页岩气历史、现状与未来

页岩气历史、现状与未来History，CurrentSituationandFutureofShaleGasjcbqWhoamI?内容提要Outlook�页岩气�Whatisshalegas�页岩气特点�Characteristicsofshalegas�美国页岩气发展�ShalegashistoryinUSA�页岩气的未来�Shalegasinthefuture天然气吸附状态游离状态溶解状态深盆气常规气油溶气水溶气页岩气煤层气水合物页岩气：主体上以吸附和游离状态赋存于泥、页岩地层中的天然气聚集(张金川等，，2003)。Shalegas,istheadsorbedandfreegasremainedinsourcerocksasshaleormudstone,eveninpeliticsiltstoneorsiltpelite.SteveDrake,20070.050.0050.10.250.51.02.0砾巨砂粗砂中砂细砂粘土细粉砂粗粉砂颗粒直径（mm）V（m3/t）54.543.532.521.510.500123456789P（MPa）重庆彭水（下志留统龙马溪组）LongmaxiShaleinChongqing,LowerSilurian云南（下寒武统）BlackShaleinYunnanProvince,LowerCambrian湖北（志留统龙马溪组）LongmaxiShaleinHubeiProvince,LowerSilurian江西（下寒武统）BlackShaleinJiangxiProvince,LowerCambrian页岩气的聚集至少存在两种机理(A)游离相态的天然气聚集，其中天然气的分布受控于页岩中孔隙空间的发育，受控于其中裂缝的分布。(B)吸附作用机理，页岩气的赋存聚集机理在吸附作用特征上与煤层气具有相似之处，即受控于页岩颗粒表面物质的吸附作用。ShaleTightsandsGas-bearingfractureConventionalreservoirNaturalgasBasementReplacementmigrationinconventionalreservoirPiston-typedmigrationintightsandreservoirComplextransitionmigrationinshalebitumen从成因角度，页岩气可以理解为泥页岩地层中未被及时排出的残留气。③②①页岩Shale致密砂岩Tightsands含气裂缝带Gas-bearingfracture常规砂岩Conventionalsandstone天然气Naturalgas（afterMartin）辽宁省抚顺市侏罗系页岩湖北省吉首市寒武系页岩贵州省沿河县志留系页岩重庆市秀山县震旦系页岩黑色页岩自燃现象：∈1n黑色页岩由于硫、磷化物的自燃而燃烧钻井过程中的疑似气显具有普遍发现意义的岩芯逸气Gasescapingfromshalecores页岩气研究意义ResearchSignificancesforShaleGas（1）普遍意义：滞留是主体Universality:remainingisthemainbody离+（2）复合机理：游离+吸附Mechanism:composingbyfreedomandabsorption（3）经济价值：成本并不昂贵Economic:costingisnotexpensive（4）应用前景：突破口和热点Prospects:breakthroughandhottopic内容提要Outlook�页岩气�Whatisshalegas�页岩气特点�Characteristicsofshalegas�美国页岩气发展�ShalegashistoryinUSA�页岩气的未来�Shalegasinthefuture类型Type干酪根类型Kerogentype成熟度底限Maturitythreshold生气机理Gasgeneration孔渗性Porousityandpermibility含气量Gascontent压力Pressure吸游比A/F埋藏深度Burieddepth直接型Direct-typeⅢRo≥0.4%生物化学、热解Biochemistry高High低Low低Low高High浅Shallow间接型Indirect-typeⅠ、ⅡRo≥1.2%热裂解、生物再作用Thermalcracking低Low高High高High低Low深Deep两种类型页岩气Classificationofshalegas页岩气基本特点(１)岩性：多为富含有机质的暗色、黑色页岩、高碳页岩及含沥青质页岩，总体上表现为暗色页岩类与浅色粉砂岩类的薄互层。(２)岩石组成：一般为30-50%的粘土矿物、15-25%的粉砂质（石英颗粒）和2-25%的有机质。(３)成因：可主要来源于生物作用或热成熟作用。(４)有机地球化学指标：TOC一般不小于2%，Ro大于0.4%(５)页岩本身既是气源岩又是储气层。（６）孔隙度一般小于10%，而含气的有效孔隙度一般只有1-5%。渗透率则随裂缝的发育程度不同而有较大变化。（７）页岩中具有广泛的饱含气性，天然气的赋存状态多变，以吸附态或游离态为主，吸附状态天然气的含量变化于20-90%之间，一般为50%左右，溶解态仅有少量存在。（８）页岩气成藏具有隐蔽性特点，可以不需要常规圈闭存在，但当裂缝在其中发育时，有助于游离相天然气的富集和自然产能的提高。（９）当页岩中发育的裂隙达到一定数量和规模时，构成天然气勘探的有利目标－甜点。