页岩气藏勘探开发.doc

全球页岩气勘探开发的全球页岩气勘探开发的 基本现状与关键技术基本现状与关键技术 科技信息研究室科技信息研究室 20102010 年年 6 6 月月 3030 日日 1 页岩气开发的基本现状与关键技术页岩气开发的基本现状与关键技术 完成单位 科技信息研究室完成单位 科技信息研究室 编编 写写 人 张冬玉人 张冬玉 审审 核核 人 周德勇人 周德勇 2010 年年 6 月月 30 日日 2 目目 录录 一 页岩气的资源量与分布一 页岩气的资源量与分布 2 1 北美 2 2 欧洲 7 3 中国 8 二 世界页岩气的勘探开发动态二 世界页岩气的勘探开发动态 9 1 美国 9 2 加拿大 10 3 欧洲 11 4 中国 12 三 页岩气藏石油地质特征及气藏类型三 页岩气藏石油地质特征及气藏类型 13 1 页岩气的生烃条件 13 2 页岩气储层特征 13 3 页岩气的运移和聚集 16 4 盖层 16 5 页岩气藏类型与典型气藏 17 四 页岩气藏开发的生产特征及影响因素四 页岩气藏开发的生产特征及影响因素 20 1 页岩气生产特征 20 2 影响页岩气生产的主要因素 21 五 页岩气藏开发关键技术五 页岩气藏开发关键技术 26 1 水平井技术 26 2 页岩气藏清水压裂技术 28 3 水平井多段压裂和完井 29 4 水平井同步压裂技术 SIMO FRACTURING 30 5 其他页岩气开发专项技术 30 附 我国页岩气勘探开发的战略目标附 我国页岩气勘探开发的战略目标 32 3 全球页岩气勘探开发基本现状与关键技术全球页岩气勘探开发基本现状与关键技术 页岩气是指以多种相态存在 主体上富集于泥 页岩 部分粉砂岩 地层 中的天然气聚集 页岩气主要由吸附气和游离气两部分组成 其中基质孔隙和裂缝中游离气 的储集方式与常规天然气储层相似 有机质与黏土颗粒表面的吸附气的储集方 式与煤层气相似 页岩气既可以是生物成因气也可以是热成因气 或是生物成因气与热成因 气的混合气 生物成因气是在埋藏阶段的早期成岩作用或近代富含细菌的大气 降水的侵入作用中通过厌氧微生物的活动而形成 热成因气是在埋藏比较深或 温度较高时通过干酪根的热降解或者低熟生物气再次裂解而形成 以及油和沥 青达到高成熟时二次裂解生成 与常规油气藏不同 页岩气藏是典型的 自生自储 型天然气藏 含气页 岩兼具烃源岩 储层 甚至盖层的作用 页岩气成藏不需要在构造的高部位 为连续型富集气藏 页岩气藏的分布与有效烃源岩分布范围相当 呈区域性分 布 因此 只要发现层厚 含碳量高的大片页岩 就能大致能确定页岩气的分 布 页岩气藏储层的孔隙度与渗透率极低 产层厚度一般为 15 100m 孔隙度 一般为 4 6 基质渗透率介于 0 001 1 10 3 m2之间 常伴有天然 裂缝 通常需要特殊的钻井技术 完井技术和压裂改造技术等才能获得商业产 量 第一口商业性页岩气井完钻于 1821 年 目的层是美国 Appalachian 盆地泥 盆系 Dunkirk 页岩 该气井比第一口油井早了 38 年 20 世纪 40 年代 美国的 密执安盆地完钻了 8 口页岩气井 其中有 5 口目前仍在生产 之后 美国其他 产气盆地陆续有页岩气井投入生产 二十世纪 90 年代以来 随着水平井和页岩层压裂等技术的日趋成熟 美国 页岩气工业迅猛发展 特别是得克萨斯州沃斯堡盆地 Barnett 页岩天然气的成功 开发 标志着页岩气勘探开发技术已趋于成熟 由此掀起了世界范围内页岩气 勘探开发的热潮 4 一 页岩气的资源量与分布一 页岩气的资源量与分布 据 2007 年美国 油气杂志 的在线数据 全球页岩气资源量约为 456 24 1012m3 表 1 主要分布在北美 中亚 拉美 中东 北非和前苏联地 区 目前 仅美国和加拿大对页岩气进行了成功的勘探和开发 表 1 世界主要地区页岩气储量表 1012m3 地区或国家页岩气储量 北美108 79 拉美59 95 西欧14 44 中欧和东欧1 10 前苏联17 75 中东和北非72 15 非洲撒哈拉地区7 76 中亚和中国99 90 太平洋 