸附；随压力降低，甲烷解吸量增大，在压力较低时，解吸曲线变化较为平缓，压力较高时，曲线下降 变陡，解吸量较低压下增幅变大，气体在页岩中的解吸存在一定的解吸滞后效应；不同的页岩样品吸附性 不同。
关键词：页岩气；吸附；解吸
Adsorption and Desorption Property Evaluations of Gases in Tight Shales
Sun Renyuan1，2，Zhang Zhaozhao1，Xiong Qiyong3，Hu Xinyu4，Li Mi5，Fu Yue1
（ of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Qingdao 266555，China； of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Changping 102249，China； of Oil Production Technology，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834000，China； Oil Production Zone，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834001，China； Oil Production Zone，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834001，China）
Abstract：Shale gas is an unconventional natural gas，mainly stored as a condensed phase on the shale matrix and organic well as free gas in the porous great success on shale gas development make people believe that shale gas will offset the deficiency of conventional oil and adsorption of shale gas on shale is one of properties of and desorption property evaluations in Shales is very important for shale gas self-designed laboratory apparatus was used for determining the adsorption and desorption properties of CH4，CO2，N2 in show that gas can be absorbed in adsorption increases with the increasing of equilibrium the temperature is 25℃and the equilibrium pressure is 1MPa，the adsorption of methane is the pressure increases to 10MPa，the adsorption become to adsorption is different with different adsorption ability of CO2 in shales is larger than CH4，and the adsorption ability of CH4 is greater than the temperature is 25℃and the equilibrium pressure is 5MPa，the adsorption of methane，nitrogen and carbon dioxide is ， and ， adsorption of CH4 and CO2 can be described by Langmuir desorption increases with the reducing of equilibrium the pressure is relatively low，the desorption is the contrast，The desorption become faster when the pressure is relatively are hysteresis effect when gas begin to be adsorption ability of gas in shales is different with different samples.
Key words：shale gas；adsorption；desorption
引言
页岩气是从页岩层中生产出来的一种非常规天然气［1～3］。气体在页岩中主要以溶解态、游离 态、吸附态存在，页岩中吸附气的含量约占总含气量的50％［4～9］。 Lane等［10］从试井数据中 分析页岩气藏中气体解吸参数、监测和估算气体解吸量。，等［11］研究了解吸罐测定吸 附气含量、气体组成和总的解吸时间，提出了一种精确估算损失气量，从而估算原始地质储量的 方法。Daniel .等［12］研究了页岩组成和孔隙结构对气体吸附的影响，得出甲烷吸附量随TOC 及微孔体积的增加而增大的结论。Ross等［13］研究得出页岩中甲烷吸附量与TOC正相关，页岩中 硅铝酸盐中存在纳米级孔隙［14～18］，对甲烷的吸附能力有重要影响。Chamelers［17］研究得出了白 垩系页岩甲烷吸附量随微孔体积的增加而增大。Xiao-chun Lu等［19］研究了泥盆系页岩吸附影响 因素，得出有机质、粘土含量、压力温度是影响页岩吸附的主要因素，但没有研究气体在页岩 中的解吸性质。页岩气的吸附解吸性质对页岩气的压裂增产和产量预测等具有重要的意义［10］。
采用自行设计的实验装置，测定了高压和室温下甲烷、二氧化碳、氮气在页岩中的等温吸附曲线。应用朗格缪尔方程［19］对曲线进行拟合，并分析了影响页岩吸附解吸性能的因素，为进一步研究页岩气 吸附解吸机理鉴定了基础。
1 实验材料及设备
实验材料
页岩样品（粉碎、过筛，颗粒直径为60～230目）。甲烷气体（瓶装，纯度为％）；二氧 化碳气体（瓶装，纯度为％）；氮气气体（瓶装，纯度％）；氦气（瓶装，纯度 为％）。
实验设备
自行研制的页岩吸附解吸性能评价装置如图1、图2所示。它主要包括真空泵、样品室、标准室、 高压气瓶等。
图1 页岩吸附性能评价系统示意图
图2 页岩解吸性能评价系统示意图
2 实验方法与步骤
模型制备
