西加拿大盆地頁巖氣

1、1西加拿大盆地頁巖氣研究及西加拿大盆地頁巖氣研究及資源潛力綜述資源潛力綜述中國地質(zhì)大學(xué)（北京）中國地質(zhì)大學(xué)（北京）車車 遙遙2010-04-152l頁巖氣資源概況頁巖氣資源概況l西加拿大盆地地質(zhì)背景西加拿大盆地地質(zhì)背景l(fā)頁巖氣生氣物質(zhì)基礎(chǔ)頁巖氣生氣物質(zhì)基礎(chǔ)l頁巖氣儲層物性特征頁巖氣儲層物性特征l頁巖氣資源潛力頁巖氣資源潛力3全球常規(guī)油氣藏勘探全球常規(guī)油氣藏勘探目標的日益減少目標的日益減少天然氣能源的需求量日益增大天然氣能源的需求量日益增大4頁巖氣頁巖氣以以頁巖頁巖為主的為主的地層中地層中賦存于賦存于它們同樣是它們同樣是產(chǎn)氣泥頁巖產(chǎn)氣泥頁巖的主要構(gòu)成的主要構(gòu)成 5l 產(chǎn) 量 低 （產(chǎn) 量 低 （

2、 2 0 5 0 M c f / d2 0 5 0 M c f / d ， 約， 約 566.341415.85m566.341415.85m3 3/d/d）但分布廣泛；）但分布廣泛；l 鉆井具有較長的生產(chǎn)年限（可達鉆井具有較長的生產(chǎn)年限（可達3030年）；年）；l 年產(chǎn)量遞減率低于年產(chǎn)量遞減率低于5%5%，一般為，一般為2%3%2%3%；l 儲層厚度巨大；儲層厚度巨大；l 產(chǎn)氣頁巖通常富含有機質(zhì)（產(chǎn)氣頁巖通常富含有機質(zhì)（TOC TOC 120wt%120wt%）；）；l 蘊含大量氣藏；蘊含大量氣藏；l 孔隙度和滲透率取決于自然裂隙系孔隙度和滲透率取決于自然裂隙系統(tǒng)（基質(zhì)孔隙度和滲透率非常低）

3、。統(tǒng)（基質(zhì)孔隙度和滲透率非常低）。6北美北美中亞中亞中國中國中東中東北非北非前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)拉美拉美7l美國是世界上頁巖氣勘探開發(fā)最早的國家，迄今已有美國是世界上頁巖氣勘探開發(fā)最早的國家，迄今已有180多年的頁巖氣勘探開發(fā)歷史，而且是目前頁巖氣多年的頁巖氣勘探開發(fā)歷史，而且是目前頁巖氣大規(guī)模商業(yè)性開發(fā)取得成功的唯一國家。大規(guī)模商業(yè)性開發(fā)取得成功的唯一國家。2002年和年和2004年頁巖氣產(chǎn)量分別占美國國內(nèi)天然氣總產(chǎn)量的年頁巖氣產(chǎn)量分別占美國國內(nèi)天然氣總產(chǎn)量的3%和和4%，預(yù)測，預(yù)測2010年將達到其天然氣總產(chǎn)量的年將達到其天然氣總產(chǎn)量的15%。l加拿大西部與美國西部地質(zhì)條件相近，黑色頁巖廣布加拿大

4、西部與美國西部地質(zhì)條件相近，黑色頁巖廣布，20世紀末開始了批量鉆井和商業(yè)性生產(chǎn)，產(chǎn)量已達世紀末開始了批量鉆井和商業(yè)性生產(chǎn)，產(chǎn)量已達到年均約到年均約40億億m3的水平。近年來也開展了頁巖氣的的水平。近年來也開展了頁巖氣的勘探及實驗研究?？碧郊皩嶒炑芯俊?lDuvernay, IretonlMuskwa, Fort Simpson, Besa RiverlExshaw, Bakken, BanfflMontney, Grayling, Phroso, VegalDoig, Phospatic, Toad, WhistlerlNordegg, Gordondale, FernielWilrich,

