頁巖氣-中煤物探院

頁巖氣-中煤物探院匯報提綱一、概述二、頁巖氣地質(zhì)特征三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)五、頁巖氣展望一、概述1.世界油氣資源統(tǒng)計資源類型遠(yuǎn)景資源累計采出剩余量待發(fā)現(xiàn)量備注常規(guī)油氣石油（×108t）天然氣（×1012m）非常規(guī)油氣石油（×108t）天然氣（×1012m）4110~5479102910322049~3418探明程度43%436.169.4149.5217.2探明程度50%超重油及瀝青（油砂）：5206油頁巖：3397~8534合計：8603~13740常規(guī)石油的1.8~2.9倍常規(guī)天然氣的2.2倍煤層氣：168~312/中值256.1致密砂巖氣：209.6頁巖氣：456天然氣水合物：>2501合計：3423一、概述2.國外頁巖氣發(fā)展現(xiàn)狀全球已掀起“頁巖氣革命”，目前已有多個國家在進(jìn)行頁巖氣前期評價和勘探開發(fā)先導(dǎo)試驗，其中以美國頁巖氣勘探開發(fā)較為成熟。國家和地區(qū)技術(shù)可采資源量（萬億方）加拿大、墨西哥30.3美國24.4北美合計54.7南美7國34.7歐洲（不含俄聯(lián)邦）17.7非洲29.5中國36澳大利亞11.2合計187.4美國能源署統(tǒng)計一、概述3.中國頁巖氣發(fā)展現(xiàn)狀我國頁巖分布盆地有四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、塔里木盆地、以及準(zhǔn)噶爾盆地等，估計資源量10-30萬億方，頁巖氣資源豐富。一、概述3.中國頁巖氣發(fā)展現(xiàn)狀中石油：確定威遠(yuǎn)、長寧、富順-永川、昭通頁巖氣有利區(qū)，完鉆11口評價井（2011），威201井經(jīng)壓裂獲得初始產(chǎn)量10000方/日，寧201井獲得初始產(chǎn)量14000方/日中石化：在黔東、皖南、川東北地區(qū)優(yōu)選建南、黃平頁巖氣有利區(qū)，完鉆5口評價井，3口直井見氣，1口獲工業(yè)氣流。延長油礦：在鄂爾多斯盆地4口井獲得陸相頁巖氣突破，圖為柳坪177井在延長組長7段頁巖氣。匯報提綱一、概述二、頁巖氣地質(zhì)特征三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)五、頁巖氣展望二、頁巖氣地質(zhì)特征1.頁巖氣成藏過程圈閉?蓋層儲層烴源巖生烴過程排烴過程運移過程原油裂解天然氣保存頁巖氣（ShaleGas）是指在富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附態(tài)和游離態(tài)為主要方式存在并富集的天然氣。吸附階段孔隙充填階段裂縫充填階段頁巖氣藏階段有機(jī)質(zhì)和黏土顆粒表面吸附與解吸氣體流入頁巖基質(zhì)孔隙氣體進(jìn)入天然裂縫網(wǎng)絡(luò)最終形成頁巖氣藏頁巖氣賦存方式與成藏過程示意圖（據(jù)RonMcDonald，2002）二、頁巖氣地質(zhì)特征2.頁巖氣成因類型頁巖氣存在三種氣源：1、生物成因氣（生物作用）2、熱成因氣（干酪根、油裂解、瀝青裂解）3、二者混合成因。頁巖氣藏氣源成因示意圖（據(jù)Jarvie，2003）二、頁巖氣地質(zhì)特征3.頁巖氣藏特征特點頁巖氣藏常規(guī)氣藏賦存機(jī)理主要以吸附態(tài)賦存于有機(jī)質(zhì)、泥頁巖顆粒表面，游離態(tài)賦存于微孔隙、微裂縫浮力作用影響下，主要以游離態(tài)聚集于儲層頂部成藏特點自生自儲，無明顯圈閉，初次運移成藏聚集于運移路徑上的圈閉，二次運移成藏氣藏規(guī)模大面積區(qū)域分布，規(guī)模大于常規(guī)氣藏取決于圈閉大小分布特點盆地古沉降-沉積中心及斜坡，受有機(jī)質(zhì)分布控制構(gòu)造較高部位的多種圈閉儲集介質(zhì)泥頁巖基質(zhì)孔、滲低，但普遍發(fā)育天然裂縫孔隙性砂巖、裂縫性碳酸鹽巖富集特征裂縫發(fā)育的“甜點”高產(chǎn)富集區(qū)孔、滲高的已成藏圈閉儲集層主控因素有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度、脆性礦物成分、裂縫、含氣量等氣源、輸導(dǎo)、圈閉等勘探成功率勘探成功率高，沒有真正的干井勘探成功率低，地質(zhì)風(fēng)險大開發(fā)特點工程風(fēng)險高，需多級壓裂技術(shù)，采收率低，生產(chǎn)周期長，一般30-50年工程風(fēng)險低，單井產(chǎn)量高，產(chǎn)量遞減快頁巖氣并不形成類似于常規(guī)油氣的圈閉，具有自生自儲、無氣水界面、大面積低豐度連續(xù)成藏、低孔、低滲等特征，存在局部富集的“甜點”區(qū)。一般無自然產(chǎn)能或低產(chǎn)，需要大型水平井和水力壓裂技術(shù)才能進(jìn)行經(jīng)濟(jì)開采，單井生產(chǎn)周期長。匯報提綱一、概述二、頁巖氣地質(zhì)特征三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)五、頁巖氣展望三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價1.基礎(chǔ)地質(zhì)特征（1）頁巖識別控制包括露頭識別、測井識別、地震追蹤。含氣頁巖測井響應(yīng)為“四高兩低”特征，即高伽馬、高電阻率、高聲波時差、高中子孔隙度,低密度、低光電效應(yīng)。三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價1.基礎(chǔ)地質(zhì)特征（2）頁巖面積與厚度分布頁巖厚度和面積保證：充足的有機(jī)質(zhì)，利于頁巖氣生成；儲滲空間，利于頁巖氣富集。美國地區(qū)頁巖氣開發(fā)一般要求直井厚度大于30m，有效厚度大于15m。上揚子地區(qū)筇竹寺組TOC>2%頁巖厚度圖三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價2.地化分析有機(jī)質(zhì)豐度影響了頁巖的生氣量與含氣量。北美地區(qū)商業(yè)價值頁巖氣藏TOC>2。干酪根類型決定了生油、生氣能力。I、II型干酪根易生油，III型干酪根易生氣。熱成熟度Ro反映有機(jī)質(zhì)是否已經(jīng)成熟，雖然在不同階段生成的天然氣皆可形成頁巖氣藏，但是成熟度越高其產(chǎn)氣量越大。北美較好的頁巖氣儲層的Ro>1.1%。（1）地化參數(shù)測試三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價2.地化分析Barnett頁巖含氣量數(shù)據(jù)顯示：有機(jī)碳含量越大,頁巖含氣量越高。有機(jī)碳含量高生烴潛力大；有機(jī)質(zhì)顆粒表面吸附氣多；有機(jī)質(zhì)生烴后產(chǎn)生微孔隙易于天然氣聚集。（2）生烴特征運用巖石熱解分析，獲得游離烴S1、干酪根裂解烴S2和熱解峰溫Tmax，指示生烴潛力和熱成熟度。三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價2.地化分析綜合利用碳同位素、氣樣組分以及熱成熟度指標(biāo)，確定頁巖氣成因類型，探討頁巖氣生成過程。（3）頁巖氣成因分析三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價3.儲層研究（1）物性特征GRI(美國天然氣研究所)巖心分析法對威遠(yuǎn)地區(qū)九老洞組頁巖評價結(jié)果原有條件下干燥和DEANSTARK提取條件下巖樣號體積密度（g/cm3）基質(zhì)滲透率（x10-8mD）含氣孔隙度（%）含氣飽和度（%）含油飽和度（%）顆粒密度（g/cm3）孔隙度（%）含水飽和度（%）12342.646.91.7168.62.7162.49031.42.665.471.2452.12.7182.38047.92.681.280.8649.82.491.73050.22.651.481.5967.02.7072.38033.0常規(guī)砂巖700

