发布时间 : 星期日 文章Fractured shale-gas systems 裂缝性页岩气系统（陈威威） - 图文更新完毕开始阅读
Fractured shale-gas systems
2000)。1979～1999年间，页岩气的产量增加了6倍多 (图 3)。1998年，页岩气储藏占全美干气总产量的1.6％，占天然气探明储量的 2．3％(能源信息署 ，1999)。
3 地质结构
3.1密歇根盆地Antrim页岩
Antrim页岩属于广布于中一晚泥盆纪古北美大陆的富含有机质的页岩沉积系统 的一部份 (图4)。内克拉通密歇根盆地曾是沿东内部海道分布的沉积中心之一。该盆地 内充填的沉积物厚度大于17000英尺(大于5182m)，其 中 900英 尺 (274m)为Antrim页岩及共生 的泥盆纪一密西西比纪岩层。在现代构造盆地中心 ，Antrim 页岩底部的埋深 (海平面下)约 2400英尺 (732m)(Matthews，1993)。Antrim页岩的地层相对单一 (图 5)。 钻井通常在 Antrim 页岩下部的 Lachine和 Norwood段完井，其累积厚度约 160英尺 (49m)(图6)。Lachine和 Norwood段岩层的总有机碳含量(重量百分比)为 0.5～24％。这套黑色页岩富含石英 (20～41％微晶石英和风成粉砂 )，有大量的白云岩和石灰岩结核 ，以及碳酸盐、硫化物和硫酸盐胶结物。Antrim页岩下部的Paxton段为泥状灰岩和灰色页岩互层 (Martini等 ，1998)，总有机碳含量为 0．3～8％，硅酸盐 7～30％。根据化石藻 Foerstia的对比结果，在 Antrim页岩上部、阿巴拉契亚
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盆地的 Ohio页岩的 Huron段 (图 7)、以及伊利诺伊盆地新 Albany页岩的 Clegg溪段建立了等时代层序 (Roen，1993)。Antrim下段页岩中的大型构造相对简单(图8)。
表 1 五套页岩气 系统的
地质 、地球化学和储层参数
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Antrim页岩含油气系统的圈闭和盖层是隐蔽的，以下将对此进行讨论。表1讨论了Antrim页岩含气系统和美国其它4个页岩含气系统的主要地质、地球化学和工程参数，这些参数变化范围大，属典型的非常规气藏。勘探和开采数据所需的实验室和现场测试专业技术及对低孔隙度和特低渗透性气藏的地层评价技术都是由美国能源部和天然气技术研究院制定的（Luffel 等，1992；Lancaster,1996；Frantz,1999）。图 9表示以下五个关键参数值的变化范围：(1)镜质体反射率 (R0，％)，干酪根的热成熟度指标 ；(2)天然气中的吸附气部份 ；(3)储层厚度 ；(4)总有机碳；(5)每英亩一英尺储层的天然气地质储量 。每一个盆地的这五个参数经标准化后 ，其最大值为5，最小值为0。对图9的观察说明，其它富含有机质的裂缝性页岩的参数尽管与 Antrim页岩有很大的差别 ，但是它们仍然可以产商业性天然气。除了页岩气生产初期不需要大量脱水以外，其共生水与典型煤成甲烷的共生水产出类似 (Ayers，2002)。Antrim 页岩的天然气生产，至少在短期内，已趋于稳定。1998年 ，其产量为 195×109立方英尺 (Hill 和Nelson，2000)。1999年，6500口生产井共产气 190×109 立方英尺 ，比1998年约降低 2％。大多数生产井位于密歇根盆地北部 (北部生产区)(图 1，6)。
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单井平均日产气量为 116×103立方英尺，日产水量30桶 。在北部生产区，发现了两组主要的天然裂缝 ，一组为北西向，另一组为北东向，其倾角近于垂直或垂直。这些裂缝通常未被胶结或者仅有很薄的方解石包覆层 (Hoist和Foote，1981；Decker等，1992；Martini等，1998)，其垂直延伸距离为几米 ，地面露头上 的水平延伸范围达几十米 。人们试图在生产区以外的 Antrim 页岩中生产天然气 ，尽管也钻到了富含天然气的有机质页岩，但其天然裂缝不发育，因而渗透率很低 (Hill和 Nelson，2000)。Antrim页岩的天然气不是产自单个的气田。但是，像其它连续型天然气聚集一样，Antrim页岩在较广阔的地区内为天然气所饱和。只要对现有的天然裂缝采取增产措施就有可能产出商业性天然气 (Milici，1993 Hill和Nelson，2000)。有充足的证据表明，20世纪90年代初期，在北部生产区以南和以东的钻井中，发现
较深的Antrim 页岩为甲烷所饱和 ，但其渗透率低不能产气 (图6)。Antrim 页岩气似乎具有双重成因，即干酪根经热成熟作用而形成的热成因气和甲烷菌代谢活动形成的微生物成因气(即生物成因气)。根据Martini等 (1998)对地层水化学、采出气和地质历史的综合研究结果 ，北部生产区的采出气应以微生物气为主；十分发育的裂缝网络不仅使 Antrim 页岩内的天然气和原生水发生运移 ，而且使其中有上覆更新统冰碛物含水层中的含菌雨水侵入。甲烷和共生地层水的氘 (重氢)同位素组成 (泐 )为天然气的细菌甲烷成因提供了强有力的证据。Martini等 (1998)认为裂缝发育和冰川作用之间存在动态关系，即多次冰席载荷形成的水力压头加速了先存天然裂缝的膨胀并使其中有雨水补给从而有利于甲烷成因气的生成。根据甲烷/乙烷 +丙烷比值以及采出乙烷的碳同位素 (δ13C)组成 ，Antrim 页岩中也有少量(<20％)的热成因气。热成因气组分在向盆方向，即向干
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