『壹』 页岩气具体勘探流程
你这个问题问得太大了，如果你是搞地质的话应该会很容易理解。页岩气勘探其版实和普遍天然气的勘探是权同样的过程，首先确定勘探区域，通过区域地质概况了解该区域的地质特征（主要是指至下而上发育哪些层位），该区域以前是否进行过勘探或打过勘探井甚至开发井，在某些层位是否有气或水的产出，有了这些资料你就会了解该区域哪些层位发育大套的泥页岩，这些泥页岩属于是海相、过渡相还是陆相特征。最后确定你需要研究该区域的哪个层位，这是最初流程，后面还需要很多很多工作，你问题太大，我就不一一列出来了。（难得打字了）
确定勘探区域，搜集资料确定勘探层位，野外踏勘，搜集岩心，初步确定研究区域沉积相特征，对岩心做地化分析，岩石类型组成分析，通过分析结果和沉积相特征确定优质页岩厚度展布规律。
『贰』 北美海相页岩气资源研究及开发进展
一、内容概述
页岩气（Shale gas）是指还保留在（泥页岩类）生油岩中的天然气，它既是常规天然气的潜在替代能源，也是一种清洁环保能源。页岩气的气体组分以甲烷为主，含少量乙烷、丙烷等；具自生、自储、自盖特点。页岩气分布广泛，一般认为当其地质条件达到一定的标准时就可以形成具工业价值的气藏。页岩气由吸附气和游离气组成，其中吸附气约占总气量的20%～80%。页岩气储层致密，孔隙度一般为4%～6%，渗透率小于0.001×10-3μm2（0.001mD）。
图1 北美地区页岩气田的分布
（资料来源：EIA）
2011年4月美国能源信息署（EIA）发布了世界页岩气资源初步评价报告，根据Advanced Resources国际有限公司负责完成的美国以外32个国家的页气资源评价以及美国页岩气资源评价结果，全球气技术可采资源总量为187.6×1012 m3（姜福杰等，2012），主要分布在北美（图1）、中亚和中国、拉丁美洲、中东和北非、俄罗斯等地。美国是世界页岩气勘探开发历史最长、研究程度最高的国家。2005 年美国页岩气产量为当年全美天然气总产量的5%。随着马塞勒斯、海恩斯维尔、费特维拉等气田的勘探开发，2011年这一数据已跃升至28%（周小琳等，2012）。预计，2035 年美国页岩气产量将占全美天然气总产量的46%以上。加拿大是继美国之后第二个对页岩气投入勘探开发的国家，勘探开发的地区主要集中在不列颠哥伦比亚省东北部、安大略省、魁北克省等其他省份。
表1 美国页岩气储层评价标准表
页岩气的生成方式主要为热成因气和生物成因气。页岩气是典型的自生自储型气藏，对页岩进行储层评价除了重要常规物性参数以外，还要考虑有机质丰度、岩石脆性度等特殊参数。以Eagle Ford页岩气项目为例，有着一套页岩气储层评价标准（表1）。判断油气藏是否具有经济性在满足以上标准的基础上，对于分布面积广、埋藏深度适中、围岩条件有利分段压力的气藏应优先开发（IEA，2009；Michae D Burnaman et al.，2009）。
近年来页岩气藏的地质特征与区域地质背景开始受到关注，以期增加高产井的数量，达到提高经济效益的目的。应用沉积相研究和沉积学方法可以预测页岩气藏有利的地理与地层分布。通过对美国二叠纪盆地中Woodford页岩的沉积学、地球化学和层序地层学的研究结果表明，低水位体系域具有有机碳（TOC）相对较富集并富含石英的特征，它们同时满足了页岩气勘探开发中“脆性压裂”与“富有机碳（TOC）源岩”两项条件。密西西比系Barnett页岩储层的质量、资源密度与体系域直接相关。在低水位体系域沉积期，随着海绵与放射虫生长和向盆地中心的积聚，有机质得以富集、保存和成熟，低水位体系域内碎屑沉积圈闭有利于页岩气储层潜力的发挥（Ottmann et al.，2011）。Messer et al.（2011）将经过生物地层校正的、全球性的三级层序地层模式应用于页岩气、页岩油层对比，有助于对页岩气藏的区域对比与预测。Egenhof et al.（2011）通过对上泥盆统下密西西比阶Akken组页岩上段与同时期的Woodford页岩对比发现，克拉通盆地中的海侵体系域具有较高的泥质含量，不利于页岩气层的形成。目前已发现页岩气的盆地，主要分布在被动大陆边缘演化为前陆盆地的区域及少量古生界克拉通地台区。不难看出，被动大陆边缘演化为前陆盆地的沉积序列，比克拉通内序列更有可能沉积大量的硅质碎屑物，使这些页岩更具有利的“压裂”条件（Michae D Burnaman et al.，2009）。
页岩气的储集空间主要为孔隙和裂缝，不同的裂缝类型、裂缝规模、孔隙类型和孔隙大小对页岩储能、产能的贡献不同，作用也不同。孔隙是页岩气藏中气体的储存空间，很大程度上决定着其储能。而裂缝是页岩气藏中气体渗流的主要通道，决定着其产能。页岩气系统硅质泥岩中的孔隙网络是多种多样、极其复杂的。Loucks et al.（2011）研究了大量页岩气系统（包括泥盆系 Woodford 页岩、密西西比阶 Barnett 页岩、上白垩统 Eagle Ford页岩等）并识别出了一系列孔隙类型。Slatt et al.（2011）通过对Barnett、Woodford页岩储集性的研究发现，有机质本身的孔隙（纳米—微米大小的孔隙）对页岩中天然气分子的储存和运移非常重要。包括精细岩心描述等最新的研究表明，影响或控制天然气产量的许多因素均来自富含有机质的黑色页岩本身，高有机质含量、高有机质内孔隙度、巨大的超压力是决定天然气生产力的关键因素（Soeder I et al.，2011）。
岩石学、矿物学特性对于页岩气井的勘探成功至关重要，特别是石英与黏土的比例、生物硅质的存在等因素决定了泥页岩的脆性、延展性和泥页岩的压裂效果。通过对海恩斯维尔、博西尔页岩气田泥页岩（Smiith et al.，2011），以及对考察加拿大北部蒙特利页岩气田岩心时发现（周小琳等，2012），所有页岩气生产井产气的页岩段均为粉砂质页岩、钙质页岩或明显硅化的粉砂质页岩或钙质页岩。因此，从岩石学角度来看，含黏土成分较高的页岩不利于页岩气藏的勘探开发。黏土质页岩或泥页岩远不如粉砂质页岩或钙质页岩等有利于页岩气藏的形成。
