1、非常規油氣資源勘探開發進展非常規油氣資源勘探開發進展主講人：劉成林主講人：劉成林中國地質科學院地質力學所中國地質科學院地質力學所20122012年年5 5月月E-mail: 電話：電話Q：8518878382021-10-2112021-10-212提提 綱綱 一、概述一、概述 二、非常規油氣資源勘探開發概況二、非常規油氣資源勘探開發概況 三、頁巖氣勘探開發進展三、頁巖氣勘探開發進展2021-10-213石油：石油：年均探明儲量年均探明儲量10億噸，處于高位增長；探明億噸，處于高位增長；探明剩余可采儲量剩余可采儲量31.74億噸億噸(列世界

2、列世界13位位)，儲采比，儲采比16；年產年產2億噸以上可持續億噸以上可持續30年以上，仍有年以上，仍有3000-5000萬萬噸的上升空間；噸的上升空間；天然氣：天然氣： 年均探明儲量年均探明儲量5500億方以上，處于快速增億方以上，處于快速增長；探明剩余可采儲量長；探明剩余可采儲量3.9萬億方萬億方(列世界列世界13位位) ，儲，儲采比采比41；年均兩位數增長，預計；年均兩位數增長，預計2015年生產年生產1500億億方，方， 2020年生產年生產2000億方。億方。1.1.常規油氣資源潛力常規油氣資源潛力42.2.石油儲量增長趨勢石油儲量增長趨勢可望年增可望年增1-2億噸億噸3.石油產量增

3、長趨勢石油產量增長趨勢高峰回落高峰回落趨緩趨緩4.4.天然氣儲量增長趨勢天然氣儲量增長趨勢儲量仍處上升階儲量仍處上升階段段5.5.天然氣產量增長趨勢天然氣產量增長趨勢產量大幅產量大幅增長增長 時時 間間 能能 源源20092009年年20152015年年20202020年年煤炭煤炭706453石油石油18.31919天然氣天然氣3.93.98.08.01212水電、核能水電、核能7911風能、太陽能、生物質能風能、太陽能、生物質能0.825合計合計1001001006.6.中國一次能源消費趨勢中國一次能源消費趨勢92010年，中國一次能源消費量為年，中國一次能源消費量為32.5億噸標準煤，同比

4、增長了億噸標準煤，同比增長了6%，中國已，中國已成為全球第一能源消費大國。成為全球第一能源消費大國。2021-10-21106.6.中國一次能源消費趨勢中國一次能源消費趨勢非化石能源占一次能源消費比重達到非化石能源占一次能源消費比重達到11.4單位國內生產總值能源消費降低單位國內生產總值能源消費降低16（“十一五十一五”19.1）單位國內生產總值二氧化碳排放降低單位國內生產總值二氧化碳排放降低17化學需氧量、二氧化硫排放分別減少化學需氧量、二氧化硫排放分別減少8（“十一五十一五”分別分別為為12.45、14.29）氨氮、氮氧化物排放分別減少氨氮、氮氧化物排放分別減少107.“7.“十二五十二五

5、”節能減排指標節能減排指標11中國政府中國政府“十二五十二五”節能減排目標已下發到各節能減排目標已下發到各省市，并建立節能減排指標評價考核體系，納入省市，并建立節能減排指標評價考核體系，納入政府績效管理和國有企業業績管理，考核結果將政府績效管理和國有企業業績管理，考核結果將向社會公告，并實施向社會公告，并實施問責制問責制和和“一票否決制一票否決制”。8.8.節能減排問責節能減排問責12加大石油天然氣資源勘探開發力度加大石油天然氣資源勘探開發力度穩定國內石油產量穩定國內石油產量促進天然氣產量快速增長促進天然氣產量快速增長推進煤層氣、頁巖氣等非常規油氣資源開發利用推進煤層氣、頁巖氣等非常規油氣資源

6、開發利用u非常規天然氣備受關注非常規天然氣備受關注9.9.油氣資源發展政策油氣資源發展政策132021-10-2114討論：如何看我國的能源未來？討論：如何看我國的能源未來？提提 綱綱 一、概述一、概述 二、非常規油氣資源勘探開發概況二、非常規油氣資源勘探開發概況 三、頁巖氣勘探開發進展三、頁巖氣勘探開發進展2021-10-2115二、非常規油氣資源勘探開發概二、非常規油氣資源勘探開發概2.1 2.1 定義定義2.2 2.2 非常規油氣資源研究與開發現狀非常規油氣資源研究與開發現狀 2.3 2.3 非常規油氣資源潛力和發展趨勢非常規油氣資源潛力和發展趨勢2021-10-21161、 油氣資源類

7、型油氣資源類型172.1 2.1 定義定義2.1 2.1 定義定義1.1.1 1.1.1 非常規油氣資源非常規油氣資源n非常規油氣資源是不能完全用現有常規方法和技術進行勘非常規油氣資源是不能完全用現有常規方法和技術進行勘探、開發與加工的油氣資源探、開發與加工的油氣資源, ,主要包括稠油、深盆氣和煤主要包括稠油、深盆氣和煤層氣等（牛嘉玉等，層氣等（牛嘉玉等，20022002）。）。n非常規油氣資源是指在成藏機理、賦存狀態、分布規律或非常規油氣資源是指在成藏機理、賦存狀態、分布規律或勘探開發技術等方面有別于常規油氣資源的烴類資源，可勘探開發技術等方面有別于常規油氣資源的烴類資源，可分為非常規石油資

8、源和非常規天然氣資源。非常規分為非常規石油資源和非常規天然氣資源。非常規石油石油資資源包括：油頁巖、油砂、頁巖油、重油；非常規源包括：油頁巖、油砂、頁巖油、重油；非常規天然氣天然氣資資源包括：煤層氣、致密砂巖氣、天然氣水合物、淺層生物源包括：煤層氣、致密砂巖氣、天然氣水合物、淺層生物氣、無機成因氣、水溶氣等氣、無機成因氣、水溶氣等2021-10-21182.1 2.1 定義定義1.2 1.2 油氣資源金字塔油氣資源金字塔 資源金字塔資源金字塔是用來是用來表示某一地區資源表示某一地區資源及其經濟可行及其經濟可行性的綜合結構圖。性的綜合結構圖。特點：優質資源位特點：優質資源位于金字塔頂部，其于金字