m孔隙系統(tǒng)礦物骨架含氣頁巖100

m孔隙中的自由氣孔隙中的自由氣和干酪根吸附氣干酪根三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價3.儲層研究（1）物性特征孔隙度與頁巖的氣體總含量之間呈正相關(guān)關(guān)系；隨孔隙度的增加，含氣量中游離氣量的比例增加?？紫秹毫?MPa)孔隙壓力(MPa)三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價3.儲層研究（2）溫壓條件溫度對頁巖氣成藏的影響：在相同壓力下，溫度增高，吸附氣含量降低。壓力對頁巖氣成藏的影響：一方面，含氣量與壓力之間呈正相關(guān)關(guān)系；另一方面，壓力對吸附氣影響小，與游離氣呈正相關(guān)明顯。溫度（oC）吸附氣量（cc/g）相對于不同儲層溫度對應(yīng)的吸附氣量（Ross和Bustin，2006）三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價3.儲層研究增加頁巖孔隙度，改善頁巖極低的基質(zhì)滲透率；有助于頁巖層中游離態(tài)天然氣體積的增加和吸附態(tài)天然氣的解析；裂縫是力學(xué)上的薄弱環(huán)節(jié)（包括因膠結(jié)而封閉的），增加了壓裂處理的有效性。（3）裂縫發(fā)育特征三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價3.儲層研究（3）裂縫發(fā)育特征地震技術(shù)對頁巖裂隙預(yù)測層屬性各向異性橫波分裂層屬性三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價3.儲層研究頁巖礦物組成主要包括石英、長石、方解石等碎屑礦物，黃鐵礦等自生礦物，伊利石、蒙脫石、高嶺石等黏土礦物，以及有機(jī)質(zhì)。（4）巖石礦物巖石X-衍射分析ECS測井