二、应用范围及应用实例
Horn River（霍恩河）页岩气盆地位于加拿大不列颠哥伦比亚省东北部，面积8100mile2，其中Muskwa/Otter Park页岩远景区面积3320mile2，发育一系列有机质页岩，其中中泥盆统Muskwa/Otter Park与Evie/Klua最有潜力，Horn River页岩气盆地这两套页岩单元建立的远景区对于页岩气的开发具有足够的厚度和资源富集度。根据能源供应团队领导Jim Davidson称，Horn River（霍恩河）页岩气盆地适合销售的页岩气储量达到了78万亿ft3（其中包括75万亿ft3未发现的资源），真实的数据可能在61万亿～96万亿ft3。Horn River（霍恩河）盆地中侏罗统Horn River组上部页岩段是盆地的主要远景区（图2），钻探到Muskwa页岩段的深度范围为6300～10200ft，平均8000ft，地层岩层压力中等。区内TOC平均值为3.5%；R o值高，平均值为3.8%；页岩处于干生气窗。因为远景区热成熟度高，气体含有的CO2浓度为20%。其中Muskwa/Otter Park页岩石英含量高，黏土含量低，有利于进行水力压裂。
三、资料来源
姜福杰，庞雄奇，欧阳学成等.2012.世界页岩气研究概况及中国页岩气资源潜力分析.地学前缘，19（2）：198～211
图2 加拿大不列颠西北部泥盆纪地层
（转引自王淑玲等，2011）
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『叁』 页岩气储层矿物组分及有机碳含量测井评价方法研究——以鄂西渝东建南构造东岳庙段为例
路 菁1，2 李 军1
（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；
2.中国石油大学（北京）博士后流动站，北京 102249）
摘 要 鄂西渝东地区下侏罗统为四川盆地典型的陆相页岩气藏，储层矿物组分及有机碳含量是确定该类气藏工程开采难度与有效性的重要指标。为突破常规储层测井评价方法在复杂矿物储层评价中存在的多解性问题，本研究充分挖掘常规测井资料中蕴含的地质信息，以非线性反演与最优化算法为核心思想，综合评价包含有机碳在内的页岩岩石组分与含量，取得了较好的测井评价结果。研究结果完善了页岩气储层测井评价手段，为推进页岩气勘探开发相关技术发展起到了积极的作用。
关键词 常规测井响应 矿物组分 有机碳含量 非线性反演 最优化方法 测井评价
Logging Evaluation of Mineralogical Constituent and
Total Organic Contents for Gas Shale
LU Jing1，2，LI Jun1
（1.Exploration and Proction Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China；
2.Postdoctoral Center，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）
Abstract Formation of lower Jurassic in the western Hubei and East Chongqing is an typical continental facies shale gas reservoir in Sichuan Province.The mineral constituents and total organic contents（TOC）are important indicator of the engineering difficulty and its effectiveness for such gas reservoir.To breakthrough the problem of multi －solutions，that always occur when the conventional reservoir logging evaluation methods are used to solve the gas shale reservoir evaluation，this study fully tap the geological information concealed in conventional logging response，use the nonlinear joint inversion and optimization as the core ideas，to evaluate both the mineralogical constituent contents and TOC for gas shale，and achieve a desirable result .This research supplements the logging evaluation methods for gas shale and play a positive role in related technology developments for gas shale exploration and development.
Key words conventional logging；mineralogical constituent；TOC；nonlinear joint inversion；optimization； logging evaluation
