页岩气历史、现状与未来

jcb qWhoamI?第一页第二页，共62页。第二页第三页，共62页。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第三页第四页，共62页。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第四页第五页，共62页。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,2007第五页第六页，共62页。0.050.0050.10.250.51.02.0

砾 巨砂粗砂中砂细砂粘土细粉砂粗粉砂颗粒直径（mm）第六页第七页，共62页。第七页第八页，共62页。V（m3/t）

54.5 43.5 32.5 21.5 10.5 00123456789P（MPa）第八页第九页，共62页。第九页第十页，共62页。

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第十页第十一页，共62页。第十一页第十二页，共62页。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。第十二页第十三页，共62页。ShaleTightsandsGas-bearingfractureConventionalreservoirNaturalgasBasementReplacementmigrationinconventionalreservoirPiston-typedmigrationintightsandreservoir Complextransition migrationinshalebitumen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。第十三页第十四页，共62页。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第十四页第十五页，共62页。（afterMartin）第十五页第十六页，共62页。

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第十六页第十七页，共62页。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第十七页第十八页，共62页。第十八页第十九页，共62页。第十九页第二十页，共62页。钻井过程中的疑似气显第二十页第二十一页，共62页。具有普遍发现意义的岩芯逸气Gasescapingfromshalecores第二十一页第二十二页，共62页。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第二十二页第二十三页，共62页。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第二十三页第二十四页，共62页。

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-type

Ⅲ Ro≥0.4%生物化学、热解

Biochemistry

高

High

低

Low

低

Low

高

High

浅

Shallow

间接型

Indirect-type

Ⅰ、Ⅱ Ro≥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第二十四页第二十五页，共62页。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。第二十五页第二十六页，共62页。（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。第二十六页第二十七页，共62页。05101520有机碳含量/%吸5.0附含气4.0量/m3

3.0 2.0 1.0 0.0第二十七页第二十八页，共62页。(m3/t)福特沃斯斯Barnett（Montgomery，2005）630010208

总含气量 吸附气量04.81–7.084 1.70－3.542含气量压力(Mpa)第二十八页第二十九页，共62页。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OhioAntrim

NewAlbanyBarnettLewis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0.35-0.920.810.990.99-1.020.46-0.58

3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）第二十九页第三十页，共62页。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第三十页第三十一页，共62页。0/Bg)fs（k1+k+k2φSQ=AH(k1ρS2辽SP2050AC20250RTRS003030岩性计算TOC

3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第三十一页第三十二页，共62页。(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TOC

02.501114吸附气含量总含气量吸游比（m3/t）（m3/t）%

0.70201R25AC(Ω·m)(μs/m)深度

3340 125506533503360337033803390340034103420343034403450346034703480349035003510次深海-深海盆地相第三十二页第三十三页，共62页。页岩气快速解吸测试第三十三页第三十四页，共62页。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

核心技术第三十四页第三十五页，共62页。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第三十五页第三十六页，共62页。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。第三十六页第三十七页，共62页。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第三十七页第三十八页，共62页。（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。第三十八页第三十九页，共62页。（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。第三十九页第四十页，共62页。Unita:Unita:GreenRiverParadox:CaneCreek（据GTI,USA，2003；FranzandJochen,2005,Pollastro2005等编绘）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：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&Niobrara Denver-Julesburg: Piceance:Niobrara GreenRiver ForestCity: Excello/Mulky美国拿大

Arkoma:Fayetteville/Caney&woodford BlackWarrior:美国典型页岩气盆地：页岩气开发重点盆地6个，包括Barnett、Marcellus、Fayetteville、Haynesville、Antrim、Woodford、Lewis、NewAlbany八套页岩。

美国的页岩气主要发现于中-古生界（D-K）地层中，勘探开发主要集中在东北部和中西部地区。

加第四十页第四十一页，共62页。Barnett页岩气藏钻井数量（截止到到2006年9月）（转引自自DavidF.Martinea，2007，Total篇）第四十一页第四十二页，共62页。

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页岩钻井BARNETTSHALEGASWELLS-NUMBERPRODUCINGWELLSVS.TIME

PittsOilCompany-DallasProductionInc.J.Lafield，2007第四十二页第四十三页，共62页。NewarkEast油田MitchellEnergy2BoydTownsite老井典型的生产历史开始以低速度和平缓下降生产，后期由于采用了新的水基增产措施，产量急剧上 升。估计这口井最终的产量为0.85bcf。（转引自ScottL.Montgomery，2005）第四十三页第四十四页，共62页。占美国天然气年产量百分100

200年150产量2504.54.03.53.02.52.0

比1.51.00.50.0亿方%8081828384858687888990919293949596979899000102030405 年50 0致密气气24%24%煤层气气6% 页岩气气4%

常规储层气气66%已发现天然气可采储量500kmWilliston:

Bakken

SanJuan:Lewis&MancosMichigan:

