頁(yè)巖氣解吸

對(duì)于煤層氣的解吸過程研究，最早應(yīng)用于煤礦礦井安全。此后，由于解吸法可直接獲取樣品的儲(chǔ)存氣量，逐漸被認(rèn)為是煤層氣含量評(píng)價(jià)的最可靠方法。由于頁(yè)巖氣和煤層氣在賦存狀態(tài)和理化特性上有一定相似性，頁(yè)巖含氣量的直接測(cè)定法也延用了煤層氣含量直接測(cè)定法的基本思路。20世紀(jì)70年代，Bertard等首先提出了對(duì)煤層氣含量的直接測(cè)定法。其后，美國(guó)礦務(wù)局對(duì)直接法進(jìn)行修正和標(biāo)準(zhǔn)化，提出了USBM法。該方法采用排水集氣的原理，測(cè)定解吸氣和殘余氣量，用直線回歸法估算損失氣。也是目前直接測(cè)定頁(yè)巖含氣量的基本方法。

USBM法解吸裝置主要由解吸罐和收集量筒2部分組成。如概述圖所示。樣品裝到解吸罐后，通過導(dǎo)管將氣體導(dǎo)入裝水的倒置量筒中，通過記錄不同時(shí)刻的排水量換算成解吸氣量。其后的20多年里，針對(duì)解吸數(shù)據(jù)的處理，先后衍生了下降曲線法、改進(jìn)的直接法、Smith－Williams法、Amoco法等方法。20世紀(jì)90年代，澳大利亞研究人員對(duì)USBM法的解吸裝置進(jìn)行優(yōu)化，采用多個(gè)氣缸串聯(lián)的方法收集氣體，當(dāng)一個(gè)氣缸收集滿后，解吸氣會(huì)自動(dòng)開始填充下一個(gè)氣缸。同時(shí)，該方法提出用酸化鹵水作為排空液，以減小CO2等氣體在水中的溶解。SCI－RO－CET快速解吸法則在解吸罐中加入了不銹鋼珠，用USBM法獲得損失氣后，直接在解吸罐中將樣品破碎，獲取解吸氣和殘余氣的總量，以此提高解吸效率。美國(guó)天然氣研究所（GRI）指出，含氣量最大的誤差來源于在地表溫度下進(jìn)行解吸，因此GRI法采用水浴后達(dá)到地層溫度的解吸數(shù)據(jù)來恢復(fù)損失氣。同時(shí)，GRI法對(duì)USBM法的解吸時(shí)間零點(diǎn)進(jìn)行了修正，USBM法將提鉆到一半時(shí)定為解吸時(shí)間的零點(diǎn)，而GRI將零點(diǎn)定為鉆井液的靜水壓力與儲(chǔ)層壓力相等時(shí)，因而需要測(cè)量取心過程中的壓力變化史。

我國(guó)煤層氣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仍采用排液集氣的方法，并采用USBM直接法擬合損失氣含量。解吸罐要求體積1　000cm3以上，樣品要求不少于800g。樣品裝罐后第一次5min以內(nèi)測(cè)定，然后以10min間隔測(cè)滿1h，以15min間隔測(cè)滿1h，以30min間隔測(cè)滿1h，以60min間隔測(cè)滿1h，以120min間隔測(cè)試2次，其后根據(jù)解吸罐壓力表數(shù)值確定適當(dāng)?shù)拈g隔時(shí)間，最長(zhǎng)不超過24h。自然解吸持續(xù)到連續(xù)7d平均每天解吸量不超過10cm3，結(jié)束解吸測(cè)定。隨著煤層氣和頁(yè)巖氣在我國(guó)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)近年來也對(duì)解吸裝置進(jìn)行了不斷的優(yōu)化，并在這方面取得了一定數(shù)量的專利成果。從專利的發(fā)展歷程不難看出，頁(yè)巖氣解吸裝置基本由解吸罐和收集端2部分組成，但通過檢測(cè)手段的不斷更新，解吸氣的測(cè)量在朝向小體積、少樣品、高精度及多組分在線測(cè)定的方向發(fā)展。

