非常规油气资源勘探开发进展---刘成林课件

1、非常规油气资源勘探开发进展非常规油气资源勘探开发进展主讲人：刘成林主讲人：刘成林中国地质科学院地质力学所中国地质科学院地质力学所20122012年年5 5月月E-mail: 电话：电话Q：8518878382021-10-2112021-10-212提提 纲纲 一、概述一、概述 二、非常规油气资源勘探开发概况二、非常规油气资源勘探开发概况 三、页岩气勘探开发进展三、页岩气勘探开发进展2021-10-213石油：石油：年均探明储量年均探明储量10亿吨，处于高位增长；探明亿吨，处于高位增长；探明剩余可采储量剩余可采储量31.74亿吨亿吨(列世界

2、列世界13位位)，储采比，储采比16；年产年产2亿吨以上可持续亿吨以上可持续30年以上，仍有年以上，仍有3000-5000万万吨的上升空间；吨的上升空间；天然气：天然气： 年均探明储量年均探明储量5500亿方以上，处于快速增亿方以上，处于快速增长；探明剩余可采储量长；探明剩余可采储量3.9万亿方万亿方(列世界列世界13位位) ，储，储采比采比41；年均两位数增长，预计；年均两位数增长，预计2015年生产年生产1500亿亿方，方， 2020年生产年生产2000亿方。亿方。1.1.常规油气资源潜力常规油气资源潜力42.2.石油储量增长趋势石油储量增长趋势可望年增可望年增1-2亿吨亿吨3.石油产量增

3、长趋势石油产量增长趋势高峰回落高峰回落趋缓趋缓4.4.天然气储量增长趋势天然气储量增长趋势储量仍处上升阶储量仍处上升阶段段5.5.天然气产量增长趋势天然气产量增长趋势产量大幅产量大幅增长增长 时时 间间 能能 源源20092009年年20152015年年20202020年年煤炭煤炭706453石油石油18.31919天然气天然气3.93.98.08.01212水电、核能水电、核能7911风能、太阳能、生物质能风能、太阳能、生物质能0.825合计合计1001001006.6.中国一次能源消费趋势中国一次能源消费趋势92010年，中国一次能源消费量为年，中国一次能源消费量为32.5亿吨标准煤，同比

4、增长了亿吨标准煤，同比增长了6%，中国已，中国已成为全球第一能源消费大国。成为全球第一能源消费大国。2021-10-21106.6.中国一次能源消费趋势中国一次能源消费趋势非化石能源占一次能源消费比重达到非化石能源占一次能源消费比重达到11.4单位国内生产总值能源消费降低单位国内生产总值能源消费降低16（“十一五十一五”19.1）单位国内生产总值二氧化碳排放降低单位国内生产总值二氧化碳排放降低17化学需氧量、二氧化硫排放分别减少化学需氧量、二氧化硫排放分别减少8（“十一五十一五”分别分别为为12.45、14.29）氨氮、氮氧化物排放分别减少氨氮、氮氧化物排放分别减少107.“7.“十二五十二五

5、”节能减排指标节能减排指标11中国政府中国政府“十二五十二五”节能减排目标已下发到各节能减排目标已下发到各省市，并建立节能减排指标评价考核体系，纳入省市，并建立节能减排指标评价考核体系，纳入政府绩效管理和国有企业业绩管理，考核结果将政府绩效管理和国有企业业绩管理，考核结果将向社会公告，并实施向社会公告，并实施问责制问责制和和“一票否决制一票否决制”。8.8.节能减排问责节能减排问责12加大石油天然气资源勘探开发力度加大石油天然气资源勘探开发力度稳定国内石油产量稳定国内石油产量促进天然气产量快速增长促进天然气产量快速增长推进煤层气、页岩气等非常规油气资源开发利用推进煤层气、页岩气等非常规油气资源

6、开发利用u非常规天然气备受关注非常规天然气备受关注9.9.油气资源发展政策油气资源发展政策132021-10-2114讨论：如何看我国的能源未来？讨论：如何看我国的能源未来？提提 纲纲 一、概述一、概述 二、非常规油气资源勘探开发概况二、非常规油气资源勘探开发概况 三、页岩气勘探开发进展三、页岩气勘探开发进展2021-10-2115二、非常规油气资源勘探开发概二、非常规油气资源勘探开发概2.1 2.1 定义定义2.2 2.2 非常规油气资源研究与开发现状非常规油气资源研究与开发现状 2.3 2.3 非常规油气资源潜力和发展趋势非常规油气资源潜力和发展趋势2021-10-21161、 油气资源类

7、型油气资源类型172.1 2.1 定义定义2.1 2.1 定义定义1.1.1 1.1.1 非常规油气资源非常规油气资源n非常规油气资源是不能完全用现有常规方法和技术进行勘非常规油气资源是不能完全用现有常规方法和技术进行勘探、开发与加工的油气资源探、开发与加工的油气资源, ,主要包括稠油、深盆气和煤主要包括稠油、深盆气和煤层气等（牛嘉玉等，层气等（牛嘉玉等，20022002）。）。n非常规油气资源是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或非常规油气资源是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探开发技术等方面有别于常规油气资源的烃类资源，可勘探开发技术等方面有别于常规油气资源的烃类资源，可分为非常规石油资

8、源和非常规天然气资源。非常规分为非常规石油资源和非常规天然气资源。非常规石油石油资资源包括：油页岩、油砂、页岩油、重油；非常规源包括：油页岩、油砂、页岩油、重油；非常规天然气天然气资资源包括：煤层气、致密砂岩气、天然气水合物、浅层生物源包括：煤层气、致密砂岩气、天然气水合物、浅层生物气、无机成因气、水溶气等气、无机成因气、水溶气等2021-10-21182.1 2.1 定义定义1.2 1.2 油气资源金字塔油气资源金字塔 资源金字塔资源金字塔是用来是用来表示某一地区资源表示某一地区资源及其经济可行及其经济可行性的综合结构图。性的综合结构图。特点：优质资源位特点：优质资源位于金字塔顶部，其于金字

