頁巖氣歷史、現(xiàn)狀與未來

jcb qWhoamI?第一頁第二頁，共62頁。第二頁第三頁，共62頁。內(nèi)容提要Outlook?頁巖氣?Whatisshalegas?頁巖氣特點(diǎn)?Characteristicsofshalegas?美國頁巖氣發(fā)展?ShalegashistoryinUSA?頁巖氣的未來?Shalegasinthefuture第三頁第四頁，共62頁。天然氣吸附狀態(tài)游離狀態(tài)溶解狀態(tài)深盆氣常規(guī)氣油溶氣

水溶氣

頁巖氣煤層氣水合物第四頁第五頁，共62頁。頁巖氣：主體上以吸附和游離狀態(tài)賦存于泥、頁巖地層中的天然氣聚集(張金川等，，2003)。Shalegas,istheadsorbedandfreegasremainedinsourcerocksasshaleormudstone,eveninpeliticsiltstoneorsiltpelite.SteveDrake,2007第五頁第六頁，共62頁。0.050.0050.10.250.51.02.0

礫 巨砂粗砂中砂細(xì)砂粘土細(xì)粉砂粗粉砂顆粒直徑（mm）第六頁第七頁，共62頁。第七頁第八頁，共62頁。V（m3/t）

54.5 43.5 32.5 21.5 10.5 00123456789P（MPa）第八頁第九頁，共62頁。第九頁第十頁，共62頁。

重慶彭水（下志留統(tǒng)龍馬溪組）

LongmaxiShaleinChongqing,LowerSilurian

云南（下寒武統(tǒng)）BlackShaleinYunnanProvince,LowerCambrian

湖北（志留統(tǒng)龍馬溪組）LongmaxiShaleinHubeiProvince,LowerSilurian

江西（下寒武統(tǒng)）BlackShaleinJiangxiProvince,LowerCambrian第十頁第十一頁，共62頁。第十一頁第十二頁，共62頁。頁巖氣的聚集至少存在兩種機(jī)理(A)游離相態(tài)的天然氣聚集，其中天然氣的分布 受控于頁巖中孔隙空間的發(fā)育，受控于其中 裂縫的分布。(B)吸附作用機(jī)理，頁巖氣的賦存聚集機(jī)理在吸 附作用特征上與煤層氣具有相似之處，即受 控于頁巖顆粒表面物質(zhì)的吸附作用。第十二頁第十三頁，共62頁。ShaleTightsandsGas-bearingfractureConventionalreservoirNaturalgasBasementReplacementmigrationinconventionalreservoirPiston-typedmigrationintightsandreservoir Complextransition migrationinshalebitumen從成因角度，頁巖氣可以理解為泥頁巖地層中未被及時排出的殘留氣。第十三頁第十四頁，共62頁。③②①頁巖Shale致密砂巖Tightsands含氣裂縫帶Gas-bearingfracture常規(guī)砂巖Conventionalsandstone天然氣Naturalgas第十四頁第十五頁，共62頁。（afterMartin）第十五頁第十六頁，共62頁。

遼寧省撫順市侏羅系頁巖湖北省吉首市寒武系頁巖

貴州省沿河縣志留系頁巖重慶市秀山縣震旦系頁巖第十六頁第十七頁，共62頁。黑色頁巖自燃現(xiàn)象：∈1n黑色頁巖由于硫、磷化物的自燃而燃燒第十七頁第十八頁，共62頁。第十八頁第十九頁，共62頁。第十九頁第二十頁，共62頁。鉆井過程中的疑似氣顯第二十頁第二十一頁，共62頁。具有普遍發(fā)現(xiàn)意義的巖芯逸氣Gasescapingfromshalecores第二十一頁第二十二頁，共62頁。頁巖氣研究意義ResearchSignificancesforShaleGas（1）普遍意義：滯留是主體Universality:remainingisthemainbody離+（2）復(fù)合機(jī)理：游離+吸附Mechanism:composingbyfreedomandabsorption（3）經(jīng)濟(jì)價值：成本并不昂貴Economic:costingisnotexpensive（4）應(yīng)用前景：突破口和熱點(diǎn)Prospects:breakthroughandhottopic第二十二頁第二十三頁，共62頁。內(nèi)容提要Outlook?頁巖氣?Whatisshalegas?頁巖氣特點(diǎn)?Characteristicsofshalegas?美國頁巖氣發(fā)展?ShalegashistoryinUSA?頁巖氣的未來?Shalegasinthefuture第二十三頁第二十四頁，共62頁。