经济合作发展组织 65 50 亚太其他地区8 89 南亚0 世界456 24 1 北美北美 据国际能源署 2010 年 3 月份公布的数据 与 2007 年数据有变化 北美页 岩沉积层中天然气地质储量为 33 98 1012m3 分布于北美各个沉积盆地的 19 个页岩产区 图 1 现有技术经济条件下的可采储量为 15 8 1012m3 近年来 北美页岩气产量大幅增长 图 2 页岩气将是未来北美天然气产量增长的主 要动力 图 3 北美含气页岩富集带具有多种成熟程度 多种天然气成因和岩相 沉积环 境复杂 例如得克萨斯州西部 Bossier 含气页岩储层为页岩 砂岩和粉砂岩混 合岩相 东部含油气盆地如阿巴拉契亚 Appalachian 盆地 墨西哥湾地区沃 斯堡 FortWorth 盆地 西加拿大沉积盆地以黑色页岩为主 富含有机质的黑 色页岩可以沉积于多种多样环境 位置中 它与自生黄铁矿的出现 宏观上通 常代表水流微弱或停滞的缺氧还原环境 遍及北美各盆地古生界的海相富有机 质黑色页岩 其沉积环境的推断与解释仍然众说纷纭 5 总之 北美地台东 西 北三面环绕的 Acadian Antler Ellesmere 活动 造山带使地台内部坳陷和隆起发生幕式调整 相对海平面升降 陆源沉积物供 应量发生波动 泥 页岩厚度 分布 生烃潜力受到相对海平面变化影响 图 1 北美页岩气盆地分布图 图 2 北美页岩气产量北美页岩气产量 6 图 3 美国 加拿大未来天然气产量构成 根据岩石矿物组成特征 测井响应 地球化学参数以及全球海平面升降曲 线推断 北美地台海相烃源岩 腐泥型和混合型 多发育在海进体系域时期 高水位体系域初期 这里陆源有机质最少 倾向于生油的组分比例高 而且强 烈受古地理 古气候影响 发育硅质生物体 有条件形成脆性页岩储层 目的 层上 下发育的致密碳酸盐岩 阻止了油气垂向运移 使之在黑色页岩层系中 得以保存 1 1 美国 美国 据美国地质调查局 2009 年 12 月中旬发布的油页岩评价报告 美国的富有 机质页岩气资源量达到 108 79 1012m3 比先前的估算提高了约 50 美国已发现含页岩气盆地近 20 个 图 4 主要有 东北部地区的阿巴拉契 亚盆地 密执安盆地 伊利诺斯等盆地 中西部地区的威利斯顿 圣胡安 丹 佛 沃斯堡 阿纳达科等盆地 以及美国落基山地区的盆地 7 图 4 美国主要盆地页岩气资源分布 页岩气主要发现于中 古生界 D K 约有 18 个页岩气产层 目前最大的 页岩气产量来自沃斯堡盆地巴内特 Barnett 页岩 未来页岩气的增长潜力主 要有阿巴拉契亚盆地 Marcellus 俄克拉荷马州的阿克玛盆地 Fayetteville 和东得 克萨斯盆地 Haynesville 页岩层 图 5 图 5 美国各页岩气层对未来页岩气产量的贡献 8 2 2 加拿大 加拿大 加拿大页岩气资源分布广 层位多 预测页岩气地质储量超过 28 3 1012m3 目前的页岩气探明储量为 1 6424 1012m3 主要分布于西部的不 列颠哥伦比亚 British Columbia 艾伯塔 Alberta 萨斯喀彻温 Saskatchewan 和东部的魁北克 Qu bec 等省的 12 个含页岩气盆地中 其 中 西加拿大盆地 不列颠哥伦比亚省东部东部和艾伯塔省地区 的白垩系 侏罗系 三叠系和泥盆系的页岩气资源量超过 24 4 1012m3 是加拿大最大的 含页岩气盆地 艾伯塔地质勘查局 AGS 已初步确定了 15 各个页岩气层 魁北克省的 Utica 页岩区是加拿大最新的页岩产区 面积约 5000km2 页岩 气层为奥陶系 Utica 组黑色钙质页岩 厚度 75 300m 深度范围是 800 2500m 预计可采资源量为 0 1416 1012m3 0 7079 1012m3 并且有超过 0 1133 1012m3的可采石油资源量 表 2 列出加拿大几个主要页岩气层的资源量情况 表 2 加拿大主要页岩气层的资源量统计表 页岩层页岩层Horn RiverMontney ColoradoColoradoUticaUticaHartonHarton