5、Moosebar, Clearwater, Ostracod, BuckinghorselColorado, Alberta, Smoky GroupslLea Park, Pakowki, Nomad, PembinaHamblin, 2006.Hamblin, 2006.Second White Specks Formation, Colorado GroupSecond White Specks Formation, Colorado Group11年代地層厚度/mTOC/wt%含氫指數(shù)HITmax/干酪根類型與美國同類頁巖對比最高平均白堊系Colorado/Alberta/Smoky1

6、20011.991.69139433/Antrim Shale in the Michigan BasinWilrich1.43450425500/Lewis Shale of the San Juan Basin侏羅系Nordegg/Fernie050285800425460/Antrim Shale in the Michigan Basin三疊系Doig/Doig Phosphate/ Montney030023380500Ohio Shales in the eastern USA泥盆系Exshaw/ Bakken845 21359001050425480/marineAntrim S

7、hale in the Michigan BasinIreton/ Duvernay56015510 500600 425480marineOhio/New Albany Shale12Upper Cretaceous Colorado Group 研究區(qū)研究區(qū)BigstickBigstickWildmereWildmere13有機物Oil 熱解氣殘余碳二次生物成因氣生物降解生物降解二次二次分裂分裂頁巖氣來源生物成因氣由有機質(zhì)分裂產(chǎn)生由石油二次分裂產(chǎn)生生物成因氣生物降解生物降解14生物成因氣地質(zhì)控制因素生物成因氣地質(zhì)控制因素l高速率的沉積作用l低溫(80C)l充足的有機質(zhì)l低硫l氧化還原勢l養(yǎng)

8、分供應(yīng)充足l消耗反應(yīng)其他影響因素其他影響因素15實驗室模擬確定溫度和產(chǎn)氣量關(guān)系實驗室模擬確定溫度和產(chǎn)氣量關(guān)系各樣品產(chǎn)氣高峰溫度不一致，各樣品產(chǎn)氣高峰溫度不一致，但多集中在但多集中在55 - 65 .55 - 65 .2. 2. 產(chǎn)氣量與模擬溫度沒有明顯的產(chǎn)氣量與模擬溫度沒有明顯的相關(guān)性相關(guān)性. . Amount of methane productionAmount of methane production00.511.522.533.541035556575Temprature(C)Temprature(C)Amount of methane production(ml)Amount of

9、 methane production(ml)Amount of methane productionAmount of methane production00.511.522.533.541035556575Temprature(C)Temprature(C)Amount of methane production(ml)Amount of methane production(ml)Amount of methane productionAmount of methane production00.511.522.533.541035556575Temprature(C)Tempratu

10、re(C)Amount of methane production(ml)Amount of methane production(ml)16l研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀l儲層物性研究方法和手段儲層物性研究方法和手段l儲層物性控制因素儲層物性控制因素17l研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀l通常借鑒煤層氣儲層研究方法，采用低壓N2等溫吸附、He比重法和壓汞實驗等手段來研究測試頁巖中復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu) (Katsube and Williamson, 1994; Yang and Aplin, 1998; Katsube et al., 1998; Eseme et al., 2006)。lRoss 和 Bustin 研究了頁

11、巖氣儲層的孔隙特征（孔隙結(jié)構(gòu)和總孔隙度），認為孔隙特性對氣體吸附過程和總含氣量都有影響作用（ Ross and Bustin, 2008) 。l盡管頁巖中中孔和大孔結(jié)構(gòu)及總孔隙度對氣體吸附作用沒有相關(guān)性（主要取決于微孔隙度），但對中孔和大孔的研究對于預(yù)測總含氣量還是非常重要的，因為頁巖氣藏中游離氣占有很大比重（ Ross and Bustin, 2008)。18l本項目設(shè)計的研究方案和手段本項目設(shè)計的研究方案和手段lXRD定量研究頁巖儲層中的礦物, 包括粘土礦物l用saturation-freeze-thaw方法進行礦物顆粒分離，進而進行粒度分析l壓汞法研究儲層孔隙大小和分布特征l甲烷吸附法測

