概況及氣巖預(yù)測(cè)啟示

1、 美國頁巖氣資源概況 頁巖氣地質(zhì)及成藏特點(diǎn) 氣頁巖巖石物理特征 氣頁巖預(yù)測(cè)方法初探 誠心前來學(xué)習(xí)、虛心接受指正； 知識(shí)不足、興趣有加。 美國的燃料能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，天然氣占23% Source: EIA,2009 Biofuels 1% Renewables 8% Liquids 37% Gas 23% Nuclear 8% Coal 23% 美國頁巖氣資源概況 Alaska 25 - 20 - 15 - 10 - 5 - 0 - 1995 2005 2015 2025 Unconventional Conventional Net Imports 美國天然氣年產(chǎn)量：常規(guī)天然氣產(chǎn)量逐漸減少， 非

2、常規(guī)天然氣產(chǎn)量逐漸增加， 1998年5.4 tcf, 2007年8.9 tcf 美國非常規(guī)天然氣產(chǎn)量增加，主要依賴于致密砂 巖氣（Tight gas）、頁巖氣（Shale gas）和煤層氣 （Coalbed gas） 1999年以來頁巖氣儲(chǔ)量、產(chǎn)量顯著增加，導(dǎo) 致天然氣總量增加。 Significant increase in gas reserves and production from shales starts in 1999 Source: EIA 美國頁巖盆地：本土的48個(gè)州頁巖盆地含有 巨大的頁巖氣資源。20092009年，美國頁巖氣年產(chǎn)量達(dá) 878878億方，頁巖氣生產(chǎn)井?dāng)?shù)逾5

3、000050000余口。 美國第1口頁巖氣生產(chǎn)井： 鉆于1821年，紐約州的Fredonia鎮(zhèn)附近的泥盆系頁巖。 l1920s,1920s,肯塔基州的Big Sandy FieldBig Sandy Field俄亥俄頁巖氣進(jìn)行氣田規(guī)模的開 發(fā)； l至1930s,1930s,密歇根州的AntrimAntrim頁巖氣經(jīng)歷了適度發(fā)展，但直到1980s1980s才 開始擴(kuò)大; ; l1980s1980s，得克薩斯州的BarnettBarnett頁巖氣層成為全美最活躍天然氣產(chǎn)層， 它的成功引起了業(yè)界的關(guān)注。 l隨后在頁巖氣的開發(fā)過程中，大規(guī)模的水力壓裂和水平井鉆探成為重 要技術(shù)。美國頁巖氣鉆井、產(chǎn)量快速

4、增加。 年份 美國頁巖氣年產(chǎn)量 生產(chǎn)井?dāng)?shù) 2000 1222000 122億方 2800028000余口 2006 3112006 311億方 4000040000余口 2007 4502007 450億方 4200042000余口 2008 572.62008 572.6億方 2009 8782009 878億方 5000050000余口 頁巖氣產(chǎn)區(qū)主要分布在美 國中、東部地區(qū)； 目前美國最主要含氣頁巖： Barnett 頁巖 Haynesville/Bossier頁巖 Antrim頁巖 Fayetteville 頁巖 Marcellus頁巖 New Albany頁巖 Woodford 頁巖

5、 Barnett頁巖: TX, FortWorth盆地； Mississippian 系； 上、下為灰?guī)r； 目前產(chǎn)量最高； 含氣率高 研究程度最高，文獻(xiàn) 最多。 美國最主要的含氣頁巖特 征 Fayetteville頁巖: AR+OK, Arkoma盆地 Mississippian 系； 上覆為灰?guī)r、下伏為砂巖； 美國最主要的含氣頁巖特 征 Haynesville頁巖: LA+TX, 北Louisiana盆地 上侏羅統(tǒng)； 上覆為砂巖、下伏為灰?guī)r； 美國最主要的含氣頁巖特 征 Marcellus頁巖: 美國東北部6個(gè)州, 中泥盆； 上覆為頁巖、下伏為灰?guī)r； 面積最大； 可采資源量最大 Wordfo

