涪陵地区五峰-龙马溪组页岩气赋存机理及含气量评价

作     者：庞小婷 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：卢双舫

授予年度：2020年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：赋存机理 含气量 五峰-龙马溪组 页岩气 涪陵地区 

摘      要：在地层条件下页岩气主要以吸附和游离两种形式存在,因此确定吸附、游离气的含量,对于评价页岩地质含气量至关重要。为建立理想的页岩气吸附模型,进而客观评价页岩含气量,需要对页岩气赋存机理进行深入研究。对于涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩气而言,仍未建立恢复地层条件下页岩含气量的有效方法。为解决这一难题,亟需对页岩气的赋存机理进行研究,并建立适合研究区含气量评价的模型和方法。因此,本文分别开展了宏观尺度等温吸附实验和微观尺度分子模拟研究以揭示页岩气赋存机理。将等温吸附实验方法和巨正则蒙特卡洛方法(GCMC)结合,在确定分子模拟方法合理性的基础上,从机理上对页岩气吸附行为进行深入研究。主要研究CH气体在干酪根和不同黏土矿物孔隙中的吸附特征,并阐明影响页岩吸附气量的关键因素。从微观机理和模型效果角度论证了SDR模型在表面吸附和微孔填充两种机理共存时的适用性,建立了评价吸附气、游离气和溶解气含量方法,并对研究区进行推广应用。结果表明:分子模拟方法适用于揭示和研究页岩气吸附机理。微观上,页岩的吸附能力取决于矿物的比表面积、表面上的吸附位密度和吸附强度等多种因素;宏观上,页岩的吸附能力主要受控于有机质丰度、矿物组成和孔隙水,此外还受温压条件的影响。游离气的赋存主要取决于孔隙空间和温压条件。利用SDR模型对实测页岩气吸附数据的模型标定效果较好,因此利用该模型评价吸附量,进而实现吸附-游离-溶解气量的同步定量评价。页岩中黏土矿物含量较高,具有亲水性,分子动力学模拟方法研究表明,水分子的存在使得页岩气吸附量随着黏土矿物含量的增加而减小。在含水条件下,黏土矿物含量与页岩吸附量降幅呈正相关关系。计算所得研究区页岩的吸附气比例约为42%,页岩含气量约为1.22万亿立方米。吸附-游离气转化规律表明:随着孔隙度和压力系数的增大,吸附气比例下降,随着TOC和含水饱和度的增大,吸附气比例升高。其中,吸附气比例对孔隙度和TOC的响应更敏感。