北美典型页岩气藏岩石学特征_沉积环境和沉积模式及启示
北美页岩气和煤成气发展历程对页岩气发展的启示
北美页岩气开采技术
80%
水平钻井பைடு நூலகம்术
通过水平钻井技术，能够实现在 地下横向钻进，从而使得天然气 更容易从页岩层中释放出来。
100%
水力压裂技术
通过水力压裂技术，将高压水流 注入井孔，使得页岩层产生裂缝 ，从而增加天然气的渗透率和产 量。
80%
气体处理技术
在开采过程中，需要对气体进行 处理，以去除杂质和水分，保证 天然气的质量和安全。
北美页岩气和煤成气发展背景
北美能源需求与供应
02
01
03
北美地区对能源的需求随着经济的增长和人口的增长 而增加。
传统的能源供应主要来自石油、天然气和煤炭等化石 燃料。
由于资源有限，北美地区需要寻找新的能源供应途径 。
页岩气和煤成气的定义及特点
页岩气是指蕴藏在页岩层中可 供开采的天然气资源。
煤成气是指与煤共生或赋存于 煤层中的天然气资源。
03
北美煤成气发展历程
北美煤成气发展背景
地质条件
北美地区拥有丰富的煤炭资源，为煤成气形成提供了 有利的地质条件。
技术进步
随着技术的不断进步，人们逐渐发现了煤成气的可开 采性。
政策支持
政府政策的支持也为煤成气的发展提供了重要保障。
北美煤成气发展阶段
起步阶段
01
20世纪初，人们开始对煤成气产生兴趣，并进行了初
页岩气和煤成气都具有储量丰 富、开采潜力大、燃烧清洁等 优点。
北美页岩气和煤成气的发展历程
北美页岩气和煤成气的 发展历程可以追溯到 20世纪70年代。
在早期，由于技术限制 和政策原因，开发受到 阻碍。
随着技术的进步和政策 支持的增加，开发逐渐 加速。
页岩气成藏条件综述
页岩气成藏条件综述【摘要】以美国典型页岩气盆地的页岩气成藏条件为基础，结合国内学者讨论，归纳出页岩气成藏条件包括：生烃条件（沉积环境、有机质类型、丰度、成熟度、单层厚度）、储集条件（孔隙度、渗透率、裂缝发育程度、矿物成分）、盖层及保存条件（构造运动强度、地层水条件）以及地层压力和埋深等，有利的页岩气成藏指标的下限【关键词】页岩气；成藏条件；有机质含量；成熟度0.引言页岩气是指天然气在富有机质泥页岩中生成之后，在层内以吸附或游离状就近富集，表现为“原地成藏”特征[1]。
页岩气勘探、开发始于美国，1821年在纽约Chautauqua县泥盆系Dunkirk页岩中钻下第一口页岩气井，产出可照明天然气[2]。
近年来，国内学者对页岩气成藏条件也进行了一些讨论[3-4]，但不够全面。
本文通过对美国典型页岩气盆地的页岩气成藏条件进行分析，结合国内学者讨论，总结页岩气成藏条件、成藏控制因素及下限指标。
1.烃源条件1.1沉积环境沉积环境从根本上控制和决定了页岩发育的厚度、有机质类型和丰度，所以我们应该把它作为分析页岩烃源条件的前提。
通常安静、缺氧还原的水体对有机质的保存有利，例如，在海相中，浅海陆棚环境最适合富有机质泥页岩的形成，四川盆地的寒武系筇竹寺组及志留系龙马溪组页岩均属深水陆棚相沉积[5]，已发现大量页岩气资源。
1.2有机质类型裂缝不仅可作为页岩气的聚集场所，还可作为页岩气的运移渠道。
裂缝有助于吸附气的解析，增加游离气的含量[2]。
李登华（2009）认为真正对页岩储层起到改善作用的是微裂缝，而不是宏观裂缝[3]。
对热成因型的页岩气藏而言，宏观裂缝会导致页岩气的逸散，对其保存不利；对于生物成因气藏而言，断裂越多，地层水活动性越强，生成的生物气量反而越大[3]。
2.2岩石学特征当页岩中脆性矿物含量越高时，越易形成天然裂缝和人工诱导裂缝。
北美主要页岩气产层的石英含量一般在20%～75%之间（表1），对于具有商业开发价值页岩而言，脆性矿物含量一般高于40%，石英含量大于30%[8]。
美国页岩气开发特征及启示
对项 目的投入 、产 出、效益进行 科 学的评 估和论证 。
平井 钻 井费 用为 直井 的 ２．５倍 以上 ，并且 随 着水 平井 段长 度 的
关键 词：页岩 气：递减特征 ；开发投 资；启 示