9、塔頂部，其資源量小，開采成資源量小，開采成本低，而底部為低本低，而底部為低品質資源，資源量品質資源，資源量大，開采成本高大，開采成本高 Resource Pyramid2021-10-2119USA2021-10-21201.1.3 1.1.3 連續油氣藏連續油氣藏2.1 2.1 定義定義連續型油氣藏連續型油氣藏最早由最早由SchmokerSchmoker于于19951995年年提出提出, ,指在含油氣盆指在含油氣盆地的致密砂巖、煤地的致密砂巖、煤層、頁巖等非常規儲層、頁巖等非常規儲層中層中, ,大面積聚集分大面積聚集分布布, ,缺乏明確油氣水缺乏明確油氣水界面的油氣聚集。界面的油氣聚集。 應

10、用于美國油氣資源評價項目中的石油和天然氣藏的分類 什么是離散型油氣藏？Continuous Accumulation2021-10-21211. 沒有明確的圈閉界限和蓋層沒有明確的圈閉界限和蓋層2.面積分布廣泛面積分布廣泛3. 含有大量的油或氣含有大量的油或氣4. 儲層滲透率低儲層滲透率低5. 發育異常壓力（異常高壓或異常低壓）發育異常壓力（異常高壓或異常低壓）6. 近源分布近源分布常見地質特征常見地質特征:連續油氣藏連續油氣藏2021-10-2122連續油氣藏連續油氣藏常見生產特征：常見生產特征：n石油地質儲量大石油地質儲量大n采收率低采收率低n干井少干井少n滲透率取決于裂縫滲透率取決于裂縫

11、n良好生產特征的油氣良好生產特征的油氣藏中普遍具有甜點藏中普遍具有甜點（Sweet spotSweet spot） 連續油氣藏分布圖 離散型油氣藏的特征？Discrete Accumulations2021-10-2123非常規油氣藏非常規油氣藏n非常規油氣藏非常規油氣藏指那些無法以經濟流量開采或者不采取指那些無法以經濟流量開采或者不采取大型水力壓裂、射水平井眼或多層井眼或其它特殊開大型水力壓裂、射水平井眼或多層井眼或其它特殊開采工藝和技術就無法獲得經濟油氣流量的油氣藏。采工藝和技術就無法獲得經濟油氣流量的油氣藏。 n特征特征：埋深可深可淺；高壓或低壓型；高溫或低溫：埋深可深可淺；高壓或低壓型

12、；高溫或低溫型；呈披覆狀或透鏡狀；均質的或裂縫發育；包含單個型；呈披覆狀或透鏡狀；均質的或裂縫發育；包含單個或多個生產層。或多個生產層。 2021-10-21242.2 2.2 非常規油氣資源研究與開發現狀非常規油氣資源研究與開發現狀 1.2.11.2.1非常規石油資源非常規石油資源 n非常規石油資源包括：油頁巖非常規石油資源包括：油頁巖(Oil shale)(Oil shale)、油砂油砂(Tar sand)(Tar sand)、重油、重油(Heavy crude oil)(Heavy crude oil)、天然瀝青天然瀝青(Natural bitumen)(Natural bitumen)

13、等等n非常規石油資源以其資源潛力大、分布集中、非常規石油資源以其資源潛力大、分布集中、開發技術日趨進步等特點逐漸引起重視。開發技術日趨進步等特點逐漸引起重視。2021-10-21251.2.11.2.1非常規石油資源非常規石油資源2.2 2.2 非常規油氣資源研究與開發現狀非常規油氣資源研究與開發現狀 油頁巖資源潛力大，開發利用初具規模油頁巖資源潛力大，開發利用初具規模u2006年世界頁巖油產量超過100104t，主要集中在中國、愛沙尼亞、巴西和澳大利亞。u油頁巖開發利用速度加快，形式多樣。世界上油頁巖69%用于發電（含供熱），25%用于提取頁巖油，6%用于化工和其他用途。u伴隨著高油價時代的

14、來臨，全球興起了油頁巖開發的技術研究熱潮，其主要研究方向就是如何降低開發成本、提高油頁巖的綜合利用水平。2021-10-21262.2 2.2 非常規油氣資源研究與開發現狀非常規油氣資源研究與開發現狀 1.2.11.2.1非常規石油資源非常規石油資源加拿大是目前世界上唯一實現油砂商業開采的國家u隨著勘探開發技術的提高，使得一些不具備經濟開采規模的油砂礦的開發成為可能。u由于油砂的加入使加拿大石油儲量由50108bbl增至1800108bbl，成為全球第二大儲油國。1 噸(t)原油 =6.6-8.0 桶(bbl), 平均值: 7.3332021-10-21272.2 2.2 非常規油氣資源研究與

15、開發現狀非常規油氣資源研究與開發現狀 2021-10-21282.2 2.2 非常規油氣資源研究與開發現狀非常規油氣資源研究與開發現狀 1.2.21.2.2非常規天然氣資源非常規天然氣資源n非常規天然氣包括非常規天然氣包括煤層氣煤層氣(Coalbed gas)(Coalbed gas)、盆地中盆地中心氣心氣(Basin-centered gas)(Basin-centered gas)、頁巖氣頁巖氣(Shale gas)(Shale gas)、天然氣水合物天然氣水合物(Gas hydrate)(Gas hydrate)n成為具有利用價值的資源，其代表了一個新的勘探成為具有利用價值的資源，其代表

16、了一個新的勘探與開發領域。與開發領域。2021-10-21292.2 2.2 非常規油氣資源研究與開發現狀非常規油氣資源研究與開發現狀 1.2.21.2.2非常規天然氣資源非常規天然氣資源煤層氣資源豐富，發展較快煤層氣資源豐富，發展較快 煤層氣勘探開發利用是集能源利用、環境保護、煤礦安煤層氣勘探開發利用是集能源利用、環境保護、煤礦安全于一體的新興領域。目前，美國、加拿大、澳大利亞、中全于一體的新興領域。目前，美國、加拿大、澳大利亞、中國等國家的煤層氣勘探開發活躍。國等國家的煤層氣勘探開發活躍。 美國是世界上開采煤層氣最早和最成功的國家，其煤層氣美國是世界上開采煤層氣最早和最成功的國家，其煤層氣