将现场取心得到的页岩样品粉碎、筛分、烘干、填装、压实，即得到实验用的页岩样品，其基本参 数见表1。
气体吸附性能评价步骤
（1）连接仪器，检查气密性。
（2）打开真空泵对系统抽真空。
（3）关闭样品室阀门7，打开阀门3、5，向标准室充入实验气体，关闭阀门3，记录压力 为P1（1）。
（4）打开阀门5，待标准室和样品室压力平衡后记录平衡压力之值P2（1）。
（5）关闭阀门7，打开阀门3，向标准室继续充入气体至P1（2），关闭阀门3，重复步骤4。
（6）重复步骤5直至实验压力P1（n）。
表1 页岩样品基本参数
气体解吸性能评价步骤
（1）连接好仪器，将气体最后一次吸附平衡的压力记为P2（1）。
（2）关闭样品室阀门5，降低标准室压力，记录此时的标准室压力P1（1）。
（3）待压力稳定后打开样品室阀门5，待样品室和标准室压力平衡后记录平衡压力值P2（2）。
（4）重复步骤2和3，直至标准室压力降为大气压。
3 实验结果及讨论
气体吸附、解吸量计算公式
应用真实气体状态方程，将吸附平衡后的体积换算到标准状态下的气体体积。可以得到气体吸附 量。第一个吸附平衡压力P2所对应的吸附气体积为：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
式中：P1为第一次向标准室中注入气体的压力，MPa；P2为样品室第一个吸附平衡压力，MPa；Psc为 标准大气压，MPa；Vh为标准室体积，m3 ；Vφ为样品室孔隙体积，m3 ；Z1、Z2分别为压力P1和P2 对应的真实气体压缩系数。
第n个吸附平衡压力点P2（n）对应的气体吸附体积：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
气体吸附量：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
式中，m为样品质量，kg。
气体解吸量：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
式中，Q解为甲烷解吸量，m3/kg；V为甲烷解吸体积，m3。
页岩吸附等温线测定
在25℃条件下，测量了甲烷气体在页岩样品SN121中的 吸附等温线，实验结果如图3所示。从图3中可以看出，甲 烷的吸附量随压力升高而增大，压力影响气体吸附能力。在 平衡压力为时，岩样品的吸附量可达。
不同气体在页岩中的吸附实验结果及讨论
图3 25℃时SN121页岩样品 甲烷吸附等温线
实验分别测定了25℃条件下，甲烷、二氧化碳在同一种 页岩样品中的吸附性能，实验结果如图4所示。由图可见，在25℃和下，CH4、CO2在页岩SN121中的吸附气 量分别是、，二氧化碳在页岩中的吸附能力大约是甲烷的3倍，表明二氧化碳对 页岩的吸附能力大于甲烷。而且，甲烷和二氧化碳吸附规律都基本符合Langmuir等温吸附方程。Langmuir方程的拟合参数如表2所示。
表2 Langmuir方程拟合参数
图4 25℃条件下SN121页岩甲烷、二氧化碳等温 吸附线及Langmuir拟合曲线
页岩吸附解吸曲线测量结果及讨论
选取两种不同的页岩样品SN3、SN121进行 了甲烷吸附解吸等温实验，结果如图5和图6 所示。
由图5可见，甲烷在页岩样品中的吸附曲线 和解吸曲线并不重合，说明气体在页岩中吸附和 解吸在机理上存在明显差异，存在一定的滞后 效应。
由图6可见，随着压力的降低，甲烷的解吸 量增大，在压力较高时，曲线下降变陡，解吸量 较低压下增幅变大，压力越低，解吸量变化变 缓。当压力从降低到，解吸 量是；压力从降低到 ，解吸量是。高压下解吸量较大，说明快速降低地层压力有利于促进甲烷在页岩中 的解吸。
图5 25℃条件下，SN3、SN121页岩样品 甲烷吸附解吸等温线
图6 25℃条件下SN3页岩样品 甲烷解吸等温线
4 结论
（1）在等温条件下，页岩吸附甲烷的量随压力增加而增大，在低压时吸附量随压力增加较快，当压 力增大到一定值后，吸附量增加变缓。
（2）二氧化碳在页岩中吸附能力大于甲烷。
（3）甲烷、二氧化碳在页岩中吸附规律基本符合Langmuir方程，因而可以用Langmuir模型预测页 岩气在页岩中的吸附。
（4）随压力降低，甲烷解吸量增大，在压力较低时，解吸曲线变化较为平缓；压力较高时，曲线下 降变陡，解吸量较低压下增幅变大。甲烷解吸曲线与其吸附曲线不重合。
参考文献
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［18］Wang，.，Juang，.，Lee，.，et of exchangee surfactant cations on the pore structure and adsorption characteristics of Interface Sci，2004，280：27-35.
［19］Xiao-Chun Lu，Fan-Chang Li，Ted measurements in Devonian ，1995，74：599-604.
玩命学习就是看学习者对学习的态度，不同的目的就有不同感受。为了崇高的理想去奋斗，那就不是痛苦，就是乐趣，有担当精神，把学习作为一种乐趣，一种使命，他会心甘情愿地去承受，去迎接学习道路上的坎坎坷坷，并且勇于攀登高峰。会吃谜迷于其中，如痴如醉。学习如爬山爬山，必有难，难中必有苦，苦中必有甜。
玩命的学习是非常辛苦的，这样对自己成绩虽有很大的帮助，但是对身体影响也会不小。建议一定要劳逸结合。玩命学吧，每天晚上回到宿舍看书看到11点多，白天中午少睡会看书，早上5点半起来看书，高二最后期末考试，我考到年级150名，她却退步到200+名了（那时文理分科，我们理科大约有800人的样子，按成绩分开的话，基本上是级部前800名绝大部分进了理科）
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玩命学习就是看学习者对学习的态度，不同的目的就有不同感受。为了崇高的理想去奋斗，那就不是痛苦，就是乐趣，有担当精神，把学习作为一种乐趣，一种使命，他会心甘情愿地去承受，去迎接学习道路上的坎坎坷坷，并且勇于攀登高峰。会吃谜迷于其中，如痴如醉。学习如爬山爬山，必有难，难中必有苦，苦中必有甜。
大四时候，已经保研结束了，导师把我喊去，说咱们做页岩气，新东西，努力一把，毕业论文争取拿个省优下来，于是从第二天开始，我到校外(小南门)租了个房间，只有一张床的房间，在接下来的四个月里，我几乎没有睡过五个小时以上，白天去实验室或者图书馆，做做实验查阅文献，夜里就在我的闷热的小屋里码电脑，坚持不下去了，出去买包烟(只是点在手里)，每天睡前都是感觉自己要死过去的样子。终于有一天，我完成了论文的初稿，从另一个校区(文昌校区)的办公室里走出来，一看手机，已经三点了，我一个人走在路上，一边走，一边忍不住大声笑了出来，过瘾啊，八万字的论文定稿了，走着走着又想哭，鬼知道我经历了什么。我真的玩命了。好在论文拿下了省优，一系列小论文也陆续发表了出来，答辩老师对论文评价也很好。这篇论文和这四个月炼狱一样的日子也彻底改变了我，有什么熬不过去的事？我也真的喜欢上科研了，因为那一夜从办公室走出来的一路，真的像精神高潮一样，那种满足感，那种喜悦，就像吸毒一样，令人着
