不同氣藏的成藏機(jī)理及特征分析與探索

摘 要：本文主要對(duì)不同氣藏的成藏機(jī)理及特征進(jìn)行了分析與探索，主要有3種氣藏：①天然氣;②煤層氣;③頁(yè)巖氣。首先主要闡述了3種氣藏的成藏機(jī)理，然后詳細(xì)分析了3種氣藏的成藏特征，主要有7項(xiàng)：①生氣條件;②儲(chǔ)集條件;③蓋層條件;④圈閉條件;⑤運(yùn)移條件;⑥保存條件;⑦分布特點(diǎn)，希望本文的研究對(duì)從事氣田勘探開發(fā)方面的工作人員提供一定的參考與啟示，從而促進(jìn)我國(guó)油氣行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：圈閉;條件;成藏機(jī)理;天然氣;煤層氣;頁(yè)巖氣

地球上蘊(yùn)藏著非常豐富的自然資源，這些資源在人類生活中具有極其重要的作用。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種自然資源在能源消費(fèi)中的比重逐漸遞增，如天然氣、煤層氣、頁(yè)巖氣等[1，2]。隨著我國(guó)大力建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，清潔低碳能源逐漸受到人們的青睞。近些年以來(lái)，我國(guó)天然氣消費(fèi)量急劇增加，確保天然氣供應(yīng)安全成為了油氣從業(yè)者關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。最近幾年，我國(guó)的非常規(guī)油氣取得了比較大的進(jìn)步，已經(jīng)成為了我國(guó)天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要來(lái)源。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，截止到2019年，我國(guó)探明天然氣、煤層氣、頁(yè)巖氣的資源量分別為5.79×1012m3、3.05×1011m3、2.16×1011m3。但是，天然氣勘探依舊面臨著很多困難，尤其是理論研究和開發(fā)技術(shù)方面，嚴(yán)重制約了其快速發(fā)展。

1 成藏機(jī)理

1.1 天然氣

從成藏條件而言，首先就是構(gòu)造高部位應(yīng)該與輸導(dǎo)體系相關(guān)，并且烴源巖必須和儲(chǔ)層之間有一定的距離，再者構(gòu)造的頂部位還應(yīng)該存在蓋層;從成藏方式而言，浮力是天然氣（常規(guī)天然氣）運(yùn)移的動(dòng)力源，而上覆的蓋層毛細(xì)管壓力則對(duì)天然氣運(yùn)移具有一定的阻力。一般而言，天然氣是通過(guò)置換水的形式持續(xù)不斷地向上面運(yùn)移，而氣水界面則會(huì)從頂部逐漸向下整體進(jìn)行推進(jìn);從成藏特征而言，氣藏成藏的最大高度主要是由蓋層毛細(xì)管壓力決定，圈閉中富氣，氣水界面位于氣藏的下方，而且也非常明顯，氣藏的分布與烴源巖之間存在一定的距離，并且成藏的有利區(qū)主要集中在區(qū)域構(gòu)造的高勢(shì)能部位[2，3]。

1.2 煤層氣

在煤層氣生成的初期，氣體是以吸附狀態(tài)儲(chǔ)存在煤巖的基質(zhì)表面，如果吸附的空間不夠，在煤的孔隙之中出現(xiàn)游離氣以及溶于水中的溶解氣。煤層氣成藏是一種十分典型的吸附式成藏，其儲(chǔ)氣性能與3種因素有關(guān)：①煤的變質(zhì)程度;②溫度;③壓力。其次，煤層氣的聚集不會(huì)受到流體場(chǎng)的影響，而主要的影響因素有2種：①溫度;②壓力。在煤層中，煤層氣主要以吸附態(tài)、游離態(tài)以及溶解態(tài)的方式存在。

1.3 頁(yè)巖氣

從成藏條件而言，頁(yè)巖氣成藏機(jī)理主要有3種：①吸附機(jī)理;②活塞成藏機(jī)理;③置換成藏機(jī)理。而頁(yè)巖氣成藏的機(jī)理主要分為以下2個(gè)時(shí)期：①氣藏期，該時(shí)期主要是在頁(yè)巖氣成藏的初期階段，在吸附作用的影響下，氣體依附在一些顆粒的表面，首先就是滿足有機(jī)碳吸附的要求，頁(yè)巖氣藏期的成藏機(jī)理與煤層氣類似;②產(chǎn)氣期，該時(shí)期產(chǎn)生非常多的氣體，而缺少足夠多的吸附空間，導(dǎo)致部分氣體以游離的形態(tài)存在于孔隙之中，這時(shí)浮力不會(huì)干擾頁(yè)巖氣的成藏，但是生烴的膨脹力會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣成藏產(chǎn)生一定的影響。隨著氣體的體積不斷增大，壓力也會(huì)持續(xù)增大，使得頁(yè)巖中形成了一些裂縫，從而使形成的氣體可以以游離態(tài)形式進(jìn)行運(yùn)移[2，3]。其次，頁(yè)巖的孔、縫呈現(xiàn)出孔喉比較細(xì)小的特征，因此，頁(yè)巖氣的成藏還具有活塞成藏的機(jī)理，具體表現(xiàn)為游離形式的氣體對(duì)地層水進(jìn)行活塞式整體排驅(qū)。如果氣體的體積持續(xù)加大，頁(yè)巖氣的成藏就變成置換成藏機(jī)理，具體表現(xiàn)為大孔隙中的氣體與地下水之間進(jìn)行置換運(yùn)移，氣上下水。

2 成藏特征

2.1 生氣條件

從生氣條件而言，天然氣的來(lái)源較多，主要有3種：①生物氣;②熱成熟氣;③原油裂解氣，煤層氣和頁(yè)巖氣的來(lái)源主要有2種：①生物氣;②熱成熟氣。氣源成因類型主要包含3種：①生物成因;②熱成因;③二者的混合。