鄂西渝东地区是四川盆地周缘页岩气藏有利目标区之一。建南构造位于四川盆地川东褶皱带石柱复向斜中北部，下侏罗统自流井组发育的深湖－半深湖页岩属于典型的陆相页岩气藏。该套页岩区域分布稳定、厚度大、埋藏浅，但相较于海相页岩具有更加频繁的相变特征，储层矿物组分复杂多变。准确把握页岩气储层矿物组分与有机碳含量是后续储层关键参数——脆性与含气性评价的重要基础，也是页岩气测井评价亟待攻克的重点及难点问题。依靠固定的解释模型，采用少部分测井曲线确定储层矿物含量的评价方法，在岩性及矿物较为单一的常规储层中评价效果较好，却无法妥善解决页岩气储层复杂矿物组分与含量的多解性问题。笔者通过深入挖掘各项常规测井资料中蕴含的丰富地质信息，分析建立储层矿物组分模型，以非线性反演与最优化算法评价包含有机碳在内的复杂岩石组分含量，突破了常规测井储层评价的思想，拓展了非常规页岩气储层矿物组分与有机碳含量的测井评价方法，通过实验室岩心全岩组分数据验证，该方法已取得了较好的评价效果。
1 东岳庙段含气页岩岩性及岩石矿物学特征
目标层下侏罗统自流井组东岳庙段泥页岩，区域横向分布稳定，厚度较大，暗色泥页岩厚约60～100m。储层岩性以含灰泥页岩为主，多见灰色粉砂质泥页岩、介壳泥页岩与介壳灰岩夹层（图1）；储层矿物成分以黏土矿物、石英及方解石为主（平均含量分别为22.49％、55.95％、17.5％），同时含有少量长石与黄铁矿。自生矿物的存在，表明东岳庙段所处的沉积环境为有利于有机质富集与保存的还原环境，实验室分析结果显示，储层有机碳以Ⅱ型干酪根为主，平均含量2％～3％；储层孔隙结构以矿物粒间孔为主，同时发育少量粒内孔及溶蚀裂隙，大量因有机质热解产生的纳米孔隙，使储层具有较好的天然气吸附与储集性能。
图1 研究区东岳庙段泥页岩典型岩性
2 常规测井响应评价储层岩石组分
测井响应是被测地层物理特性的宏观表现［1］，在排除井眼与泥浆侵入等影响的情况下，测井响应本质是测井仪器探测范围内所有岩石微观组分物理特性的综合表现，故各类测井响应实际上涵盖了被测地层所有组分的岩石物理信息。充分挖掘、利用常规测井响应中蕴藏的储层信息评价页岩岩石组分，提供了一条除实验室分析和元素俘获能谱（ECS）测井之外的储层评价思路，同时，弥补了岩心实验室分析无法全井段连续、ECS测井数据采集与解释评价成本高昂等问题［2，3］。
2.1 常规曲线非线性联合最优化反演算法
2.1.1 目标函数
区别于利用单一或少数测井曲线与储层某一矿物含量建立函数关系、用以评价其含量的方法，利用常规测井信息开展非线性联合最优化反演评价储层矿物组分的方法与步骤，可简要概括如下：首先，需要对实测响应进行预处理，以期得到接近原始储层真实物理特性的校正测井响应；其次，依据岩心观察与常规评价结果得到的初步认识，圈定解释评价井段内存在的岩石组分类型，并确定其初始含量，形成完整的基于原始假设的储层岩石物理体积模型；再次，依据地区经验或理论参数合理选取各组分的测井响应骨架值，以非线性测井响应方程正演各个常规测井响应，并计算关于校正曲线与正演模拟曲线如式（1）所示的目标函数T（Xj）；最后，通过反复迭代调整各矿物组分含量，使目标函数T（X）达到最小值，并将此时的岩石组分与含量模型作为反演的最终结果，即通过解决图2所示的最优化问题，达到求解复杂矿物储层岩石组分与含量问题的目的［4］。
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
图2 非线性联合最优化反演算法简图
式中：loggings为第j次迭代后产生的正演曲线组；loggingc为实测曲线经校正产生的校正曲线组；Xj为第j次迭代确定的各个岩石组分含量；W为各测井曲线在目标函数中的权重；α为迭代稳定性控制参数；T（Xj）为反映正演曲线与校正曲线相似程度的目标函数，当该函数达到最小值时，表明正演曲线已逼近校正曲线，此时，即可认为模型求解得到的岩石组分与含量与地层真实情况最为接近。需要说明的是，采用更丰富的测井响应信息，以及岩心分析、常规储层评价取得的地层初步认识等，能够在更大的程度上降低反演算法的多解性。
2.1.2 共轭梯度最优化算法
从上述分析可知，求解页岩复杂岩石组分的测井评价问题，已被转化为求解目标函数T（Xj）最小值的最优化问题。本研究综合考虑目标函数属于多元函数，且测井响应的非线性关系决定了目标函数的非线性特性，故采用共轭梯度法解决目标函数的最优化问题［5］。
对目标函数T（Xj），在极值点X*处作Taylor展开，忽略高效项时，有
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
式中：H＝▽2T（X*）为T（X）在X*处的二阶偏导数矩阵。因为X*为极值点，故▽T（X*）＝0，因而
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
可见，任何次的函数T（X）在其极值点附近具有二次函数的特征。设T（X）可以表示为如下所示二次函数
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
可以证明具有N阶正定矩阵A的n元二次函数，最多可在n维空间中找到n个彼此关于A的共轭方向（向量），且从任意的初始点出发，依次沿这n个共轭方向作不超过n次的一维搜索，就可以求得目标函数T（X）在n维空间内的极小点。采用上述共轭梯度算法回避了因牛顿法及其改进算法需要计算二阶偏导数矩阵的逆矩阵而带来的巨大运算量，且克服了最速下降法在接近极小点时收敛速度很慢的缺陷，妥善地解决了研究建立的非线性反演算法的求解问题。
2.2 东岳庙段页岩岩石组分反演
2.2.1 初始模型假设
图3为研究区某井东岳庙段泥页岩常规测井响应，该井含气页岩岩石组分评价的目的在于，明确包括有机碳在内的岩石重要组分的具体含量。初始模型假设的建立，需要分别确定待求解的储层岩石组分及其初始含量，以及参与岩石组分评价的测井曲线。