17、工業起步于工業起步于2020世紀世紀7070年代，大規模發展始于年代，大規模發展始于8080年代。年代。 近年來，美國天然氣年產量有近年來，美國天然氣年產量有1515來自盆地中心氣。在世來自盆地中心氣。在世界上其它地區，目前盆地中心氣勘探和開發程度低。界上其它地區，目前盆地中心氣勘探和開發程度低。盆地中心氣勘探開發集中在北美盆地中心氣勘探開發集中在北美2021-10-21302.2 2.2 非常規油氣資源研究與開發現狀非常規油氣資源研究與開發現狀 1.2.21.2.2非常規天然氣資源非常規天然氣資源頁巖氣資源越來越受重視頁巖氣資源越來越受重視 美國開發頁巖氣已經有美國開發頁巖氣已經有180多年

18、的歷史，美國頁巖氣主要產多年的歷史，美國頁巖氣主要產自古生界和中生界頁巖中。西加拿大盆地的頁巖氣已經進入開自古生界和中生界頁巖中。西加拿大盆地的頁巖氣已經進入開發階段。中國對頁巖氣的研究還處于起步階段。發階段。中國對頁巖氣的研究還處于起步階段。2008年年4月在美月在美國國San Antonio，2009年年6月在月在Denver召開的召開的AAPG年會表明，頁年會表明，頁巖氣已成為油氣地質研究的熱點。巖氣已成為油氣地質研究的熱點。天然氣水合物仍處于實驗研究階段天然氣水合物仍處于實驗研究階段 天然氣水合物是一種新型的潔凈能源，目前各國加大了對天然氣水合物是一種新型的潔凈能源，目前各國加大了對水

19、合物的勘探及開采技術的研究力度，目前天然氣水合物資水合物的勘探及開采技術的研究力度，目前天然氣水合物資源的勘探開發仍處于試驗研究階段。源的勘探開發仍處于試驗研究階段。2021-10-21312.3 2.3 非常規油氣資源潛力和發展趨勢非常規油氣資源潛力和發展趨勢 油頁巖油頁巖如折算成發熱量，它的資源量在化石燃料中僅次如折算成發熱量，它的資源量在化石燃料中僅次于煤而列于煤而列第二位第二位；如果折算成頁巖油，世界上油頁巖資源量；如果折算成頁巖油，世界上油頁巖資源量約為約為4110411010108 8t t，比目前常規石油資源量多，比目前常規石油資源量多50%50%以上。以上。 世界世界油砂油砂資

20、源量可采資源量約為資源量可采資源量約為1035.11035.110108 8t t（USGSUSGS，20042004）, ,占世界石油資源可采總量的占世界石油資源可采總量的32%32%。2021-10-21322.3 2.3 非常規油氣資源潛力和發展趨勢非常規油氣資源潛力和發展趨勢 地 點煤 層 氣 （ Tcf) 頁 巖 氣 （ Tcf） 盆 地 中 心 氣 （ Tcf）總 計 （ Tcf) 北 美 洲3017384213718228 拉 丁 美 洲39211712933448 西 歐1575103531019 中 歐 和 東 歐1183978235 前 蘇 聯39576279015485

21、中 東 和 非 洲 北 部025488233370 非 洲 撒 哈 拉 沙 漠392747841097 中 亞 和 中 國121535283535094 太 平 洋 地 區 （ 經 濟 合 作 與 發 展 組 織 ）47023137053487 其 他 亞 太 地 區0314549862 南 亞390196235 世 界905116112740632560全球非常規氣資源分布表 據據Stephen A. Holditch,20071ft3=0.02832m3 / 1m3=35.31ft31000萬億立方米2021-10-2133n目前對全球天然氣水合物資源量較為一致的目前對全球天然氣水合物資源

22、量較為一致的評價為評價為2 210101616m m3 3，是剩余天然氣儲量，是剩余天然氣儲量(156 m3 3) )的的136136倍。倍。n非常規油氣資源已經成為全球勘探的熱點，非常規油氣資源已經成為全球勘探的熱點，與之相配套的評價方法、勘探技術也正在形與之相配套的評價方法、勘探技術也正在形成之中成之中, ,預計常規油氣資源勘探和非常規資源預計常規油氣資源勘探和非常規資源勘探并存的局面即將形成。勘探并存的局面即將形成。2.3 2.3 非常規油氣資源潛力和發展趨勢非常規油氣資源潛力和發展趨勢2021-10-2134中國常規、非常規油氣產量（油當量）增長趨勢中國常規、

23、非常規油氣產量（油當量）增長趨勢Unconventional petroleum production forecast in China2021-10-2135 世界石油供應的三種情景（世界石油供應的三種情景（2006和和2030年）年） 資料來源： EIA,International Energy Outlook 2009. 200美元/桶50美元/桶130美元/桶2021-10-21362021-10-2137討論：非常規油氣資源與常規油氣有何差異？討論：非常規油氣資源與常規油氣有何差異？提提 綱綱 一、概述一、概述 二、非常規油氣資源勘探開發概況二、非常規油氣資源勘探開發概況 三、頁巖

24、氣勘探開發進展三、頁巖氣勘探開發進展2021-10-2138提綱q 頁巖氣的基本特征頁巖氣的基本特征q 頁巖氣系統簡介頁巖氣系統簡介q 頁巖氣資源和勘探開發現狀頁巖氣資源和勘探開發現狀q 我國頁巖氣資源前景我國頁巖氣資源前景q 機會與挑戰機會與挑戰392021-10-21頁巖氣頁巖氣是指聚集于是指聚集于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖（包暗色泥頁巖或高碳泥頁巖（包括粘土及致密砂巖）中、主要括粘土及致密砂巖）中、主要以以吸附氣吸附氣形式聚集于有機質或形式聚集于有機質或粘土中，或者以粘土中，或者以游離氣游離氣形式賦形式賦存于孔隙和裂縫中、連存于孔隙和裂縫中、連續的續的自生自儲自生自儲的非常規天的非常規天然氣