孙仁远1，2 张召召1 熊启勇3 胡新玉4 李泌5 傅钺1
（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛 266555； 2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京昌平 102249； 3.新疆油田公司采油工艺研究院 新疆克拉玛依 834000； 4.新疆油田公司风城油田作业区 新疆克拉玛依 834001； 5.新疆油田公司石西油田作业区，新疆克拉玛依 834001）
摘 要：页岩气是一种非常规天然气能源，主体上以吸附态和游离相同时赋存于具有生烃能力的泥页岩 地层中。美国在页岩气开发上取得巨大成功，使人们有理由相信页岩气将成为未来常规油气资源的重要接替 者。页岩气的吸附性是页岩的特性之一，页岩的吸附解吸性能评价对页岩气的开发十分重要。采用自行设计 的页岩等温吸附解吸实验装置，研究了页岩中甲烷、二氧化碳、氮气等气体的吸附解吸特性。结果表明，随 压力的增加，气体在页岩中的吸附量增加。25℃时，甲烷在1MPa的平衡压力下吸附量是，平衡压 力增加到10MPa时，吸附量增加到；不同气体在页岩中的吸附能力不同。甲烷、二氧化碳、氮气 在页岩中的吸附性强弱依次是二氧化碳大于甲烷，甲烷大于氮气。采用同一个页岩样品，在25℃、平衡压力 为5MPa时，氮气，甲烷、二氧化碳的吸附量依次是、、。甲烷和二氧化碳在 页岩中甲烷、二氧化碳在页岩中吸附规律基本符合Langmuir方程，可以用Langmuir模型预测页岩气在页岩中 的吸附；随压力降低，甲烷解吸量增大，在压力较低时，解吸曲线变化较为平缓，压力较高时，曲线下降 变陡，解吸量较低压下增幅变大，气体在页岩中的解吸存在一定的解吸滞后效应；不同的页岩样品吸附性 不同。
关键词：页岩气；吸附；解吸
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Sun Renyuan1，2，Zhang Zhaozhao1，Xiong Qiyong3，Hu Xinyu4，Li Mi5，Fu Yue1
（ of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Qingdao 266555，China； of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Changping 102249，China； of Oil Production Technology，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834000，China； Oil Production Zone，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834001，China； Oil Production Zone，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834001，China）
Abstract：Shale gas is an unconventional natural gas，mainly stored as a condensed phase on the shale matrix and organic well as free gas in the porous great success on shale gas development make people believe that shale gas will offset the deficiency of conventional oil and adsorption of shale gas on shale is one of properties of and desorption property evaluations in Shales is very important for shale gas self-designed laboratory apparatus was used for determining the adsorption and desorption properties of CH4，CO2，N2 in show that gas can be absorbed in adsorption increases with the increasing of equilibrium the temperature is 25℃and the equilibrium pressure is 1MPa，the adsorption of methane is the pressure increases to 10MPa，the adsorption become to adsorption is different with different adsorption ability of CO2 in shales is larger than CH4，and the adsorption ability of CH4 is greater than the temperature is 25℃and the equilibrium pressure is 5MPa，the adsorption of methane，nitrogen and carbon dioxide is ， and ， adsorption of CH4 and CO2 can be described by Langmuir desorption increases with the reducing of equilibrium the pressure is relatively low，the desorption is the contrast，The desorption become faster when the pressure is relatively are hysteresis effect when gas begin to be adsorption ability of gas in shales is different with different samples.