9、塔顶部，其资源量小，开采成资源量小，开采成本低，而底部为低本低，而底部为低品质资源，资源量品质资源，资源量大，开采成本高大，开采成本高 Resource Pyramid2021-10-2119USA2021-10-21201.1.3 1.1.3 连续油气藏连续油气藏2.1 2.1 定义定义连续型油气藏连续型油气藏最早由最早由SchmokerSchmoker于于19951995年年提出提出, ,指在含油气盆指在含油气盆地的致密砂岩、煤地的致密砂岩、煤层、页岩等非常规储层、页岩等非常规储层中层中, ,大面积聚集分大面积聚集分布布, ,缺乏明确油气水缺乏明确油气水界面的油气聚集。界面的油气聚集。 应

10、用于美国油气资源评价项目中的石油和天然气藏的分类 什么是离散型油气藏？Continuous Accumulation2021-10-21211. 没有明确的圈闭界限和盖层没有明确的圈闭界限和盖层2.面积分布广泛面积分布广泛3. 含有大量的油或气含有大量的油或气4. 储层渗透率低储层渗透率低5. 发育异常压力（异常高压或异常低压）发育异常压力（异常高压或异常低压）6. 近源分布近源分布常见地质特征常见地质特征:连续油气藏连续油气藏2021-10-2122连续油气藏连续油气藏常见生产特征：常见生产特征：n石油地质储量大石油地质储量大n采收率低采收率低n干井少干井少n渗透率取决于裂缝渗透率取决于裂缝

11、n良好生产特征的油气良好生产特征的油气藏中普遍具有甜点藏中普遍具有甜点（Sweet spotSweet spot） 连续油气藏分布图 离散型油气藏的特征？Discrete Accumulations2021-10-2123非常规油气藏非常规油气藏n非常规油气藏非常规油气藏指那些无法以经济流量开采或者不采取指那些无法以经济流量开采或者不采取大型水力压裂、射水平井眼或多层井眼或其它特殊开大型水力压裂、射水平井眼或多层井眼或其它特殊开采工艺和技术就无法获得经济油气流量的油气藏。采工艺和技术就无法获得经济油气流量的油气藏。 n特征特征：埋深可深可浅；高压或低压型；高温或低温：埋深可深可浅；高压或低压型

12、；高温或低温型；呈披覆状或透镜状；均质的或裂缝发育；包含单个型；呈披覆状或透镜状；均质的或裂缝发育；包含单个或多个生产层。或多个生产层。 2021-10-21242.2 2.2 非常规油气资源研究与开发现状非常规油气资源研究与开发现状 1.2.11.2.1非常规石油资源非常规石油资源 n非常规石油资源包括：油页岩非常规石油资源包括：油页岩(Oil shale)(Oil shale)、油砂油砂(Tar sand)(Tar sand)、重油、重油(Heavy crude oil)(Heavy crude oil)、天然沥青天然沥青(Natural bitumen)(Natural bitumen)

13、等等n非常规石油资源以其资源潜力大、分布集中、非常规石油资源以其资源潜力大、分布集中、开发技术日趋进步等特点逐渐引起重视。开发技术日趋进步等特点逐渐引起重视。2021-10-21251.2.11.2.1非常规石油资源非常规石油资源2.2 2.2 非常规油气资源研究与开发现状非常规油气资源研究与开发现状 油页岩资源潜力大，开发利用初具规模油页岩资源潜力大，开发利用初具规模u2006年世界页岩油产量超过100104t，主要集中在中国、爱沙尼亚、巴西和澳大利亚。u油页岩开发利用速度加快，形式多样。世界上油页岩69%用于发电（含供热），25%用于提取页岩油，6%用于化工和其他用途。u伴随着高油价时代的

14、来临，全球兴起了油页岩开发的技术研究热潮，其主要研究方向就是如何降低开发成本、提高油页岩的综合利用水平。2021-10-21262.2 2.2 非常规油气资源研究与开发现状非常规油气资源研究与开发现状 1.2.11.2.1非常规石油资源非常规石油资源加拿大是目前世界上唯一实现油砂商业开采的国家u随着勘探开发技术的提高，使得一些不具备经济开采规模的油砂矿的开发成为可能。u由于油砂的加入使加拿大石油储量由50108bbl增至1800108bbl，成为全球第二大储油国。1 吨(t)原油 =6.6-8.0 桶(bbl), 平均值: 7.3332021-10-21272.2 2.2 非常规油气资源研究与

15、开发现状非常规油气资源研究与开发现状 2021-10-21282.2 2.2 非常规油气资源研究与开发现状非常规油气资源研究与开发现状 1.2.21.2.2非常规天然气资源非常规天然气资源n非常规天然气包括非常规天然气包括煤层气煤层气(Coalbed gas)(Coalbed gas)、盆地中盆地中心气心气(Basin-centered gas)(Basin-centered gas)、页岩气页岩气(Shale gas)(Shale gas)、天然气水合物天然气水合物(Gas hydrate)(Gas hydrate)n成为具有利用价值的资源，其代表了一个新的勘探成为具有利用价值的资源，其代表

16、了一个新的勘探与开发领域。与开发领域。2021-10-21292.2 2.2 非常规油气资源研究与开发现状非常规油气资源研究与开发现状 1.2.21.2.2非常规天然气资源非常规天然气资源煤层气资源丰富，发展较快煤层气资源丰富，发展较快 煤层气勘探开发利用是集能源利用、环境保护、煤矿安煤层气勘探开发利用是集能源利用、环境保护、煤矿安全于一体的新兴领域。目前，美国、加拿大、澳大利亚、中全于一体的新兴领域。目前，美国、加拿大、澳大利亚、中国等国家的煤层气勘探开发活跃。国等国家的煤层气勘探开发活跃。 美国是世界上开采煤层气最早和最成功的国家，其煤层气美国是世界上开采煤层气最早和最成功的国家，其煤层气

