北美页岩气勘探开发现状及对我国的启发

北美页岩气勘探开发现状及对我国的启发内容前言1北美页岩气勘探开发历史与现状2北美页岩气资源潜力3页岩气藏的形成条件4页岩气的评价5北美页岩气勘探开发对我国的启示世界上页岩气勘探开发时间最长、程度最高、研究工作开展最多的国家为美国，其次为加拿大，其它许多国家页岩气的勘探开发和研究普遍还处于刚起步阶段。因此，了解北美地区特别是美国页岩气的勘探开发和研究现状对于我国页岩气勘探开发与研究工作具有重要借鉴意义。前言美国是世界上最早从事页岩气勘探开发的国家。尽管页岩气引起广泛关注只不过是最近几年的时间，但其早在19世纪晚期已在美国阿帕拉契亚山区开始生产（NEB，2009）。1821年在纽约州Fredonia附近富泥盆纪有机质的Dunkirk页岩完钻的页岩气井，是美国第一口商业生产的页岩气井（Curtis，2019）。这比Drake上校在宾夕法尼亚州所钻的著名的油井早了将近40年。1926年，阿帕拉契亚盆地泥盆纪页岩气已投入商业性开发，并且成为当时最大的气田。1北美页岩气勘探开发历史与现状1.1美国然而，美国页岩气广泛的商业性开采直到1980年实施了非常规燃料免税政策以后，特别是1981年Mitchell能源公司在得克萨斯州北部FortWorth盆地Barnett页岩钻探了第一口页岩气井后，再一次引起了人们对页岩气的兴趣。但由于技术等原因，1989年美国仅产页岩气42×108m3。2019年，美国的页岩气产量达到85×108m3，占美国天然气产量的1.6%；页岩气储量1104×108m3，占全国天然气探明总储量的2.3%。2019年，美国页岩气产量达到108×108m3（Shirley，2019）。1.1美国1北美页岩气勘探开发历史与现状2000年以来，由于高气价、页岩储层描述技术以及钻井和完井技术的进步，页岩气成了有经济价值的勘探开采对象（Cardott，2019）。2019年，美国页岩气井增至40000余口，页岩气产量达到311×108m3，占全国天然气总产量的5.9%。2019年，美国页岩气产量达到335×108m3，其中Barnett/NewarkEast气田和Antrim气田的产量分列美国第2和第13位。2019年，美国页岩气产量达到572×108m3,比上年增长了71%（EIA，2009b），页岩气产量占到美国干气总产量的10%（EIA，2009c）。其中70%的页岩气产量来自德克萨斯州的Barnett页岩。2009年，美国页岩气勘探开发更是取得了惊人的发展速度，页岩气生产井数增至98590口，产量超过878×108m3。其中，仅Barnett页岩的产量就达到了560×108m3。页岩气快速勘探开发使得美国天然气储量增加了40%。预计2019年页岩气产量将占全美天然气产量的15%以上。根据高级资源国际(AdvancedResourcesInternational,Inc.)的预测，随着Haynesville和Marcellus页岩气开发的快速发展，美国页岩气产量预计到2020年将达到2066×108m3（Kuuskraa，2009）。1.1美国1北美页岩气勘探开发历史与现状USshalegasplaysSource:ScottStevensandVelloKuuskraa:“SevenplaysdominateNorthAmericaActivity”,inOil&GasJournal,28.09.09ImpactontheUSgasbalancegoingforwardSource:USDOEEIA:AnnualEnergyOutlook2019EarlyRelease7,5%24,3%7,8%32,8%13,5%5,9%8,2%1,6%6,3%8,4%54,1%8,8%12,6%8,3%TexasRailroadCommission,20092019年产量395×108m31.1美国1北美页岩气勘探开发历史与现状根据高级资源国际(AdvancedResourcesInternational,Inc.)的预测，随着Haynesville和Marcellus页岩气开发的快速发展，美国页岩气产量预计到2020年将达到2066×108m3（Kuuskraa，2009）。由于页岩气产量的快速增长，在过去的10多年中，美国非常规天然气的产量增加了65%，由2019年1528×108m3增至2019年的2519×108m3，非常规天然气产量已占到美国天然气总产量的46%（NavigantConsulting，2019）。加拿大是继美国之后世界上第二个对页岩气进行勘探开发的国家，其自页岩的天然气生产也已有数十年的历史，早期的页岩气生产来自阿尔伯达省东南部和萨斯喀彻温省西南部的SecondWhiteSpeckledShale（NEB，2009）。但位于不列颠哥伦比亚省（BC省）东北部的第一个商业性页岩气藏直到2019年才开始投入开发。此后，对页岩气勘探开发的兴趣大大增强，勘探开发的地区主要集中在BC省东北部的中泥盆统HornRiver盆地与三叠纪Montney页岩。随着新技术的应用，许多公司对页岩气勘探开发的兴趣除阿尔伯达省和BC省外，还扩展到了萨斯喀彻温省、安大略省、魁北克省、新布伦斯威克省以及新斯克舍省。1.2加拿大1北美页岩气勘探开发历史与现状按照加拿大非常规天然气协会（CSUG）主席MichaelDawson在2009年9月一次报告的观点，加拿大的页岩气区带中只有Montney达到了他所称的商业开发阶段，HornRiver盆地则部分处于先导生产试验阶段、部分还处于先导钻探阶段；魁北克低地、新布伦斯威克省以及新斯克舍省的页岩则还处于他所称的早期评价阶段（Anonymous，2009）。而美国处于商业开发阶段的页岩气区带有Marcellus、Barnett、Haynesville、Fayetteville和Woodford页岩。