Key words：shale gas；adsorption；desorption
引言
页岩气是从页岩层中生产出来的一种非常规天然气［1～3］。气体在页岩中主要以溶解态、游离 态、吸附态存在，页岩中吸附气的含量约占总含气量的50％［4～9］。 Lane等［10］从试井数据中 分析页岩气藏中气体解吸参数、监测和估算气体解吸量。，等［11］研究了解吸罐测定吸 附气含量、气体组成和总的解吸时间，提出了一种精确估算损失气量，从而估算原始地质储量的 方法。Daniel .等［12］研究了页岩组成和孔隙结构对气体吸附的影响，得出甲烷吸附量随TOC 及微孔体积的增加而增大的结论。Ross等［13］研究得出页岩中甲烷吸附量与TOC正相关，页岩中 硅铝酸盐中存在纳米级孔隙［14～18］，对甲烷的吸附能力有重要影响。Chamelers［17］研究得出了白 垩系页岩甲烷吸附量随微孔体积的增加而增大。Xiao-chun Lu等［19］研究了泥盆系页岩吸附影响 因素，得出有机质、粘土含量、压力温度是影响页岩吸附的主要因素，但没有研究气体在页岩 中的解吸性质。页岩气的吸附解吸性质对页岩气的压裂增产和产量预测等具有重要的意义［10］。
采用自行设计的实验装置，测定了高压和室温下甲烷、二氧化碳、氮气在页岩中的等温吸附曲线。应用朗格缪尔方程［19］对曲线进行拟合，并分析了影响页岩吸附解吸性能的因素，为进一步研究页岩气 吸附解吸机理鉴定了基础。
1 实验材料及设备
实验材料
页岩样品（粉碎、过筛，颗粒直径为60～230目）。甲烷气体（瓶装，纯度为％）；二氧 化碳气体（瓶装，纯度为％）；氮气气体（瓶装，纯度％）；氦气（瓶装，纯度 为％）。
实验设备
自行研制的页岩吸附解吸性能评价装置如图1、图2所示。它主要包括真空泵、样品室、标准室、 高压气瓶等。
图1 页岩吸附性能评价系统示意图
图2 页岩解吸性能评价系统示意图
2 实验方法与步骤
模型制备
将现场取心得到的页岩样品粉碎、筛分、烘干、填装、压实，即得到实验用的页岩样品，其基本参 数见表1。
气体吸附性能评价步骤
（1）连接仪器，检查气密性。
（2）打开真空泵对系统抽真空。
（3）关闭样品室阀门7，打开阀门3、5，向标准室充入实验气体，关闭阀门3，记录压力 为P1（1）。
（4）打开阀门5，待标准室和样品室压力平衡后记录平衡压力之值P2（1）。
（5）关闭阀门7，打开阀门3，向标准室继续充入气体至P1（2），关闭阀门3，重复步骤4。
（6）重复步骤5直至实验压力P1（n）。
表1 页岩样品基本参数
气体解吸性能评价步骤
（1）连接好仪器，将气体最后一次吸附平衡的压力记为P2（1）。
（2）关闭样品室阀门5，降低标准室压力，记录此时的标准室压力P1（1）。
（3）待压力稳定后打开样品室阀门5，待样品室和标准室压力平衡后记录平衡压力值P2（2）。
（4）重复步骤2和3，直至标准室压力降为大气压。
3 实验结果及讨论
气体吸附、解吸量计算公式
应用真实气体状态方程，将吸附平衡后的体积换算到标准状态下的气体体积。可以得到气体吸附 量。第一个吸附平衡压力P2所对应的吸附气体积为：
国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集
式中：P1为第一次向标准室中注入气体的压力，MPa；P2为样品室第一个吸附平衡压力，MPa；Psc为 标准大气压，MPa；Vh为标准室体积，m3 ；Vφ为样品室孔隙体积，m3 ；Z1、Z2分别为压力P1和P2 对应的真实气体压缩系数。
第n个吸附平衡压力点P2（n）对应的气体吸附体积：
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气体吸附量：
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式中，m为样品质量，kg。
气体解吸量：
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式中，Q解为甲烷解吸量，m3/kg；V为甲烷解吸体积，m3。
页岩吸附等温线测定
在25℃条件下，测量了甲烷气体在页岩样品SN121中的 吸附等温线，实验结果如图3所示。从图3中可以看出，甲 烷的吸附量随压力升高而增大，压力影响气体吸附能力。在 平衡压力为时，岩样品的吸附量可达。
不同气体在页岩中的吸附实验结果及讨论
图3 25℃时SN121页岩样品 甲烷吸附等温线
实验分别测定了25℃条件下，甲烷、二氧化碳在同一种 页岩样品中的吸附性能，实验结果如图4所示。由图可见，在25℃和下，CH4、CO2在页岩SN121中的吸附气 量分别是、，二氧化碳在页岩中的吸附能力大约是甲烷的3倍，表明二氧化碳对 页岩的吸附能力大于甲烷。而且，甲烷和二氧化碳吸附规律都基本符合Langmuir等温吸附方程。Langmuir方程的拟合参数如表2所示。
表2 Langmuir方程拟合参数
图4 25℃条件下SN121页岩甲烷、二氧化碳等温 吸附线及Langmuir拟合曲线
页岩吸附解吸曲线测量结果及讨论
选取两种不同的页岩样品SN3、SN121进行 了甲烷吸附解吸等温实验，结果如图5和图6 所示。
由图5可见，甲烷在页岩样品中的吸附曲线 和解吸曲线并不重合，说明气体在页岩中吸附和 解吸在机理上存在明显差异，存在一定的滞后 效应。
由图6可见，随着压力的降低，甲烷的解吸 量增大，在压力较高时，曲线下降变陡，解吸量 较低压下增幅变大，压力越低，解吸量变化变 缓。当压力从降低到，解吸 量是；压力从降低到 ，解吸量是。高压下解吸量较大，说明快速降低地层压力有利于促进甲烷在页岩中 的解吸。
图5 25℃条件下，SN3、SN121页岩样品 甲烷吸附解吸等温线
图6 25℃条件下SN3页岩样品 甲烷解吸等温线
4 结论
（1）在等温条件下，页岩吸附甲烷的量随压力增加而增大，在低压时吸附量随压力增加较快，当压 力增大到一定值后，吸附量增加变缓。
（2）二氧化碳在页岩中吸附能力大于甲烷。
（3）甲烷、二氧化碳在页岩中吸附规律基本符合Langmuir方程，因而可以用Langmuir模型预测页 岩气在页岩中的吸附。
（4）随压力降低，甲烷解吸量增大，在压力较低时，解吸曲线变化较为平缓；压力较高时，曲线下 降变陡，解吸量较低压下增幅变大。甲烷解吸曲线与其吸附曲线不重合。
参考文献
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［19］Xiao-Chun Lu，Fan-Chang Li，Ted measurements in Devonian ，1995，74：599-604.