由于損失氣的不可測(cè)量性，通過解吸裝置獲取解吸數(shù)據(jù)僅僅是第一步。根據(jù)解吸規(guī)律以及理論假設(shè)的不同，需要對(duì)解吸數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析等相應(yīng)的處理，方能獲得損失氣的含量，從而得到頁(yè)巖樣品的含氣量數(shù)據(jù)。

雖然頁(yè)巖氣的解吸分析中大多沿用煤層氣的處理方法，但頁(yè)巖氣的解吸行為并不完全與煤層氣相同。Javadpour等的研究結(jié)果表明，甲烷等氣體從頁(yè)巖樣品中溢出需要依次經(jīng)過4個(gè)階段：①在微孔中的擴(kuò)散，符合菲克擴(kuò)散定律；②在納米孔中的擴(kuò)散，符合努森擴(kuò)散定律；③從干酪根和黏土礦物的表面向孔隙網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散；④從干酪根和黏土的內(nèi)部向其表面的擴(kuò)散。陳強(qiáng)等認(rèn)為，在頁(yè)巖多尺度孔隙中，頁(yè)巖氣的傳質(zhì)方式為無滑脫滲流、存在滑脫滲流、過渡流動(dòng)以及分子擴(kuò)散等。吳劍等則采用微元法分析了自由氣體滑脫流動(dòng)、克努森擴(kuò)散、孔隙壁面氣體解吸和溶解氣體從干酪根擴(kuò)散等過程，推導(dǎo)出了頁(yè)巖氣在基質(zhì)孔隙中的滲流模型。因此，頁(yè)巖氣的解吸規(guī)律可能不同于煤層氣解吸速率不變的球形擴(kuò)散模型。由于頁(yè)巖的物性結(jié)構(gòu)并不符合單孔隙模型的假設(shè)，在解吸過程中，解吸速率會(huì)隨時(shí)間而變化。對(duì)于頁(yè)巖氣的解吸來說，高斯分布模型要優(yōu)于常規(guī)煤層氣的球形擴(kuò)散模型。 2100433B

頁(yè)巖含氣量是計(jì)算頁(yè)巖氣資源潛力、儲(chǔ)量預(yù)測(cè)的重要參數(shù)，并對(duì)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)具有重要的意義。頁(yè)巖含氣量是指每噸頁(yè)巖中所含天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0℃，101．325kPa）下的體積，包括游離氣、吸附氣和溶解氣。頁(yè)巖含氣量的確定目前缺乏專門的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要參照煤層氣行業(yè)的技術(shù)方法。含氣量的確定方法大致可分為直接法和間接法2個(gè)大類。直接法即解吸法，是指通過測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)鉆井巖心或有代表性巖屑的解吸行為獲取實(shí)際含氣量。間接法則是通過等溫吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)M以及測(cè)井解釋等方法分別獲取吸附氣和游離氣的含量。由于吸附和解吸過程并不完全可逆，等溫吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法完全依賴于理論計(jì)算，獲得的結(jié)果往往比頁(yè)巖的實(shí)際含氣量大，一般只有缺少現(xiàn)場(chǎng)解吸數(shù)據(jù)時(shí)才用來定性地評(píng)價(jià)頁(yè)巖含氣量。而解吸法能夠在模擬地層實(shí)際環(huán)境的條件下直接測(cè)定頁(yè)巖的含氣數(shù)量，較為可靠，因此被作為頁(yè)巖含氣量測(cè)定的最基本方法。