增加 钻井 投 资也 在不 断 的增 大 。页 岩 气水 平井 的产 量及 预计
页岩 气是 指赋存 于富 有机 质泥页 岩及其 夹层 中 ，以吸附 或 游 离 状态 为 主要 存在 方式 的非 常规 天 然 气。页 岩 气属 于新 型 清洁 、高效 的能 源资 源 ，其 成分 以 甲烷 为主 ，页岩 气广 分布 、低 丰 度 、易发 现 、资源 潜 力 巨大 。美 国页 岩气产 量不 断增长 ，满 足 了美 国 日益 增长 的天然 气需求量 ，并且弥 补其他 类型 天然气 产 气能力下 降 ，充分显示页 岩气开发 的 巨大潜 力 。
工程投 资等 方 面分析 了页岩 气开发 经济评价 特征 ，指 出页岩 气 尺 ，垂直 井 钻井花 费 ７０～１５０万 美元 ，水平 井 的钻井 费用通 常 为
开发 项 目投 资 大 ，单 井产量低 ，经 济效 益差 ，投 资风 险大 ，必须 垂直 井的 ２倍 。根据 Ｍａｒｃｅｌｌｕｓ页岩 井深 ４０００－８５００英 尺 ‘，水
美 国页岩气 开发 特征及启示
赵 静 陈 明奇 （１西 安石 油大 学地 球科 学 与工 程学 院 ，陕西 西 安 ７１００６５； ２陕 西延 长 石油 （集 团 ）有 限责任 公 司研 究院 ，陕西 西安 ７１００７５）
摘 要：页岩 气作 为 一种非 常规 天 然气 ，具 有分布 范围广 ， 然气 开发不 同 ，页岩气开 发通 常采用水 平井开发 。以 Ｂａｒｎｅｔｔ页
线 ，页岩 气井初期 产量递减迅 速 ，并且通 常在投 产 ２年后 开采 了 段的长 度也在不 断增加 。如 Ｂａｒｎｅｔｔ页岩水 平井井深 ６５００—８５００
加拿大西加盆地泥盆系页岩气储层特征
加拿大西加盆地泥盆系页岩气储层特征加拿大西加盆地位于加拿大西部，是北美洲最大的页岩气储层之一。
西加盆地泥盆系页岩气储层具有独特的地质特征，对于了解页岩气储层的形成和储集规律具有重要意义。
本文将对加拿大西加盆地泥盆系页岩气储层的特征进行详细介绍。
一、地质背景加拿大西加盆地是一个广阔的盆地，地质演化历史悠久。
泥盆系页岩气主要分布在艾伯塔、萨斯喀彻温和曼尼托巴省。
泥盆系形成于距今约4.19亿年前至距今3.42亿年前，是地质历史上的重要时期。
西加盆地泥盆系地层包括上泥盆统、中泥盆统和下泥盆统，其中上泥盆统是页岩气主要分布的地层。
二、岩石组成西加盆地泥盆系页岩气储层的主要岩石为页岩和粘土岩。
页岩是一种沉积岩，主要由粘土矿物、石英、碳酸盐矿物和有机质组成。
粘土岩中富含有机质，是页岩气的主要赋存岩石。
粘土岩的厚度、含量和孔隙度对页岩气的储集和产能具有重要影响。
三、孔隙结构泥盆系页岩气储层的孔隙结构主要包括微观孔隙、裂缝孔隙和有机质孔隙。
微观孔隙主要是指岩石内部微小的孔隙和矿物颗粒间的孔隙，对页岩气的储集和运移起着重要作用。
裂缝孔隙是指岩石中发育的裂缝和节理，是页岩气的主要储集空间。
有机质孔隙是指有机质颗粒内部的孔隙，对页岩气的储集和释放具有重要作用。
四、有机质类型泥盆系页岩气储层的有机质主要包括干酪根、胶质质和藻质藻。
干酪根是页岩气的主要有机质类型，其含量和成熟度对页岩气的产能和品质具有重要影响。
胶质质和藻质藻在泥盆系页岩气储层中也有一定的分布，但其对页岩气储集和产能的影响相对较小。
五、富集规律泥盆系页岩气富集的规律主要包括构造控制、沉积控制和成岩作用控制。
构造控制主要指构造变形对页岩气富集的影响，包括构造的发育和演化对页岩气赋存空间的形成和分布的影响。
沉积控制主要指沉积环境、沉积相和垂向沉积体系的影响，对页岩气的分布和产能有重要影响。
成岩作用控制主要指岩石的成岩作用对页岩气的储集和产能的影响，包括岩石的成岩类型、成熟度和孔隙度等因素。
北美典型页岩气藏岩石学特征_沉积环境和沉积模式及启示