当然是有的，但是这种井在我的家乡几乎是没有的。
要说中国页岩气最富足的地方，那莫非西南地区莫属。西南地区是我国页岩气最富足的地方，页岩气拥有量占比超过8成以上。
2014年的时候中石油在川南钻了479口页岩气生产井，累计产气量超过100亿立方米。而到了2021年，川南页岩气井已经打了1000多口，每年产值超过100亿。
这里面有你的家乡吗？
根据实际钻井资料和综合地质研究成果，川南页岩气主要分布在四川省内江、自贡、宜宾、泸州和乐山。优质页岩储层分布稳定，厚度大，质量好，资源量约万亿立方米，是中国页岩气资源最丰富的地区之一。
川南是川南盆地的简称。这里的川南不是狭义的川南省，而是川南盆地。四川盆地也是中国油气最多的盆地之一。四川盆地南部包括四川省的宜宾、自贡、泸州、内江，重庆西部的永川，云南省的昭通。
川南开发页岩气的企业主要是中石油和中石化。川南还创造了中国第一口页岩气，包括中国第一口页岩气井——韦201、中国第一口具有商业价值的页岩气井——宁201-、中国第一口页岩气井——陆203等。
整个川南页岩气已累计探明页岩气储量万亿立方米，每年生产页岩气100多亿立方米，成为中国最大的页岩气生产基地和第一个储量数万亿、产量数十亿的页岩气田。川南页岩气产量最高的页岩气已经突破4000万立方米/天。现在的中国石油西南油气田公司在中国页岩气勘探开发方面处于领先地位，它也是西南地区最大的页岩气开采勘探公司。
页岩气开采究竟有没有经过你的家乡？欢迎评论区留言分享您的观点！
5．1川渝地区页岩气资源潜力1侏罗系页岩气资源潜力1113侏罗系中统和下统是四川盆地内暗色页岩发育的主要层系湖盆中心暗色页岩厚度最大其西侧附近的暗色页岩平均厚度45m南充至重庆一线的东北部暗色页岩有效厚度50m以上最大厚度达379m四川盆地东部地区暗色页岩有效厚度平均为142m川北地区暗色页岩有效厚度平均为96m川中地区暗色页岩有效厚度平均为45m生油量127．05×108t生气量8×1012m3川西地区侏罗系红层中所夹的暗色页岩厚度为47．5m114m钻探中还发现沥青生气量为5．6118．26×1012m32二叠系页岩气资源潜力14二叠系上统顶部发育有海相深水沉积的暗色页岩即大隆组烃源岩四川盆地北部分布有4个大型海槽城口―鄂西海槽开江―梁平海槽广元―旺苍海槽和松潘―甘孜海槽此前的钻探已表明前三个海槽地区均有大隆组暗色页岩广泛分布大隆组暗色页岩的厚度有从西向东变薄的趋势广元―旺苍海槽区14口井钻遇大隆组地层厚度平均32．34m开江―梁平海槽7口井钻遇大隆组地层厚度平均22．86m城口―鄂西海槽区6口井钻遇大隆组地层厚度平均15．67m大隆组暗色页岩分布面积很大如开江―梁平海槽相区内分布的面积约2．5×104km23志留系页岩气资源潜力志留系是我国南方地区的重要烃源岩特别是志留系下统地层是四川盆地上覆碳酸盐岩气藏天然气主要补充来源尤其为盆地东部地区石炭系云岩气藏集中存在发挥了重要的作用川南地区志留系下统页岩气资源很丰富中石油于2006年的资源调查成果丰硕威远地区的筇竹寺组和泸州地区的龙马溪组暗色页岩均有页岩气成藏的地质条件威远阳高寺和九奎山区域158口井前期钻井资料复查普遍有气显示威5井筇竹寺组暗色页岩井段钻井显示气浸和井喷在未进行裂缝型气藏解堵措施条件下获得天然气产量2．46×104m3d泸州地区龙马溪组暗色页岩地层几口井资料复查也有不同级别的气显示威远和泸州两地区的两套暗色页岩地层页岩气资源初步评估就多达6．88．4×1012m3相当于四川盆地内的常规天然气资源总量5．2开发建议当前我国页岩气资源勘探开发尚处于初级阶段急需完成以下几个方面的工作1页岩气地质条件具有复杂性和特殊性非常规油气藏成藏条件复杂储层致密非均质性强属于低渗透储层渗透率极低而目前对川渝地区的页岩储层特征缺乏系统认识尚有待于全面而系统地勘探开发和评价建议借鉴国外技术手段对比川渝地区的储层和国外页岩气储层寻找页岩气富集区带和有利开发区2页岩气储层的钻完井技术包括直井和水平井以目前国内技术完全可以实现为了提高固井质量建议在成本允许的条件下采用泡沫水泥固井技术目前国内从页岩气井的钻探到储层改造均已具备了一定的技术基础但还未投入实践需要开展试验性的工作进行验证并从中摸索经验在开发初期可以先选择较浅深度2000m左右的页岩储层钻直井进行试验了解目的层特性获得钻井压裂和投产经验获取一定数据资料和施工经验后再向深井深度3000m4000m和水平井发展先期水平井压裂试验应在单支水平井中进行积累一定成功经验后再试验同步压裂等技术73储层改造技术方面建议借鉴国外经验在产层初期改造时可采用水力压裂工艺对于水平井可采用较为成熟的分段水力喷射射孔压裂技术此外对水力压裂效果监测可尝试微地震监测技术根据四川志留系龙马溪组页岩样品矿物分析结果其中方解石平均含量为16．6%白云石平均含量为14．2%因此可以考虑通过酸压来提高储层渗透率但必须经过实验室分析测试后才能决定是否采用该工艺以及采用何种酸液体系建议在水平井水力压裂方面开发或引进类似DeltaStim技术的用于水平裸眼井段的增产滑套完井和多级压裂技术74根据川渝地区页岩储层的特点开发适合压裂施工所需的工作液体系
并没有，反而我们这个地方最多的就是煤，而且醋也比较出名，同时煤老板也比较多。
琚宜文 颜志丰 李朝锋 房立志 张文静
作者简介:琚宜文,男,博士,教授,博士生导师。中国科学院研究生院,北京市玉泉路甲19号,100049,,,
(中国科学院研究生院 地球科学学院 北京 100049)
摘要:煤层气和页岩气是重要的非常规资源。目前我国的煤层气产业已实现商业化生产,但页岩气还处于试验阶段。在一些能源盆地中,会同时存在煤层气和页岩气源岩,它们可能相邻或处于较近或较远层位。尽管煤层气和页岩气在气体的来源与赋存层位等方面有所不同,但是在富集特征、运移过程及开发技术方面具有一些共性。煤层气的富集主要是以吸附状态存在于煤层中,页岩气的富集是以吸附或游离状态存在于高碳质泥页岩中。煤层气和页岩气均储存于低孔低渗的储层中,它们的开采技术均包含评价技术、测试技术、钻井技术和储层改造技术等。如果在一个盆地中同时赋存有煤层气和页岩气,就可以考虑利用同一口井同时进行煤层气和页岩气开采,从而提高它们的开采效率,促进非常规天然气产业的快速发展。