BluffBluff 深度 深度 m m 2500 30002500 30001700 40001700 4000300300500 3300500 33001120 20001120 2000 厚度 厚度 m m 150150 300300 17 35017 35090 30090 300 150150 页岩气资源量页岩气资源量 10 1012 12m m3 3 4 08 16 994 08 16 992 27 19 822 27 19 82 2 832 83 3 403 40 3 683 68 目前 西加拿大盆地不列颠哥伦比亚省东北部的 Horn River Montney 和 魁北克省的 Utica 页岩层均已产气 目前最大的页岩气产量来自 Horn River 页 岩 未来页岩气的增长潜力主要是 Horn River Montney 和 Utica 页岩层 图 6 图 6 加拿大主要页岩气层对未来页岩气产量的贡献 9 2 欧洲欧洲 欧洲的页岩气勘探正处于起步阶段 美国能源巨头雪夫隆 Chevron 埃 克森美孚 Exxon 哈里伯顿 Halibotun 在欧洲中部和西部已发现了大量的 页岩气沉积层 基于英国石油公司 BP 2007 年的研究报告 西欧可能拥有页岩气地质储 量 14 44 1012m3 但据国际能源署 IEA 近期的预测 欧洲的非常规天然气储量为 99 11 1012m3 是常规天然气储量的 6 倍 其中有将近一半蕴藏在页岩中 其 余的为煤层气和致密气 并称这个数字远低于美国或者俄罗斯 除了撒哈拉以 南的非洲地区 欧洲的页岩气储量可能是最少的 欧洲有 3 个主要页岩气资源潜力区 西北欧的下古生界是最老的地层 东 起丹麦 经瑞典南部直到波兰北部和东部 第二个自英格兰西北部的切舍 Cheshire 盆地 经英荷盆地 西北德意志盆地 直到波兰西南的德波盆地 第三个地区为下侏罗系沥青页岩 自英格兰南部威尔德 Weald 盆地 经巴黎盆 地 荷兰 德国北部 至瑞典摩拉石 Molasse 盆地 欧洲目前评价的页岩层主要是与美国页岩气层具有相似特征的页岩层 均 为古生界 图 7 图 7 欧洲各国 含澳大利亚 页岩气潜力层段 10 3 中国中国 我国的富有机质页岩十分发育 既有有机质含量高的古生界海相页岩 也 有有机质丰富的中 新生界陆相页岩 资料显示 我国页岩气的资源量可达 100 1012m3 页岩气可采资源量约为 15 30 1012m3 与美国 28 3 1012m3大致相当 根据地质背景 我国的页岩气发育区可大致划分为四 大区域 即 南方 中东部 华北 东北 西北及青藏等四大地区 图 8 图 8 中国潜在的页岩气发育区分布图 我国南方从震旦到中三叠世 发育了面积达 200 104km2的海相地层 并 且最大厚度超过了 10km 地层中形成了上震旦统 下寒武统 上奥陶统 下志 留统 中泥盆统 下石炭统 下二叠统 上二叠统 下三叠统等八套以黑色页 岩为主的烃源岩层系 这些层系与美国东部地层相比 在构造运动强度 页岩 形成时代上具有相似性 具有较大的页岩气勘探前景 在华北 东北地区 页岩气更可能发生在主力产油气层位的底部或下部 区 域上的古生界 鄂尔多斯盆地的中 古生界 松辽盆地的中生界 渤海湾盆地埋 藏较浅的古近系等 泥页岩累计厚度在 50 2000m 平均有机碳含量为 1 0 2 0 局部平均值可达 4 0 以上 具有良好的生气潜力 在西北部地区 页岩气大部分分布在中生界 侏罗系及三叠系等 和盆地 边缘埋深较浅的古生界泥页岩中 西北地区页岩有机碳含量平均值普遍较高 成熟度变化范围也较大 而青藏地区的地表环境虽然较差 但中 古生界泥页岩 11 厚度大 有机质含量高 有机质热演化程度适中 也是页岩气发育的有前景地 区 12 二 世界页岩气的勘探开发动态二 世界页岩气的勘探开发动态 1 美国美国 美国第一口页岩气井钻于 1821 年 1926 年 美国发现的东肯塔基和西弗吉 尼亚气田 泥盆系页岩 为当时世界上最大的天然气田 从 1980 年开始 美国 