17、工业起步于工业起步于2020世纪世纪7070年代，大规模发展始于年代，大规模发展始于8080年代。年代。 近年来，美国天然气年产量有近年来，美国天然气年产量有1515来自盆地中心气。在世来自盆地中心气。在世界上其它地区，目前盆地中心气勘探和开发程度低。界上其它地区，目前盆地中心气勘探和开发程度低。盆地中心气勘探开发集中在北美盆地中心气勘探开发集中在北美2021-10-21302.2 2.2 非常规油气资源研究与开发现状非常规油气资源研究与开发现状 1.2.21.2.2非常规天然气资源非常规天然气资源页岩气资源越来越受重视页岩气资源越来越受重视 美国开发页岩气已经有美国开发页岩气已经有180多年

18、的历史，美国页岩气主要产多年的历史，美国页岩气主要产自古生界和中生界页岩中。西加拿大盆地的页岩气已经进入开自古生界和中生界页岩中。西加拿大盆地的页岩气已经进入开发阶段。中国对页岩气的研究还处于起步阶段。发阶段。中国对页岩气的研究还处于起步阶段。2008年年4月在美月在美国国San Antonio，2009年年6月在月在Denver召开的召开的AAPG年会表明，页年会表明，页岩气已成为油气地质研究的热点。岩气已成为油气地质研究的热点。天然气水合物仍处于实验研究阶段天然气水合物仍处于实验研究阶段 天然气水合物是一种新型的洁净能源，目前各国加大了对天然气水合物是一种新型的洁净能源，目前各国加大了对水

19、合物的勘探及开采技术的研究力度，目前天然气水合物资水合物的勘探及开采技术的研究力度，目前天然气水合物资源的勘探开发仍处于试验研究阶段。源的勘探开发仍处于试验研究阶段。2021-10-21312.3 2.3 非常规油气资源潜力和发展趋势非常规油气资源潜力和发展趋势 油页岩油页岩如折算成发热量，它的资源量在化石燃料中仅次如折算成发热量，它的资源量在化石燃料中仅次于煤而列于煤而列第二位第二位；如果折算成页岩油，世界上油页岩资源量；如果折算成页岩油，世界上油页岩资源量约为约为4110411010108 8t t，比目前常规石油资源量多，比目前常规石油资源量多50%50%以上。以上。 世界世界油砂油砂资

20、源量可采资源量约为资源量可采资源量约为1035.11035.110108 8t t（USGSUSGS，20042004）, ,占世界石油资源可采总量的占世界石油资源可采总量的32%32%。2021-10-21322.3 2.3 非常规油气资源潜力和发展趋势非常规油气资源潜力和发展趋势 地 点煤 层 气 （ Tcf) 页 岩 气 （ Tcf） 盆 地 中 心 气 （ Tcf）总 计 （ Tcf) 北 美 洲3017384213718228 拉 丁 美 洲39211712933448 西 欧1575103531019 中 欧 和 东 欧1183978235 前 苏 联39576279015485

21、中 东 和 非 洲 北 部025488233370 非 洲 撒 哈 拉 沙 漠392747841097 中 亚 和 中 国121535283535094 太 平 洋 地 区 （ 经 济 合 作 与 发 展 组 织 ）47023137053487 其 他 亚 太 地 区0314549862 南 亚390196235 世 界905116112740632560全球非常规气资源分布表 据据Stephen A. Holditch,20071ft3=0.02832m3 / 1m3=35.31ft31000万亿立方米2021-10-2133n目前对全球天然气水合物资源量较为一致的目前对全球天然气水合物资源

22、量较为一致的评价为评价为2 210101616m m3 3，是剩余天然气储量，是剩余天然气储量(156 m3 3) )的的136136倍。倍。n非常规油气资源已经成为全球勘探的热点，非常规油气资源已经成为全球勘探的热点，与之相配套的评价方法、勘探技术也正在形与之相配套的评价方法、勘探技术也正在形成之中成之中, ,预计常规油气资源勘探和非常规资源预计常规油气资源勘探和非常规资源勘探并存的局面即将形成。勘探并存的局面即将形成。2.3 2.3 非常规油气资源潜力和发展趋势非常规油气资源潜力和发展趋势2021-10-2134中国常规、非常规油气产量（油当量）增长趋势中国常规、

23、非常规油气产量（油当量）增长趋势Unconventional petroleum production forecast in China2021-10-2135 世界石油供应的三种情景（世界石油供应的三种情景（2006和和2030年）年） 资料来源： EIA,International Energy Outlook 2009. 200美元/桶50美元/桶130美元/桶2021-10-21362021-10-2137讨论：非常规油气资源与常规油气有何差异？讨论：非常规油气资源与常规油气有何差异？提提 纲纲 一、概述一、概述 二、非常规油气资源勘探开发概况二、非常规油气资源勘探开发概况 三、页岩

24、气勘探开发进展三、页岩气勘探开发进展2021-10-2138提纲q 页岩气的基本特征页岩气的基本特征q 页岩气系统简介页岩气系统简介q 页岩气资源和勘探开发现状页岩气资源和勘探开发现状q 我国页岩气资源前景我国页岩气资源前景q 机会与挑战机会与挑战392021-10-21页岩气页岩气是指聚集于是指聚集于暗色泥页岩或高碳泥页岩（包暗色泥页岩或高碳泥页岩（包括粘土及致密砂岩）中、主要括粘土及致密砂岩）中、主要以以吸附气吸附气形式聚集于有机质或形式聚集于有机质或粘土中，或者以粘土中，或者以游离气游离气形式赋形式赋存于孔隙和裂缝中、连存于孔隙和裂缝中、连续的续的自生自储自生自储的非常规天的非常规天然气