25、。然氣。一、頁巖氣的概念一、頁巖氣的概念自生自儲自生自儲402021-10-21頁巖氣頁巖氣煤層氣煤層氣常規天然氣常規天然氣主要成分主要成分甲烷為主，少量乙烷、甲烷為主，少量乙烷、丙烷等丙烷等甲烷為主甲烷為主甲烷為主，乙烷、甲烷為主，乙烷、丙烷等含量變化較丙烷等含量變化較大大成藏特點成藏特點自生、自儲、自保自生、自儲、自保自生、自儲、自保自生、自儲、自保生、儲、蓋合理組生、儲、蓋合理組合合分布特點分布特點受頁巖分布控制，有廣受頁巖分布控制，有廣布性布性受煤層分布控制，有受煤層分布控制，有廣布性廣布性受生、儲、蓋組合受生、儲、蓋組合控制控制儲集方式儲集方式吸附氣和游離氣并存，吸附氣和游離氣并存，

26、吸附氣占吸附氣占20%80%吸附氣為主，占吸附氣為主，占80%以上以上游離氣為主游離氣為主埋藏深度埋藏深度可以可以200米及以下（最淺米及以下（最淺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米米資源潛力資源潛力23. 5 100 1012 m3371012 m3351012 m3開采特點開采特點排氣降壓解析開采排氣降壓解析開采排水降壓解析開采排水降壓解析開采自然壓力開采自然壓力開采頁巖氣與煤層氣、常規天然氣對比頁巖氣與煤層氣、常規天然氣對比412021-10-21傳統泥頁巖油氣與典型頁巖氣異同點比較特點特點泥頁巖裂縫油氣泥頁巖裂縫油氣頁巖氣頁

27、巖氣共性共性界定界定賦存于泥頁巖裂縫中的賦存于泥頁巖裂縫中的油氣油氣同時以吸附和游離狀態賦存于以泥頁同時以吸附和游離狀態賦存于以泥頁巖為主的地層中的天然氣巖為主的地層中的天然氣泥巖或頁巖地層中泥巖或頁巖地層中含烴含烴天然氣成因天然氣成因熱成熟氣熱成熟氣從生物氣到高、過成熟氣從生物氣到高、過成熟氣熱成熟產氣為主熱成熟產氣為主賦存介質賦存介質泥巖或頁巖裂縫泥巖或頁巖裂縫泥頁巖及其砂巖夾層中的裂縫、孔隙、泥頁巖及其砂巖夾層中的裂縫、孔隙、有機質等有機質等泥巖或頁巖裂縫泥巖或頁巖裂縫賦存相態賦存相態游離相游離相游離游離+ +吸附相吸附相游離相游離相主控因素主控因素構造裂縫構造裂縫各類裂縫、有機碳含量、

28、有機質成熟各類裂縫、有機碳含量、有機質成熟度等度等裂縫裂縫成藏模式成藏模式巖石破裂理論、幕式理巖石破裂理論、幕式理論、浮力理論論、浮力理論吸附理論、活塞式或置換式復雜理論吸附理論、活塞式或置換式復雜理論巖石破裂理論、復巖石破裂理論、復雜成藏理論雜成藏理論成藏特點成藏特點以油為主的原地、就近以油為主的原地、就近或異地聚集或異地聚集以氣為主的原地聚集以氣為主的原地聚集鄰近或烴源巖內部鄰近或烴源巖內部成藏成藏保存特點保存特點良好的封閉和保存條件良好的封閉和保存條件抗破壞（構造運動）能力較強抗破壞（構造運動）能力較強適當保存適當保存生產特點生產特點采收率高、產量遞減快采收率高、產量遞減快采收率低、生產

29、周期長采收率低、生產周期長特殊開發技術特殊開發技術422021-10-21二、頁巖氣的來源二、頁巖氣的來源頁巖中的有機質演化生成的氣是頁巖氣的頁巖中的有機質演化生成的氣是頁巖氣的唯一來源唯一來源，任何沉積盆地中，只要富有有機質頁巖，就有可能會形任何沉積盆地中，只要富有有機質頁巖，就有可能會形成頁巖氣藏成頁巖氣藏432021-10-21三、頁巖氣的基本特征三、頁巖氣的基本特征1 1、頁巖氣的組分特征、頁巖氣的組分特征頁巖氣組分：甲烷、乙烷、丙烷、氮氣、二氧化碳等等頁巖氣組分：甲烷、乙烷、丙烷、氮氣、二氧化碳等等442021-10-21 頁巖氣藏常見頁巖氣藏常見“色層色層”效應效應以新奧爾巴尼（以

30、新奧爾巴尼（New AlbanyNew Albany）盆地米德郡頁巖氣為例，隨著地層）盆地米德郡頁巖氣為例，隨著地層深度的增加，深度的增加，新奧爾巴尼盆地米德郡頁巖氣樣品組分變化情新奧爾巴尼盆地米德郡頁巖氣樣品組分變化情況況樣樣品品深度深度/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/甲烷甲烷含量從高達含量從高達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，特別是乙烷、丙特別是乙烷、丙烷含量從不到烷含量從不到1%1%增加到增加到10%10%以上。以上。452021-10-212 2、頁巖氣富集的地質特征、頁巖氣富集的地質特征 巖性多為瀝青質或富含有機質的暗色、黑色泥頁巖巖性多為瀝青質或富含有

32、機質的暗色、黑色泥頁巖 w w ( TOC)( TOC)：1 % 1 % 25 % 25 % ，頁巖氣可以主要來源于生物作用或熱成熟作用頁巖氣可以主要來源于生物作用或熱成熟作用 Ro Ro：0.4 %0.4 %2 %2 %頁巖本身既是氣源巖又是儲集層和封蓋層頁巖本身既是氣源巖又是儲集層和封蓋層 ，含氣的，含氣的 有效孔隙度一般只有有效孔隙度一般只有 1 %1 %5 % 5 % 頁巖具有廣泛的飽含氣性頁巖具有廣泛的飽含氣性 ，天然氣的賦存狀態以吸，天然氣的賦存狀態以吸 附態或游離態為主附態或游離態為主 頁巖氣成藏具有隱蔽性特點頁巖氣成藏具有隱蔽性特點462021-10-21提綱q 頁巖氣的基本特