关键词:煤层气 页岩气 富集特征 开发技术 储层改造
Commonness and Differences of Enrichment Characteristics and Mining Technology of China's Coalbed Methane and Shale Gas
JU Yiwen YAN Zhifeng LI Chaofeng FANG Lizhi ZHANG Wenjing
(College of Earth Science, Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, China)
Abstract: Coalbed methane and shale gas are important unconventional present, the coalbed methane industry of China has been produced commercially; however, the shale gas production is still at experi- mental source rocks of coalbed methane and shale gas will occur in some energy basin together,and they may be adjacent or in near or far coalbed methane and shale gas are different in their sources and occurrence layers etc., there are some common situation, such as the enrichment characteristics, the migrating procedure and the developing coalbed methane mainly enrichs in the coalbeds with adsorption state, while shale gas enriches in the high-carbon mudstone or shale with adsorption or free both coalbed methane and shale gas store in reservoirs with low porosity and permeability,and all their mining technolo- gy include evaluating, testing, drilling and reservoir stimulation both coalbed methane and shale gas occur in the same basin, then they can be exploited by the same well, therefore their exploiting efficiency will be im- proved, and the unconventional natural gas industry will be developed rapidly.
Keywords: coalbed methane; shale gas; enrichment characteristics; development technology; reservoir stimulation
1 前言
我国经济持续快速发展,能源需求不断增加,天然气需求迅速增长,预测2015年需求量1560亿m3,缺口约560亿m3,2020年需求量2930亿m3,缺口将达1000亿m3(王一兵等,2010)。在国际上煤层气和页岩气等非常规天然气是油气勘探的重要目标(Ross et al.,2008)。在我国增加常规油气产量非常困难的情况下,开发煤层气和页岩气等非常规资源,就成为我国能源可持续发展的现实选择。
煤层气和页岩气的勘探开发和利用首先由美国获得成功,2006年以来全美煤层气年产量稳定在540亿m3以上(李五忠等,2008),2009年美国的煤层气产量达到542亿m3。2009年美国页岩气生产井近98590口,页岩气年产量接近1000亿m3(崔青,2010),2010年,美国页岩气探明储量已逾60万亿m3,产量达1000亿m3,占其天然气总产量的1/5(新华网,2011)。煤层气和页岩气产业已成为美国举足轻重的能源工业。煤层气方面除美国外,加拿大、澳大利亚和中国等国家也已获得突破。截至2009年底,我国已建煤层气产能25亿m3,全年地面煤层气产量超过10亿m3(新华网,2011)。2010年地面煤层气抽采量为亿m3。页岩气方面除美国外,加拿大也开始了规模化生产,中国和澳大利亚等国也已开始了试验性研究。
在一些能源盆地中,会同时存在煤层气和页岩气源岩,它们可能相邻或处于较近或较远层位。在地质作用过程中,受生物化学作用或物理化学作用所产生的气体,会分别储存在煤层气或页岩气储层,若不同储层通过断层或裂隙相连通,可能会形成混合储层或相距很近的储层。尽管煤层气和页岩气在气体的来源与赋存层位等方面有所不同,但是在富集特征、运移过程及开发技术方面具有一些共性。在开采煤层气或页岩气的过程中,我们怎样才能够把相距较近两种储层的气体都采出来呢?如果两个储层相距较远的话我们能不能同时对煤层气和页岩气进行开采呢?