依据上节所述实验室全岩分析结果（图3），初始模型假设页岩中不存在除干酪根之外的其他固体有机碳；脆性矿物包括石英、方解石、长石，塑性矿物即为黏土；另外，由于相关研究表明，页岩成岩过程中自生的黄铁矿常结晶于储层层理界面之间，在一定程度上有利于水力压裂形成网状缝，且黄铁矿物具有极好的导电特性、极高的光电俘获截面指数以及较高的密度，即使含量较小，对电阻率、光电截面指数与体积密度等测井响应的影响也十分明显，因此，作为影响页岩力学性质与岩石物理特性的重要矿物，黄铁矿在岩石组分模型中不可忽略；最后，由于该段泥页岩黏土矿物含量较高、有效孔隙度较低，且地层水矿化度不高，自由水对测井响应影响不大，故模型仅考虑黏土束缚水存在且假设页岩储层有效孔隙全部被游离气占据的情况。综合上述考虑，最终确定该井东岳庙段泥页岩需要反演计算的岩石组分如图4所示，依次包含黏土（含黏土束缚水）、石英、方解石、长石、黄铁矿、孔隙（游离气）与有机碳（干酪根）。
图3 建南地区某井东岳庙段泥页岩常规测井响应特征与岩心分析结果
图4 页岩岩石体积模型
综合考查本井可参考的测井曲线条数，以及上述页岩岩石体积模型需要涵盖的组分种类，确定利用光电截面指数（PEF）、自然伽马（GR）、中子孔隙度（NPHI ）、体积密度（DEN）、声波时差（DT）、浅侧向电阻率（LLS）、深侧向电阻率（LLD）、铀（URAN）、钍（TH）共9条曲线（图3），反演8种岩石（图4中）组分的含量。可以注意到，如不考虑欠定求解，参加非线性反演的测井曲线条数理论上最多可处理10种岩石组分含量的求解问题，此数大于本模型求解的岩石组分数量，故模型求解结果属于非线性超定解，能够有效降低评价结果的多解性，确保评价结果更加接近页岩气储层的真实情况。
依靠常规储层评价方法，如自然伽马泥质含量Vsb评价方法［6］、密度中子孔隙度Phi评价方法［7］、Pessay有机碳TOC含量评价方法等［8］，可以取得黏土、孔隙度、干酪根含量的初步评价结果，对本井岩石组分初始含量 进行赋值， 剩余组分的初始含量——石英含量 根据实验室岩心分析确定的平均含量（石英55.9％、方解石17.5％、长石7.2％、黄铁矿4.5％）按比例分配，结果如图5第2～8道内实线所示。可以注意到，各岩石组分初始含量（棕色实线）与岩心分析结果（黑色圆点）相比，均存在不同程度的偏差。其中方解石、长石两种矿物含量的偏差最为明显；利用中子－密度孔隙度评价的孔隙度结果也明显偏高；此外，利用自然伽马泥质含量评价方法计算的黏土矿物含量，以及电阻率－声波重叠Passey法计算的有机碳含量，在局部深度上还存在一定误差。本研究将通过随后的反演计算逐步降低这些误差，以得到最接近真实地层岩石组分的评价结果。
图5 建南地区某井东岳庙段泥页岩非线性反演初始模型
2.2.2 模型反演结果
经过非线性反演计算，最终确定该井岩石组分的含量如图6所示，图中第2～8道依次为黏土矿物（含黏土束缚水）、石英、方解石、长石、黄铁矿、孔隙及有机碳含量的评价结果（实线）与对应组分实验室分析结果（黑色圆点），图中第9与第10道分别为页岩岩石组分非线性反演结果与岩心实验室分析结果。
图6 建南地区某井东岳庙段泥页岩岩石组分非线性反演成果图
通过图7各组分初始评价结果（黑色方块）与非线性反演计算结果（三角）的对比分析可以发现，非线性反演结果与实验室分析结果具有更好的线性相关性，与初始评价结果相比更集中于45°对角线附近。图6与图7均显示，非线性反演算法显著提高了石英与方解石含量的评价精度；使孔隙度评价结果更加接近实验室分析结果；此外，黏土矿物与有机碳含量各自在局部位置上的误差也得到了较好的修正；在初始模型中，以平均含量为依据粗略估算的长石与黄铁矿含量，这里也得到了进一步细化，评价结果与实验室分析结果在整体趋势上更为吻合。至此，本研究利用建立的非线性反演方法，同时完成了研究区东岳庙段页岩气储层复杂矿物组分与有机碳含量测井评价两个问题，且取得了较高的评价精度，本研究将进一步定量分析测井评价结果，以验证该方法的可靠性与有效性。
2.2.3 非线性反演结果分析
考虑到各项实测测井响应其本质是被测储层岩石组分反映在各类物理场中的宏观物理特性，因此，为验证非线性反演算法及其反演结果的可靠性与有效性，本研究同时分析了非线性反演结果并在反演结果下模拟了测井响应的误差。
图8展示了非线性反演结果下的模拟测井响应（虚线）与环境校正后的测井响应（黑色实线），涉及的测井项目依次为自然伽马GR、铀Uran、钍Th、中子孔隙度Nphi、体积密度DEN、宏观截面指数U、声波时差DT、冲洗带电导率CXO与原状地层电导率CT。从两组测井响应的对比看，非线性反演结果下的模拟测井响应与实测测井响应具有良好的一致性。表1中定量评分析了两组测井响应间的相关系数，各项测井响应的相关系数在0.867～0.996之间，相关系数均值达到0.921，充分反映了反演结果下的岩石组分宏观物理特性与真实储层物理特性的相似性，即说明通过非线性反演得到的岩石组分及其含量已十分接近页岩气储层的实际情况。此外，以实验室分析结果为标准，表2分别统计分析了图8中初始评价结果与非线性反演结果对实验室结果的相关系数，两组相关系数的对比可以说明，本研究建立的非线性反演算法明显提高了页岩各岩石组分评价的精确度。因此，上述两方面分析充分证明，本研究建立的非线性反演算法在解决页岩储层复杂岩石组分与含量评价问题方面的可靠性与有效性。
该方法能够同时解决页岩气储层岩石矿物组分与有机碳含量评价的两大问题，这两项问题的顺利解决对于后续储层脆性、吸附气含量等重要储层参数评价提供了科学的依据与技术保障。
图7 页岩岩石组分初始评价结果与非线性反演计算结果对比
表1 模拟测井响应与实测响应相关系数
图8 建南地区某井东岳庙段泥页岩复杂岩石组分反演质量控制
表2 初始评价及非线性反演评价较岩心分析结果的相关性对比
3 结论