巖心解吸方式包括快速解吸和慢速解吸2種方法?？焖俳馕臅r(shí)間短，一般在8～24h之間，總解吸氣量包括損失氣、解吸氣和殘留氣3部分；慢速解吸的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)45d以上，總解吸氣量包括損失氣量和解吸氣量2部分。其中，損失氣為巖心地層鉆開后到裝罐前散失的氣量，損失氣的起算時(shí)間為巖心提至鉆井液壓力等于頁(yè)巖層流體壓力的時(shí)間，或采用提鉆到井深一半的時(shí)間。解吸氣包括巖心裝罐解吸獲得的天然氣和為獲取殘留氣在碎樣過程中釋放的天然氣2部分；殘留氣為樣品粉碎到一定目數(shù)后解吸獲得的天然氣量。解吸氣和殘留氣都可以通過直接測(cè)定，而損失氣卻是通過各種數(shù)值方法，進(jìn)行回歸獲得。因此，準(zhǔn)確獲取損失氣的含量成為了解吸法測(cè)定頁(yè)巖氣含氣量的關(guān)鍵之一。解吸數(shù)據(jù)的處理方法主要借鑒煤層氣的經(jīng)驗(yàn)，包括USBM法、修正的直接法、Smith－Williams法、下降曲線法和Amoco法等。不同方法有不同的適用性，而在實(shí)地解吸過程中，環(huán)境因素等控制條件也對(duì)正確擬合損失氣含量存在一定影響。

一般來說，為了提高頁(yè)巖含氣量測(cè)量的準(zhǔn)確性，實(shí)地解吸工作中需要滿足以下條件：最大化巖心恢復(fù)率，盡量減小提鉆、封罐等準(zhǔn)備工作的時(shí)間；解吸罐需要放置在恒定的溫度下，且溫度與儲(chǔ)層溫度相等；全程記錄好氣體體積、壓力、罐溫、空氣溫度等環(huán)境參數(shù)；氣體體積需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；校正自由空間的體積。

從上述要求不難看出，解吸裝置本身數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度是關(guān)鍵的影響因素。不同解吸裝置對(duì)于解吸過程的處理也使得結(jié)果存在差別。例如，解吸罐中加入鋼珠的快速解吸法可對(duì)樣品進(jìn)行球磨，從而較早進(jìn)入殘余氣解吸階段，相對(duì)傳統(tǒng)方法可提高測(cè)試效率，并且避免了常規(guī)方法中多次開閉解吸罐造成的誤差；采用飽和食鹽水可有效減少CO2等氣體的溶解；電子天平稱液法、壓力傳感器、氣體流量計(jì)、氫火焰離子化檢測(cè)器等量氣法相對(duì)傳統(tǒng)排液量氣法有更高的測(cè)量精度；空氣浴相對(duì)水浴可避免水浴加熱存在100℃上限的問題。

環(huán)境因素和取心過程對(duì)解吸結(jié)果會(huì)有一定的影響。當(dāng)?shù)孛鏈囟让黠@低于儲(chǔ)層溫度，煤樣中氣體解吸速率明顯偏低。頁(yè)巖樣品從取心到封罐解吸，溫度會(huì)經(jīng)過一個(gè)先降低后升高的過程。在解吸初期，解吸罐中巖樣在水浴里不能立刻平衡到儲(chǔ)層溫度，因此其前幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)的解吸速率會(huì)偏低，并不能正確地反映解吸規(guī)律。在計(jì)算損失氣量時(shí)，如果使用了未平衡的測(cè)量點(diǎn)，會(huì)造成計(jì)算結(jié)果偏小。而取心時(shí)間或者暴露時(shí)間過長(zhǎng)，同樣會(huì)導(dǎo)致?lián)p失時(shí)間的過長(zhǎng)，從而造成損失氣計(jì)算結(jié)果偏小。

解吸劑需具有如下性質(zhì)：

1、吸附劑對(duì)解吸劑的吸附能力和對(duì)二甲苯相近或稍微弱一些，只有這樣才有利于兩者在吸附劑上進(jìn)行吸附交換。

當(dāng)吸附劑外液相中對(duì)二甲苯濃度大于吸附劑內(nèi)對(duì)二甲苯濃度時(shí)，對(duì)二甲苯就能將吸附劑內(nèi)的解吸劑解吸下來；當(dāng)吸附劑外液相中解吸劑濃度大于吸附劑內(nèi)解吸劑濃度時(shí)，解吸劑就能將吸附劑內(nèi)的對(duì)二甲苯解吸下來。