25、。然气。一、页岩气的概念一、页岩气的概念自生自储自生自储402021-10-21页岩气页岩气煤层气煤层气常规天然气常规天然气主要成分主要成分甲烷为主，少量乙烷、甲烷为主，少量乙烷、丙烷等丙烷等甲烷为主甲烷为主甲烷为主，乙烷、甲烷为主，乙烷、丙烷等含量变化较丙烷等含量变化较大大成藏特点成藏特点自生、自储、自保自生、自储、自保自生、自储、自保自生、自储、自保生、储、盖合理组生、储、盖合理组合合分布特点分布特点受页岩分布控制，有广受页岩分布控制，有广布性布性受煤层分布控制，有受煤层分布控制，有广布性广布性受生、储、盖组合受生、储、盖组合控制控制储集方式储集方式吸附气和游离气并存，吸附气和游离气并存，

26、吸附气占吸附气占20%80%吸附气为主，占吸附气为主，占80%以上以上游离气为主游离气为主埋藏深度埋藏深度可以可以200米及以下（最浅米及以下（最浅8.2米），也可逼近米），也可逼近3000米米一般大于一般大于300米米一般大于一般大于500米米资源潜力资源潜力23. 5 100 1012 m3371012 m3351012 m3开采特点开采特点排气降压解析开采排气降压解析开采排水降压解析开采排水降压解析开采自然压力开采自然压力开采页岩气与煤层气、常规天然气对比页岩气与煤层气、常规天然气对比412021-10-21传统泥页岩油气与典型页岩气异同点比较特点特点泥页岩裂缝油气泥页岩裂缝油气页岩气页

27、岩气共性共性界定界定赋存于泥页岩裂缝中的赋存于泥页岩裂缝中的油气油气同时以吸附和游离状态赋存于以泥页同时以吸附和游离状态赋存于以泥页岩为主的地层中的天然气岩为主的地层中的天然气泥岩或页岩地层中泥岩或页岩地层中含烃含烃天然气成因天然气成因热成熟气热成熟气从生物气到高、过成熟气从生物气到高、过成熟气热成熟产气为主热成熟产气为主赋存介质赋存介质泥岩或页岩裂缝泥岩或页岩裂缝泥页岩及其砂岩夹层中的裂缝、孔隙、泥页岩及其砂岩夹层中的裂缝、孔隙、有机质等有机质等泥岩或页岩裂缝泥岩或页岩裂缝赋存相态赋存相态游离相游离相游离游离+ +吸附相吸附相游离相游离相主控因素主控因素构造裂缝构造裂缝各类裂缝、有机碳含量、

28、有机质成熟各类裂缝、有机碳含量、有机质成熟度等度等裂缝裂缝成藏模式成藏模式岩石破裂理论、幕式理岩石破裂理论、幕式理论、浮力理论论、浮力理论吸附理论、活塞式或置换式复杂理论吸附理论、活塞式或置换式复杂理论岩石破裂理论、复岩石破裂理论、复杂成藏理论杂成藏理论成藏特点成藏特点以油为主的原地、就近以油为主的原地、就近或异地聚集或异地聚集以气为主的原地聚集以气为主的原地聚集邻近或烃源岩内部邻近或烃源岩内部成藏成藏保存特点保存特点良好的封闭和保存条件良好的封闭和保存条件抗破坏（构造运动）能力较强抗破坏（构造运动）能力较强适当保存适当保存生产特点生产特点采收率高、产量递减快采收率高、产量递减快采收率低、生产

29、周期长采收率低、生产周期长特殊开发技术特殊开发技术422021-10-21二、页岩气的来源二、页岩气的来源页岩中的有机质演化生成的气是页岩气的页岩中的有机质演化生成的气是页岩气的唯一来源唯一来源，任何沉积盆地中，只要富有有机质页岩，就有可能会形任何沉积盆地中，只要富有有机质页岩，就有可能会形成页岩气藏成页岩气藏432021-10-21三、页岩气的基本特征三、页岩气的基本特征1 1、页岩气的组分特征、页岩气的组分特征页岩气组分：甲烷、乙烷、丙烷、氮气、二氧化碳等等页岩气组分：甲烷、乙烷、丙烷、氮气、二氧化碳等等442021-10-21 页岩气藏常见页岩气藏常见“色层色层”效应效应以新奥尔巴尼（以

30、新奥尔巴尼（New AlbanyNew Albany）盆地米德郡页岩气为例，随着地层）盆地米德郡页岩气为例，随着地层深度的增加，深度的增加，新奥尔巴尼盆地米德郡页岩气样品组分变化情新奥尔巴尼盆地米德郡页岩气样品组分变化情况况样样品品深度深度/ftC1/%C2/%C3/%CO2/%13 CC1/13 CC2/13 CCO2/193792.420.970.655.55/393990.220.960.657.35-50.3-42.811.3594286.291.692.477.96-48.4-43.7106947556.2311.985.01/795686.380.820.8310.23-50.8-

31、41.82.6895853.325.4310.68.01/1097131.2316.1214.32/1298243.0520.2317.25/141002.543.0516.0212.685.99/甲烷甲烷含量从高达含量从高达92%92%降低到降低到40%40%左左右，右，乙烷、丙烷和二乙烷、丙烷和二氧化碳含量氧化碳含量均有均有不同程度的增加，不同程度的增加，特别是乙烷、丙特别是乙烷、丙烷含量从不到烷含量从不到1%1%增加到增加到10%10%以上。以上。452021-10-212 2、页岩气富集的地质特征、页岩气富集的地质特征 岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩岩性多为沥青质或富含有