05101520有机碳含量/%吸5.0附含气4.0量/m33.02.01.00.0(m3/t)福特沃斯斯Barnett（Montgomery，2005）630010208总含气量吸附气量04.81–7.0841.70－3.542含气量压力(Mpa)盆地阿巴拉契亚密执安伊利诺斯富特沃斯圣胡安页岩名称OhioAntrimNewAlbanyBarnettLewis埋藏深度(m)610-1524183-730183-14941981-2591914-1829毛厚度(m)91-3054931-12261-91152-579净厚度(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含气孔隙度(%)/总孔隙度(%)2/4.74/95/(10-14)2.5/(4-5)(1-35)/(3-5.5)吸附气含量(%)507040-602060-85地层压力系数0.35-0.920.810.990.99-1.020.46-0.583单井日产量(m)850-141591133-14159283-14162832-283172832-5663采收率(%)10-2020-6010-208-155-15单井储量(万方)425-1699566-3398425-16991416-42481699-5663美国含气页岩主要特征（据Curtis,2002英制单位换算）产气页岩特点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），美国主要页岩气层为0.4-3.5%厚度：一般＞10m页岩特点：脆性矿物含量高、微裂缝发育，其中石英、长石等矿物含量大于30%～40%产气区：盆地中心区、斜坡区，即优质烃源岩发育区产液特点：部分页岩产轻质油，生物成因页岩气可产水0/Bg)fs（k1+k+k2SQ=AH(k1S2辽SP2050AC20250RTRS003030岩性计算TOC3深度(m)10501060107010801090流河道叠加间湾CalculationforGascontent多期水下分流河道叠加间湾=3-1-)井计算TOC随深度变化下图海2分水流河道间沉微水湾积相下分流河道间湾水下分流河道间湾水下分流河道1100间湾11101120水下分流河道1130114011501160水下分流间湾117011801190分流河道12101220(m)1丁山1井15SP(mv)6090岩性沉积相0孔隙度%350饱和度%100002.5游离气含量实测TOC（m3/t）3计算TOC02.501114吸附气含量总含气量吸游比（m3/t）（m3/t）%0.70201R25AC(Ω·m)(μs/m)深度3340125506533503360337033803390340034103420343034403450346034703480349035003510次深海-深海盆地相页岩气快速解吸测试水平钻井技术水力压裂技术页岩气开发核心技术页岩气开发核心技术内容提要Outlook�页岩气�Whatisshalegas�页岩气特点�Characteristicsofshalegas�美国页岩气发展�ShalegashistoryinUSA�页岩气的未来�Shalegasinthefuture美国页岩气勘探开发历程（1）1821年，美国第一口工业性天然气钻井（8m深度时产出泥盆系页岩裂缝气）该井实际上就是页岩气井（（Chautauqua县浅埋的泥盆系系Dunkirk页岩），当时产气量少未引起重视，但就此拉开了美国天然气工业发展的序幕。此后，美国的页岩气陆续发现。阿巴拉盆地契诺斯伊利地盆亚密执安盆地圣胡安盆地福特沃斯盆地产页岩气盆地其它含页岩气盆地产气区域威利斯顿盆地丹佛盆地阿纳达科盆地尤因塔盆地皮申斯盆地美国页岩气盆地分布图（据GTI,USA，2003）1821年Hart在纽约的的Fredonia完成第一口商业性气井1859.8.27（2）1926年，泥盆系页岩（东肯塔基和西弗吉尼亚气田）形成了当时世界上最大的天然气田。（3）1973年阿以战争期间的石油禁运和1976-1977年间的第一次石油危机促使美国能源部(DOE)投入大量资金用于页岩气研究，加快了天然气勘探研究的步伐。（R（4）1976年，美国能源部及其以后的能源研究和开发署（ERDA）联合了国家地质调查所、州级地质调查所、大学以及工业团体，发起并实施了针对页岩气研究与开发（R&D）的东部页岩气工程。（5）从从1980年开始，天然气研究所（（GRI）开始对东部页岩气进行系统研究，导致新的发现不断产生并使页岩气产储量进一步提高。随后的页岩气勘探和研究迅速向其它地区盆地扩展，页岩气研究全面展开。Unita:Unita:GreenRiverParadox:CaneCreek（据GTI,USA，2003；FranzandJochen,2005,Pollastro2005等编绘）500kmSanJoaquin:McClureSanJuan:Lewis&MancosWilliston:BakkenIllinois:NewAlbanyAppalachian:Devonian/OhioMichigan:AntrimFortWorth:BarnettPermian:Barnett&WoodfordAnadarko:Woodford&CaneyPowderRiver:BigHorn：GammonSantaMaria:MontereyFloyd&ConasaugaRaton：PaloDuraArk-La-Tex:BossierValVerd：Kerr：PaloDura：CrazyMountains：WindRiver：称:盆地名称:页岩名称美国48州页岩气盆地分布图图例已开发页岩气盆地Williston:Bakken具页岩气潜力盆地Marfa:Barnett&Woodford页岩气盆地发育有利带GreaterGreenRiver:Lewis,Mowry&NiobraraDenver-Julesburg:Piceance:NiobraraGreenRiverForestCity:Excello/Mulky美国拿大Arkoma:Fayetteville/Caney&woodfordBlackWarrior:美国典型页