若解吸劑被吸附的能力很強(qiáng)，那么吸附了解吸劑的吸附劑與新鮮原料接觸時(shí)，就無法再吸附原料中的對(duì)二甲苯，這樣吸附分離過程也就無法進(jìn)行。同樣，解吸劑被吸附能力很弱，也就無法解吸被吸附的對(duì)二甲苯。

2、解吸劑和被解吸物質(zhì)及原料中其他物質(zhì)之間的沸點(diǎn)差要大，便于用精餾方法分離。

3、解吸劑純度要高，如果帶有雜質(zhì)可能會(huì)影響吸附劑的吸附性能，使吸附劑劣化，同時(shí)影響產(chǎn)品的純度。

4、解吸劑必須具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。

符合條件的物質(zhì)有甲苯、對(duì)二乙基苯等，但是，若采用甲苯作為解吸劑，由于與吸附分離單元經(jīng)常聯(lián)合應(yīng)用的異構(gòu)化工藝，在其反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生與甲苯沸點(diǎn)相近的環(huán)烷烴產(chǎn)物，使后續(xù)精餾過程甲苯的回收、提純發(fā)生困難；其次是甲苯沸點(diǎn)較低，在精餾中是塔頂產(chǎn)品，而甲苯作為解吸劑比抽出和抽余產(chǎn)品的數(shù)量更大，將大量的物料作為塔頂產(chǎn)品，顯然能耗較大。而對(duì)二乙基苯是C₁₀組分，沸點(diǎn)比C₈芳烴高很多，易于精餾分離，且作為塔底產(chǎn)品又不會(huì)受到輕組分污染。因此，目前PX吸附分離單元采用的解吸劑多為純度大于95%的對(duì)二乙基苯（PDEB）。

降壓和負(fù)壓解吸只是靠改變系統(tǒng)的壓力來實(shí)現(xiàn)的。在許多情況下，由于壓力條件的限制，解吸往往不可能充分進(jìn)行，尤其是對(duì)溶解度較大的組分更難充分解吸，需要進(jìn)一步用其它手段提高組分的解吸程度。解吸劑作用下的解吸，則是普遍采用的有效方法。常用的解吸劑是惰性氣體、水蒸汽、溶劑蒸汽和貧氣。

1、惰性氣流或貧氣中的解吸

這種解吸是逆流接觸過程。在采用惰性氣體為解吸劑的解吸塔中，惰性氣體自下而上從塔底進(jìn)入，與由上而下的液體逆流接觸。由于溶質(zhì)組分不斷地從液相轉(zhuǎn)入汽相，液相中組分的濃度將會(huì)由上而下逐漸降低，而汽相中組分的濃度則由下而上逐漸增大。 可見，塔中汽，液相組分濃度的變化規(guī)律恰好與吸收過程相反。

在某些情況下，解吸劑并不是惰性氣體，而是含有溶質(zhì)組分的氣體。當(dāng)然，解吸組分的汽相分壓必須低于平衡分壓（故稱為貧氣）。 其它組分可以是溶解度較大的溶質(zhì)，其汽相分壓也可能比平衡分壓大，它們?cè)谶^程中被下降的溶液所吸收。這就是說，在同一個(gè)塔小同寸進(jìn)行著吸收和解吸。在塔的一定范圍內(nèi)，對(duì)一些組分是吸收；對(duì)另一些組分卻是解吸。

2、直接蒸汽解吸

為了使解吸在較高的溫度下進(jìn)行，可以用水蒸汽作為解吸劑。 飽和水蒸汽或過熱水蒸汽從解吸塔底部通入，迎著下降的液流上升。它除了起到降低組分在汽相的分壓，導(dǎo)致解吸的作用外，由于蒸汽溫度高于溶液溫度，且通常是高于溶液的沸點(diǎn)，因而溶液將被加熱，從而促進(jìn)了解吸的進(jìn)行。