32、机质的暗色、黑色泥页岩 w w ( TOC)( TOC)：1 % 1 % 25 % 25 % ，页岩气可以主要来源于生物作用或热成熟作用页岩气可以主要来源于生物作用或热成熟作用 Ro Ro：0.4 %0.4 %2 %2 %页岩本身既是气源岩又是储集层和封盖层页岩本身既是气源岩又是储集层和封盖层 ，含气的，含气的 有效孔隙度一般只有有效孔隙度一般只有 1 %1 %5 % 5 % 页岩具有广泛的饱含气性页岩具有广泛的饱含气性 ，天然气的赋存状态以吸，天然气的赋存状态以吸 附态或游离态为主附态或游离态为主 页岩气成藏具有隐蔽性特点页岩气成藏具有隐蔽性特点462021-10-21提纲q 页岩气的基本特

33、征页岩气的基本特征q 页岩气系统简介页岩气系统简介q 页岩气资源和勘探开发现状页岩气资源和勘探开发现状q 我国页岩气资源前景我国页岩气资源前景q 机会与挑战机会与挑战472021-10-21一、烃源岩及烃运移一、烃源岩及烃运移1 1、烃源岩、烃源岩1 1、岩性、岩性 沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩、极致密的沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩、极致密的粉细砂岩或砂质细粒岩粉细砂岩或砂质细粒岩岩石组成岩石组成一般为一般为30305050的粘土矿物、的粘土矿物、15152525的的粉砂质粉砂质( (石英颗粒石英颗粒) )和和4 43030的有机质，但各地区页岩矿的有机质，但各地区页岩矿物组成

34、有所差异。物组成有所差异。482021-10-21脆性矿物（石英等）含量高，易于裂缝发育脆性矿物（石英等）含量高，易于裂缝发育492021-10-212 2、厚度、厚度区域上连续稳定分布，具有经济价值页岩气藏的页岩厚度区域上连续稳定分布，具有经济价值页岩气藏的页岩厚度下限目前还没有被明确提出来，具有良好页岩气开发商业价值下限目前还没有被明确提出来，具有良好页岩气开发商业价值的页岩厚度下限定为的页岩厚度下限定为30ft(10m30ft(10m）较为合理。较为合理。3 3、成熟度、成熟度在成因机理上，页岩气具有多种生气机理，页岩的高成熟在成因机理上，页岩气具有多种生气机理，页岩的高成熟度不是制约页

35、岩气成藏的主要因素，相反，成熟度越高越有利度不是制约页岩气成藏的主要因素，相反，成熟度越高越有利于页岩气成藏。于页岩气成藏。502021-10-21CZ35-2-1CZ35-2-1井井烃源岩成熟度烃源岩成熟度剖面图剖面图美国美国页岩气田页岩气田RoRo范围也大都在范围也大都在0.60.63.5% 3.5% 之间。之间。512021-10-213 3、有机质类型及含量、有机质类型及含量页岩的干酪根以页岩的干酪根以型与型与型型为主，也有少量为为主，也有少量为型干酪根。型干酪根。北美页岩气勘探目标绝大多数选择北美页岩气勘探目标绝大多数选择TOCTOC含量大于含量大于2%2%，甚至，甚至4%4%以以上

36、。要获得具有工业价值的页岩气藏，有机碳的平均含量上。要获得具有工业价值的页岩气藏，有机碳的平均含量应大应大于于1%1%。有机质含量是生烃强度的主要影响有机质含量是生烃强度的主要影响因素，它决定着生烃的多少。因素，它决定着生烃的多少。页岩对气的吸附能力与页岩的总有页岩对气的吸附能力与页岩的总有机碳含量之间存在线性关系。机碳含量之间存在线性关系。安特里姆郡（安特里姆郡（Antrim）页岩总有机碳含量与含气量）页岩总有机碳含量与含气量关系关系522021-10-21页岩含气量与页岩含气量与TOCTOC的关系的关系u商业性页岩气藏商业性页岩气藏TOCTOC含量一般平均大于含量一般平均大于1%1%，最高

37、达，最高达10%10%u 吸附气含量一般吸附气含量一般20%70%20%70%，最高达，最高达85%85%，且与，且与TOCTOC成正相关成正相关532021-10-21542021-10-21一、烃源岩及烃运移一、烃源岩及烃运移2、气体生成及运移、气体生成及运移 页岩所生成的天然气基本上是页岩所生成的天然气基本上是“就近就近”或或“原地原地”聚集聚集，其运移距离极短，具有典型的，其运移距离极短，具有典型的“自生自储自生自储”成成藏模式。藏模式。 在某种意义上，可以认为页岩气气藏的形成是天在某种意义上，可以认为页岩气气藏的形成是天然气在源岩中的大规模滞留，这与煤层气的运聚方式然气在源岩中的大规

38、模滞留，这与煤层气的运聚方式非常相似。非常相似。552021-10-21页岩气成藏无运移或极短距离的有限运移，理论页岩气成藏无运移或极短距离的有限运移，理论上，它应与富有机质页岩一样上，它应与富有机质页岩一样连续大面积分布连续大面积分布。一、烃源岩及烃运移一、烃源岩及烃运移2、气体生成及运移、气体生成及运移562021-10-21大面积连续区域成藏大面积连续区域成藏沃斯堡盆地沃斯堡盆地Barnett页岩气藏分布图页岩气藏分布图盆地面积盆地面积38100km38100km2 2 烃源岩面积烃源岩面积26000km26000km2 2 页岩气藏开发面积页岩气藏开发面积15500km15500km2