本研究以非线性反演与最优化算法为核心思想建立的页岩气储层岩石组分测井评价方法，在鄂西渝东建南构造东岳庙段的页岩气储层评价中取得了较好的评价效果。该方法充分挖掘了常规测井资料中蕴含的丰富地质信息，同时解决了页岩储层重要矿物与有机碳含量评价两大问题，弥补了岩心分析深度不连续、ECS测井代价高昂的弊端，且极大地提高了测井评价结果的精度，为后续储层脆性与含气性的综合评价提供了科学的依据与重要的技术保障。
参考文献
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『肆』 页岩气勘探过程中Ro化验分析是什么意思
你说的是测试黑色页岩的镜质组反射率（Ro）吧，用来反应成熟度的，分析演化阶段
『伍』 页岩气开采都需要什么设备
共需要柔性供砂系统、在线式流体管理、高功率密度泵送系统、双燃料能源管理系统、施工后期井下废水管理系统以及全集成自动化共6大理念、15类设备，其中包括：
4500型涡轮压裂车
240桶闭式混砂车
连续输砂设备
自升式立式储砂车
风送输砂罐车
新型全自动配液车
LGC450连续油管作业车组
全封闭式化添车
仪表车
『陆』 页岩气形成与分布
按天然气有机成因理论，任何富有机质页岩在适当的地质条件下都能形成页岩气藏。对液态烃而言，有机质沉积后，在成岩作用的中后期才逐渐生成液态烃，而天然气则在整个演化过程中都有生成。一般早期生气量较少，随着埋藏深度和时间的增加，生气量不断增加。有机质演化进入生气窗后，生气量剧增，是形成商业价值页岩气藏的主要阶段。勘探开发实践证明，页岩气的形成具有严格的地质地球化学条件。依据富有机质页岩生烃能力、排烃有效厚度及页岩气勘探开发要求，普遍认为形成商业价值页岩气需具有“五高”特征，即高有机质丰度(TOC＞2.0%)、高热演化程度(Ro大于2.0%～2.5%)、高石英含量、高脆性(易于水力压裂人工造缝，脆度＞80)和高吸附气含量。值得注意的是，一般海相富有机质页岩的最基本矿物成分是沉积成因的自生石英，石英、长石、方解石等矿物含量＞50%，粘土矿物如高岭石、蒙脱石等含量并不高，总的脆度较高;而陆相富有机质页岩粘土矿物含量则相对较高，石英等脆性矿物含量低，页岩脆度也较低。
一、有机质丰度
总有机碳含量是衡量岩石有机质丰度的重要指标和页岩气形成的基础。有经济开采价值的页岩气远景区带的页岩必须富含有机质，以生成足够的天然气。页岩中吸附气量一般与有机碳含量呈正比，较高有机碳含量的页岩地层通常具较高的含气性和页岩气资源。有机碳含量是决定页岩含气性和资源前景的重要指标，富有机质页岩成为有利页岩气远景区带的最低总有机碳含量为2.0%～3.0%。表5-4中美国产气页岩的TOC含量为0.45%～25%，含气量为0.4～9.91m3/t。
对中国上扬子地区寒武系筇竹寺组、志留系龙马溪组黑色页岩的有机碳含量分析结果见表5-7。从表中可知，寒武系筇竹寺组页岩有机碳含量为0.01%～22.15%，平均有机碳含量为1.49%～5.15%，有机碳含量＞4%的富集段位于地层的中下部—底部，富集段所占比例为20%～40%;志留系龙马溪组黑色页岩有机碳含量为0.06%～9.84%，平均有机碳含量为1.88%～4.36%，有机碳含量＞4%的富集段位于地层的中下部—底部，富集段所占比例为30%～45%。目前岩石中的有机碳含量是历经有机质演化生烃与地表氧化风化作用后的残余有机碳，实际原始总有机碳含量更丰富，按残余有机碳与原始总有机碳之间的经验比值1∶1.16～1∶1.22预测(张爱云等，1987)，寒武系筇竹寺组黑色页岩总有机碳含量平均为1.8%～5.4%，志留系龙马溪组黑色页岩总有机碳含量平均为2.24%～5.19%。由此推断，中国上扬子地区寒武系筇竹寺组、志留系龙马溪组黑色页岩具备形成有利页岩气远景区带所要求的最低总有机碳含量，陆相含煤地层中的高炭质页岩有机碳含量更高。
表5-7 中国上扬子区下古生界有机碳含量统计
二、有机质类型
尽管总有机碳含量和成熟度是决定源岩生气潜力的关键因素，但普遍认为富氢有机质主要生油，氢含量较低的有机质以生气为主(图5-14)，且不同干酪根、不同演化阶段生气量有较大变化。因此，在确定页岩气有利远景区带时，有机质类型研究仍必不可少。海洋或湖泊环境下形成的有机质(Ⅰ型和Ⅱ型)易于生油，随热演化程度增加，原油裂解成气;陆相环境下形成的有机质(Ⅲ型)主要生气，中间混合型(尤其是Ⅱ型和Ⅲ型)在海相页岩中最为普遍，产气潜力大。值得注意的是，当热演化程度较高时，所有类型有机质都能生成大量天然气。图5-14(《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会，2009)同时反映了有机碳含量与残余生烃潜量间的关系，总有机碳含量愈高，产气潜力愈大。北美产气页岩有机质类型主要为Ⅱ型，中国古生界海相页岩有机质类型为Ⅰ—Ⅱ型、中新生代陆相页岩有机质类型为Ⅱ—Ⅲ型、石炭-二叠系与三叠-侏罗系煤系炭质页岩有机质类型为Ⅲ型(表5-8)(邹才能等，2010a)，均可有较好的产气潜力，成为形成页岩气的有利领域。
图5-14 北美产气页岩总有机碳含量-残余生烃潜量关系
表5-8 中国3类页岩有机地球化学参数
三、有机质成熟度
成熟度是确定有机质生油、生气或有机质向烃类转化程度的关键指标。通常成熟度指标Ro≥1.0%为生油高峰，Ro≥1.3%为生气阶段。表5-4统计的北美产气页岩成熟度Ro为0.4%～4.0%，表明有机质向烃类转化的整个过程中都可以形成页岩气，即页岩气的成因可以是有机质生物降解、干酪根热降解、原油热裂解以及它们的混合成因。但从页岩含气量与产量参数对比看，有机质成熟度低，页岩含气量低、产气量小，成熟度越高，含气量、产气量越大，说明页岩气以干酪根热降解、原油热裂解等热成因为主。Daniel M.Jarvie等(2007)的研究认为，有利页岩气远景区应在热生气窗内，成熟度Ro为1.1%～3.5%(Daniel， et al.，2008)。由于干酪根和原油热裂解生气量大幅度增加，高成熟页岩气产区单井产量可以大幅增加。中国古生界海相页岩成熟度普遍较高(表5-8)，Ro一般为2.0%～4.0%，处于高—过成熟、生干气为主阶段;而中新生界陆相页岩成熟度普遍偏低，成熟度Ro一般为0.8%～1.2%，处于成熟—高成熟、以生油为主阶段，兼生气。澳大利亚Be et aloo盆地钻井揭示的全球最老地层(约14亿年)热演化成熟度最高，在元古宇发现了页岩气，平均有机碳含量为4%，Ro=3.49%，页岩气资源约5600×108m3。