比較簡(jiǎn)單的理想情況是將吸收液預(yù)熱到沸點(diǎn)再送入解吸塔。這時(shí)，溶液沿整個(gè)塔高都處于一定的沸點(diǎn)溫度下，如果不消耗熱量于組分的解吸（認(rèn)為氣態(tài)組分的微分溶解熱等于零），且沒有對(duì)環(huán)境的熱損失，那么，解吸將在等溫下進(jìn)行。實(shí)際的情況要復(fù)雜一些。解吸過程中必然要消耗一定的熱量，當(dāng)解吸劑是飽和水蒸汽時(shí)，將發(fā)生蒸汽的部分冷凝以抵償這些熱量消耗，當(dāng)解吸劑是過熱蒸汽時(shí)，消耗的熱量靠過熱蒸汽的顯熱來抵償。實(shí)際的解吸過程并不是等溫過程。

3、間接加熱蒸汽解吸

如圖1所示，解吸塔下面設(shè)有再沸器（間壁式換熱器）。

液體從塔頂進(jìn)入并向下流動(dòng)，液相濃度逐漸降低，轉(zhuǎn)入汽相的組分量也逐漸減少。液體流入再沸器中受熱而沸騰，部分汽化形成的蒸汽自下而上與含被解吸組分的液體相向而遇，進(jìn)行熱量交換和質(zhì)量交換。

由上述可知，間接加熱蒸汽解吸過程的解吸劑是來自被解吸液體本身汽化所產(chǎn)生的蒸汽，而不是從外部引入的。這種解吸過程實(shí)質(zhì)上就是吸收劑和組分混合物的精餾，與精餾塔的提餾段操作相似。 2100433B

頁(yè)巖氣形成原因

前人對(duì)美國(guó)5大頁(yè)巖氣盆地頁(yè)巖氣的成因研究表明，頁(yè)巖氣可以通過以下2種途徑演變而來。

1、熱裂解成因氣（自然生成）

頁(yè)巖中熱成因氣的形成有3個(gè)途徑（如圖）：①干酪根分解成氣體和瀝青；②瀝青分解成油和氣體（步驟1和步驟2為初次裂解）；③油分解成氣體、高含碳量的焦炭或者瀝青殘余物（二次裂解）。最后一個(gè)步驟主要取決于系統(tǒng)中油的殘余量和儲(chǔ)層的吸附作用。德克薩斯州的Fort Worth盆地的Barnett頁(yè)巖氣就是通過來源于干酪根熱降解和殘余油的二次裂解，主要以殘余油的二次裂解為主，正因?yàn)槿绱?，使得Barnett頁(yè)巖氣具有較大資源潛力。

頁(yè)巖氣是從頁(yè)巖層中開采出來的天然氣，主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，頁(yè)巖氣是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣，它可以生成于有機(jī)成因的各種階段天然氣主體上以游離相態(tài)（大約50%）存在于裂縫、孔隙及其它儲(chǔ)集空間，以吸附狀態(tài)（大約50%）存在于干酪根、粘土顆粒及孔隙表面，極少量以溶解狀態(tài)儲(chǔ)存于干酪根、瀝青質(zhì)及石油中。天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、甚至砂巖地層中。天然氣生成之后，在源巖層內(nèi)的就近聚集，表現(xiàn)為典型的原地成藏模式，與油頁(yè)巖、油砂、地瀝青等差別較大。與常規(guī)儲(chǔ)層氣藏不同，頁(yè)巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲(chǔ)層和蓋層。因此，有機(jī)質(zhì)含量高的黑色頁(yè)巖、高碳泥巖等常是最好的頁(yè)巖氣發(fā)育條件。

2、生物成因氣

一般指頁(yè)巖在成巖的生物化學(xué)階段直接由細(xì)菌降解而成的氣體，也有氣藏經(jīng)后期改造而成的生物氣。如美國(guó)密歇根盆地的Antrim頁(yè)巖氣是干酪根成熟過程中所產(chǎn)生的熱降解氣和產(chǎn)甲烷菌新陳代謝活動(dòng)中所產(chǎn)生的生物成因氣，以后者為主。其原因可能是發(fā)育良好的裂縫系統(tǒng)不僅使天然氣和攜帶大量細(xì)菌的原始地層水進(jìn)入Antrim頁(yè)巖內(nèi)，而且來自上覆更新統(tǒng)冰川漂移物中含水層的大氣降水也同時(shí)侵入，有利于細(xì)菌甲烷的形成。

