新聞動態(tài)廣州地化所在研究下寒武統(tǒng)頁巖甲烷吸附能力方面取得新進展
頁巖氣是以游離態(tài)、吸附態(tài)或溶解態(tài)儲集于頁巖中的天然氣。對我國南方高過成熟下古生界頁巖而言，頁巖氣的主要賦存狀態(tài)為游離氣和吸附氣。對于常規(guī)儲層而言，游離氣的計算主要基于頁巖孔隙度、儲層溫壓及含氣飽和度等參數；然而，對于以納米級孔隙為主且具有較大比表面積的頁巖儲層而言，吸附氣的體積不可忽視，吸附氣的存在會降低游離氣的可用儲集空間。因此，準確評估頁巖的吸附能力不僅涉及到吸附氣本身的含量，也涉及到游離氣的含量，對頁巖氣的資源評價具有重要的意義。下寒武統(tǒng)黑色頁巖是我國南方頁巖氣勘探的重要層位之一，但一直沒有很大的工業(yè)突破。與獲得工業(yè)突破的下志留統(tǒng)頁巖相比，下寒武統(tǒng)頁巖具有以下獨特的地質與地球化學特征：（1）富有機質層段更發(fā)育，分布范圍更廣，有機碳含量總體高于下志留統(tǒng)；（2）熱成熟度更高，經歷的壓實作用更強，保留下來的孔隙度總體偏低。迄今為止，國內學者開展了大量關于下寒武統(tǒng)頁巖儲集物性等方面的研究工作，但是對于其在高溫高壓條件下甲烷的吸附能力與機理等方面的認識還不是很清楚，這在一定程度上制約了我國高過成熟深層頁巖氣的資源評價與勘探部署。
近年來，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室肖賢明學科組的李騰飛博士和田輝研究員等人以貴州地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色頁巖為研究對象，開展了一些列高溫高壓甲烷超臨界吸附研究，評價了該套頁巖的甲烷吸附能力及其主控因素，取得了以下主要認識：
（1）下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖在60℃條件下的最大甲烷絕對吸附量介于1.8-5.85 m3/t rock，顯示其具有良好的頁巖氣儲集能力；最大甲烷絕對吸附量與TOC含量呈明顯的正相關性，表明對于很高成熟度的下寒武統(tǒng)頁巖而言（如EqVRo≈4.0%），TOC含量仍是決定甲烷吸附能力的主要因素（圖1）。
（2）在一定的熱成熟范圍內，頁巖的甲烷吸附能力受熱成熟度的影響較小，但是當熱成熟度過高時（如EqVRo≈4.0%），頁巖的甲烷吸附能力會有所降低，但下寒武統(tǒng)頁巖較高的TOC含量會補償其吸附能力的降低。然而，熱成熟度的增加會降低頁巖的Langmuir壓力，使得頁巖在地質條件下的解吸附難度變大（圖1）。
（3）與已有認識不同的是，本研究發(fā)現(xiàn)頁巖中甲烷的最大能力及甲烷吸附相密度均與溫度負相關，這與高溫下吸附態(tài)分子間距的增大有關。利用這些關系式，可更準確地評估高溫深層頁巖氣的賦存狀態(tài)及其原地氣量（圖2）。
該研究得到了基金委優(yōu)秀青年科學基金和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的聯(lián)合資助，相關成果已發(fā)表于Marine and Petroleum Geology。
論文信息如下：
Li, Tengfei; Tian*, Hui; Xiao, Xianming; Cheng, Peng; Zhou, Qin; Wei, Qiang. Geochemical characterization and methane adsorption capacity of overmature organic-rich Lower Cambrian shales in northeast Guizhou region, southwest China. Marine and Petroleum Geology, 2017, 86: 858-873.
DOI：10.1016/j.marpetgeo.2017.06.043
論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264817217302507
圖1 頁巖在60℃下甲烷的吸附能力與TOC關系，擬合直線斜率代表有機質的吸附能力。
圖2 頁巖中有機質甲烷最大吸附能力隨地質溫度的變化特征。干燥頁巖的吸附能力要高于含水頁巖，含水條件下甲烷主要吸附于有機質中。
（有機地球化學國家重點實驗室 & 所綜合辦公室 供稿）