類型

Type

干酪根類型

Kerogentype

成熟度底限

Maturitythreshold

生氣機(jī)理

Gasgeneration

孔滲性Porousityandpermibility

含氣量

Gascontent

壓力

Pressure

吸游比

A/F

埋藏深度

Burieddepth

直接型

Direct-type

Ⅲ Ro≥0.4%生物化學(xué)、熱解

Biochemistry

高

High

低

Low

低

Low

高

High

淺

Shallow

間接型

Indirect-type

Ⅰ、Ⅱ Ro≥1.2%熱裂解、生物再作用

Thermalcracking

低

Low

高

High

高

High

低

Low

深

Deep

兩種類型頁巖氣Classificationofshalegas第二十四頁第二十五頁，共62頁。頁巖氣基本特點(diǎn)(１)巖性：多為富含有機(jī)質(zhì)的暗色、黑色頁巖、高碳頁巖及含瀝青質(zhì)頁巖，總體上表現(xiàn)為暗色頁巖類與淺色粉砂巖類的薄互層。(２)巖石組成：一般為30-50%的粘土礦物、15-25%的粉砂質(zhì)（石英顆粒）和2-25%的有機(jī)質(zhì)。(３)成因：可主要來源于生物作用或熱成熟作用。(４)有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)：TOC一般不小于2%，Ro大于0.4%(５)頁巖本身既是氣源巖又是儲氣層。第二十五頁第二十六頁，共62頁。（６）孔隙度一般小于10%，而含氣的有效孔隙度一般只有1-5%。滲透率則隨裂縫的發(fā)育程度不同而有較大變化。（７）頁巖中具有廣泛的飽含氣性，天然氣的賦存狀態(tài)多變，以吸附態(tài)或游離態(tài)為主，吸附狀態(tài)天然氣的含量變化于20-90%之間，一般為50%左右，溶解態(tài)僅有少量存在。（８）頁巖氣成藏具有隱蔽性特點(diǎn)，可以不需要常規(guī)圈閉存在，但當(dāng)裂縫在其中發(fā)育時，有助于游離相天然氣的富集和自然產(chǎn)能的提高。（９）當(dāng)頁巖中發(fā)育的裂隙達(dá)到一定數(shù)量和規(guī)模時，構(gòu)成天然氣勘探的有利目標(biāo)－甜點(diǎn)。第二十六頁第二十七頁，共62頁。05101520有機(jī)碳含量/%吸5.0附含氣4.0量/m3

3.0 2.0 1.0 0.0第二十七頁第二十八頁，共62頁。(m3/t)福特沃斯斯Barnett（Montgomery，2005）630010208

總含氣量 吸附氣量04.81–7.084 1.70－3.542含氣量壓力(Mpa)第二十八頁第二十九頁，共62頁。盆地阿巴拉契亞密執(zhí)安伊利諾斯富特沃斯圣胡安頁巖名稱OhioAntrim

NewAlbanyBarnettLewis埋藏深度(m)610-1524183-730183-14941981-2591914-1829毛厚度(m)91-3054931-12261-91152-579凈厚度(m)9-3121-3715-3015-6061-91TOC(%)0-4.70.3-241-254.50.45-2.5Ro(%)0.4-1.30.4-0.60.4-1.01.0-1.31.6-1.88含氣孔隙度(%)/總 孔隙度(%)2/4.74/95/(10-14)2.5/(4-5)(1-35)/(3-5 .5)吸附氣含量(%)507040-602060-85地層壓力系數(shù)0.35-0.920.810.990.99-1.020.46-0.58

3單井日產(chǎn)量(m)850-141591133-14159283-14162832-283172832-5663采收率(%)10-2020-6010-208-155-15單井儲量(萬方)425-1699566-3398425-16991416-42481699-5663美國含氣頁巖主要特征（據(jù)Curtis,2002英制單位換算）第二十九頁第三十頁，共62頁。產(chǎn)氣頁巖特點(diǎn)TOC：一般＞2%，最好在2.5～3.0%以上Ro：一般＞0.5%（Ⅲ型）或1.2%（Ⅰ型），美國主要頁巖氣層為0.4-3.5%厚度：一般＞10m頁巖特點(diǎn)：脆性礦物含量高、微裂縫發(fā)育，其中石英、長石等礦物含量大于30%～40%產(chǎn)氣區(qū)：盆地中心區(qū)、斜坡區(qū)，即優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育區(qū)產(chǎn)液特點(diǎn)：部分頁巖產(chǎn)輕質(zhì)油，生物成因頁巖氣可產(chǎn)水第三十頁第三十一頁，共62頁。0/Bg)fs（k1+k+k2φSQ=AH(k1ρS2遼SP2050AC20250RTRS003030巖性計算TOC

