1、页岩气历史、现状与未来,History,Current Situation,and Future of Shale Gas,j,c,bq,Who am I ?,内容提要,Outlook,页岩气,What is shale gas,页岩气特点,Characteristics of shale gas美国页岩气发展,Shale gas history in USA页岩气的未来,Shale gas in the future,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)
2、。,Shale gas, is the adsorbed and free gas remained in source rocks as shaleor mudstone, even in pelitic siltstone or siltpelite.,Steve Drake,2007,0.05,0.005,0.1,0.25,0.5,1.0,2.0,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),54.543.532.521.510.50,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,P(MPa),重庆彭水(下志留统龙马溪组)Longmaxi Shale in C
3、hongqing, Lower Silurian云南(下寒武统)Black Shale in Yunnan Province, Lower Cambrian,湖北(志留统龙马溪组)Longmaxi Shale in Hubei Province, Lower Silurian江西(下寒武统)Black Shale in Jiangxi Province, Lower Cambrian,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
4、页岩颗粒表面物质的吸附作用。,Shale,Tight sands,Gas-bearing fracture,Conventional reservoir,Natural gas,Basement,Replacement migration inconventional reservoir,Piston-typed migrationin tight sand reservoirComplex transitionmigration in shale,bitumen,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。,页岩Shale,致密砂岩Tight sands,含 气 裂 缝
5、带Gas-bearingfracture,常规砂岩Conventionalsandstone,天然气Natural gas,(after Martin),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,Gas escaping from shale cores,页岩气研究意义,Research Significances for Shale Gas,(1)普遍意义:滞留是主体,Universality: remaining is the mai
6、n body,离+,(2)复合机理:游离+吸附,Mechanism: composing by freedom and absorption,(3)经济价值:成本并不昂贵,Economic: costing is not expensive,(4)应用前景:突破口和热点,Prospects: breakthrough and hot topic,内容提要,Outlook,页岩气,What is shale gas,页岩气特点,Characteristics of shale gas,美国页岩气发展,Shale gas history in USA页岩气的未来,Shale gas in the
7、future,类型Type干酪根类型Kerogen type成熟度底限Maturity threshold生气机理Gas generation孔渗性Porousity and permibility含气量Gas content压力Pressure吸游比A/F埋藏深度Buried depth,直接型Direct-typeRo0.4%生物化学、热解Biochemistry高High低Low低Low高High浅Shallow,间接型Indirect-type、Ro1.2%热裂解、生物再作用Thermal cracking低Low高High高High低Low深Deep,两种类型页岩气Classific
8、ation of shale gas,页岩气基本特点,()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。,()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。,()成因:可主要来源于生物作用或热成熟作用。()有机地球化学指标:TOC一般不小于2%,Ro大于,0.4%,()页岩本身既是气源岩又是储气层。,()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。,()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
9、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。,()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。,()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。,0,5,10,15,20,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),6,30,0,10,20,8总含气量吸附气量,0,4.817.08,41.703.542,含,气,量,压力(Mpa),美国含气页岩主要特征,(据Curt
10、is,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%(型)或1.2% (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,/ B g ),f,s,( k 1 + k,+ k 2 S,Q = AH ( k 1 S,2辽,SP,20,50,AC,20,250,RTRS,00,3030,岩 性,计 算 TOC3,深 度(m)1050,1060107010
11、801090,流 河 道 叠 加间 湾Calculation for Gas content多 期 水 下 分流 河 道 叠 加,间 湾,=3 -1-) 井 计 算 T O C 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,15,SP(mv)60,90,岩性,沉积相0,孔隙度%3,50,饱和度%100,0,0 2.5
12、,游离气含量实测TOC(m3/t)3 计算TOC0 2.5,0,11 14,吸附气含量总含气量 吸游比(m3/t) (m3/t) %0.7 0 2 0 1,R25 AC(m) (s/m)深度3340125 50 65,33503360337033803390340034103420343034403450346034703480349035003510,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,What is shale gas页岩气特点,Characteristics of shale gas,