天然气研究所开始对东部页岩气进行系统研究 页岩气田不断发现 产 储量 稳步上升 页岩气的勘探开发全面展开 在 1981 至 1999 年期间 美国的页岩气钻井总数超过了 28000 口 2006 年 时已超过了 39500 口 1998 年页岩气产量占到了美国干气总产量的 1 6 为全 美探明天然气储量的 2 3 2005 年 美国页岩气产量占到其天然气总产量的 4 5 随着页岩气勘探开发的巨大成功 越来越多的美国油气生产商投身页岩气 勘探开发中 2005 年美国页岩气生产商只有 23 家 2006 年增至 39 家 到 2007 年已有 64 家油气生产商在北美从事页岩气勘探开发 先期大规模开发的 页岩层生产井深度达 2600m 最近投入开发的生产井深度最深达 3600m 目前 钻探的钻井深度达到 5900m 图 9 图 9 美国页岩气井的钻井深度 2008 年 美国页岩气井数已超过 42000 口 仅 2004 2008 年 美国的页岩 气日产量自 5320 104m3增至 1 56 1012m3 产量增长了近 3 倍 13 2009 年年产气量达到 878 108m3 其中 70 来自得克萨斯沃斯堡盆地纽 瓦克东气田 Newark East 目前全美最大的页岩气田 的 Barnett 页岩 1998 年 Barnett 页岩层的产气量是 9 7 108m3 2007 年的为 312 108m3 10 年增长 了 30 倍 已占到美国本土 48 州天然气总产量的 6 另外有四个新的页岩气层 Haynesville 页岩 Fayetteville 页岩 Marcellus 页岩和 Woodford 页岩也 已开始生产 2009 年的页岩气年产量已达 850 108m3 1130 108m3 目前 美国有 5 大主要页岩气产区 阿巴拉契亚盆地 Appalachian 密执 安盆地 Michigan 伊利诺斯盆地 Illinois 沃斯堡盆地 Fort Worth 和圣 胡安盆地 San Juan 页岩气产量已占美国本土 48 州天然气总产量的 10 预计 2010 年美国页岩气产量将占其天然气总产量的 13 到 2020 年页岩气将 会占到天然气总产量的 50 表 3 列举了美国 5 大页岩气产层的特征参数和资 源量 表 3 美国 5 个主要页岩气产层的特征参数 参数阿巴拉契亚密执安伊利诺斯沃斯堡圣胡安 页岩层OhioAntrimNew AlbanyBarnettLewis 时代CDDDK2 埋深 m610 1524183 730183 14941891 2591914 1829 厚度 m91 6104931 12261 300152 579 有机碳 0 5 2 30 3 2 41 2 51 4 50 45 2 5 R0 0 4 1 30 4 1 60 4 1 31 0 1 41 6 1 88 含气量 m3 t1 698 2 8301 132 2 831 132 2 2648 49 9 9050 425 1 274 吸附气含量 507040 602060 85 采收率 10 2020 6010 208 155 15 单井储量 104m3425 1699566 3398425 16991416 42481699 5663 资源量 108m363713 707923398 5663566 5663741928317 2 加拿大加拿大 在美国页岩气快速发展的同时 加拿大也开展了页岩气的研究与开发 1996 加拿大非常规天然气协会 CSUG 完成了对西加拿大盆地上白垩统 Wilrich 组及其同时代地层 侏罗系 Nordegg Fernie 组 三叠系 Doig DoigPhosphate Montney 组 Exshaw Bakken 组和泥盆系 Ireton Duvernay 组等页岩层的评价 目前 不列颠哥伦比亚油气委员会已核准 的白垩系和泥盆系页岩气试验区块共计 22 个 14 据报道 1998 年底加拿大开始页岩气商业开采 2008 年的产量超过 230 104m3 d 主要产气区为西加拿大盆地的 