頁(yè)巖氣形成條件

1、沉積環(huán)境

較快的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境是黑色頁(yè)巖形成的重要條件。沉積速率較快可以使得富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在被氧化破壞之前能夠大量沉積下來，而水體缺氧可以抑制微生物的活動(dòng)性，減小其對(duì)有機(jī)質(zhì)的破壞作用。如Fort Worth盆地Barnett組富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖沉積于深水（120～215米）前陸盆地，具有低于風(fēng)暴浪基面和低氧帶（OMZ）的缺氧—厭氧特征，與開放海溝通有限。

2、有效厚度

廣泛分布的泥頁(yè)巖是形成頁(yè)巖氣的重要條件。同時(shí)，沉積有效厚度是保證足夠的有機(jī)質(zhì)及充足的儲(chǔ)集空間的前提條件，頁(yè)巖的厚度越大，頁(yè)巖的封蓋能力越強(qiáng)，有利于氣體的保存，從而有利于頁(yè)巖氣成藏。美國(guó)5大頁(yè)巖氣勘探開采區(qū)的頁(yè)巖凈厚度為9.14～91.44米，其中產(chǎn)氣量較高的Barnett頁(yè)巖和Lewis頁(yè)巖的平均厚度在30.48米以上。

3、總有機(jī)碳含量（TOC）

總有機(jī)碳含量是烴源巖豐度評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，也是衡量生烴強(qiáng)度和生烴量的重要參數(shù)。有機(jī)碳含量隨巖性變化而變化，對(duì)于富含粘土的泥頁(yè)巖來說，由于吸附量很大，有機(jī)碳含量最高，因此，泥頁(yè)巖作為潛力源巖的有機(jī)含量下限值就愈高，而當(dāng)烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型愈好，熱演化程度高時(shí)，相應(yīng)的有機(jī)碳含量下限值就低。對(duì)泥質(zhì)油源巖中有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外的看法基本一致，為0.4%～0.6%，而泥質(zhì)氣源巖有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)則有所不同。大量研究結(jié)果表明，氣態(tài)烴分子小，在水中的溶解能力強(qiáng)，易于運(yùn)移，氣源巖有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)要比油源巖低得多。美國(guó)5大頁(yè)巖氣系統(tǒng)頁(yè)巖總有機(jī)碳含量較高，分布范圍大（0.5%～25%），可分為2類，Antrim頁(yè)巖和New Albany頁(yè)巖的TOC含量較高，一般分布于0.3%～25%之間；而Ohio頁(yè)巖、Barnett頁(yè)巖和Lewis頁(yè)巖的TOC含量在0.45%～4.7%之間。

4、干酪根類型和成熟度

在不同的沉積環(huán)境中，由不同來源有機(jī)質(zhì)形成的干酪根，其組成有明顯的差別，其性質(zhì)和生油氣潛能也有很大差別。因此，研究干酪根的類型（性質(zhì)）是油氣地球化學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是評(píng)價(jià)干酪根生油、生氣潛力的基礎(chǔ)。干酪根類型是衡量有機(jī)質(zhì)產(chǎn)烴能力的參數(shù)，不同類型的干酪根同時(shí)也決定了產(chǎn)物以油為主還是以氣為主。一般來說，Ⅰ型干酪根和Ⅱ型干酪根以生油為主，Ⅲ型干酪根則以生氣為主?？v觀美國(guó)頁(yè)巖氣盆地的頁(yè)巖干酪根類型，主要以Ⅰ型干酪根與Ⅱ型干酪根為主，也有部分Ⅲ型干酪根，而且不同干酪根類型的頁(yè)巖都生成了數(shù)量可觀的氣，有理由相信，干酪根類型并不是決定產(chǎn)氣量的關(guān)鍵因素。沉積巖石中分散有機(jī)質(zhì)的豐度和成烴母質(zhì)類型是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，而有機(jī)質(zhì)的成熟度則是油氣生成的關(guān)鍵。干酪根只有達(dá)到一定的成熟度才能開始大量生烴和排烴。不同類型的干酪根在熱演化的不同階段生烴量也不同。在低熟階段（0.4%～0.6%），有機(jī)質(zhì)就可以向烴類轉(zhuǎn)變。美國(guó)5大頁(yè)巖盆地頁(yè)巖的熱成熟度分布范圍在0.4%～2.0%之間，可見在有機(jī)質(zhì)生烴的整個(gè)過程都有頁(yè)巖氣的生成。隨著成熟度的增加，早期所生成的原油開始裂解成氣。美國(guó)Barnett頁(yè)巖之所以含氣量大，主要源于生烴體積（有機(jī)質(zhì)豐度、生烴潛力和頁(yè)巖厚度引起的結(jié)果），成熟度以及部分液態(tài)烴持續(xù)裂解生氣。成熟度越低的Barnett頁(yè)巖區(qū)，其氣體產(chǎn)量就越低，這可能是因?yàn)樯鷼馍伲瑲埩魺N的流動(dòng)阻塞孔隙的緣故。許多高熟的Barnett頁(yè)巖區(qū)干酪根和油的裂解使生氣量大幅提高，導(dǎo)致頁(yè)巖氣井氣體流量大。因此，成熟度是評(píng)價(jià)高流量頁(yè)巖氣相似性的關(guān)鍵地球化學(xué)參數(shù)。