四、有效页岩厚度
与常规油气形成一样，形成商业性页岩气，页岩有效厚度需要达到一定界限，以保证有足够的有机质及充足的储集空间。有效页岩是指总有机碳含量＞2%、处于热成熟生气窗内、石英等脆性矿物含量＞40%与粘土矿物含量＜30%、充气孔隙度＞2%与渗透率＞0.0001×10-3μm2的页岩。经证实，有效页岩厚度大于30～50m(有效页岩连续发育时＞30m即可，有效页岩断续发育或TOC含量低于2%时，累计厚度需＞50m)时足以满足商业开发要求。有效页岩厚度愈大，尤其是连续有效厚度愈大，有机质总量愈大，天然气生成量愈多，页岩气富集程度越高。北美页岩气富集区内有效页岩厚度最小为6m(Fayetteville)，最厚高达304m(Marcellus)，页岩气核心产区厚度都在30m以上(表5-4)。中国上扬子区寒武系筇竹寺组与志留系龙马溪组黑色页岩中TOC含量＞2.0%的富有机质页岩厚度为80～180m，其分布受深水陆棚沉积相带控制，川南、黔北和川东北3个地区富有机质页岩最发育。
五、含气性
含气量是衡量页岩气是否具经济开采价值和资源潜力评价的重要指标，页岩含气量包括游离气、吸附气及溶解气等。哈里伯顿(2010)认为具商业开发远景区的页岩含气量最低为2.8m3/t页岩，目前北美商业开发的页岩含气量最低约1.1m3/t页岩，最高达9.91m3/t页岩。实测发现，四川盆地寒武系筇竹寺组黑色页岩含气量为1.17～6.02m3/t，平均为1.9m3/t;龙马溪组黑色页岩含气量为1.73～5.1m3/t，平均为2.8m3/t，与北美产气页岩的含气量相比，均达到了商业性页岩气开发的下限，具备商业性开发价值。
六、矿物组成
一般页岩具有高含量的粘土矿物，但暗色富有机质页岩的粘土矿物含量通常较低。页岩气勘探必须寻找能够压裂成缝的页岩，即页岩的粘土矿物含量足够低(＜50%)、脆性矿物含量丰富，使其易于成功压裂。脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙和微裂缝发育程度、含气性及压裂改造方式等的重要因素。岩石矿物组成对页岩气后期开发至关重要，具备商业性开发价值的页岩，一般脆性矿物含量要高于40%，粘土矿物含量小于30%(图5-15)(《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会，2009)。
七、孔渗特征与微裂缝
岩石孔隙是储存油气的重要空间，孔隙度是确定游离气含量的主要参数。根据资料(邹才能等，2010a，2010b;《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会，2009)，有平均50%左右的页岩气存储在页岩基质孔隙中。页岩储层为特低孔、渗储集层，以发育多种类型微孔为特征，包括颗粒间微孔、粘土片间微孔、颗粒溶孔、溶蚀杂基内孔、粒内溶蚀孔及有机质孔等。孔隙＜2μm，比表面积大，结构复杂，丰富的内表面积可以通过吸附方式储存大量气体(King，1994)。一般页岩的基质孔隙度为0.5%～6%，众数多为2%～4%。
裂缝的发育可以为页岩气提供充足的储集空间，也可为页岩气提供运移通道，更能有效提高页岩气产量(John，2002)。中国海相页岩、海陆交互相炭质页岩和湖相页岩均具有较好的脆性特征，无论是野外地质剖面还是井下岩心观察，均发现其发育较多的裂缝系统。
『柒』 声波测井观测到的页岩气储层特征
唐晓明
（中国石油大学（华东）地球科学技术学院，山东青岛 266555）
摘 要：在近年来页岩气的大量勘探和开采中，已获取了很多页岩气储层的测井数据。从这些数据（特 别是声波测井数据）中，已经观测到了储层的一些重要特征。这些特征的突出之处是储层中的产气地带大都 存在各种尺度的裂隙、裂缝，它们为天然气的储藏和开采提供了空间与通道。本文将从弹性波速的变化以及 最近发展起来的横波远探测方法来阐明这些特征。
探测页岩气储层的声波方法
我们首先讨论弹性波速的测量及其应用，具体说来，就是纵、横波速比与纵波速度（或时差）的 交会图方法。这种方法对常规的高孔、渗砂岩储层来说已被证明是十分有效的［1］。但对于低孔、渗的 岩石，特别是页岩而言，该方法的适用性直到最近才得到证实［2］。按照常识，对孔隙度很低（＜10％） 的页岩，无论孔隙中是充水还是充气，对弹性波速的影响将是微不足道的，但根据Lucier等人的结果（图1），含气的低孔页岩的波速比也会降到1.6左右或更低。Lucier.等［2］用Biot-Gassmann理论的流体 替换法模拟了从含水到含气的波速及波速波变化的全过程，但不明白为何如此低孔的岩石会有这么大的 变化。最新发表的推广Biot理论——含孔隙、裂隙介质的弹性波动统一理论［3］指出，造成这些变化的 原因是岩石中存在裂隙。裂隙在波动的作用下很容易变形，而含气和含水状态下的波动响应是很不相同 的。图1是用唐晓明（2011）理论对Lucier等人数据的模拟，模拟中采用的控制参数是岩石中的裂隙 密度，而不是孔隙度。理论与数据的良好吻合说明了岩石中的裂隙的重要影响。实际的岩心切片也证明 了裂隙的存在（图2）。
图1 两页岩气储层的波速比与纵波速的交会图以及孔裂隙波动理论对数据的模拟，数据点位于理论曲线族的气饱和线附近，而波速的降低是由岩石裂隙密度增加造成的
图2 页岩气储层岩石的显微切片明显 观测到了裂缝的存在，证明了孔裂隙 理论模拟的合理性