第29卷 第6期2010年11月地质科技情报Geolog ical Science and Technolog y InformationVol.29 No.6Nov.2010北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和收稿日期:2010 04 27 编辑:杨 勇基金项目:国家自然科学重点基金(石油化工联合基金)项目(40839910);中国石油化工股份有限公司科研项目(J 1407 09 KK 0157)作者简介:杨振恒(1979 ),男,工程师,主要从事石油地质综合研究工作。
E mail:yan gzhen hen g2010@沉积模式及启示杨振恒,李志明,王果寿,腾格尔,申宝剑(中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡214151)摘 要:北美典型页岩气藏赋存的泥页岩主要为细颗粒沉积,呈暗色或黑色薄层状或块状产出。
页岩气储层无机矿物成分中硅质含量较高,含有黄铁矿、磷酸盐矿物(磷灰石)、钙质和黏土矿物。
具有相对高有机质质量分数,代表了富有机质的缺氧的沉积环境。
不含或者含较少的陆源碎屑输入。
有机质类型以 和!型干酪根较为常见。
生物化石碎片在页岩层中比较常见,化石碎屑的类型多样化。
重点剖析了福特沃斯盆地Barnett 页岩的沉积发育模式,福特沃斯盆地是一狭长的前陆盆地,主要沉积区离物源区较远,Barnett 页岩沉积于较深的静水缺氧环境,沉积速度缓慢(饥饿性沉积),最终形成富含有机质的Barnett 页岩。
常见生物化石碎片,但缺少生物扰动遗迹,推测盆地中大部分的生物化石为外部输入的结果。
上升流作用致使磷酸盐矿物(磷灰石)发育。
北美典型页岩气藏的岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积发育模式可以用来指导我国页岩气勘探,黔南坳陷下寒武统黑色高碳质页岩系、二叠系吴家坪组和四川广元 绵竹地区下寒武统泥页岩具有和北美典型页岩气藏可类比的岩石学特征、沉积环境和沉积模式,可作为页岩气勘探的优选区域。
北美页岩气压裂培训学习体会
5
国内外页岩气Ro含量对比
6
Ro%
Barnett
F ey nes v ille
H ay nes v ille
Woodford
Antrim
L e w is
M ar c ellus
Montney
Q iongzhusi
Longmaxi
深度m
厚度m
0
Barnett
Barnett
Feynesville Feynesville
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
北美页岩气岩芯评价 试验常用的准备流程。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
天然裂缝
裂缝密度越大，裂缝开度越小，越 需要水力压裂使之成为有效裂缝。
当前无法显示此图像。
北美页岩气通过岩芯标定和FMI成像 对比发现，超过60%的页岩气井天然 裂缝走向与断层方向具有一致性
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
随钻成像技术帮助钻井过程中实时调整
需要注意的是，随钻测试的过 程中，有的裂缝是钻头切割岩石而 形成的人工裂缝，而非天然裂缝。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
中国二石油、北美页岩气储层与开发特征
2 美国主要页岩气区
页岩气区块
估计的盆地面积（平方公里
北
）
美
埋藏深度
主
（米）
要
净厚度（米）
页 岩
TOC(%) 总孔隙度（%）
区
气体含量（scf/ton）
加拿大西加盆地泥盆系页岩气储层特征
加拿大西加盆地泥盆系页岩气储层特征加拿大西加盆地是世界上重要的页岩气产区之一，其泥盆系页岩气储层特征备受研究者和工程师们的关注。
本文将通过对西加盆地泥盆系页岩气储层的特征进行分析和总结，以期为相关领域的研究和开发提供参考。