39、 2572021-10-21结合泥页岩在其成岩发展演化不同阶段古地结合泥页岩在其成岩发展演化不同阶段古地温、粘土矿物、温、粘土矿物、RoRo、孔隙类型的特征，从构造、孔隙类型的特征，从构造、沉积等方面综合研究，将页岩气分为沉积等方面综合研究，将页岩气分为早期运聚早期运聚成藏阶段、中期原地聚集成藏阶段、晚期裂缝成藏阶段、中期原地聚集成藏阶段、晚期裂缝调整成藏阶段调整成藏阶段等三个阶段。等三个阶段。页岩气各成藏阶段特征页岩气各成藏阶段特征582021-10-21 页岩气各成藏阶段特征页岩气各成藏阶段特征 592021-10-211 1、早期运聚成藏阶段、早期运聚成藏阶段柴东三湖地区柴东三湖地区柴达

40、木三湖地区页岩气系统示意图柴达木三湖地区页岩气系统示意图 第四纪页岩地层虽然其孔第四纪页岩地层虽然其孔隙度，渗透率很大，但随着埋隙度，渗透率很大，但随着埋藏深度的增加，天然气扩散速藏深度的增加，天然气扩散速率逐渐减慢。在气源岩有效排率逐渐减慢。在气源岩有效排烃厚度之下，气体分子在水动烃厚度之下，气体分子在水动力共同作用下，多表现为侧向力共同作用下，多表现为侧向扩散形式，有效排烃厚度下的扩散形式，有效排烃厚度下的构造高部位推测是页岩气的有构造高部位推测是页岩气的有利勘探区域。利勘探区域。602021-10-212 2、中期原地聚集成藏阶段、中期原地聚集成藏阶段川西前陆坳陷地区川西前陆坳陷地区四川

41、盆地西部前陆坳陷地区页岩气系统示意图四川盆地西部前陆坳陷地区页岩气系统示意图 页岩地层表现为局页岩地层表现为局部的异常压力。受水动部的异常压力。受水动力和泥页岩孔隙度变化力和泥页岩孔隙度变化的控制影响，异常压力的控制影响，异常压力多集中在构造高部位、多集中在构造高部位、盆地斜坡及盆地中心坳盆地斜坡及盆地中心坳陷巨厚的深水沉积。这陷巨厚的深水沉积。这一阶段天然气表现为原一阶段天然气表现为原地吸附聚集或短距离扩地吸附聚集或短距离扩散，运聚范围集中在异散，运聚范围集中在异常压力分布的位置。常压力分布的位置。612021-10-213 3、晚期裂缝调整成藏阶段、晚期裂缝调整成藏阶段川东地区川东地区川东

42、地区页岩气系统示意图川东地区页岩气系统示意图 川东地区页岩地层埋藏川东地区页岩地层埋藏较深，表现为低孔、低渗。较深，表现为低孔、低渗。但应注意到，川东地区在构但应注意到，川东地区在构造作用下，构造及成岩裂缝造作用下，构造及成岩裂缝大量发育，非常有利于页岩大量发育，非常有利于页岩气的成藏。图中所示泥岩底气的成藏。图中所示泥岩底部未穿层的构造断层，对于部未穿层的构造断层，对于页岩气的晚期调整成藏起到页岩气的晚期调整成藏起到关键的控制作用。关键的控制作用。622021-10-21须家河组须家河组( (左左) )和龙马溪组和龙马溪组( (右右) )页岩气存在证据页岩气存在证据 ( (中国石化南方勘探公

43、司中国石化南方勘探公司) )632021-10-21二、页岩气储层及储集二、页岩气储层及储集1、含气页岩的孔隙度及渗透率、含气页岩的孔隙度及渗透率常规储层分析中，常规储层分析中，孔隙度和渗透率孔隙度和渗透率是储层特征研究中最重要是储层特征研究中最重要的两个参数，这对于页岩气藏同样适用。的两个参数，这对于页岩气藏同样适用。孔隙度孔隙度大小直接控制着游离态天然气的含量。大小直接控制着游离态天然气的含量。渗透率渗透率是判断页岩气藏是否具有开发经济价值是判断页岩气藏是否具有开发经济价值的重要参数。的重要参数。 页岩的基质渗透率非常低，一般小于页岩的基质渗透率非常低，一般小于0.110.111010-3

44、 -3 mm2 2，平均，平均吼道半径不到吼道半径不到0.1005 m0.1005 m，因此就需要产生大量的裂缝（人工，因此就需要产生大量的裂缝（人工压裂）来维持商业生产。压裂）来维持商业生产。642021-10-21孔隙度较好时孔隙度较好时孔隙度较差时孔隙度较差时l 游离气游离气l 吸附气吸附气孔隙度可以影响页岩气是以吸附状态还是以游离孔隙度可以影响页岩气是以吸附状态还是以游离状态为主，在具有较大孔隙的页岩层中页岩气主要状态为主，在具有较大孔隙的页岩层中页岩气主要以游离方式储集在孔隙裂缝中，而在某些孔隙度较以游离方式储集在孔隙裂缝中，而在某些孔隙度较小的岩层中页岩气通常以吸附状态为主。小的岩

45、层中页岩气通常以吸附状态为主。652021-10-21盆地盆地页岩名称页岩名称时代时代含气量含气量 (m3t-1)吸附气含吸附气含量（量（%）总孔隙度总孔隙度（%）渗透率渗透率(10-3m2)地层压力系地层压力系数数阿巴拉契亚阿巴拉契亚OhioD1.70-2.83502.0-11.00.10.35-0.92密执安密执安AntrimD1.13-2.83702.0-10.00.10.81伊利诺斯伊利诺斯New AlbanyD1.13-2.6440-605.0-15.00.10.99福特沃斯福特沃斯BarnettC18.49-9.9140-601.0-6.00.010.99-1.02圣胡安圣胡安Le