6、rd頁巖: OK, 泥盆系； 上覆為灰?guī)r、下伏為頁巖； Antrim頁巖: MI, 上泥盆統(tǒng)； 上覆為頁巖、下伏為灰?guī)r； New Albany 頁巖: IL,IN,KY 泥盆密西西比系； 上、下為灰?guī)r； 頁巖氣地質(zhì)基本特點(diǎn)： 頁巖氣（shale gas）：生成并儲(chǔ)存于泥頁巖中的 天然氣。 頁巖氣主要為干氣，但有的也為濕氣，與生氣母質(zhì) 類型及成熟度有關(guān)。 氣頁巖（gas shale）：含有一定量天然氣的高碳 頁巖。 頁巖氣藏宏觀特征：頁巖聚生、儲(chǔ)、蓋于一體，屬 于典型的自生、自儲(chǔ)、自蓋；一般不受浮力驅(qū)使， 沒有邊水、底水，因此屬于非常規(guī)氣藏； 頁巖含氣率與TOC、Ro正相關(guān)，不同于非烴源巖 的裂

7、縫型泥頁巖氣藏。 頁巖氣地質(zhì)及成藏特點(diǎn) 頁巖中天然氣有多種賦存相態(tài)：吸附態(tài)、游離態(tài)、 溶解態(tài)，不同相態(tài)的形成條件、階段不同，可能 相互轉(zhuǎn)化。 氣源巖生成的天然氣分子，優(yōu)先滿足吸附、其次 滿足溶解，二者都過飽和的天然氣才能呈游離氣 態(tài)。 游離態(tài)的氣受浮力驅(qū)使形成“常規(guī)氣藏”，以吸 附態(tài)、水溶態(tài)為主不受浮力驅(qū)使，形成“非常規(guī) 氣藏”。 “常規(guī)氣”是“非常規(guī)氣”的特例，“常規(guī)氣 成藏”是相對(duì)的、小概率事件，“非常規(guī)氣成藏” 是絕對(duì)的、大概率事件。 非常規(guī)與常規(guī)之間也存在相互轉(zhuǎn)化。 頁巖氣成藏的“微觀”機(jī)理還有待深入研究： 頁巖氣地質(zhì)及成藏特點(diǎn) 氣頁巖巖石物理特征 以Marcellus頁巖為例 巖石露

8、頭顏色深、 宏觀上，水平層理與垂向裂縫發(fā)育、 露頭張性垂向裂縫，應(yīng)與地下水力壓裂產(chǎn)生的垂向裂縫 類似 Nanopores Darker Areas Higher TOC 10 m 微觀上，納米級(jí)微孔隙發(fā)育，有機(jī)質(zhì)含量越高， 微孔隙越發(fā)育。 Tim,2009 Harrell Shale:黑色,富 含有機(jī)質(zhì)頁巖， Tully Limestone: 灰 色，層理發(fā)育, 細(xì)?；?guī)r. Mahantango 頁巖: 含 化石泥巖、砂巖及石英 礫石，向上變粗. Marcellus Shale: 黑 色,富含有機(jī)質(zhì)，黃鐵礦 2-10%，含鐵質(zhì)結(jié)核， 含灰?guī)r層. Onondaga Limestone:深灰色 灰

9、色細(xì)粒石灰?guī)r. 西弗吉尼亞州的Marcellus頁巖，Tim， 2009 巖性、物性、電性、含氣性之間的關(guān)系 Th/U 可確定可確定 氧化還原環(huán)境氧化還原環(huán)境 Th/U 根據(jù)根據(jù) Th/K 可確定粘土礦可確定粘土礦 物成分：物成分： 伊利石品紅色伊利石品紅色 蒙脫石綠色蒙脫石綠色 伊利石能夠使孔伊利石能夠使孔 隙度增加隙度增加 4% Th/K 阿爾奇公式：阿爾奇公式： 頁巖含水飽和度阿爾奇公式：頁巖含水飽和度阿爾奇公式： Sw= 含水飽和度含水飽和度 Swu=頁巖含水飽和度頁巖含水飽和度 Rw= 水的電阻率水的電阻率 Rt= 真真電阻率電阻率 U = 鈾含量鈾含量 ppm = 孔隙度孔隙度 與

10、砂巖儲(chǔ)層不完全相同，頁巖中Sw阿爾奇公式需要校正： 粘土礦物校正可通過鈾含量校正進(jìn)行 Simandoux Simandoux using Vuran 鈾含量由Gr測(cè)井獲得 Archie (Sw) Light Blue Water Light Green- Gas Archie with Uran(Swu) Dark Blue Water Dark Green- Gas Simandoux (Sw) Light Brown Water Light Red- Gas Simandoux with Uran (Swu) Dark Brown- Water Dark Red - Gas 根據(jù)含水飽和度