Montney Horn River 和魁北克的 Utica 页岩层分布区 据加拿大 Questerre 公司的资料 目前 Horn River 页岩的平均单井产气量 为 0 4248 104m3 Utica 页岩的平均单井产气量为 0 1416 104m3 均高于美国 沃斯堡盆地 Barnett 页岩 0 042 104m3 0 085 104m3的平均单井产气量 2007 年 加拿大卡尔加里 Trident 勘探公司在西加拿大盆地大不列颠哥伦 比亚东北部的 Montney 页岩层钻了 157 口水平井和 175 口直井 产量达到 274 4 104m3 d 与 2006 年相比总产量提高 37 目前 Trident 勘探公司 2007 年在西加拿大盆地的艾伯塔省和不列颠哥伦比亚省拥有 31 2 108m2的开 采土地 并且在美国还有超过 21 8 108m2的开采面积 是加拿大最大的页岩 气勘探开发生产商之一 在西加拿大盆地从事页岩气开发的另一家公司 Houston independent Apache 公司于 2008 年在大不列颠哥伦比亚的 Muskwa 页岩钻了 3 口水平井 3 口井的测试结果分别为 24 9 104m3 d 17 3 104m3 d 和 15 0 104m3 d 据该 公司最近的报告 Muskwa 页岩分布于卡尔加里东北部的合恩河盆地 面积为 5 67 108m2 预计含气资源量为 1 98 1012m3 Muskwa 页岩和 Barnett 页岩 的埋藏深度相当 但厚度更大 渗透率更好 地质构造更简单 而且不含水 该盆地有望成为北美最大的页岩气盆地之一 3 欧洲欧洲 欧洲页岩气的勘探开发近 3 年来刚刚起步 2008 年德国钻了第一口页岩气 探井 2009 年下半年 欧洲页岩气的勘探开始发力 现在欧洲有 10 个国家正 在进行页岩气地质调查 由于欧洲页岩气的勘探刚开始 因此 业界对欧洲的 页岩气资源潜力还知之甚少 在欧洲进行页岩气勘探活动的既有跨国石油巨头 大型独立石油公司 也 有较小的公司和煤层气开发商 埃克森美孚公司在德国和匈牙利开始钻井勘探 壳牌 康菲石油公司和加 拿大石油公司在波兰开始勘探 钻探深度已达 3500m 在瑞典勘探的主要是壳 15 牌公司 2009 年 11 月开始钻井 一些较小的公司则在其他国家活动 尤其是 法国 据在欧洲从事页岩气勘探的加拿大石油公司称 波兰约有 424 75 108m3 1415 84 108m3页岩气储量 页岩气勘探已有初步进展 目前 该国已向 40 多家国外公司发放了 60 个勘探许可证 由此拉开了欧洲页岩气大 勘探的帷幕 4 中国中国 调研发现 早在 1966 年 四川盆地的威远地区 阳高寺和九奎山的 158 口 井在复查中普遍见到页岩气显示 完钻的威 5 井 钻遇九老洞页岩段发现气浸 与井喷 经测试日产气 2 46 104m3 随后 这些地区的其他井在钻井过程中也 见到不同级别的页岩气显示 以四川阳高寺气田 威远气田钻井中气涌现象为 多见 其中 1981 年钻的阳 63 井在 3505 3518m 井深的黑色页岩段射孔并经 过土酸处理后获得 3500m3 d 的气流 以美国沃斯堡盆地大气田可采系数的一半 计 估算其下古生界海相页岩平均资源量可达 3 0 3 5 1012m3 km2 在中新生界陆相地层页岩内已有多处页岩油藏显示 如渤海湾盆地沙河街 组在东濮凹陷的文 300 井 沾化凹陷的罗 19 井 新义深 9 井 松辽盆地古龙凹 陷白垩系青山组哈 16 井 英 12 井 四川盆地川西坳陷中侏罗统的孝泉 110 井 等 天然气的储存条件比石油更宽松 也更有希望在类似条件下发现页岩气藏 目前 我国页岩气勘探开发还处于探索阶段 仅松辽 伊通盆地有几口井 开始试气 初产在 1000m3左右 四川盆地和鄂尔多斯盆地也已经着手准备成立 先导试验区 2006 年年初 中国石油勘探开发研究院油气资源规划所组织专家 在四川盆地西南地区进行了页岩气资源调查研究 预测在四川盆地寒武系筇竹 寺组 志留系龙马溪组页岩地层中存在丰富的页岩气资源 据初步估算 