硅質(zhì)、鈣質(zhì)礦物成分越高，脆性大，頁巖儲層加砂壓裂時，越容易被壓開，易于儲層改造，造縫能力強(qiáng)。北美地區(qū)頁巖開發(fā)要求脆性礦物含量大于40%。三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價3.儲層研究（5）應(yīng)力分析水平井眼取向

最大應(yīng)力方向水平井的方向應(yīng)與最大水平應(yīng)力方向垂直水平井與裂縫不同方向的效果三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價4.資源評價（1）老井氣顯復(fù)查從復(fù)查常規(guī)油氣勘探穿越目標(biāo)頁巖層段時的錄井及氣測顯示入手，初步分析頁巖含氣性的縱向和平面分布特征。三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價4.資源評價（2）頁巖含氣特征作為頁巖氣選區(qū)與資源評價的關(guān)鍵系數(shù)，頁巖含氣量測定至關(guān)重要。目前主要有罐解氣測試、等溫吸附曲線測試、含氣飽和度法以及有機(jī)碳-含氣量擬合四種方法。a、罐解氣測試b、等溫吸附曲線測試d、有機(jī)碳-含氣量擬合法c、含氣飽和度法三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價4.資源評價（3）資源量計算1）體積法Q總=Q吸+Q游+Q溶≈Q吸+Q游=S*h*ρ*G參數(shù)：S為泥頁巖面積（km2）h為泥頁巖有效厚度(m)ρ為泥頁巖密度(g/cm3)G為含氣量（108m3/t）G≈G吸+G游

2）含氣量類比法αi—預(yù)測區(qū)類比單元與標(biāo)準(zhǔn)區(qū)的類比相似系數(shù)。3）資源豐度類比法Si—預(yù)測區(qū)類比單元的面積（km2）；Ki—類比區(qū)油氣資源豐度（108m3/km2），由標(biāo)準(zhǔn)區(qū)給出；勘探程度評價方法主要方法和影響因素結(jié)果可靠性高勘探程度體積法在多口探井控制和地震資料控制下，根據(jù)有效體積參數(shù)及含氣量，進(jìn)行資源潛力計算。依據(jù)成因法，計算其對應(yīng)階段的生氣量，結(jié)合其排烴特征，估算頁巖氣的最大殘留量來進(jìn)行分析。含氣量類比法重點考慮對含氣量影響比較大的參數(shù)（有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型、成熟度，黏土礦物類型、孔隙度、溫壓條件等），進(jìn)行含氣量類比。低勘探程度資源豐度類比法制定類比標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合類比對象特征，確定與解剖區(qū)的相似系數(shù)以及關(guān)鍵參數(shù)的權(quán)重分布，進(jìn)行類比法資源量估算。匯報提綱一、概述二、頁巖氣地質(zhì)特征三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)五、頁巖氣展望四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)1.頁巖氣開發(fā)技術(shù)歷程1981－1985年1985－1997年1998－2003年2003-至今直井、泡沫壓裂、氮氣輔助為直井、膠聯(lián)壓裂、氮氣輔助、降濾失劑、表面活性劑主體技術(shù)為直井、清水加砂壓裂水平井、清水壓裂頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)水平鉆井技術(shù)水力壓裂技術(shù)四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)2.水平鉆井

隨著2002年Devon能源公司沃斯堡盆地的7口Barnett頁巖氣試驗水平井取得巨大成功，業(yè)界開始大力推廣水平鉆井，水平井已然成為頁巖氣開發(fā)的主要鉆井方式。根據(jù)美國Barnett區(qū)塊開發(fā)經(jīng)驗，水平井最終評價的開采儲量是直井的3倍以上，成本只相當(dāng)于直井的1.5倍，此外頁巖氣井初始產(chǎn)量與最終總產(chǎn)量也有很大關(guān)系。美國Barnett頁巖氣單井產(chǎn)量低,生產(chǎn)壽命長達(dá)30~50年Barnett直井與水平井?dāng)?shù)量對比