11、， 獲得含氣飽和度。 Marcellus 頁巖其頁巖其 實(shí)不純實(shí)不純 石英可達(dá)石英可達(dá) 65% 粘土礦物僅粘土礦物僅 25% 高有機(jī)質(zhì)含量導(dǎo)致高有機(jī)質(zhì)含量導(dǎo)致 低密度低密度 巖性分析： 鈾含量與密度孔隙度正相關(guān) 伽瑪測(cè)井、 放射性測(cè)井、 密度測(cè)井、 電阻率測(cè)井 頁巖含氣性 氣頁巖預(yù)測(cè)方法初探 巖性、 物性、 電性、 含氣性 為便于預(yù)測(cè) 1D: 巖性、 物性、 電性、 含氣性 3D: 地震屬性 烴源巖有機(jī)質(zhì)含量的多少，在伽瑪測(cè)井、密度 測(cè)井、聲波時(shí)差測(cè)井、中子測(cè)井、電阻率測(cè)井等 各種測(cè)井曲線上都有一定的響應(yīng)關(guān)系。 這些響應(yīng)特征是烴源巖有機(jī)碳含量測(cè)井預(yù)測(cè)的 理論基礎(chǔ)； 而烴源巖TOC測(cè)井預(yù)測(cè)曲線又

12、作為地震預(yù)測(cè) 的橋梁。 烴源巖有機(jī)碳含量TOC體地球物理預(yù)測(cè)的啟示 文昌組烴源巖TOC與密度的負(fù)相關(guān)關(guān)系 r=- 0.474,n=158 文昌組烴源巖TOC與電阻率的正相關(guān)關(guān)系 r=0.569,n=158 r=0.502,n=158 文昌組烴源巖TOC與中子孔隙度的正相關(guān)關(guān)系 文昌組烴源巖TOC與聲波時(shí)差的正相關(guān)關(guān)系 r=0.470,n=158 r=0.293,n=158 文昌組烴源巖TOC與自然伽瑪?shù)恼嚓P(guān)關(guān)系 0.1560.1570.1040.0556.019 2.182 N Rt TOC 文昌組泥巖 n=158 r=0.751 6.5m 5.5m 12m 3m 4m 3m 烴源巖烴源巖T

13、OC體定量預(yù)測(cè)技術(shù)體定量預(yù)測(cè)技術(shù) 應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)體 三維TOC體 測(cè)井參數(shù)實(shí)測(cè)TOC點(diǎn) 預(yù)測(cè)模型 測(cè)井資料分析樣品 應(yīng)用于TOC測(cè)井預(yù)測(cè) 鉆井TOC曲線 地震數(shù)據(jù)體 屬性參數(shù) 遞歸統(tǒng)計(jì)關(guān)系 單屬性預(yù)測(cè)概率性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)多屬性預(yù)測(cè) 交互驗(yàn)證 實(shí)測(cè)TOC點(diǎn) 預(yù)測(cè)TOC曲線 預(yù)測(cè)TOC體 測(cè)井資料 沉積相 3D地震資料 烴源巖TOC縱向分布測(cè)井預(yù)測(cè) 烴源巖TOC體 3D空間分布 定量預(yù)測(cè) （國家專項(xiàng)研究 2008ZX05023-01階段成果） 烴源巖烴源巖3D3D空間分布預(yù)測(cè)空間分布預(yù)測(cè)TOCTOC體體 xline 結(jié)論 烴源巖排烴、成藏低效，意味殘留烴高效，頁巖氣潛在資源量十分豐富； 常規(guī)油氣的生

14、、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、圈、保成藏條件相互配置關(guān)系復(fù)雜，勘探難度大；頁巖氣 藏基本無需運(yùn)、圈、1/2保，勘探難度相對(duì)“小”；但開發(fā)技術(shù)含量高。 以烴源巖TOC體預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，頁巖氣地球物理綜合預(yù)測(cè)值得探討。 致謝： 感謝西弗吉尼亞大學(xué)教授Tim Carr給予的交流、訪問與合作。 謝謝大家！ 1999年以來頁巖氣儲(chǔ)量、產(chǎn)量顯著增加，導(dǎo) 致天然氣總量增加。 Significant increase in gas reserves and production from shales starts in 1999 Source: EIA 美國最主要的含氣頁巖特 征 Haynesville頁巖: LA+TX, 北Louisiana盆地 上侏羅統(tǒng)； 上覆為砂巖、下伏為灰?guī)r； Wordford頁巖: OK, 泥盆系； 上覆為灰?guī)r、下伏為頁巖； 根據(jù)根據(jù) Th