1.2加拿大1北美页岩气勘探开发历史与现状AfterMichaelDawson:ShaleGasResourcePlaysinNorthAmerica-OpportunitiesandChallenges.NBFEnergyServiceConference.Sep.14,2009.1.2加拿大1北美页岩气勘探开发历史与现状2009年，加拿大页岩气产量达到72×108m3，它们产于HornRiver与Montney2个页岩气区带。据高级资源国际(AdvancedResourcesInternational,Inc.)预测，加拿大页岩气产量预计到2020年将超过625×108m3（Kuuskraa，2009）。1.2加拿大1北美页岩气勘探开发历史与现状据Rogner（2019）估计，世界页岩气原地资源量为456×1012m3。按照IEA《2009年世界能源展望》，Rogner（2019）估计的原地资源量中有约40%会成为可采量，即世界页岩气可采资源量为180×1012m3。按2019年世界天然气产量计算，仅全球页岩气资源就可以生产60年。2北美页岩气资源潜力2.1全球TheUSNationalPetroleumCouncilputsglobalunconventionalgasresourcesbyend2019at32560tcf(againstaglobalprovenreservesbaseof~6250tcf)CBM–9051tcf;shale–16112tcf;tightgas–7406tcf2北美页岩气资源潜力2.1全球然而，根据北美和欧洲的经验，Rogner（2019）对全球页岩气资源量的估计可能将会被证明是保守的（AEI，2009）。以北美（美国和加拿大）为例，Rogner(2019)估计北美页岩气原地资源量为109×1012m3。但TristoneCapital2019年对美国Barnett、DeepBossier、Haynesville、Fayetteville、Woodford和Marcellus与加拿大Montney、HornRiver（Muskwa）、UticaGothic等9个页岩气区带的评价认为，如果不考虑风险因素，仅这9个区带的可采资源潜力就达到21×1012m3（Anonymous，2019）。最近，高级资源国际(AdvancedResourcesInternational,Inc.，2009)对北美“7大”页岩气盆地（Barnett，Fayetteville，Woodford，Marcellus，Haynesville，Montney与HornRiver）进行了盆地一级的资源评价，结果得到其原地页岩气资源量高达146×1012m3,其中可采资源量估计为20×1012m3。这一结果大大超出了Rogner（2019）对北美页岩气总资源量的估计。2北美页岩气资源潜力2.1全球美国的页岩气资源十分丰富，但对其规模的评价尚无定论。据潜在天然气委员会（PGC）对美国天然气资源两年一度评价的最新结果，截止2019年底，美国天然气潜在资源总量为52×1012m3，其中页岩气资源量为17.4×1012m3（PGC，2019），占总潜在资源量的33%。最近，高级资源国际（AdvancedResourcesInternational,Inc.，2009）对美国5个页岩气盆地（Barnett，Fayetteville，Woodford，Marcellus，Haynesville）评价认为，其原地资源量达107×1012m3，可采资源量13×1012m3。其中Marcellus页岩资源量达59×1012m3(2,100Tcf)，可采资源量5.7×1012m3(200Tcf)。可见，美国页岩气原地资源量OGIP在85×1012m3（3000tcf）以上（Brathwaite，2009）。2.2美国2北美页岩气资源潜力AfterMichaelDawson:ShaleGasResourcePlaysinNorthAmerica-OpportunitiesandChallenges.NBFEnergyServiceConference.Sep.14,2009.FromDOE,April2009ShalegasresourceplaysinUnitedStates就探明储量而言，2019年底，美国剩余页岩气探明储量为9280×108m3,比2019年增加了51%（EIA，2009d），占美国干气探明储量6.9×1012m3的13.4%。由于页岩气的发现，美国2019年天然气的估算储量比2019年高了35%。美国页岩气储量的快速增长白宫新闻秘书办公室在2009年11月17日在《美国-中国页岩气资源合作倡议》中指出：“预期页岩气的开发将会大幅度提高美国的能源安全，并有助于减少温室气体污染”。2.2美国2北美页岩气资源潜力2.3加拿大加拿大的页岩气资源亦很丰富，页岩气资源主要分布于5个盆地：BC省东北部的HornRiver盆地;三叠系Montney页岩;阿尔伯达省与萨斯喀彻温省的Colorado群;魁北克省的奥陶系Utica页岩;新布伦斯威克省与新斯克舍省的HortonBluff页岩。2北美页岩气资源潜力但其资源量目前同样没有比较一致的估计。2.3加拿大根据加拿大非常规天然气协会（CSUG）最新资源评价结果，加拿大页岩气的原地资源量（GIP）估计＞42.5×1012m3（＞1500Tcf）（Dawson，2019，2009)，远大于其常规天然气资源421Tcf。而且，页岩气资源也远远超过其煤层气原地资源量（500Tcf）以及致密砂岩气的原地资源量（＞300Tcf）。其中BC省页岩气资源量最大，达28×1012m3（1000Tcf）以上。2北美页岩气资源潜力AfterMichaelDawson:ShaleGasResourcePlaysinNorthAmerica-OpportunitiesandChallenges.NBFEnergyServiceConference.Sep.14,20