Appalachian: Devonian/OhioBlackWarrior

Antrim Illinois: NewAlbany Arkoma: Fayetteville/Caney&woodford FortWorth: Barnett第四十四页第四十五页，共62页。（NavigantConsulting,Inc.2008）

在过去的10多年中，美国非常规天然气的产量增加了65%，由1998年1528×108m3增至2007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%。美国页岩气产量及增长趋势第四十五页第四十六页，共62页。第四十六页第四十七页，共62页。

主体在在1998年之前，我国研究者通常使用“泥页岩油气藏”、“泥岩裂缝油气藏”以及“裂缝性油气藏”等术语对该类气藏进行描述和研究，并在主体上将该类油气藏理解为“聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气”，认为油气的存在主要受裂缝控制而很少考虑其中的吸附作用。第四十七页第四十八页，共62页。自60年代以来，我国陆续开始在不同盆地中发现了工业性泥岩裂缝油气藏，在许多盆地中发现并开发了泥岩裂缝油气藏。进入入90年代以来，我国不少学者都对泥页岩裂缝性（油）气藏进行了成藏规律总结。泥岩裂缝油气藏主要圈闭类型（张金功等，，2002）第四十八页第四十九页，共62页。特点比较泥页岩裂缝油气页岩气共性界定赋存于泥页岩裂缝 中的油气同时以吸附和游离状态赋存于以泥页岩为主地 层中的天然气泥岩或页岩地层中含烃天然气成因热成熟从生物气到高过成熟气热成熟产气为主赋存介质泥岩或页岩裂缝

泥页岩及其砂岩夹层中的裂缝、孔隙、有机质等泥岩或页岩裂缝赋存相态游离（油气）游离（气））++吸附（气）游离（气）主控因素构造裂缝各类裂缝、有机碳含量、 有机质成熟度等裂缝理论模式岩石破裂理论、幕式理论、浮力理论吸附理论、活塞式与置换 式复杂理论岩石破裂理论、复杂成藏 理论成藏特点以油为主的原地、 就近或异地聚集以气为主的原地聚集近邻或烃源岩内部成藏保存特点良好的封闭和保存 条件抗破坏（构造运动）能力 较强适当保存生产特点采收率高，产量递 减快采收率低，生产周期长特殊开发技术传统泥页岩裂缝油气与典型页岩气比较第四十九页第五十页，共62页。第五十页第五十一页，共62页。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第五十一页第五十二页，共62页。页岩气富集基本条件（1）页岩的规模性发育（2）丰富的有机质（3）适当的有机质类型和成熟度（4）经济的埋深界限（5）有利于开发的甜点第五十二页第五十三页，共62页。DOE/EIA-0383(2010)美国天然气产量及预测测(1990-2035)第五十三页第五十四页，共62页。沁水盆地渤海湾盆地南华北 盆地塔里木盆地准噶尔盆地吐哈盆地柴达木盆地二连盆地松辽盆地四川盆地楚雄盆地羌塘盆地焉耆盆地盆地古生界发育区南西青中部

东鄂尔多斯 盆地地区方江汉盆地

地区北地区藏地区540km0160km0第五十四页第五十五页，共62页。中国页岩气地质条件分区模式GeologicalsettingandclassificationofshalegasinChina第五十五页第五十六页，共62页。国家

盆地Basin页岩名 称Shales地层时代

AgeTOC(%)Ro(%)

页岩毛厚 /mThickness天然气成因Generation美国

USA

圣胡安SanjuanLewis

上白垩统UpperCretaceous0.5-2.51.6-1.9152-579热、裂解Cracking阿巴拉契亚AppalachiaOhio

石炭系Carboniferous0.5-230.4-1.391-610

热解Cracking

密执安MichiganAntrim

泥盆系Devonian0.3-240.4-1.649

生物、热解Biologic,cracking伊利诺斯Illinois

NewAlbany

泥盆系Devonian1-250.4-1.331-122

生物、热解Biologic,cracking

富特沃斯FortWorthBarnett

泥盆系Devonian1-4.51.0-1.46161--91

热解Cracking

中国China柴达木Qaidam七个泉 组

第四系Quaternary0.3-0.60.2-0.50-800

生物Biologic

渤海湾BohaiBay沙三段

古近系Paleogene0.3-33.00.3-1.0230-1800

生物、热解Biologic,cracking

松辽Songliao青一段

白垩系Cretaceous2.20.7-3.3>100

热、裂解Biologic,cracking

松辽Songliao沙河子 组

白垩系Cretaceous0.7-1.51.5-3.9100-350

裂解Cracking

羌塘盆地Qiangtang夏里组

中侏罗统MiddleJurassic0.3-6.21.4400-600

裂解、生物再作用Cracking,biologic

吐哈Turpan-Hami水西沟 群

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

生物、热解Biologic,cracking

准噶尔Junggar西山窑 组

中侏罗MiddleJurassic0.2-6.4