四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)2.水平鉆井地質(zhì)導(dǎo)向鉆井：隨鉆測量+自然伽馬測井頁巖氣水平鉆井常用技術(shù)欠平衡/平衡鉆井技術(shù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)控制壓力鉆井技術(shù)四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)3.水力壓裂頁巖儲層滲透率低，90%的頁巖氣完井后需要人工壓裂后才能獲得產(chǎn)量；水力壓裂是改善儲層裂縫系統(tǒng)，增加滲流通道的最有效方法；水力壓裂對儲層傷害小，增產(chǎn)效果明顯。四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)3.水力壓裂氮氣壓裂、凝膠壓裂地層傷害小、濾失低、攜砂能力強(qiáng)水敏性地層和埋深較淺的井清水壓裂

減阻水為壓裂液主要成分，成本低，但攜砂能力強(qiáng)適用于天然氣裂縫系統(tǒng)發(fā)育多級壓裂

多段壓裂，分段壓裂。技術(shù)成熟，使用廣泛產(chǎn)層較多，水平井段長的井水力噴射壓裂定位準(zhǔn)確，無需機(jī)械封隔，節(jié)省作業(yè)時間尤其適用于裸眼完井的生產(chǎn)井同步壓裂多口井同時作業(yè)，節(jié)省作業(yè)時間且效果好于依次壓裂井眼密度大，井位距離近重復(fù)壓裂通過重新打開裂縫或裂縫重新取向增產(chǎn)對老井和產(chǎn)能下降的井均可使用技術(shù)名稱技術(shù)特點適用性Devon能源公司Barnett頁巖氣井清水壓裂技術(shù)與凝膠壓裂技術(shù)產(chǎn)量對比

水平井20段壓裂裂縫示意圖四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)4.水力壓裂縫監(jiān)測

測井監(jiān)測技術(shù)：主要應(yīng)用井溫測井、同位素測井、交叉偶極橫波測井資料，實現(xiàn)壓后裂縫監(jiān)測評價。

微地震監(jiān)測技術(shù)：是油氣井壓裂施工過程的監(jiān)測技術(shù)，可監(jiān)測裂縫位置、方位、大小以及復(fù)雜程度等，優(yōu)化頁巖氣藏多級改造方案。匯報提綱一、概述二、頁巖氣地質(zhì)特征三、頁巖氣綜合地質(zhì)評價四、頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)五、頁巖氣展望五、頁巖氣展望2000-20052006200720082009---先導(dǎo)試驗基礎(chǔ)研究跟蹤研究發(fā)展階段中國頁巖氣發(fā)展歷程時間北美頁巖氣發(fā)展動態(tài)跟蹤與評價國內(nèi)頁巖排查與常規(guī)油氣勘探頁巖油氣顯示復(fù)查有利領(lǐng)域頁巖地質(zhì)特征、露頭地質(zhì)調(diào)查與領(lǐng)域潛力評價南方古生界海相頁巖氣潛力評價與有利勘探開發(fā)目標(biāo)選擇有利領(lǐng)域頁巖氣先導(dǎo)試驗區(qū)優(yōu)選關(guān)注發(fā)展，總結(jié)特征全面解讀頁巖氣文獻(xiàn)和相關(guān)文獻(xiàn)北美產(chǎn)氣頁巖地質(zhì)特征解剖與技術(shù)分析主要含油氣盆地或地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖普查常規(guī)油氣勘探頁巖地層油氣顯示情況摸查川南地區(qū)寒武系、志留系老井復(fù)查、頁巖潛力評價頁巖氣國際交流與研討：首次與國際頁巖氣專家交流與介紹國內(nèi)前景中國南方古生界海相頁巖地質(zhì)特征露頭調(diào)查中國部分重點盆地頁巖烴源巖特征分析與美國新田公司開展威遠(yuǎn)地區(qū)寒武系頁巖氣潛力評價廣泛露頭地質(zhì)調(diào)查與老井巖芯復(fù)查鉆探中國第一口頁巖氣淺井頁巖含氣性評價研究與獲得含氣量數(shù)據(jù)上揚子區(qū)古生界海相頁巖氣潛力評價與有利勘探開發(fā)目標(biāo)選擇分層次開展全國頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查建設(shè)頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查先導(dǎo)試驗區(qū)西北區(qū)華北及東北區(qū)青藏區(qū)上揚子及滇黔桂區(qū)中下?lián)P子及東南區(qū)五、頁巖氣展望國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心：全國頁巖氣資源潛力調(diào)查我國頁巖氣可采資源潛力為25.08萬億m3（不含青藏區(qū)）；上揚子及