12、試比表面積lTOC測試l儲層顆粒密度和孔隙度l顯微巖石特征l鏡質(zhì)組反射率測試成熟度19l儲層物性控制因素儲層物性控制因素煤層氣：煤層氣： 顯微組分顯微組分 礦物含量礦物含量 水分含量水分含量 煤級煤級/ /熱成熟熱成熟度度頁巖氣：頁巖氣： TOCTOC 巖石礦物組成巖石礦物組成 干酪根類型干酪根類型 水分含量水分含量 溫度和熱成熟溫度和熱成熟度度20粘土礦物粘土礦物l高嶺石作為主要粘土礦物在所有樣品中可見。高嶺石作為主要粘土礦物在所有樣品中可見。l掃描電鏡發(fā)現(xiàn)細粒伊利石或伊利石與蒙脫石混層出掃描電鏡發(fā)現(xiàn)細粒伊利石或伊利石與蒙脫石混層出現(xiàn)在大多數(shù)樣品中。現(xiàn)在大多數(shù)樣品中。l掃描電鏡觀察黑云母在大

13、多數(shù)樣品中出現(xiàn)而且在部掃描電鏡觀察黑云母在大多數(shù)樣品中出現(xiàn)而且在部分樣品中為主要粘土礦物。分樣品中為主要粘土礦物。l大多數(shù)樣品中含有少量綠泥石。大多數(shù)樣品中含有少量綠泥石。21評價資源潛力的幾個方面：頁巖氣儲層的精確測定確定含氣量 吸附氣 游離氣可采性 基質(zhì)滲透率 裂縫類型 系統(tǒng)滲透性 壓力預(yù)期產(chǎn)量據(jù)估計加拿大頁巖據(jù)估計加拿大頁巖氣資源量達到氣資源量達到1,000 Tcf以上。以上。22lRoss 和Bustin 認為頁巖氣藏的重要影響參數(shù)包括有機質(zhì)類型和豐度、頁巖厚度和發(fā)育范圍、埋藏深度（影響儲藏溫度、壓力和熱成熟度）和孔隙度（包括孔徑分布）（Ross, Bustin, 2008）。l巖石礦

14、物組成也是一個決定頁巖氣潛力的關(guān)鍵變量，因為它可以影響自然裂隙的生成和壓裂方案的設(shè)計 (Manger et al., 1991)。l高溫和高壓吸附分析表明含氣量主要主要受控于游離氣成分，強調(diào)總有效孔隙度作為控制總氣容量的控制因素的重要性(Chalmers, Bastin, 2007）。23lChalmers 和 Bustin 在對加拿大不列顛哥倫比亞東北部下白堊系頁巖的研究中指出總有機碳（TOC）含量是控制該頁巖甲烷含量最主要的因素（Chalmers, Bustin 2008），TOC含量高可以增加表面積以吸附氣體。其他影響因素包括礦物性質(zhì)、干酪根類型、成熟度及水分含量等。但頁巖氣儲層含有多種

15、有機質(zhì)和無機質(zhì)，形成了各種各樣的孔隙網(wǎng)絡(luò)，即使是在同一頁巖層中，其組分和結(jié)構(gòu)也是變化多端的。因此，僅僅憑借TOC和成熟度很難估算頁巖的吸附氣含量。24l目前對頁巖氣資源潛力評價的研究仍集中于對其儲層物性的研究（孔隙系統(tǒng)），通過吸附量的測定進而推算總含氣量（資源量）。l水分含量和溫度等其他參數(shù)對頁巖氣吸附也有影響，但它們與頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系還不明了。25 TOC 與總熱解烴產(chǎn)量關(guān)系與總熱解烴產(chǎn)量關(guān)系 總熱解烴產(chǎn)量 (S1+S2)主要受控于有機碳豐度26生烴潛力干酪根類型和數(shù)量熱成熟度有利的孔隙度和滲透率巖石基質(zhì)孔隙中的游離氣有機質(zhì)中的吸附氣自然裂隙系統(tǒng)中的游離氣頁巖氣生產(chǎn)潛力頁巖氣生產(chǎn)潛力27Cretaceous Cretaceous Viking FormationViking Formation深度深度壓力壓力溫度溫度Alberta Geological Alberta Geolog