13、美国页岩气发展,Shale gas history in USA,页岩气的未来,Shale gas in the future,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
14、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
15、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:,Green River,Paradox:,Cane Creek,(据GTI,USA,2003 ;Franz and Jochen, 2005, Pollastro 2005等编绘,),500km,San Joaquin:McClure,San Juan:Lewis & Mancos,Williston:Bakken,Illinois:New Albany,Appalachian:Devonian / O
16、hio,Michigan:Antrim,Fort Worth:Barnett,Permian:Barnett & Woodford,Anadarko:Woodford & Caney,Powder River:Big Horn :Gammon,Santa Maria:Monterey,Floyd & Conasauga,Raton:Palo Dura,Ark-La-Tex:Bossier,Val Verd :Kerr :,Palo Dura :,Crazy Mountains :Wind River :,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,Willist
17、on:Bakken,具页岩气潜力盆地,Marfa:Barnett & Woodford页岩气盆地发育有利带,Greater Green River:Lewis, Mowry & NiobraraDenver-Julesburg:Piceance : NiobraraGreen RiverForest City:Excello/Mulky,美,国,拿,大,Arkoma:Fayetteville /,Caney & woodfordBlack Warrior:,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、An
18、trim、Woodford、Lewis、 New Albany 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,Barnett页岩气藏钻井数量(截止到到2006年9月)(转引自自David F. Martinea,2007,Total篇),No.ProducingWells,1981,1982,1983,1984,1985,1986,1987,1988,1989,1990,1991,1992,1993,1994,1995,1996,1997,1998,1999,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007
19、,(Through November 2006),70006000500040003000200010000,Tim e - Years,Barnett 页岩钻井BARNETT SHALE GAS W ELLS - NUMBER PRODUCING W ELLS VS. TIME,Pitts Oil Com pany - Dallas Production Inc.J.Lafield,2007,Newark East油田Mitchell Energy 2 Boyd Townsite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
20、为0.85 bcf。(转引自Scott L. Montgomery,2005),占,美,国,天,然,气,年,产,量,百,分,100,200年 150产量,250,4.5,4.03.53.02.5,2.0,比1.5,1.00.50.0,亿方,%,80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05年,500,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,500km,Williston:,BakkenSan Juan:Lewis & Mancos,Mic
21、higan:,Appalachian:Devonian / OhioBlack Warrior,AntrimIllinois:New AlbanyArkoma:Fayetteville /Caney & woodfordFort Worth:Barnett,(Navigant Consulting, 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1528108m3增至2007年的2519108m3,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,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”
22、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。,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),传统泥页岩裂缝油气与典型页岩气比较,内容提要,Outlook,页岩气,What is shale gas页岩气特点,Characteristics of shale gas美国页岩气发展,
23、Shale gas history in USA,页岩气的未来,Shale gas in the future,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,DOE/EIA-0383(2010),美国天然气产量及预测测(1990-2035),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,540km,0,16
24、0km,0,中国页岩气地质条件分区模式,Geological setting and classification of shale gas in China,中美代表性盆地/地区页岩特点,Comparasion of shales in China with those in USA,块,成都,广州,福州,杭州,南京,上海,南宁,贵阳,昆明,0,40,80,120 km,造,山带,子,扬,山,别,大,岭,秦,造,地,东,起,隆,南,地,块,龙,覆,推,山,门,带,三,江,台北,十万大山,三水,百色,昌都,兰坪,思茅,楚雄,洞庭,四川,苏北,鄱阳南昌,南襄,上,扬重庆,子,山武汉 带地,中扬江汉,子,地,块,下,合肥 扬,子江,块块,地,南长沙,南方地区下古生界页岩气分布有利区Distribution of Eopaleozoic shales in South China,页岩气勘探开发已在不同国家和地区取得了明显进展,发展迅速,但存在许多问题亟待解决:,机理分析与研究、实验测试与分析、有利选区与评价、含气特点与模拟、产能分析及预测、压裂技术与压裂液、精确导向水平钻井与储层改造等。,一旦制约页岩气发展的关键问题获得解决,页岩气必将迅速成为天然气资源接替的主要类型。,Unconventional Gas,Conventional Gas,http:/,谢 谢!,