一、地质特征西加盆地的泥盆系页岩气储层主要分布于艾伯塔、萨斯喀彻温和曼尼托巴等省份，其地质构造主要为盆地中的古元古代基岩和泥盆纪的地层序列。
盆地中分布有丰富的页岩气资源，特别是位于布尔根组、古大陆坡湖组和费尔金潘组等泥盆系地层中，页岩气资源储量极为可观。
二、储层特征1. 岩性特征西加盆地泥盆系页岩气储层以均质粘土质页岩为主，具有致密、均质的特点。
一般具有较高的有机质含量，有机质类型主要以干酪根Ⅰ型和Ⅱ型为主，同时伴随着少量的岩屑和矿物颗粒。
2. 孔隙结构由于页岩岩性的特点，西加盆地泥盆系页岩气储层的孔隙结构极为微细，其孔隙类型主要包括微孔隙、裂缝孔隙和溶孔隙。
裂缝孔隙是页岩气储层中最重要的储集空间类型，对页岩气的渗透能力有着重要影响。
3. 孔隙连通性由于页岩气储层的致密性，孔隙连通性较差，因此需要通过水平井、压裂等技术手段来改善孔隙连通性，提高气体的开采效率。
4. 物性参数西加盆地泥盆系页岩气储层的物性参数主要包括孔隙度、渗透率、孔隙结构系数、岩石力学参数等。
这些参数对于页岩气的勘探、开发和评价具有重要的意义。
三、地质条件1. 沉积环境西加盆地泥盆系页岩气储层的沉积环境多样，包括古大陆坡湖相、海相和湖相等，沉积环境对储层物性和地质构造有着重要影响。
2. 地层伴生矿物泥盆系页岩储层中常常伴生着石英、长石、云母、钠长石等矿物，这些矿物的存在对页岩气的形成和储集具有一定的影响。
3. 构造特征西加盆地泥盆系页岩气储层的构造特征主要包括构造构型、构造应力等，这些特征对页岩气的形成和分布具有一定的控制作用。
四、开发技术1. 水平井开发由于西加盆地泥盆系页岩气储层的致密性，水平井是开发页岩气的重要手段之一，能够有效提高气体的产能和开采效率。
中美页岩气成藏条件、分布特征差异研究与启示
中美页岩气成藏条件、分布特征差异研究与启示李建忠;李登华;董大忠;王社教【摘要】美国页岩气大多为海相热成因型,产气页岩主要分布在前陆和克拉通盆地的泥盆—石炭系,埋藏深度一般为1 500 ～3 500 m.我国页岩分为海相、海陆过渡相与煤系、湖相三类,其中海相页岩主要发育在坳拉槽和克拉通盆地的下古生界,富有机质集中段分布稳定,热成熟度偏高,有较高的含气量,勘探前景最好；海陆过渡相与煤系页岩主要发育在大型坳陷和前陆盆地,层系以石炭系—侏罗系为主,没有明显的富有机质集中段,含气量差别较大,勘探潜力有待落实；湖相页岩主要发育在中、新生代陆相盆地,富有机质集中段厚度大,成熟度较高的凹陷中心区可能具有一定资源前景.预测我国页岩气勘探将经历较长的探索期,未来年产量可达500亿～600亿m3规模.%Shale gas in America mostly comes from thermogenic marine shales, and gas shales mainly dis-tribute in Devonian and Carboniferous of Foreland and Craton basins, while the buried depth is 1 500 ~ 3 500 m. Shales in China include 3 types; marine, transitional and lacustrine. Marine shales basically distribute in the lower Paleozoic of Aulacogen and Craton basins;organic-rich concentrated parts are steady-going, and thermal maturity phase and gas content are high, so the explorational prospect is the best. Transitional shales mostly distribute in Carboniferous-Jurassic of Foreland and Craton basins;there