頁(yè)巖氣影響成藏因素

1、孔隙度

在常規(guī)儲(chǔ)層中，孔隙度是描述儲(chǔ)層特性的一個(gè)重要方面。頁(yè)巖儲(chǔ)層也是如此。作為儲(chǔ)層，頁(yè)巖多顯示出較低的孔隙度（<10%），當(dāng)然也可以有很大的孔隙度，且在這些孔隙里儲(chǔ)存大量的游離氣，即使在較老的巖層，游離氣也可以充填孔隙的50%。游離氣含量與孔隙體積的大小密切聯(lián)系。一般來說，孔隙體積越大，所含的游離氣量就越大。

2、裂縫發(fā)育

頁(yè)巖的礦物成分較復(fù)雜，石英含量高，且多呈粘土粒級(jí)，常以紋層形式出現(xiàn)，而有機(jī)質(zhì)、石英含量都很高的頁(yè)巖脆性較強(qiáng)，容易在外力作用下形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，有利于天然氣滲流，說明巖性、巖石礦物成分是控制裂縫發(fā)育程度的主要內(nèi)在因素。

由于頁(yè)巖具有低孔隙度低滲透率的特性，產(chǎn)氣量不高，而那些開放的矩形天然裂縫彌補(bǔ)了這一不足，大大提高了頁(yè)巖氣產(chǎn)量。裂縫改善了泥頁(yè)巖的滲流能力，裂縫既是儲(chǔ)集空間，也是滲流通道，是頁(yè)巖氣從基質(zhì)孔隙流入井底的必要途徑。并不是所有優(yōu)質(zhì)烴源巖都能夠形成具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的裂縫性油氣藏，只有那些低泊松比、高彈性模量、富含有機(jī)質(zhì)的脆性頁(yè)巖才是頁(yè)巖氣資源的首要勘探目標(biāo)。

3、有機(jī)碳含量

在裂縫性頁(yè)巖氣系統(tǒng)中，頁(yè)巖對(duì)氣的吸附能力與頁(yè)巖的總有機(jī)碳含量之間存在線性關(guān)系。

在相同壓力下，總有機(jī)碳含量較高的頁(yè)巖比其含量較低的頁(yè)巖的甲烷吸附量明顯要高。頁(yè)巖氣除了被有機(jī)質(zhì)表面所吸附之外，還可以吸附在粘土的表面（干燥）。在有機(jī)碳含量接近和壓力相同的情況下，粘土含量高的頁(yè)巖所吸附的氣體量要比粘土含量低的頁(yè)巖高。而且隨著壓力的增大，差距也隨之增大。