2.2 儲(chǔ)集條件

天然氣主要以游離的形式儲(chǔ)存，儲(chǔ)集巖的巖性主要為裂縫性碳酸鹽巖、多孔隙砂巖，常見于油田、天然氣田以及煤田。由于煤層氣和頁(yè)巖氣都是屬于自生自儲(chǔ)的氣藏，這種氣藏的烴源巖自身就可以作為儲(chǔ)集層。煤層氣主要以吸附態(tài)的形式儲(chǔ)存，在形成煤的過(guò)程之中，烴類氣體主要吸附在煤基質(zhì)顆粒表面、少數(shù)氣體呈游離狀態(tài)或溶解狀態(tài)。頁(yè)巖氣是指主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，以吸附態(tài)和游離態(tài)的形式存在的天然氣聚集[1-3]。從某種程度而言，頁(yè)巖氣藏之所以可以形成，原因就是天然氣在源巖中進(jìn)行大量滯留。

2.3 蓋層條件

天然氣成藏必須有非常致密的蓋層，進(jìn)而避免氣體逸出;煤層氣同樣需要有一定的蓋層，一般都是孔隙度和滲透率都比較小的致密巖石作為蓋層，可以有效封存甲烷氣體;反之，孔隙度和滲透率較好的巖層不利于封存甲烷氣體，只有較好的蓋層條件才可以將不同的煤系地層之間進(jìn)行分隔，使其成為獨(dú)立的系統(tǒng)，進(jìn)而才可以使烴類氣體以吸附狀態(tài)的形式較長(zhǎng)時(shí)間地儲(chǔ)藏在煤層之中，從而盡可能地減少溶解氣和游離氣的散失[3，4]。而頁(yè)巖氣的儲(chǔ)存基本不用其他巖性作為蓋層。

2.4 圈閉條件

天然氣的聚集成藏需要有有效的圈閉，該圈閉可以阻止油氣繼續(xù)運(yùn)移，而且能夠?qū)⒎稚⒌挠蜌膺M(jìn)行聚集。由于煤層氣主要以吸附作用為主，是一種自生自儲(chǔ)自保的氣藏，游離氣和溶解氣的比例非常小，因此，煤層氣的形成不需要常規(guī)的圈閉存在。只要蓋層的條件比較優(yōu)良，可以維持一定程度的地層壓力，不管是在構(gòu)造的高部位還是在構(gòu)造的低部位，煤層氣都可以成藏。由于頁(yè)巖氣是在烴源巖的內(nèi)部生成，因此，頁(yè)巖氣的形成不需要常規(guī)的圈閉存在，但是，烴源巖對(duì)頁(yè)巖氣的分布起到了十分重要影響，烴源巖的分布范圍與之相似[3，4]。

2.5 運(yùn)移條件

天然氣的儲(chǔ)層與烴源巖非常近，實(shí)際上就處于烴源巖的頂部，成藏過(guò)程中發(fā)生了一定的運(yùn)移;頁(yè)巖氣是自生自儲(chǔ)的氣藏，沒有運(yùn)移;而煤層氣與頁(yè)巖氣基本相同，幾乎沒有進(jìn)行運(yùn)移。

2.6 保存條件

天然氣藏的保存主要是依靠致密的蓋層條件，如果蓋層被破壞，天然氣必然會(huì)發(fā)生散失，因此，天然氣藏的形成需要較好的構(gòu)造地質(zhì)條件使得氣水界面可以保持穩(wěn)定的動(dòng)平衡狀態(tài)。煤層頂?shù)讓拥膸r性在一定程度上可以控制煤層甲烷的含量。一般而言，煤層頂?shù)讓拥膸r性為泥巖時(shí)，甲烷的含量較高。其次，構(gòu)造以及水文條件也可以對(duì)煤層氣的保存產(chǎn)生一定的影響。而頁(yè)巖氣的保存不存在比較特殊的要求。

2.7 分布特點(diǎn)

天然氣藏的分布主要位于構(gòu)造較高部位的各種圈閉之中，而且還受到生氣條件、儲(chǔ)集條件以及蓋層條件的控制和影響;煤層氣藏的分布則位于具有一定生氣能力的煤層之中;頁(yè)巖氣藏一般位于盆地的沉降--沉積中心處及其周邊地區(qū)。

3 結(jié)語(yǔ)

從成藏機(jī)理而言：天然氣藏主要是受浮力作用的影響，通過(guò)置換水的方式，使氣體聚集在儲(chǔ)層的構(gòu)造高部位;煤層氣是在吸附作用的影響下，使氣體進(jìn)行聚集，成藏機(jī)理主要為典型的吸附成藏;而頁(yè)巖氣的成藏機(jī)理比較復(fù)雜，主要有3種：①吸附機(jī)理;②活塞成藏機(jī)理;③置換成藏機(jī)理。從成藏特征而言：天然氣藏的氣體來(lái)源比較廣，在成藏的過(guò)程中，需要生、儲(chǔ)、蓋等條件的合理組合;煤層氣和頁(yè)巖氣藏的氣體來(lái)源基本一致，而且這兩種氣藏的儲(chǔ)層都具有低滲透率、低孔隙度的特征，并且分布的范圍比較廣。其次，煤層氣和頁(yè)巖氣藏的形成都無(wú)需常規(guī)圈閉;煤層氣成藏必須有比較好的蓋層條件，而頁(yè)巖氣成藏則沒有這個(gè)要求。

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作者簡(jiǎn)介：

郭雨嘉（1995- ），女，漢族，吉林通化人，碩士，助理工程師，主要從事氣田開發(fā)地質(zhì)方面的工作。