33、征頁巖氣的基本特征q 頁巖氣系統簡介頁巖氣系統簡介q 頁巖氣資源和勘探開發現狀頁巖氣資源和勘探開發現狀q 我國頁巖氣資源前景我國頁巖氣資源前景q 機會與挑戰機會與挑戰472021-10-21一、烴源巖及烴運移一、烴源巖及烴運移1 1、烴源巖、烴源巖1 1、巖性、巖性 瀝青質或富含有機質的暗色、黑色泥頁巖、極致密的瀝青質或富含有機質的暗色、黑色泥頁巖、極致密的粉細砂巖或砂質細粒巖粉細砂巖或砂質細粒巖巖石組成巖石組成一般為一般為30305050的粘土礦物、的粘土礦物、15152525的的粉砂質粉砂質( (石英顆粒石英顆粒) )和和4 43030的有機質，但各地區頁巖礦的有機質，但各地區頁巖礦物組成

34、有所差異。物組成有所差異。482021-10-21脆性礦物（石英等）含量高，易于裂縫發育脆性礦物（石英等）含量高，易于裂縫發育492021-10-212 2、厚度、厚度區域上連續穩定分布，具有經濟價值頁巖氣藏的頁巖厚度區域上連續穩定分布，具有經濟價值頁巖氣藏的頁巖厚度下限目前還沒有被明確提出來，具有良好頁巖氣開發商業價值下限目前還沒有被明確提出來，具有良好頁巖氣開發商業價值的頁巖厚度下限定為的頁巖厚度下限定為30ft(10m30ft(10m）較為合理。較為合理。3 3、成熟度、成熟度在成因機理上，頁巖氣具有多種生氣機理，頁巖的高成熟在成因機理上，頁巖氣具有多種生氣機理，頁巖的高成熟度不是制約頁

35、巖氣成藏的主要因素，相反，成熟度越高越有利度不是制約頁巖氣成藏的主要因素，相反，成熟度越高越有利于頁巖氣成藏。于頁巖氣成藏。502021-10-21CZ35-2-1CZ35-2-1井井烴源巖成熟度烴源巖成熟度剖面圖剖面圖美國美國頁巖氣田頁巖氣田RoRo范圍也大都在范圍也大都在0.60.63.5% 3.5% 之間。之間。512021-10-213 3、有機質類型及含量、有機質類型及含量頁巖的干酪根以頁巖的干酪根以型與型與型型為主，也有少量為為主，也有少量為型干酪根。型干酪根。北美頁巖氣勘探目標絕大多數選擇北美頁巖氣勘探目標絕大多數選擇TOCTOC含量大于含量大于2%2%，甚至，甚至4%4%以以上

36、。要獲得具有工業價值的頁巖氣藏，有機碳的平均含量上。要獲得具有工業價值的頁巖氣藏，有機碳的平均含量應大應大于于1%1%。有機質含量是生烴強度的主要影響有機質含量是生烴強度的主要影響因素，它決定著生烴的多少。因素，它決定著生烴的多少。頁巖對氣的吸附能力與頁巖的總有頁巖對氣的吸附能力與頁巖的總有機碳含量之間存在線性關系。機碳含量之間存在線性關系。安特里姆郡（安特里姆郡（Antrim）頁巖總有機碳含量與含氣量）頁巖總有機碳含量與含氣量關系關系522021-10-21頁巖含氣量與頁巖含氣量與TOCTOC的關系的關系u商業性頁巖氣藏商業性頁巖氣藏TOCTOC含量一般平均大于含量一般平均大于1%1%，最高

37、達，最高達10%10%u 吸附氣含量一般吸附氣含量一般20%70%20%70%，最高達，最高達85%85%，且與，且與TOCTOC成正相關成正相關532021-10-21542021-10-21一、烴源巖及烴運移一、烴源巖及烴運移2、氣體生成及運移、氣體生成及運移 頁巖所生成的天然氣基本上是頁巖所生成的天然氣基本上是“就近就近”或或“原地原地”聚集聚集，其運移距離極短，具有典型的，其運移距離極短，具有典型的“自生自儲自生自儲”成成藏模式。藏模式。 在某種意義上，可以認為頁巖氣氣藏的形成是天在某種意義上，可以認為頁巖氣氣藏的形成是天然氣在源巖中的大規模滯留，這與煤層氣的運聚方式然氣在源巖中的大規

38、模滯留，這與煤層氣的運聚方式非常相似。非常相似。552021-10-21頁巖氣成藏無運移或極短距離的有限運移，理論頁巖氣成藏無運移或極短距離的有限運移，理論上，它應與富有機質頁巖一樣上，它應與富有機質頁巖一樣連續大面積分布連續大面積分布。一、烴源巖及烴運移一、烴源巖及烴運移2、氣體生成及運移、氣體生成及運移562021-10-21大面積連續區域成藏大面積連續區域成藏沃斯堡盆地沃斯堡盆地Barnett頁巖氣藏分布圖頁巖氣藏分布圖盆地面積盆地面積38100km38100km2 2 烴源巖面積烴源巖面積26000km26000km2 2 頁巖氣藏開發面積頁巖氣藏開發面積15500km15500km2

39、 2572021-10-21結合泥頁巖在其成巖發展演化不同階段古地結合泥頁巖在其成巖發展演化不同階段古地溫、粘土礦物、溫、粘土礦物、RoRo、孔隙類型的特征，從構造、孔隙類型的特征，從構造、沉積等方面綜合研究，將頁巖氣分為沉積等方面綜合研究，將頁巖氣分為早期運聚早期運聚成藏階段、中期原地聚集成藏階段、晚期裂縫成藏階段、中期原地聚集成藏階段、晚期裂縫調整成藏階段調整成藏階段等三個階段。等三個階段。頁巖氣各成藏階段特征頁巖氣各成藏階段特征582021-10-21 頁巖氣各成藏階段特征頁巖氣各成藏階段特征 592021-10-211 1、早期運聚成藏階段、早期運聚成藏階段柴東三湖地區柴東三湖地區柴達

