页岩气碳同位素倒转：机理与应用分析

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时间：2016-06-15 21:05:53

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页岩气碳同位素倒转：机理与应用分析　　节能：页岩气是指主要以吸附和游离状态赋存于富有机质页岩地层中的非常规天然气。世界页岩气资源丰富，全球页岩气资源量约为456.24 x 1012

　　节能：页岩气是指主要以吸附和游离状态赋存于富有机质页岩地层中的非常规天然气。世界页岩气资源丰富，全球页岩气资源量约为456.24 x 1012m3，可采储量将超过187.40x1012m3，相当于常规天然气已探明储量。2007-2012年，美国天然气产量以平均每月5％的速率增长，其主要是致密砂岩气和页岩气的贡献。2011年，美国页岩气的产量达到1760x1012m3，占美国天然气总量的27％，预测到2035年，页岩气产量将会占到美国天然气总量的50％。自2008年以来，由于页岩气的大量开采，石油与天然气的价格差越来越大，当今世界的能源格局正在改变。

　　北美页岩气的成功开发及产量的快速增加，引起了全球对页岩气勘探开发的高度重视。2005年以来，在借鉴北美成功经验的基础上，结合中国实际地质背景，我国学者开展了中国陆上页岩气形成地质条件和资源潜力的初步评价。2012年3月，国土资源部公布全国页岩气资源评估报告，中国陆域页岩气地质资源潜力为134.12 x 1012m3，可采资源潜力25.08 x 1012m3(不含青藏区)。

　　国内学者对页岩气的形成条件”、成藏机理和资源潜力‘“等方面均有大量文献报道，但对页岩气地球化学特征，尤其是气体成分及同位素特征研究很少，缺乏相关文献总结，而这方面对于认识页岩气的成因，评价其开发潜力等都有重要意义。

　　因此，笔者通过重点介绍北美页岩气的同位素特征，总结页岩气碳同位素倒转机理并进行实例分析，为我国开展相关研究及页岩气勘探开发提供借鉴。

　　1、页岩气成分与同位素特征

　　与常规天然气或其他非常规天然气不同，页岩气可以形成于有机质演化的各个阶段，包括生物成因气和热成因气。由于页岩孔隙度和渗透率很低，排烃效率非常低，页岩内仅仅发生了初次运移(页岩内)和非常有限的二次运移(砂质岩类夹层内)，页岩中滞留的残余烃类大量裂解成天然气对页岩气的产量有重要贡献。页岩气赋存相态多样，吸附气含量变化大是其另一主要特征，且吸附气含量往往与有机质含量密切相关。

　　因页岩气形成及聚集的特殊性，使得其成分组成及同位素特征与常规天然气相比存在一定的特殊性。从目前国外已开采的页岩气井数据来看，页岩气成分主要为甲烷，含有一定量的乙烷和少量的丙烷，其他非烃气体较少。烃类气体的组成及相对含量与页岩气的成熟度密切相关，页岩气井产出的气体组分和／或气油比可指示页岩气的成熟度。在高一过成熟页岩中，页岩气一般为干气，气体湿度小于5％。

　　与常规天然气不同的是，同位素倒转成为北美某些页岩气的典型特征，并倍受关注，一个重要的原因就是往往同位素倒转的气井产气量都很高。笔者总结了近年有关页岩气碳同位素倒转的最新数据(WCSB盆地为碎屑岩一碳酸盐岩混合储层，气体来自于封闭页岩系统的热解成因，这里用来对比分析)。同一地层或盆地，发生同位素倒转的气井比未倒转气井的湿度明显要低，多在5．0％以下，似乎湿度下降到一定程度是同位素倒转的一个必要条件。图1(a)中，当湿度降低到一定程度时，乙烷同位素值开始偏负；图1(b)中，随着湿度的逐渐降低，δ13C1一δ13C2值逐渐减小，直至发生倒转。