仅这 两个组的页岩气资源就是整个四川盆地的常规天然气资源总量的 2 倍 据国资委网站消息 2009 年 11 月 25 日 随着中国石油与壳牌公司的合作 开发项目 富顺 永川区块页岩气项目在成都启动 标志着我国首个页岩气 合作开发项目正式进入实施阶段 据 2010 年 1 月 19 日中石化集团披露的消息 集团非常规资源勘探开发取 16 得重要进展 公司已经就页岩气开发与英国石油公司 BP 展开合作 并且初选贵 州凯里和苏北黄桥为合作意向区块 目前谈判进展顺利 这也是去年中石油与 壳牌启动国内首个页岩气开发项目后 国内页岩气开发再次有重大进展 17 三 页岩气藏石油地质特征及气藏类型三 页岩气藏石油地质特征及气藏类型 1 页岩气的生烃条件页岩气的生烃条件 1 1 有机地化特征 有机地化特征 页岩气藏的形成对烃源岩的要求是 总有机碳含量大 有机质成熟度适中 有效烃源岩厚度足够大且分布广 与常规气藏相同 不管是生物成因气还是热 成因气 源岩都需要充足的有机质 页岩气藏的烃源岩多为沥青质或富含有机 质的暗色泥页岩和高碳的泥页岩类 一般含有 4 30 的有机质 地层总有机 碳含量 TOC 一般大于 2 可达普通烃源岩的 10 20 倍 总有机碳含量 TOC 与页岩气的产气率密切相关 例如 沃斯堡盆地 Barnett 页岩 阿巴拉 契亚盆地 Chattanooga 页岩 TOC y 与页岩气产率 x 之间存在 y 27 538x 67 886 和 y 66 59x 60 154 的正线性关系 其他页岩产层也多具有类 似特征 2 2 干酪根类型 干酪根类型 干酪根的类型并不影响源岩层的产气数量 它只影响天然气吸附率和扩散 率 有机质的总量和热成熟度才是决定源岩产气能力的重要变量 美国页岩气 盆地的页岩中的干酪根主要以 I 型和 型干酪根为主 也有部分 型干酪根 3 3 成熟度 成熟度 在热成因的页岩气储层中 烃类是在时间 温度和压力的共同作用下生成 干酪根的成熟度不仅可以用来预测源岩中生烃的潜力 还可以用于高变质地区 寻找裂缝性页岩气储层的潜力 成为页岩储层系统有机成因气研究的指标 页岩的热成熟度指标 R0可以从 0 4 0 6 临界值 到 0 6 2 0 成 熟 页岩气的生成贯穿于有机质向烃类演化的整个过程 不同类型的有机质在 不同演化阶段生气量不同 美国五大产页岩气盆地页岩的 R0值均大于 0 4 2 页岩气储层特征页岩气储层特征 1 1 岩性及矿物成分 岩性及矿物成分 尽管含气页岩通常被称作 黑色页岩 但并不仅仅是指单纯的页岩 也包 括细粒的粉砂岩 细砂岩 粉砂质泥岩及灰岩 白云岩等 在矿物组成上 主 18 要包括一定数量的碳酸盐 黄铁矿 粘土质 石英和有机碳 矿物成分对于成功的完井是非常重要的 页岩气的产出依赖于人工造缝的 能力 天然裂缝的存在或是可渗透岩相的互层的存在 富含硅质的页岩要比富 含粘土质页岩在人工压裂中起到更好的作用 图 10 为美国部分已开发的页岩气 层岩石矿物组分的百分含量对比 显示页岩气储集层的石英含量多超过 50 有些高达 75 0 0 1 10 02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 0 巴巴内内特特 特特拉拉华华州州盆盆地地B Ba ar rn ne et tt t 页页岩岩 沃沃思思堡堡 盆盆地地B Ba ar rn ne et tt t 页页岩岩 C Ca an ne ey y 页页岩岩 W Wo oo od df fo or rd d 页页岩岩 F Fa ay ye et tt te ev vi il ll le e 页页岩岩 N Ne ew w A Al lb ba an ny y 页页岩岩 石石英英 碳碳酸酸 盐盐岩岩 黄黄铁铁矿 矿 白白铁铁矿矿 其其他他 伊伊利利石 石 蒙蒙皂皂石石 伊伊利利石 石 蒙蒙脱脱石石 绿绿泥泥石 石 蒙蒙皂皂石石 高高岭岭石石 绿绿泥泥石石 干干酪酪根根 矿矿物物组组成成百百分分含含量量 0 0 1 10 