46、wisC10.37-1.2760-880.5-5.50.10.46-0.58美国含气页岩主要储集特征美国含气页岩主要储集特征662021-10-21二、页岩气储层及储集二、页岩气储层及储集2、页岩气的储集方式、页岩气的储集方式天然气在泥页岩中的赋存有天然气在泥页岩中的赋存有三种基本方式三种基本方式：以物理或化学的形式以物理或化学的形式吸附吸附在干酪根和粘土颗粒表在干酪根和粘土颗粒表面上；面上；以以游离气游离气的形式存在于有机质分解或其它成岩、的形式存在于有机质分解或其它成岩、构造作用所形成的孔隙或裂缝中；构造作用所形成的孔隙或裂缝中；少量页岩气甚至可以在干酪根和沥青质中以少量页岩气甚至可以在干

47、酪根和沥青质中以溶解溶解状态存在状态存在。672021-10-212、页岩气的储集方式、页岩气的储集方式二、页岩气储层及储集二、页岩气储层及储集赋存方式：以吸附气和游离气为主赋存方式：以吸附气和游离气为主Barnett页岩页岩微裂缝微裂缝微孔隙微孔隙吸附吸附气气游离气游离气有机质有机质产出方式：产出方式：解吸、游离、微裂缝解吸、游离、微裂缝“原地原地”成藏成藏无运移或无运移或极短距离的有极短距离的有限运移限运移粘土矿粘土矿物物极少为溶解气极少为溶解气682021-10-21赋存方式：以吸附气和游离气为主赋存方式：以吸附气和游离气为主692021-10-211 1、吸附气（、吸附气（adsorb

48、ed-state gas）在天然气的最初生成阶段，主要由生物作用所产生的天然气首先在天然气的最初生成阶段，主要由生物作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要, ,当吸附气量与溶解的逃逸气当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时，天然气则以游离相或溶解相进行运移，条件适宜时可量达到饱和时，天然气则以游离相或溶解相进行运移，条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。此时所形成的页岩气藏分布限于页为水溶气藏的形成提供丰富气源。此时所形成的页岩气藏分布限于页岩内部且以吸附状态为主要赋存方式，总体含气量有限。岩内部且以吸附状态为主要赋存方式，总体含气量有限。

49、有机质有机质的存在导致碳氢化合的存在导致碳氢化合物以吸附气的形式存在于孔隙物以吸附气的形式存在于孔隙性有机物的表面活性区域，同性有机物的表面活性区域，同时，时，干酪根干酪根为页岩基质创造了为页岩基质创造了混合润湿性环境，其存在提高混合润湿性环境，其存在提高了这种吸附作用的存在。了这种吸附作用的存在。页岩中干酪根的扫描电子显微镜照片页岩中干酪根的扫描电子显微镜照片702021-10-212 2、游离气（、游离气（free gas）游离气也是页岩气赋存的主要方式之一。游离气也是页岩气赋存的主要方式之一。影响赋存的因素：岩层的孔隙度、构造裂缝和压力等因素影响赋存的因素：岩层的孔隙度、构造裂缝和压力等

50、因素 在热裂解气大量生成过程中在热裂解气大量生成过程中, ,由于天然气的生成作用使由于天然气的生成作用使原有的地层压力得到不断提高原有的地层压力得到不断提高, ,从而产生原始的高异常地层从而产生原始的高异常地层压力压力, ,即即“高压锅高压锅”原理原理。 页岩内部沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面页岩内部沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生裂缝产生裂缝，天然气聚集其中则易于形成以，天然气聚集其中则易于形成以游离相游离相为主的工为主的工业性页岩气藏业性页岩气藏, , 该阶段该阶段, ,游离相的天然气以裂隙聚集为主游离相的天然气以裂隙聚集为主, ,页岩地层的平页岩地层的平均含气量丰度

51、达到较高水平。均含气量丰度达到较高水平。712021-10-213 3、溶解气（、溶解气（solute gas）沉积盆地的有机质在生物改造和热化学动力沉积盆地的有机质在生物改造和热化学动力学作用下生成的天然气，其中一部分会溶解在地学作用下生成的天然气，其中一部分会溶解在地层水中，随着地层水滞留在原地，或由于页岩孔层水中，随着地层水滞留在原地，或由于页岩孔渗性、构造作用的影响随地层水流动而发生短距渗性、构造作用的影响随地层水流动而发生短距离运移，成为溶解气。离运移，成为溶解气。页岩气极少以溶解的形式存在。页岩气极少以溶解的形式存在。722021-10-21二、页岩气储层及储集二、页岩气储层及储集

52、3、异常压力、异常压力异常压力的存在是页岩气藏的一个识别标志。异常压力的存在是页岩气藏的一个识别标志。 一般情况下，随压力的增大，无论以何种赋存方式存在的一般情况下，随压力的增大，无论以何种赋存方式存在的气体，含量都呈增大趋势，但压力增大到一定程度以后，含气气体，含量都呈增大趋势，但压力增大到一定程度以后，含气量增加缓慢量增加缓慢 因为孔隙和矿物（有机质）表面是一定的，前者控制游离因为孔隙和矿物（有机质）表面是一定的，前者控制游离态气体含量，后者控制吸附态气体含量。态气体含量，后者控制吸附态气体含量。 当压力较低时，吸附态气体含量相对较高当压力较低时，吸附态气体含量相对较高. .732021-

53、10-21三、页岩气盖层及圈闭三、页岩气盖层及圈闭1 1、页岩气盖层特征、页岩气盖层特征（1 1）岩石物性封闭机理）岩石物性封闭机理 页岩气气藏的封盖页岩气气藏的封盖条件特殊。它不依赖于条件特殊。它不依赖于常规圈闭的形成而存在，常规圈闭的形成而存在，页岩气藏一般形成于烃页岩气藏一般形成于烃源岩层内部的裂缝发育源岩层内部的裂缝发育区，四周由致密泥页岩区，四周由致密泥页岩包围。包围。巴涅特页岩气盖层及圈闭巴涅特页岩气盖层及圈闭742021-10-21（2 2）泥页岩欠压实封闭机理）泥页岩欠压实封闭机理厚层欠压实泥页岩可分为上、下致密层和中间欠压实层段厚层欠压实泥页岩可分为上、下致密层和中间欠压实层