4、地層壓力

地層壓力也是影響頁(yè)巖氣產(chǎn)量的因素之一。研究表明，地層壓力與吸附氣有著正相關(guān)性，地層壓力越大，頁(yè)巖的吸附能力就越大，吸附氣的含量也就越高。游離氣含量也會(huì)隨著壓力的增加而增加，兩者基本上呈線性關(guān)系。值得注意的是，壓力在6.89MPa以前，吸附氣含量隨壓力增加的幅度很明顯，而在其之后，增加的幅度不太明顯，類似于常規(guī)的致密氣藏。當(dāng)然，不同地區(qū)由于有機(jī)質(zhì)含量和周圍圍巖封存能力的不同，壓力梯度也會(huì)產(chǎn)生差異。

除了上述影響因素之外，有機(jī)質(zhì)類型、成熟度等也會(huì)影響頁(yè)巖氣含量。

頁(yè)巖氣成藏過程

頁(yè)巖氣經(jīng)歷了復(fù)雜多變的成藏過程，是天然氣成藏機(jī)理序列中的重要構(gòu)成和典型代表。根據(jù)不同的成藏條件，頁(yè)巖氣成藏可以表現(xiàn)為典型的吸附機(jī)理、活塞運(yùn)聚機(jī)理或置換運(yùn)聚機(jī)理。按照成藏機(jī)理的不同，可將天然氣成藏過程分為3個(gè)主要階段，而前2個(gè)階段即是頁(yè)巖氣的成藏過程。

第1階段是天然氣的生成與吸附。該階段發(fā)生在成藏初期，與煤層氣的成藏機(jī)理相同。由于頁(yè)巖中的有機(jī)碳等物質(zhì)表面具有吸附能力，頁(yè)巖生氣過程中，最開始生成的少量天然氣均被有機(jī)碳等物質(zhì)吸附，故頁(yè)巖層中僅存有吸附態(tài)的天然氣（圖A）。

第2階段是天然氣的造隙及排出。該階段處于生氣高峰期，與根緣氣的形成機(jī)理類似。隨著天然氣的大量生成，頁(yè)巖中的有機(jī)碳無法將其完全吸附，因此未被吸附的天然氣在頁(yè)巖層中以游離態(tài)聚集。隨著頁(yè)巖氣的不斷生成，聚集的大量游離氣因膨脹而形成高壓，直至巖層破裂并產(chǎn)生微裂隙。由于此時(shí)產(chǎn)生的裂縫或孔隙極其微小，使得頁(yè)巖氣無法在頁(yè)巖層內(nèi)部自由流動(dòng)。在此后的強(qiáng)力生烴作用即生氣膨脹力的作用下，頁(yè)巖氣沿構(gòu)造上傾方向從底部高壓區(qū)向高部相對(duì)低壓區(qū)發(fā)生排驅(qū)和整體推進(jìn)作用，從而使地層處于大面積包含氣狀態(tài)。此階段生成的天然氣不受浮力作用，表現(xiàn)為活塞式的運(yùn)聚特征（圖B）。

第3階段是天然氣的置換與運(yùn)移。如果天然氣的生成量持續(xù)增加而頁(yè)巖層的外部又有合適的儲(chǔ)層，則在浮力作用下，天然氣將以置換方式沿裂縫從泥頁(yè)巖層向儲(chǔ)層運(yùn)移，從而形成常規(guī)天然氣藏（圖C）。

頁(yè)巖氣成藏過程中，吸附機(jī)理與活塞式運(yùn)聚機(jī)理共同作用，控制著頁(yè)巖氣藏中吸附態(tài)和游離態(tài)天然氣所占空間比例變化。因此，頁(yè)巖氣的成藏機(jī)理實(shí)質(zhì)上是天然氣在頁(yè)巖孔隙中賦存狀態(tài)之間的動(dòng)態(tài)平衡。頁(yè)巖中吸附態(tài)天然氣的存在是由其本身所含巖石特性決定的，與保存條件沒有直接關(guān)系，故頁(yè)巖氣成藏后對(duì)保存條件沒有特殊要求。在四川盆地海相地層中監(jiān)測(cè)到的氣測(cè)異常也證實(shí)了即便是多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣藏有太大的影響。