3深度(m)10501060107010801090

流河道疊加 間灣CalculationforGascontent

多期水下分 流河道疊加間灣=3-1-)井計算TOC隨深度變化下圖海2分水流河道間沉微水灣積相下分流河道間灣水下分流河道間灣水下分流河道1100 間灣11101120 水下分流河道1130114011501160 水下分流間灣117011801190 分流河道12101220第三十一頁第三十二頁，共62頁。(m)1丁山1井15SP(mv)

6090巖性沉積相

0孔隙度% 350飽和度%

100002.5游離氣含量實(shí)測TOC（m3/t）

3計算TOC

02.501114吸附氣含量總含氣量吸游比（m3/t）（m3/t）%

0.70201R25AC(Ω·m)(μs/m)深度

3340 125506533503360337033803390340034103420343034403450346034703480349035003510次深海-深海盆地相第三十二頁第三十三頁，共62頁。頁巖氣快速解吸測試第三十三頁第三十四頁，共62頁。水平鉆井技術(shù)水力壓裂技術(shù)頁巖氣開發(fā)核心技術(shù)

頁巖氣開發(fā)

核心技術(shù)第三十四頁第三十五頁，共62頁。內(nèi)容提要Outlook?頁巖氣?Whatisshalegas?頁巖氣特點(diǎn)?Characteristicsofshalegas?美國頁巖氣發(fā)展?ShalegashistoryinUSA?頁巖氣的未來?Shalegasinthefuture第三十五頁第三十六頁，共62頁。美國頁巖氣勘探開發(fā)歷程（1）1821年，美國第一口工業(yè)性天然氣鉆井（8m深度時產(chǎn)出泥盆系頁巖裂縫氣）該井實(shí)際上就是頁巖氣井（（Chautauqua縣淺埋的泥盆系系Dunkirk頁巖），當(dāng)時產(chǎn)氣量少未引起重視，但就此拉開了美國天然氣工業(yè)發(fā)展的序幕。此后，美國的頁巖氣陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。第三十六頁第三十七頁，共62頁。阿巴拉盆地契諾斯伊利地盆亞密執(zhí)安 盆地

圣胡安盆 地 福特沃斯盆地產(chǎn)頁巖氣盆地其它含頁巖氣盆地產(chǎn)氣區(qū)域威利斯頓盆地丹佛盆地阿納達(dá)科 盆地

尤因塔 盆地皮申斯 盆地美國頁巖氣盆地分布圖（據(jù)GTI,USA，2003）1821年Hart在紐約的的Fredonia完成 第一口商業(yè)性氣井1859.8.27第三十七頁第三十八頁，共62頁。（2）1926年，泥盆系頁巖（東肯塔基和西弗吉尼亞氣田）形成了當(dāng)時世界上最大的天然氣田。（3）1973年阿以戰(zhàn)爭期間的石油禁運(yùn)和1976-1977年間的第一次石油危機(jī)促使美國能源部(DOE)投入大量資金用于頁巖氣研究，加快了天然氣勘探研究的步伐。第三十八頁第三十九頁，共62頁。（R（4）1976年，美國能源部及其以后的能源研究和開發(fā)署（ERDA）聯(lián)合了國家地質(zhì)調(diào)查所、州級地質(zhì)調(diào)查所、大學(xué)以及工業(yè)團(tuán)體，發(fā)起并實(shí)施了針對頁巖氣研究與開發(fā)（R&D）的東部頁巖氣工程。（5）從從1980年開始，天然氣研究所（（GRI）開始對東部頁巖氣進(jìn)行系統(tǒng)研究，導(dǎo)致新的發(fā)現(xiàn)不斷產(chǎn)生并使頁巖氣產(chǎn)儲量進(jìn)一步提高。隨后的頁巖氣勘探和研究迅速向其它地區(qū)盆地擴(kuò)展，頁巖氣研究全面展開。第三十九頁第四十頁，共62頁。Unita:Unita:GreenRiverParadox:CaneCreek（據(jù)GTI,USA，2003；FranzandJochen,2005,Pollastro2005等編繪）500kmSanJoaquin: McClure

SanJuan:Lewis&MancosWilliston: Bakken

Illinois:NewAlbany

Appalachian:Devonian/OhioMichigan: AntrimFortWorth: Barnett

Permian:Barnett&Woodford

Anadarko:Woodford&Caney

PowderRiver:BigHorn： GammonSantaMaria: MontereyFloyd&Conasauga

Raton：PaloDuraArk-La-Tex: BossierValVerd： Kerr：PaloDura：CrazyMountains： WindRiver：稱:

盆地名稱: 頁巖名稱美國48州頁巖氣盆地分布圖

圖例已開發(fā)頁巖氣盆地Williston: Bakken具頁巖氣潛力盆地

Marfa:Barnett&Woodford

頁巖氣盆地 發(fā)育有利帶

GreaterGreenRiver:Lewis,Mowry&Niobrara Denver-Julesburg: Piceance:Niobrara GreenRiver ForestCity: Excello/Mulky美國拿大

Arkoma:Fayetteville/Caney&woodford BlackWarrior:美國典型頁巖氣盆地：頁巖氣開發(fā)重點(diǎn)盆地6個，包括Barnett、Marcellus、Fayetteville、Haynesville、Antrim、Woodford、Lewis、NewAlbany八套頁巖。

美國的頁巖氣主要發(fā)現(xiàn)于中-古生界（D-K）地層中，勘探開發(fā)主要集中在東北部和中西部地區(qū)。

加第四十頁第四十一頁，共62頁。Barnett頁巖氣藏鉆井?dāng)?shù)量（截止到到2006年9月）（轉(zhuǎn)引自自DavidF.Martinea，2007，Total篇）第四十一頁第四十二頁，共62頁。

6484NumberofWells(6,484)CurrentProd.(November)66.4Bcf/Mo.or2.14Bcf/DCuml.Prod.2.481Tcf

45002003HorizontalDrilling3715

26161999Refracs

1951

12041997WaterFracs

702

523 446 374 300 2441281927313847678599126168No.ProducingWells198119821983198419851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007(ThroughNovember2006)7000600050004000300020001000 0Time-Years

Barnett頁巖鉆井BARNETTSHALEGASWELLS-NUMBERPRODUCINGWELLSVS.TIME

PittsOilCompany-DallasProductionInc.J.Lafield，2007第四十二頁第四十三頁，共62頁。NewarkEast油田MitchellEnergy2BoydTownsite老井典型的生產(chǎn)歷史開始以低速度和平緩下降生產(chǎn)，后期由于采用了新的水基增產(chǎn)措施，產(chǎn)量急劇上 升。估計這口井最終的產(chǎn)量為0.85bcf。（轉(zhuǎn)引自ScottL.Montgomery，2005）第四十三頁第四十四頁，共62頁。占美國天然氣年產(chǎn)量百分100

200年150產(chǎn)量2504.54.03.53.02.52.0

比1.51.00.50.0億方%8081828384858687888990919293949596979899000102030405 年50 0致密氣氣24%24%煤層氣氣6% 頁巖氣氣4%

常規(guī)儲層氣氣66%已發(fā)現(xiàn)天然氣可采儲量500kmWilliston:

Bakken

SanJuan:Lewis&MancosMichigan:

Appalachian: Devonian/OhioBlackWarrior

Antrim Illinois: NewAlbany Arkoma: Fayetteville/Caney&woodford FortWorth: Barnett第四十四頁第四十五頁，共62頁。（NavigantConsulting,Inc.2008）

在過去的10多年中，美國非常規(guī)天然氣的產(chǎn)量增加了65%，由1998年1528×108m3增至2007年的2519×108m3，非常規(guī)天然氣產(chǎn)量已占到美國天然氣總產(chǎn)量的46%。美國頁巖氣產(chǎn)量及增長趨勢第四十五頁第四十六頁，共62頁。第四十六頁第四十七頁，共62頁。

主體在在1998年之前，我國研究者通常使用“泥頁巖油氣藏”、“泥巖裂縫油氣藏”以及“裂縫性油氣藏”等術(shù)語對該類氣藏進(jìn)行描述和研究，并在主體上將該類油氣藏理解為“聚集于泥頁巖裂縫中的游離相油氣”，認(rèn)為油氣的存在主要受裂縫控制而很少考慮其中的吸附作用。第四十七頁第四十八頁，共62頁。自60年代以來，我國陸續(xù)開始在不同盆地中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)性泥巖裂縫油氣藏，在許多盆地中發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了泥巖裂縫油氣藏。進(jìn)入入90年代以來，我國不少學(xué)者都對泥頁巖裂縫性（油）氣藏進(jìn)行了成藏規(guī)律總結(jié)。泥巖裂縫油氣藏主要圈閉類型（張金功等，，2002）第四十八頁第四十九頁，共62頁。特點(diǎn)比較泥頁巖裂縫油氣頁巖氣共性界定賦存于泥頁巖裂縫 中的油氣同時以吸附和游離狀態(tài)賦存于以泥頁巖為主地 層中的天然氣泥巖或頁巖地層中含烴天然氣成因熱成熟從生物氣到高過成熟氣熱成熟產(chǎn)氣為主賦存介質(zhì)泥巖或頁巖裂縫