02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 0 石石英英 碳碳酸酸 盐盐岩岩 黄黄铁铁矿 矿 白白铁铁矿矿 其其他他 伊伊利利石 石 伊伊利利石 石 蒙蒙脱脱石石 绿绿泥泥石 石 高高岭岭石石 绿绿泥泥石石 干干酪酪根根 矿矿物物组组成成百百分分含含量量 图 10 美国已开发页岩气盆地页岩矿物组分统计 2 2 页岩气的储集方式 页岩气的储集方式 气体在页岩储层中主要以两种主要的方式储集 游离气和吸附气 在天然 裂缝及大孔隙中以游离状态存在 在有机质或矿物固体颗粒表面以吸附状态存 在 页岩吸附能力的多少与页岩的许多特征有关 如总有机碳含量 干酪根成 熟度 储层温度 压力 页岩原始含水量和天然气组分 不同地质条件下游离 气与吸附气的相对比例有很大差别 影响游离气量大小的主要因素是页岩基质 孔隙的大小和天然裂缝的发育程度 二者为正相关关系 如阿巴拉契亚盆地的 Ohio 页岩和密执安盆地的 Antrim 页岩 孔隙度平均在 5 6 高的可达到 15 游离气可以充满孔隙的 50 Barnett 页岩裂缝较发育 其游离气含量高 达 80 有机碳含量的高低也是影响吸附气多寡的关键因素 二者同样具正相关性 19 图 11 图 11 美国页岩气盆地页岩有机质含量与吸附气含量关系 3 3 孔隙度与渗透率 孔隙度与渗透率 含气页岩大多显示出低的孔隙度 90 ASC 物理性能与常规水泥的物 理性能十分相似 可专门配制 ASC 来提供适当的密度 失水 自由水 抗压强 度和泵入时间 满足特殊井的要求 如果需要更低密度的水泥浆 ASC 还可泡 沫化 ASC 物质容易从射孔串中清除 特别适用于限流水平井 高溶解性可在紧邻 射孔处的环空里打开大片的连通区域 同时还可沿井眼提供极好的油层封隔 另外 在开采期间同常规水泥相关的表皮效应 井壁周围地区的传导性降低和 射孔堵塞等问题都得到了解决 37 附 我国页岩气勘探开发的战略目标附 我国页岩气勘探开发的战略目标 据估算 我国页岩气可采资源量约为 26 万亿立方米 与美国大致相当 2009 年在全国油气资源战略选区专项中 设立了 中国重点地区页岩气资源潜 力及有利区带优选 项目 国内三大石油公司积极调整结构和重点 将页岩气勘 探开发列为非常规油气资源的首位 党中央 国务院高度重视页岩气资源战略调查和勘探开发工作 已将页岩 气纳入我国能源战略发展规划 国家发改委和国家能源局 2009 年 9 月研究制 定关于鼓励页岩气勘探开发利用的政策 正在征求意见和修改完善中 2009 年 11 月 美国总统奥巴马来我国访问期间 中美双方领导人签署了 中美关于 在页岩气领域开展合作的谅解备忘录 将两国在页岩气方面的合作上升到了国 家层面 大力推进页岩气资源勘探开发 已成为我国油气资源领域重要而迫切 的战略任务 我国页岩气资源战略调查和勘探开发的指导思想与战略目标 一 指导思想 一 指导思想 深入贯彻落实科学发展观 坚持以解放思想 开拓创新为动力 以形成具 有中国特色的页岩气资源战略调查和勘探开发体系为目标 进一步推动页岩气 勘探开发 获得更多的非常规天然气储量 增强非常规天然气资源可持续供给 能力 满足我国天然气消费不断增长的需要 促进向清洁能源经济模式转化和 经济社会又好又快发展 二 工作原则 二 工作原则 立足长远 统筹规划 依靠科技 立足创新 注重基础 突出重点 增加 储量 提高产能 要根据国民经济中长期规划和能源发展战略的要求 统筹页 岩气资源战略调查和勘探开发 科学规划 合理布局 使页岩气成为可供长远 利用的清洁能源 要依靠理论和科技进步 推动原始创新 加强页岩气资源战 略调查和勘探开发技术集成创新 增强引进消化吸收再创新能力 要根据我国 页岩气地质条件 加强页岩气地质工作和富集规律研究 强化重点地区页岩气 资源调查 不断提高页岩气资源战略调查和勘探开发的深度和广度 要以需求 为主导 获得更多的页岩气资源储量 探索突破快 实效好 成本低的页岩气 资源战略调查和勘探开发模式 38 三 战略目标 三 战略目标 到 2020 年 在全国优选出 50 80 个有利目标区和 20 30 