54、段三个部分，上、下致密层段属于正常压实，气孔隙度和渗透率三个部分，上、下致密层段属于正常压实，气孔隙度和渗透率明显低于中间欠压实层段的孔隙度和渗透率，即上、下致密层明显低于中间欠压实层段的孔隙度和渗透率，即上、下致密层段的孔喉半径明显小于中间欠压实层段的孔喉半径，所以上、段的孔喉半径明显小于中间欠压实层段的孔喉半径，所以上、下致密层段的毛细管阻力大于中间欠压实层段的毛细管阻力，下致密层段的毛细管阻力大于中间欠压实层段的毛细管阻力，可有效的阻止地层内天然气的散失可有效的阻止地层内天然气的散失。泥页岩层内部欠压实毛细管阻力封闭机理示意图泥页岩层内部欠压实毛细管阻力封闭机理示意图752021-10-

55、21（3 3）含水岩层的存在含水岩层的存在含水岩层的形成及流体的运动规律始终与页岩气含水岩层的形成及流体的运动规律始终与页岩气的生成、运移及页岩气藏的形成、保存和破坏有着密的生成、运移及页岩气藏的形成、保存和破坏有着密切的联系。在页岩气藏形成的整个过程中，地层水长切的联系。在页岩气藏形成的整个过程中，地层水长期与页岩气伴生。期与页岩气伴生。渗透水交替缓慢或停滞区渗透水交替缓慢或停滞区是页岩气聚集和保存最是页岩气聚集和保存最为有利的环境。为有利的环境。762021-10-21以以伊利诺斯（伊利诺斯（IllinoisIllinois）及密执安（）及密执安（MichiganMichigan）盆地页岩

56、）盆地页岩气含水岩层特征气含水岩层特征为例，这种渗透水交替缓慢的新奥尔巴尼为例，这种渗透水交替缓慢的新奥尔巴尼（New AlbanyNew Albany）及安特里姆郡（）及安特里姆郡（AntrimAntrim）页岩地层，往往是页）页岩地层，往往是页岩气勘探的有利区域。岩气勘探的有利区域。伊利诺斯及密执安盆地边界伊利诺斯及密执安盆地边界New AlbanyNew Albany及及AntrimAntrim页岩气区带地质构造页岩气区带地质构造772021-10-21三、页岩气盖层及圈闭三、页岩气盖层及圈闭2 2、裂缝对页岩气成藏的影响、裂缝对页岩气成藏的影响一个页岩气井的成功与否，不仅与气藏中页岩一

57、个页岩气井的成功与否，不仅与气藏中页岩气的丰度有关，也与页岩层中足够的渗透率、裂缝气的丰度有关，也与页岩层中足够的渗透率、裂缝情况有关。情况有关。在美国正在进行商业开采的页岩气盆地，一般是在美国正在进行商业开采的页岩气盆地，一般是在经历了区域构造运动后，岩石表现为褶皱、裂缝在经历了区域构造运动后，岩石表现为褶皱、裂缝或是被挤压，并且经历多次海平面的变化形成有效或是被挤压，并且经历多次海平面的变化形成有效的不整合。的不整合。这些裂缝和不整合面为页岩气提供了聚这些裂缝和不整合面为页岩气提供了聚集空间，也为页岩气的生产提供了运移通道集空间，也为页岩气的生产提供了运移通道。782021-10-21Ut

58、icaUtica黑色页岩中的天然裂缝黑色页岩中的天然裂缝阿巴拉契亚盆地产气量高的井，都处在裂缝发育带内，而阿巴拉契亚盆地产气量高的井，都处在裂缝发育带内，而裂缝不发育地区的井，则产量低或不产气，说明天然气生产与裂缝不发育地区的井，则产量低或不产气，说明天然气生产与裂缝密切相关。裂缝密切相关。792021-10-21裂缝在页岩气藏中的具体作用裂缝在页岩气藏中的具体作用 裂缝有助于页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然裂缝有助于页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解析；气的解析； 裂缝发育程度是决定页岩气藏品质的重要因素，一般来说，裂缝发育程度是决定页岩气藏品质的重要因素，一般来说，

59、裂缝较发育的气藏，其品质也较好；裂缝较发育的气藏，其品质也较好； 裂缝为天然气和地层水提供了运移通道和聚集空间，有助于裂缝为天然气和地层水提供了运移通道和聚集空间，有助于页岩总含气量的增加。页岩具有非常低的原始渗透率；页岩总含气量的增加。页岩具有非常低的原始渗透率；如果裂缝规模过大，可能导致天然气散失。如果裂缝规模过大，可能导致天然气散失。802021-10-21烃源岩中的烃（淡烃源岩中的烃（淡黄色）沿微裂隙黄色）沿微裂隙向小裂缝中排泄，向小裂缝中排泄，然后顺小裂缝运然后顺小裂缝运移。移。构造运动形成的共轭节理促进了排烃，使生构造运动形成的共轭节理促进了排烃，使生烃得以继续。烃得以继续。812

60、021-10-21储层中压力的大小决定裂缝的几何尺寸，通常集中形储层中压力的大小决定裂缝的几何尺寸，通常集中形成裂缝群。控制页岩气产能的主要地质因素为裂缝的密成裂缝群。控制页岩气产能的主要地质因素为裂缝的密度及其走向的分散性，裂缝条数越多，走向越分散，连度及其走向的分散性，裂缝条数越多，走向越分散，连通性越好，页岩气产量越高。通性越好，页岩气产量越高。Antrim Antrim 页岩裂缝特征及其产量对比图页岩裂缝特征及其产量对比图822021-10-21目前只有少数天然裂缝十分发育的页岩并不目前只有少数天然裂缝十分发育的页岩并不采取增产措施便可进行天然气商业性生产。采取增产措施便可进行天然气商