40、木三湖地區頁巖氣系統示意圖柴達木三湖地區頁巖氣系統示意圖 第四紀頁巖地層雖然其孔第四紀頁巖地層雖然其孔隙度，滲透率很大，但隨著埋隙度，滲透率很大，但隨著埋藏深度的增加，天然氣擴散速藏深度的增加，天然氣擴散速率逐漸減慢。在氣源巖有效排率逐漸減慢。在氣源巖有效排烴厚度之下，氣體分子在水動烴厚度之下，氣體分子在水動力共同作用下，多表現為側向力共同作用下，多表現為側向擴散形式，有效排烴厚度下的擴散形式，有效排烴厚度下的構造高部位推測是頁巖氣的有構造高部位推測是頁巖氣的有利勘探區域。利勘探區域。602021-10-212 2、中期原地聚集成藏階段、中期原地聚集成藏階段川西前陸坳陷地區川西前陸坳陷地區四川

41、盆地西部前陸坳陷地區頁巖氣系統示意圖四川盆地西部前陸坳陷地區頁巖氣系統示意圖 頁巖地層表現為局頁巖地層表現為局部的異常壓力。受水動部的異常壓力。受水動力和泥頁巖孔隙度變化力和泥頁巖孔隙度變化的控制影響，異常壓力的控制影響，異常壓力多集中在構造高部位、多集中在構造高部位、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積。這陷巨厚的深水沉積。這一階段天然氣表現為原一階段天然氣表現為原地吸附聚集或短距離擴地吸附聚集或短距離擴散，運聚范圍集中在異散，運聚范圍集中在異常壓力分布的位置。常壓力分布的位置。612021-10-213 3、晚期裂縫調整成藏階段、晚期裂縫調整成藏階段川東地區川東地區川東

42、地區頁巖氣系統示意圖川東地區頁巖氣系統示意圖 川東地區頁巖地層埋藏川東地區頁巖地層埋藏較深，表現為低孔、低滲。較深，表現為低孔、低滲。但應注意到，川東地區在構但應注意到，川東地區在構造作用下，構造及成巖裂縫造作用下，構造及成巖裂縫大量發育，非常有利于頁巖大量發育，非常有利于頁巖氣的成藏。圖中所示泥巖底氣的成藏。圖中所示泥巖底部未穿層的構造斷層，對于部未穿層的構造斷層，對于頁巖氣的晚期調整成藏起到頁巖氣的晚期調整成藏起到關鍵的控制作用。關鍵的控制作用。622021-10-21須家河組須家河組( (左左) )和龍馬溪組和龍馬溪組( (右右) )頁巖氣存在證據頁巖氣存在證據 ( (中國石化南方勘探公

43、司中國石化南方勘探公司) )632021-10-21二、頁巖氣儲層及儲集二、頁巖氣儲層及儲集1、含氣頁巖的孔隙度及滲透率、含氣頁巖的孔隙度及滲透率常規儲層分析中，常規儲層分析中，孔隙度和滲透率孔隙度和滲透率是儲層特征研究中最重要是儲層特征研究中最重要的兩個參數，這對于頁巖氣藏同樣適用。的兩個參數，這對于頁巖氣藏同樣適用。孔隙度孔隙度大小直接控制著游離態天然氣的含量。大小直接控制著游離態天然氣的含量。滲透率滲透率是判斷頁巖氣藏是否具有開發經濟價值是判斷頁巖氣藏是否具有開發經濟價值的重要參數。的重要參數。 頁巖的基質滲透率非常低，一般小于頁巖的基質滲透率非常低，一般小于0.110.111010-3

44、 -3 mm2 2，平均，平均吼道半徑不到吼道半徑不到0.1005 m0.1005 m，因此就需要產生大量的裂縫（人工，因此就需要產生大量的裂縫（人工壓裂）來維持商業生產。壓裂）來維持商業生產。642021-10-21孔隙度較好時孔隙度較好時孔隙度較差時孔隙度較差時l 游離氣游離氣l 吸附氣吸附氣孔隙度可以影響頁巖氣是以吸附狀態還是以游離孔隙度可以影響頁巖氣是以吸附狀態還是以游離狀態為主，在具有較大孔隙的頁巖層中頁巖氣主要狀態為主，在具有較大孔隙的頁巖層中頁巖氣主要以游離方式儲集在孔隙裂縫中，而在某些孔隙度較以游離方式儲集在孔隙裂縫中，而在某些孔隙度較小的巖層中頁巖氣通常以吸附狀態為主。小的巖

45、層中頁巖氣通常以吸附狀態為主。652021-10-21盆地盆地頁巖名稱頁巖名稱時代時代含氣量含氣量 (m3t-1)吸附氣含吸附氣含量（量（%）總孔隙度總孔隙度（%）滲透率滲透率(10-3m2)地層壓力系地層壓力系數數阿巴拉契亞阿巴拉契亞OhioD1.70-2.83502.0-11.00.10.35-0.92密執安密執安AntrimD1.13-2.83702.0-10.00.10.81伊利諾斯伊利諾斯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美國含氣頁巖主要儲集特征美國含氣頁巖主要儲集特征662021-10-21二、頁巖氣儲層及儲集二、頁巖氣儲層及儲集2、頁巖氣的儲集方式、頁巖氣的儲集方式天然氣在泥頁巖中的賦存有天然氣在泥頁巖中的賦存有三種基本方式三種基本方式：以物理或化學的形式以物理或化學的形式吸附吸附在干酪根和粘土顆粒表在干酪根和粘土顆粒表面上；面上；以以游離氣游離氣的形式存在于有機質分解或其它成巖、的形式存在于有機質分解或其它成巖、構造作用所形成的孔隙或裂縫中；構造作用所形成的孔隙或裂縫中；少量頁巖氣甚至可以在干酪根和瀝青質中以少量頁巖氣甚至可以在干