我们来讨论声波远探测技术的应用。声波测井时，相当一部分能量辐射到地层中去。当声波被地层 中的地质界面或裂隙反射后，井中的测井仪器也会记录到反射声波的讯号。虽然反射讯号比沿井传播的 声波要小很多（10-1～10-3的量级）。经过专门的数字信号处理，可以提取反射波讯号并得到地质反射 体的位形（Tang et al，2011）。这种技术可以用 来探测井外页岩气储层的构造。
图3 页岩地层的烃成熟区（高GR和低DTS）反射 声波处理结果，可以看到若干垂向分布的油驱裂缝
当烃源岩在一定的温压条件下成熟时，液 化或气化的烃化物在地层中产生很大的孔隙压，致使岩石沿最大的地应力方向发生破裂（叫做 油驱裂缝，oil expulsion fracture）。由于地层深 处的地应力往往是岩石的垂向负重造成的，所 以这种裂缝一般是垂向开裂的。利用声波远探 测技术，我们可以确定这种裂缝的形态和方位。图3给出了一个具体的应用例子。第一道里给 出的是自然伽马和声波时差的测井曲线，可以 看到，图示井段的伽马和时差比上下页岩地带 的值要高（低）出很多，这正是烃源岩成熟区 “伽马值增高，时差降低” 的显著特征。右图给 出这一井段的反射声波处理结果。可以看到在 反射声波中，存在若干垂向分布的反射体，其 尺度大约在几米到十米左右，这正是以上分析 所指出的烃源岩成熟区的 “油驱裂缝”。值得一 提的是，这些反射体是在东-西向的方位上被 探明了，而在南-北向却没有，说明裂缝的走 向为东-西向。裂缝的走向为下步钻探的方位 提供了依据。以上的例子说明了声波远探测技 术在页岩气勘探的一个重要应用。
小结
已经掌握的大量声测井数据表明：低孔渗的页岩气储层与地层岩石中的裂隙，裂缝紧密相关。裂隙 的存在使得弹性波速在含水和含气状态下的取值有很大变化，从而可以从声速测井数据中检测出来。成 熟的烃源岩地层往往存在一些“油驱裂缝”，可以从声波远探测测量中检测出来。这些裂块的进一步连 通往往形成大的裂缝或裂缝连通带。页岩气储层的高产地带往往与这些裂缝带紧密关联。因此，裂隙、 裂缝的探测和描述是页岩气储层的勘探和开采的一项重要环节。
参考文献
［1］唐晓明，郑传汉，著.定量测井声学.赵晓敏，译.北京：石油工业出版社，2004.76～78.
［2］A.M.Lucier，R.Hoffmann，L.T.Bryndzia.2011，Evaluation of variable gas saturation on acoustic log data from the Haynesville shale gas play，NW Lousiana，USA.2011，The Leading Edge，March，300-311.
［3］唐晓明.含孔隙，裂隙介质弹性波动的统一理论，中国科学.D辑，2011，750～764.
［4］Tang，X.M.，and Patterson D.，Single-well shear-wave imaging using multicomponent dipole acoustic-log data： Geophysics，2010，74，WCA211-WCA223.
『捌』 煤层气及页岩气试井分析
一、对于煤层气及页岩气试井分析软件考虑：1、提供6种考虑压敏的计算模型：回
① Palmer-Mansoori的压敏模型；
②答 Seldle-Suitt的压敏模型；
③ 指数式模型；
④ 对数式模型；
⑤ 修正的Palmer-Mansoori的压敏模型；
⑥ 直接的实验数据；
2、采用Langmuir假设考虑了吸附及解吸附；
3、地层气体扩散采用Fick扩散方程；
4、对于气体的高速渗流，采用湍流因子修正达西定律；
5、采用真实气体的状态方程分析煤层气体试井；
6、煤层气提供DST试井的联合分析方法；
7、煤层气提供注入压降的试井分析，如果压破煤层提供G函数等分析方法。
二、对于页岩气除了考虑压敏、吸附、扩散及高速非达西渗流外（与煤层气相同），还提供：
1、提供均匀流量、无限传导及有限传导的三种形式水平井多段压裂模型；
2、提供不等长及等距的水平井多段压裂模型；
3、提供沿水平井方向压裂的多条裂缝模型
考虑到页岩气水平井多段压裂的计算复杂性，本软件采用GPU进行计算，提高计算速度。
辰工科技拥有众多高科技人才能对此问题进行深入的解释。
『玖』 页岩气组分
从化学成分上来看，页岩气是典型的由甲烷组成的干气(甲烷占90%以上)，但是有一些地层产湿气。各地区页岩气组分不同，一般通过甲烷、乙烷及丙烷(C1，C2及C3)的相对含量来区别生物气、热解气，因为微生物作用下泥页岩主要生成以甲烷为主的碳氢化合物(Rowe和Muehlenbachs，1999)。以福特沃斯(Fort Worth)盆地页岩气组分数据为例(表6－3):气体以甲烷为主，所占比例52%～93%;其次为湿气，所占比例3%～43%;氮气、二氧化碳等非烃气体含量小于7%。气体成熟度通常以镜质组反射率(Ro)为标准，福特沃斯(Fort Worth)盆地页岩气成熟度范围大体从0.7%～1.2%。巴涅特(Barnett)页岩及Boonsville的少数样品表现出高成熟度(Hill et al.，2007)。
表6－3福特沃斯(Fort Worth)盆地生产井页岩气组分表
(据Hill et al.，2007)
然而更重要的是，纯甲烷可以通过富含有机质页岩或煤层内的热流运移生成。运移过程中“色层分析”效应会在这些岩层中产生，从而使更长链烃类留在原来的地层中(Price和Schoell，1995)。从新奥尔巴尼(New Albany)盆地米德郡页岩气样品组分的分析数据可以很明显地看出，随着地层深度的增加，甲烷含量从高达92%降低到40%左右，而随地层深度增加，乙烷、丙烷和二氧化碳含量均有不同程度的增加，呈正相关关系，特别是乙烷、丙烷含量从不到1%增加到10%以上。但是二氧化碳与乙烷、丙烷含量却呈负相关关系，如样品7的二氧化碳百分含量达到10.23%，乙烷、丙烷百分含量均在1%以下(表6－4)，既有生物甲烷气体进入造成对其他气体稀释的原因，也有可能是由于微生物活动过程中对长链烷烃的厌氧氧化，使二氧化碳含量相对增加。