泥頁巖及其砂巖夾層中的裂縫、孔隙、有機(jī)質(zhì)等泥巖或頁巖裂縫賦存相態(tài)游離（油氣）游離（氣））++吸附（氣）游離（氣）主控因素構(gòu)造裂縫各類裂縫、有機(jī)碳含量、 有機(jī)質(zhì)成熟度等裂縫理論模式巖石破裂理論、幕式理論、浮力理論吸附理論、活塞式與置換 式復(fù)雜理論巖石破裂理論、復(fù)雜成藏 理論成藏特點(diǎn)以油為主的原地、 就近或異地聚集以氣為主的原地聚集近鄰或烴源巖內(nèi)部成藏保存特點(diǎn)良好的封閉和保存 條件抗破壞（構(gòu)造運(yùn)動）能力 較強(qiáng)適當(dāng)保存生產(chǎn)特點(diǎn)采收率高，產(chǎn)量遞 減快采收率低，生產(chǎn)周期長特殊開發(fā)技術(shù)傳統(tǒng)泥頁巖裂縫油氣與典型頁巖氣比較第四十九頁第五十頁，共62頁。第五十頁第五十一頁，共62頁。內(nèi)容提要Outlook?頁巖氣?Whatisshalegas?頁巖氣特點(diǎn)?Characteristicsofshalegas?美國頁巖氣發(fā)展?ShalegashistoryinUSA?頁巖氣的未來?Shalegasinthefuture第五十一頁第五十二頁，共62頁。頁巖氣富集基本條件（1）頁巖的規(guī)模性發(fā)育（2）豐富的有機(jī)質(zhì)（3）適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)質(zhì)類型和成熟度（4）經(jīng)濟(jì)的埋深界限（5）有利于開發(fā)的甜點(diǎn)第五十二頁第五十三頁，共62頁。DOE/EIA-0383(2010)美國天然氣產(chǎn)量及預(yù)測測(1990-2035)第五十三頁第五十四頁，共62頁。沁水盆地渤海灣盆地南華北 盆地塔里木盆地準(zhǔn)噶爾盆地吐哈盆地柴達(dá)木盆地二連盆地松遼盆地四川盆地楚雄盆地羌塘盆地焉耆盆地盆地古生界發(fā)育區(qū)南西青中部

東鄂爾多斯 盆地地區(qū)方江漢盆地

地區(qū)北地區(qū)藏地區(qū)540km0160km0第五十四頁第五十五頁，共62頁。中國頁巖氣地質(zhì)條件分區(qū)模式GeologicalsettingandclassificationofshalegasinChina第五十五頁第五十六頁，共62頁。國家

盆地Basin頁巖名 稱Shales地層時代

AgeTOC(%)Ro(%)

頁巖毛厚 /mThickness天然氣成因Generation美國

USA

圣胡安SanjuanLewis

上白堊統(tǒng)UpperCretaceous0.5-2.51.6-1.9152-579熱、裂解Cracking阿巴拉契亞AppalachiaOhio

石炭系Carboniferous0.5-230.4-1.391-610

熱解Cracking

密執(zhí)安MichiganAntrim

泥盆系Devonian0.3-240.4-1.649

生物、熱解Biologic,cracking伊利諾斯Illinois

NewAlbany

泥盆系Devonian1-250.4-1.331-122

生物、熱解Biologic,cracking

富特沃斯FortWorthBarnett

泥盆系Devonian1-4.51.0-1.46161--91

熱解Cracking

中國China柴達(dá)木Qaidam七個泉 組

第四系Quaternary0.3-0.60.2-0.50-800

生物Biologic

渤海灣BohaiBay沙三段

古近系Paleogene0.3-33.00.3-1.0230-1800

生物、熱解Biologic,cracking

松遼Songliao青一段

白堊系Cretaceous2.20.7-3.3>100

熱、裂解Biologic,cracking

松遼Songliao沙河子 組

白堊系Cretaceous0.7-1.51.5-3.9100-350

裂解Cracking

羌塘盆地Qiangtang夏里組

中侏羅統(tǒng)MiddleJurassic0.3-6.21.4400-600

裂解、生物再作用Cracking,biologic

吐哈Turpan-Hami水西溝 群

中下侏羅Middle-LowerJurassic1.3-200.4-1.150-600

生物、熱解Biologic,cracking

準(zhǔn)噶爾Junggar西山窯 組

中侏羅MiddleJurassic0.2-6.4