经过多年的探索、试验和研究,我国煤层气地质研究在煤层气赋存的地质过程与动力学机制研究、煤层气储集系统与聚散机制研究以及煤层气藏经济高效开发的场效应研究等方面均取得显著进展(秦勇,2003;汤达祯等,2003);同时,在选区评价技术、钻井技术、压裂技术、排采技术等开发技术上也取得重要突破(李嘉川等,2011)。近些年来,在页岩气勘探理论与技术方面也取得一定的成果(程克明等,2009;聂海宽等,2010;张金川等,2008)。
我国煤层气存在的问题是地质条件复杂——低渗透、低压力、低饱和度,开发理论与技术有诸多难题没有解决,储存运输困难,利用率低等问题;我国页岩气还处于研究阶段,没有开始试生产,对于页岩气的研究中渗流机理方面研究较少(刘德华等,2011)。对此应加强煤层气的基础理论研究,进一步提高对煤层气的认识程度,提高开采效率和资源利用率;对页岩气应加强富集特征与渗流机理的研究,形成系统的开发技术体系,以促进页岩气产业的发展。
本文在前人研究的基础上探讨煤层气和页岩气富集特征与开采技术的共性与差异性,研究的目的在于探索煤层气与页岩气富集的内在关系,煤层气与页岩气生成、演化与富集的机理,以及它们共同开发的可能性。因此,通过煤层气与页岩气富集特征与开采技术的比较研究,对于发展适合于我国地质条件的非常规天然气地质理论、推动我国非常规天然气产业的尽快形成均有所裨益。
2 煤层气与页岩气概念及其评价方法
煤层气俗称瓦斯,又名煤层甲烷,是与煤伴生、共生的气体资源,其主要成分为甲烷,含量组成为80%~99%,其次含有少量的CO2、N2、H2、SO2、C2H6等气体。煤层气主要以吸附态赋存于煤层孔隙表面或填隙于煤层结构内部,另外煤层裂隙与煤层水中存在少许游离气与溶解气。煤层孔隙及裂隙中的煤层气与煤层水形成特殊的水动力系统,只有当储层压力低于解吸压力时,煤层气才能解吸出来。
页岩气是从富有机质页岩地层系统中开采出来的天然气,是位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,主体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力的泥岩、页岩等地层中的天然气聚集。页岩气开发虽然产能低,但具有开采寿命长和生产周期长的优点。由于含气页岩分布范围广、厚度大,使得页岩气资源量巨大。因而,页岩气井能够长期地以稳定的速率产气,一般开采寿命为30~50年,长者甚至能达80年(Xia et al.,2009;李世臻等,2010)。
煤层气和页岩气都是自生自储、吸附成藏、连续聚集的非常规天然气,它们在概念特征上既有联系,又有区别,表1为煤层气和页岩气在概念特征上的比较。
表1 煤层气与页岩气概念的比较
煤层气和页岩气的富集有许多特征,如气体来源、储集介质等。评价这些特征需要许多方法(冯利娟等,2010),有些方法仅适合煤层气储层,有些方法仅适合页岩气储层,有些方法二者均适用。表2中列出了一些重要的评价方法。
表2 用于评价煤层气和页岩气储层的重要方法
(据冯利娟等,2010修改)
3 煤层气和页岩气的富集特征
煤层气和页岩气均为自生自储,吸附成藏的非常规天然气。页岩气富集区页岩厚度往往较大,裂隙发育,热演化程度合适,如美国的Barnett页岩(Bowker,2007;Zhao et al.,2007;Polastro,2007)。它们在富集特征上有许多相似之处,也存在着明显的不同。下面主要从源岩、生成与演化特征,储集与分布特征,渗流与运移特征等方面来对比研究煤层气藏以及页岩气藏的富集特征。表3列出了二者在富集特征上的一些异同。
表3 煤层气和页岩气在富集特征上的异同
4 煤层气与页岩气的富集机理
煤层气是煤在煤化作用过程中形成的天然气在源岩中的残留部分,煤层既是生气源岩又是储气层段,煤化作用过程中形成的天然气原地聚集或短距离运移,主要通过煤层的吸附作用(Scholl,1980;Tadashi et al.,1995)将天然气聚集起来,为典型的吸附富集机理。煤的储气能力与煤的煤岩组分、变质程度、温度和压力有关。因此,煤层气在聚集方式、动力类型以及成藏特征等方面与常规天然气藏有较大差别(张金川等,2008)。由于煤层气主要以吸附作用为主,吸附气含量通常大于80%,游离气和溶解气比例很小,因此,可以不需要通常的圈闭存在。只要有较好的盖层条件,能够维持相当的地层压力,无论在储层的构造高部位还是低部位,都可以形成气藏(褚会丽等,2010)。
页岩气富集机理具有典型的“混合型”特征。根据不同富集条件,页岩气富集可表现为典型吸附机理、活塞富集机理或置换富集机理。第一阶段是天然气的生成与吸附,具有与煤层气相同的富集成藏机理(张金川等,2003);第二阶段发生在生气高峰;随着页岩生气过程的继续,页岩有机质颗粒所提供的最大吸附气量不足以满足所生成的天然气聚集需求时,游离态天然气开始出现。随着生气过程的继续,天然气在地层中逐渐形成高压,从而导致沿页岩的薄弱面小规模裂缝的形成,天然气开始在裂缝中以游离态运移聚集。由于页岩孔隙及微裂缝具有孔喉细小的特征,游离态天然气对地层水的排驱为活塞式整体排驱富集机理。如果天然气生成量继续增加,则天然气选择大孔隙通道进行置换式运移,气上水下,表现为裂缝系统中的置换富集机理(徐波,2009)。