表6－4新奥尔巴尼(New Albany)盆地米德郡页岩气样品组分表
研究表明，随着温度升高甲烷碳同位素值增大。热成熟度及甲烷碳同位素的关系通过经验(Jenden，1985)及数学关系(Tang et al.，2000)得到。生物甲烷碳同位素含量同时也有很大的变化，主要是受到甲烷母质碳同位素和主要代谢路径的影响。天然气各组分碳同位素的变化也是由于温度、H+、源岩等导致环境压力变化的结果(Sugimoto和Wa-da，1995)。最终同样影响热解气的后生作用，也会改变生物气的组分。
图6－1是比较页岩气中生物成因气、热解气及混合成因气的地球化学特征和气体含量随深度变化的差异。前三组是用新奥尔巴尼(New Albany)页岩做的实验，第四组为安特里姆郡(Antrim)页岩样品，分析天然气组分摩尔百分含量随着深度的变化规律。第一、二组样品具有多变的甲烷摩尔百分含量，二氧化碳为高值区，乙烷、丙烷却表现为低值，推断该页岩气为生物成因。由于新奥尔巴尼(New Albany)页岩埋藏相对较浅，具有一定的孔渗性，因此页岩气的运移能力有所增强。第三组样品在相同深度情况下，具有最低的甲烷摩尔百分含量，乙烷、丙烷摩尔百分含量却高于第一、二组的样品，这种趋势和组分含量显示页岩气为热成因气。第四组安特里姆郡页岩气样品二氧化碳浓度高，乙烷、丙烷摩尔百分含量相对较低(Martini，2008)。
图6－1压碎页岩样品提取的天然气组分及具代表性的钻井天然气总气体含量与深度关系图 (据Hill，2000)
生物成因气所在的层位其天然气总量是最高的。盆地之间页岩气组分等地球化学性质的差异大致是由于微生物作用甲烷生成量的不同造成的。因此，深度和静水压力值实际上并不能很好的预测天然气总量，以安特里姆郡(Antrim)页岩与新奥尔巴尼(New Albany)页岩样品的含气量为例，虽然其埋深相差很大，但样品的含气量却没有明显的差别。
『拾』 页岩气概念股有哪些页岩气概念股龙头分析
页岩气概念股有哪些? 页岩气概念股龙头分析 江钻股份(000852) 国家一级企业，国家重点高新技术企业，亚洲最大、世界第三的石油钻头制造商，经营涉及油用钻头、石油装备、天然气和精细化工领域。产品远销50多个国家和地区，形成13个门类1000多个品种，新产品型号每年以30%速度增长。公司主导产品油用牙轮钻头国内市场占有率多年保持在60%以上，国际市场占有率达到约12%;由于公司本身的技术优势，在某些高端产品领域甚至处于垄断地位。因此，公司议价能力较强，上游原材料价格波动对公司成本影响较小，公司钻头产品毛利率能保持在40%左右。随着公司各项业务的推进，公司未来盈利有望稳步增长。石油天然气及矿用钻头、石油机械配件; 神开股份(002278) 主要生产和销售井场测控设备、石油钻探井控设备、采油井口设备和石油产品规格分析仪器等四大类产品。经过十多年的发展，公司已经成为我国石油化工装备制造业的骨干企业之一，其产品涉及石油勘探开发上游到石油产品加工下游，在我国石油化工装备业拥有较高知名度，国内同行业中处于领先地位。公司目前的两大主力产品为综合录井仪和防喷器，其中录井仪的市场份额达到了50%以上，龙头地位无可动摇。 山东墨龙(002490) 一家专业从事石油机械设计研究、加工制造、销售服务和出口贸易为一体的股份制企业，中国石油天然气集团公司和中国石油化工集团公司认可的"三抽设备"和"石油专用设备"定点生产单位。主导产品有抽油杆、抽油泵、抽油机、潜油电泵、注液泵、油管、套管、石油专用无缝管及各种井下工具等。 杰瑞股份(002353) 公司是国内唯一一家为海上油田钻采平台提供整套岩屑回注服务的企业，在国内岩屑回注领域中具有领先优势。公司业务涵盖油田和矿山设备维修改造及配件销售、油田专用设备制造、海上油田钻采平台工程作业服务等几大块，在油田固压设备及进口矿山地下采掘设备维修改造及配件销售领域占有约20%的市场份额，公司对美国杰瑞国际有限公司注入了近6000万元资本,在世界油气行业中心休斯敦建立了综合性的研发、营销和投资运营中心,预计海外收入比例还会持续提升。公司主要从事油气田开发地面系统装备的工艺技术研发、系统设计、成套装备提供及工程技术服务业务，属于油气田装备与技术服务业。 惠博普 (002554) 公司为高新技术企业，多年来专注于油气水高效分离技术的研发，以分离技术为核心，如今已经拥有18 项实用新型专利、4 项发明专利申请权、13 项软件著作权、11 项专有技术构成的核心技术体系，成为油气田地面系统装备领域的知名企业。公司有四块业务：油气处理系统、油气开采系统、油田环保系统和油田工程技术服务。未来公司主要的看点在两块：海外的油气处理系统和国内的油田环保系统及服务。预计公司海外业务11年收入占比超过50%，主要目标市场是伊拉克、中亚、中东、俄罗斯。环保业务方面，公司的储油罐装备目前有两种业务模式，生产销售和租赁，其中公司将租赁收入放入工程技术服务板块。预计公司2011年出售8套左右、租赁同样8套左右储油罐。 通源石油(300164) 国内复合射孔和爆燃压裂两大核心油田增产服务领域的龙头企业，依托现有的技术优势，公司高起点切入钻井、测井、修井等上下游相关业务，已经成为国内服务体系全面、附加值高的油田综合服务公司之一 准油股份(002207) 公司主营业务为石油技术服务、建安工程和运输服务。作为新疆地区唯一一家能够提供油田动态监测的公司，具有极强的区域垄断优势。 宝德股份(300023) 我国石油钻采电控设备的龙头企业，国内主要客户是中石油、中石化、中海油这三大石油集团下属的油田及石油机械设备配套商，产品在石油钻采设备电控自动化市场具有较强的竞争力;