个勘探开发区 页岩气可采储量稳定增长 达到 1 万亿立方米 页岩气产量快速增长 达到常 规天然气产量的 8 12 实现全国页岩气资源战略调查和勘探开发工作规 范化 形成战略调查与勘探开发的良性互动机制 具体目标是 查明我国页岩气基础地质背景和条件 形成页岩气基础地质资料数据 和系列图件 优选出 50 80 个有利目标区 提交 20 30 个页岩气勘探开发区 提交页岩气可采储量 1 万亿立方米 形成若干个页岩气大气区 页岩气成为我国重要的能源资源 形成适合我国地质条件的页岩气地质理论和资源评价方法参数体系 摸清我国页岩气资源 家底 预测页岩气储量产量增长趋势 建立适合我国不同类型页岩气资源战略调查和勘探开发等技术体系 形成我国页岩气资源战略调查和勘探开发技术标准 规范 我国页岩气资源战略调查和勘探开发的战略重点 一 加强页岩气资源战略调查 一 加强页岩气资源战略调查 根据我国页岩分布和页岩气富集的地质条件 在全国范围内开展页岩气地 质调查 充分利用已有的地质资料 有针对性地部署实物工作量 通过调查进 一步查明我国页岩气基础地质背景和条件 预测富含有机质页岩发育区 预测 页岩气资源潜力与分布 同时 获取系统的资料数据 编制系列图件 建成页 岩气地质调查数据资料集成系统 形成系列调查研究成果 优选页岩气富集有利目标区和勘探开发区 重点选择我国南方海相页岩地 层 特别是上扬子地区作为战略突破区 针对四川盆地及其周缘的下寒武统 下志留统 二叠系等页岩地层 开展页岩气地质和富集条件调查 力争率先实 现重大突破 选择我国海陆交互相和湖相页岩地层 作为战略准备区 针对滇 黔桂下扬子和华北海陆交互相 松辽盆地下白垩统 渤海湾盆地古近系 鄂尔 多斯盆地上三叠统等湖相泥页岩地层 开展页岩气地质综合调查和资源前景分 析 力争实现新发现 建立页岩气资源战略调查和勘探开发先导试验区 在川渝黔鄂地区建立第 39 一个页岩气资源战略调查先导试验区 力争 1 2 年取得突破 获得页岩气工业 气流 2 5 年实现重大突破 提交一批页岩气富集有利目标区和勘探开发区 提交页岩气可采储量千亿立方米左右 形成我国首个页岩气大气区 同时 着 力解决页岩气重大地质问题和关键技术方法 形成页岩气资源技术标准和规范 二 推进页岩气勘探开发 二 推进页岩气勘探开发 把落实资源并实现储量稳步增加放在首位 南方海相页岩地层 北方湖相 页岩地层和广泛分布的海陆交互相地层等将是今后页岩气勘探的主要领域 四 川 鄂尔多斯 渤海湾 松辽等八大盆地页岩气富集条件优越 是未来页岩气 勘探的主要对象 含油气盆地之外广泛分布的页岩也是重要的勘查目标 近期 应以川南 川东南 黔北 渝东南 渝东北 川东 渝东鄂西为重点 加大勘 探力度 加快勘探步伐 争取获得重大进展 提交页岩气储量 发现大气田 逐步加强页岩气开发 四川盆地及其周缘将是近期页岩气开发主阵地 将 川渝黔鄂页岩气资源战略调查先导试验区作为近期重要的建产阵地 鄂尔多斯 渤海湾 松辽等现有含油气盆地和盆地外广泛分布的页岩区作为第二梯次开发 阵地 作为接替资源进行开发 下一步应做好探明储量开发评价和目标区优选 建产准备工作 力争 2020 年实现页岩气年产能 150 亿 300 亿立方米 三 加强页岩气地质基础研究 三 加强页岩气地质基础研究 系统研究我国页岩气地质理论和新认识 在分析我国页岩气地质理论研究 现状的基础上 开展页岩发育和页岩气富集类型研究 重点研究我国页岩气富 集模式及特点 系统研究我国页岩气资源分布规律 资源潜力和评价方法参数 体系等 构建我国页岩气地质理论体系 未来几年 结合目前已经起步的页岩气基 础地质 勘探开发研究 尽快启动钻井 完井地质的研究 在不远的将来 构 建适合于我国地质条件 且对我国页岩气资源战略调查和勘探开发具有指导意 义的较为完整的中国页岩气地质理论体系 四 提高页岩气勘探开发技术水平 四 提高页岩气勘探开发技术水平 全力推进页岩气勘探开发技术创新 完善和创新页岩气地质 地球物理 地球化学 钻探完井和压裂等技术方法 形成多学科 多手段的综合勘探技术 40 方法体系 确保勘探目标的落实和顺利完