煤层气和页岩气均产自于能源盆地,煤层气源岩的煤岩形成于适宜植物生长的沼泽环境中,页岩气源岩的页/泥岩形成于深湖相或湖泊中心相(Law,2002)。经沉降埋藏成岩后,受构造变动的影响岩石产生断层和裂隙,因此造成不同层位间孔隙和裂隙的连通。有机质经埋藏和变质作用,有机碳开始产生气体。随着变质作用的进行,油气成熟度越来越高,气体生成量也越来越大,生成的气体大部分被吸附在煤层和页岩等不同储层中,部分会沿着断裂和裂隙运移。如果煤层气储层和页岩气储层相邻或相距很近,煤层气和页岩气就可能会形成两个相邻或相近的气体储层,由于气体的运移在两个储层相邻或相近的情况下甚至可能出现煤层气和页岩气的混合储层。
5 煤层气与页岩气的开发技术
煤层气和页岩气开发的关键技术首先是评价技术,采用地质、测井等方法评价源岩(储层)的性能、含气量、分布范围和丰度等参数,确定储层性能和开采的有利区域;测试技术,对含气量、吸附性能、微观裂隙、渗透率等储层参数进行测试;储层改造技术,如压裂技术和水平钻井技术,水平钻井技术指从水平井筒钻出多水平井段,非常有利于低渗储层的技术改造。
煤层气的开发技术有:(1)钻井技术,包括钻井和完井技术。如水平井钻井技术、空气欠平衡钻井技术、保护储层的钻井技术等,是煤层气孔经济、高效、快速成孔的关键;(2)储层改造技术,煤层气储层属于低孔低渗的储层,进行商业性生产需对储层进行改造,储层改造措施是提高煤层气产量的重要措施,压裂技术是储层改造的重要技术,如清洁压裂液压裂技术、水力加砂压裂技术、氮气泡沫压裂技术等增产改造技术的试验与应用、井下微地震压裂裂缝监测试验;(3)排采技术,把煤层气从地下抽到地面所采取的技术;(4)煤层气田的低压集输工艺技术,包括集中式压缩机站与分散式撬装液化装置等技术。
页岩气的开发离不开储层的改造技术,美国的Barnett页岩就是经水力压裂后才开始产气的(Zhao et al.,2007)。技术的进步推动了页岩气水平井的发展,在Barnett页岩气藏中,90%的新井都是水平井(冯利娟等,2010);储层压裂及重复压裂技术(邹才能等,2011)大幅度提高了页岩气产量,对页岩气商业性开采起着决定作用。
煤层气和页岩气均为非常规天然气,它们的开发技术有许多相同的地方。假如在一个盆地中同时赋存有煤层气和页岩气,那么如果能够利用同一口井同时进行煤层气开采和页岩气开采,则和单一气体开采相比,单井在产气量和开采寿命上均应该会有所提高。因此可以提高天然气生产企业的经济效益。
6 结论与认识
煤层气和页岩气同为非常规天然气,它们在储层特征、富集机理和开采技术等方面存在许多相同的地方,但二者之间也有明显的差异。
(1)煤层气和页岩气都是自生自储、吸附成藏、连续聚集的非常规天然气。通过气体来源、气体组成、气体成因、赋存状态、赋存方式等比较了它们在概念特征上的联系和区别。评价煤层气和页岩气储层特征有不同的方法,有些方法仅适合煤层气储层,有些方法仅适合页岩气储层,有些方法二者均适用。
(2)煤层气和页岩气在富集特征、运移过程及开发技术方面具有一些共性,但在气体的来源、赋存层位及保存条件等方面有所不同。煤层气的富集主要是以吸附状态存在于煤层中,页岩气的富集是以吸附或游离状态存在于高碳质泥页岩中;煤层气富集需要有合适的盖层条件和水文地质条件,而页岩气的富集不需要附加的盖层条件和水文地质条件。
(3)煤层气的富集主要是通过吸附作用将天然气聚集起来,为典型的吸附富集机理;页岩气富集机理具有典型的“混合型”特征。根据不同富集条件,页岩气富集可表现为典型吸附机理、活塞富集机理或置换富集机理。
(4)煤层气储层和页岩气储层均为低孔低渗的储层,开采时均需要采取储层改造增渗技术,如水平井技术和储层压裂技术等。如果在一个盆地中同时赋存有煤层气和页岩气,就可以考虑利用同一口井同时进行煤层气和页岩气开采,从而提高它们的开采效率。
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文献综述是对某一方面的专题搜集大量情报资料后经综合分析而写成的一种学术论文， 它是科学文献的一种。格式与写法文献综述的格式与一般研究性论文的格式有所不同。这是因为研究性的论文注重研究的方法和结果，特别是阳性结果，而文献综述要求向读者介绍与主题有关的详细资料、动态、进展、展望以及对以上方面的评述。因此文献综述的格式相对多样，但总的来说，一般都包含以下四部分：即前言、主题、总结和参考文献。撰写文献综述时可按这四部分拟写提纲，在根据提纲进行撰写工。前言部分，主要是说明写作的目的，介绍有关的概念及定义以及综述的范围，扼要说明有关主题的现状或争论焦点，使读者对全文要叙述的问题有一个初步的轮廓。主题部分，是综述的主体，其写法多样，没有固定的格式。可按年代顺序综述，也可按不同的问题进行综述，还可按不同的观点进行比较综述，不管用那一种格式综述，都要将所搜集到的文献资料归纳、整理及分析比较，阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述，主题部分应特别注意代表性强、具有科学性和创造性的文献引用和评述。总结部分，与研究性论文的小结有些类似，将全文主题进行扼要总结，对所综述的主题有研究的作者，最好能提出自己的见解。 参考文献虽然放在文末，但却是文献综述的重要组成部分。因为它不仅表示对被引用文献作者的尊重及引用文献的依据，而且为读者深入探讨有关问题提供了文献查找线索。因此，应认真对待。参考文献的编排应条目清楚，查找方便，内容准确无误。关于参考文献的使用方法，录著项目及格式与研究论文相同，不再重复。
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