47、酪根和瀝青質中以溶解溶解狀態存在狀態存在。672021-10-212、頁巖氣的儲集方式、頁巖氣的儲集方式二、頁巖氣儲層及儲集二、頁巖氣儲層及儲集賦存方式：以吸附氣和游離氣為主賦存方式：以吸附氣和游離氣為主Barnett頁巖頁巖微裂縫微裂縫微孔隙微孔隙吸附吸附氣氣游離氣游離氣有機質有機質產出方式：產出方式：解吸、游離、微裂縫解吸、游離、微裂縫“原地原地”成藏成藏無運移或無運移或極短距離的有極短距離的有限運移限運移粘土礦粘土礦物物極少為溶解氣極少為溶解氣682021-10-21賦存方式：以吸附氣和游離氣為主賦存方式：以吸附氣和游離氣為主692021-10-211 1、吸附氣（、吸附氣（adsorb

48、ed-state gas）在天然氣的最初生成階段，主要由生物作用所產生的天然氣首先在天然氣的最初生成階段，主要由生物作用所產生的天然氣首先滿足有機質和巖石顆粒表面吸附的需要滿足有機質和巖石顆粒表面吸附的需要, ,當吸附氣量與溶解的逃逸氣當吸附氣量與溶解的逃逸氣量達到飽和時，天然氣則以游離相或溶解相進行運移，條件適宜時可量達到飽和時，天然氣則以游離相或溶解相進行運移，條件適宜時可為水溶氣藏的形成提供豐富氣源。此時所形成的頁巖氣藏分布限于頁為水溶氣藏的形成提供豐富氣源。此時所形成的頁巖氣藏分布限于頁巖內部且以吸附狀態為主要賦存方式，總體含氣量有限。巖內部且以吸附狀態為主要賦存方式，總體含氣量有限。

49、有機質有機質的存在導致碳氫化合的存在導致碳氫化合物以吸附氣的形式存在于孔隙物以吸附氣的形式存在于孔隙性有機物的表面活性區域，同性有機物的表面活性區域，同時，時，干酪根干酪根為頁巖基質創造了為頁巖基質創造了混合潤濕性環境，其存在提高混合潤濕性環境，其存在提高了這種吸附作用的存在。了這種吸附作用的存在。頁巖中干酪根的掃描電子顯微鏡照片頁巖中干酪根的掃描電子顯微鏡照片702021-10-212 2、游離氣（、游離氣（free gas）游離氣也是頁巖氣賦存的主要方式之一。游離氣也是頁巖氣賦存的主要方式之一。影響賦存的因素：巖層的孔隙度、構造裂縫和壓力等因素影響賦存的因素：巖層的孔隙度、構造裂縫和壓力等

50、因素 在熱裂解氣大量生成過程中在熱裂解氣大量生成過程中, ,由于天然氣的生成作用使由于天然氣的生成作用使原有的地層壓力得到不斷提高原有的地層壓力得到不斷提高, ,從而產生原始的高異常地層從而產生原始的高異常地層壓力壓力, ,即即“高壓鍋高壓鍋”原理原理。 頁巖內部沿應力集中面、巖性接觸過渡面或脆性薄弱面頁巖內部沿應力集中面、巖性接觸過渡面或脆性薄弱面產生裂縫產生裂縫，天然氣聚集其中則易于形成以，天然氣聚集其中則易于形成以游離相游離相為主的工為主的工業性頁巖氣藏業性頁巖氣藏, , 該階段該階段, ,游離相的天然氣以裂隙聚集為主游離相的天然氣以裂隙聚集為主, ,頁巖地層的平頁巖地層的平均含氣量豐度

51、達到較高水平。均含氣量豐度達到較高水平。712021-10-213 3、溶解氣（、溶解氣（solute gas）沉積盆地的有機質在生物改造和熱化學動力沉積盆地的有機質在生物改造和熱化學動力學作用下生成的天然氣，其中一部分會溶解在地學作用下生成的天然氣，其中一部分會溶解在地層水中，隨著地層水滯留在原地，或由于頁巖孔層水中，隨著地層水滯留在原地，或由于頁巖孔滲性、構造作用的影響隨地層水流動而發生短距滲性、構造作用的影響隨地層水流動而發生短距離運移，成為溶解氣。離運移，成為溶解氣。頁巖氣極少以溶解的形式存在。頁巖氣極少以溶解的形式存在。722021-10-21二、頁巖氣儲層及儲集二、頁巖氣儲層及儲集

52、3、異常壓力、異常壓力異常壓力的存在是頁巖氣藏的一個識別標志。異常壓力的存在是頁巖氣藏的一個識別標志。 一般情況下，隨壓力的增大，無論以何種賦存方式存在的一般情況下，隨壓力的增大，無論以何種賦存方式存在的氣體，含量都呈增大趨勢，但壓力增大到一定程度以后，含氣氣體，含量都呈增大趨勢，但壓力增大到一定程度以后，含氣量增加緩慢量增加緩慢 因為孔隙和礦物（有機質）表面是一定的，前者控制游離因為孔隙和礦物（有機質）表面是一定的，前者控制游離態氣體含量，后者控制吸附態氣體含量。態氣體含量，后者控制吸附態氣體含量。 當壓力較低時，吸附態氣體含量相對較高當壓力較低時，吸附態氣體含量相對較高. .732021-

53、10-21三、頁巖氣蓋層及圈閉三、頁巖氣蓋層及圈閉1 1、頁巖氣蓋層特征、頁巖氣蓋層特征（1 1）巖石物性封閉機理）巖石物性封閉機理 頁巖氣氣藏的封蓋頁巖氣氣藏的封蓋條件特殊。它不依賴于條件特殊。它不依賴于常規圈閉的形成而存在，常規圈閉的形成而存在，頁巖氣藏一般形成于烴頁巖氣藏一般形成于烴源巖層內部的裂縫發育源巖層內部的裂縫發育區，四周由致密泥頁巖區，四周由致密泥頁巖包圍。包圍。巴涅特頁巖氣蓋層及圈閉巴涅特頁巖氣蓋層及圈閉742021-10-21（2 2）泥頁巖欠壓實封閉機理）泥頁巖欠壓實封閉機理厚層欠壓實泥頁巖可分為上、下致密層和中間欠壓實層段厚層欠壓實泥頁巖可分為上、下致密層和中間欠壓實層

54、段三個部分，上、下致密層段屬于正常壓實，氣孔隙度和滲透率三個部分，上、下致密層段屬于正常壓實，氣孔隙度和滲透率明顯低于中間欠壓實層段的孔隙度和滲透率，即上、下致密層明顯低于中間欠壓實層段的孔隙度和滲透率，即上、下致密層段的孔喉半徑明顯小于中間欠壓實層段的孔喉半徑，所以上、段的孔喉半徑明顯小于中間欠壓實層段的孔喉半徑，所以上、下致密層段的毛細管阻力大于中間欠壓實層段的毛細管阻力，下致密層段的毛細管阻力大于中間欠壓實層段的毛細管阻力，可有效的阻止地層內天然氣的散失可有效的阻止地層內天然氣的散失。泥頁巖層內部欠壓實毛細管阻力封閉機理示意圖泥頁巖層內部欠壓實毛細管阻力封閉機理示意圖752021-10-

55、21（3 3）含水巖層的存在含水巖層的存在含水巖層的形成及流體的運動規律始終與頁巖氣含水巖層的形成及流體的運動規律始終與頁巖氣的生成、運移及頁巖氣藏的形成、保存和破壞有著密的生成、運移及頁巖氣藏的形成、保存和破壞有著密切的聯系。在頁巖氣藏形成的整個過程中，地層水長切的聯系。在頁巖氣藏形成的整個過程中，地層水長期與頁巖氣伴生。期與頁巖氣伴生。滲透水交替緩慢或停滯區滲透水交替緩慢或停滯區是頁巖氣聚集和保存最是頁巖氣聚集和保存最為有利的環境。為有利的環境。762021-10-21以以伊利諾斯（伊利諾斯（IllinoisIllinois）及密執安（）及密執安（MichiganMichigan）盆地頁巖

56、）盆地頁巖氣含水巖層特征氣含水巖層特征為例，這種滲透水交替緩慢的新奧爾巴尼為例，這種滲透水交替緩慢的新奧爾巴尼（New AlbanyNew Albany）及安特里姆郡（）及安特里姆郡（AntrimAntrim）頁巖地層，往往是頁）頁巖地層，往往是頁巖氣勘探的有利區域。巖氣勘探的有利區域。伊利諾斯及密執安盆地邊界伊利諾斯及密執安盆地邊界New AlbanyNew Albany及及AntrimAntrim頁巖氣區帶地質構造頁巖氣區帶地質構造772021-10-21三、頁巖氣蓋層及圈閉三、頁巖氣蓋層及圈閉2 2、裂縫對頁巖氣成藏的影響、裂縫對頁巖氣成藏的影響一個頁巖氣井的成功與否，不僅與氣藏中頁巖一

57、個頁巖氣井的成功與否，不僅與氣藏中頁巖氣的豐度有關，也與頁巖層中足夠的滲透率、裂縫氣的豐度有關，也與頁巖層中足夠的滲透率、裂縫情況有關。情況有關。在美國正在進行商業開采的頁巖氣盆地，一般是在美國正在進行商業開采的頁巖氣盆地，一般是在經歷了區域構造運動后，巖石表現為褶皺、裂縫在經歷了區域構造運動后，巖石表現為褶皺、裂縫或是被擠壓，并且經歷多次海平面的變化形成有效或是被擠壓，并且經歷多次海平面的變化形成有效的不整合。的不整合。這些裂縫和不整合面為頁巖氣提供了聚這些裂縫和不整合面為頁巖氣提供了聚集空間，也為頁巖氣的生產提供了運移通道集空間，也為頁巖氣的生產提供了運移通道。782021-10-21Ut

58、icaUtica黑色頁巖中的天然裂縫黑色頁巖中的天然裂縫阿巴拉契亞盆地產氣量高的井，都處在裂縫發育帶內，而阿巴拉契亞盆地產氣量高的井，都處在裂縫發育帶內，而裂縫不發育地區的井，則產量低或不產氣，說明天然氣生產與裂縫不發育地區的井，則產量低或不產氣，說明天然氣生產與裂縫密切相關。裂縫密切相關。792021-10-21裂縫在頁巖氣藏中的具體作用裂縫在頁巖氣藏中的具體作用 裂縫有助于頁巖層中游離態天然氣體積的增加和吸附態天然裂縫有助于頁巖層中游離態天然氣體積的增加和吸附態天然氣的解析；氣的解析； 裂縫發育程度是決定頁巖氣藏品質的重要因素，一般來說，裂縫發育程度是決定頁巖氣藏品質的重要因素，一般來說，

59、裂縫較發育的氣藏，其品質也較好；裂縫較發育的氣藏，其品質也較好； 裂縫為天然氣和地層水提供了運移通道和聚集空間，有助于裂縫為天然氣和地層水提供了運移通道和聚集空間，有助于頁巖總含氣量的增加。頁巖具有非常低的原始滲透率；頁巖總含氣量的增加。頁巖具有非常低的原始滲透率；如果裂縫規模過大，可能導致天然氣散失。如果裂縫規模過大，可能導致天然氣散失。802021-10-21烴源巖中的烴（淡烴源巖中的烴（淡黃色）沿微裂隙黃色）沿微裂隙向小裂縫中排泄，向小裂縫中排泄，然后順小裂縫運然后順小裂縫運移。移。構造運動形成的共軛節理促進了排烴，使生構造運動形成的共軛節理促進了排烴，使生烴得以繼續。烴得以繼續。812

60、021-10-21儲層中壓力的大小決定裂縫的幾何尺寸，通常集中形儲層中壓力的大小決定裂縫的幾何尺寸，通常集中形成裂縫群。控制頁巖氣產能的主要地質因素為裂縫的密成裂縫群。控制頁巖氣產能的主要地質因素為裂縫的密度及其走向的分散性，裂縫條數越多，走向越分散，連度及其走向的分散性，裂縫條數越多，走向越分散，連通性越好，頁巖氣產量越高。通性越好，頁巖氣產量越高。Antrim Antrim 頁巖裂縫特征及其產量對比圖頁巖裂縫特征及其產量對比圖822021-10-21目前只有少數天然裂縫十分發育的頁巖并不目前只有少數天然裂縫十分發育的頁巖并不采取增產措施便可進行天然氣商業性生產。采取增產措施便可進行天然氣商