is no obvious organic-rich concentrated part, and gas content changes greatly, so the explorational potential needs to be proved. Lacustrine shales typically distribute in Mesozoic and Cenozoic of rift and Craton basins;organic-rich concentrated parts are thick and stable, and explorational potential is probably great in center ofdepression which reaches generating gas stage. It is forecast that shale gas exploration will take a long time and output will be 50 billion ~ 60 billionm3 in the future.【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2012(014)006【总页数】8页(P56-63)【关键词】页岩气;成藏条件;分布特征;富有机质页岩;中美对比;启示【作者】李建忠;李登华;董大忠;王社教【作者单位】中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE132.2美国是全球页岩气发现最早、开发最成功的国家。
北美典型克拉通盆地页岩气成藏特征、模式及启示
北美典型克拉通盆地页岩气成藏特征、模式及启示杨振恒;韩志艳;李志明;聂海宽【期刊名称】《石油与天然气地质》【年(卷),期】2013(000)004【摘要】北美含页岩气克拉通盆地主要以密执安盆地、伊利诺斯盆地和德拉华盆地为代表。
对上述盆地的岩性特征、有机质类型、生气方式、埋深、热成熟度、吸附气含量、裂缝对页岩气成藏的作用进行了探讨，梳理了北美克拉通盆地页岩气的两种成藏模式，分别以密执安盆地Antrim页岩气成藏模式（ A型模式）和德拉华盆地Barnett 页岩气成藏模式（ B型模式）为代表。
A型模式主要特征为：从盆地周缘较浅至较深部位赋存着具有生物成因和热成因的“二元”成因结构的天然气，依次从生物气过渡到混合气，最后为热成因气。
B型模式主要特征为：页岩气生气方式为热成因天然气“原地”生成聚集，在不同成熟度的区域，产出不同热成因类型的天然气。
结合我国克拉通盆地油气地质特征认为，德拉华盆地Barnett 页岩气成藏模式（ B型模式）对我国页岩气勘探更有意义，密执安盆地Antrim页岩气成藏模式（ A型模式）对我国页岩气勘探的意义不能忽视。
【总页数】8页(P463-470)【作者】杨振恒;韩志艳;李志明;聂海宽【作者单位】中国石化油气成藏重点实验室，江苏无锡214151;中国石化油气成藏重点实验室，江苏无锡214151;中国石化油气成藏重点实验室，江苏无锡214151;中国石化石油勘探开发研究院，北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE121.1【相关文献】1.南华北盆地中牟凹陷太原组-山西组页岩气成藏特征——以河南中牟区块ZDY2井为例 [J], 冯辉;邱庆伦;汪超;刘红亮2.鄂尔多斯盆地东部山西组页岩气成藏特征及勘探对策 [J], 刘洪林; 王怀厂; 张辉; 赵伟波; 刘燕; 刘德勋3.四川盆地绵竹—长宁克拉通内裂陷东侧震旦系灯影组四段台缘丘滩体成藏特征与勘探前景 [J], 杨威;武赛军;魏国齐;谢武仁;金惠;曾富英;苏楠;孙爱;马石玉;沈珏红4.四川盆地西南缘山地复杂构造区页岩气富集模式及勘探启示:一个页岩气新区 [J], 杨平;余谦;牟传龙;汪正江;刘伟;赵瞻;刘家洪;熊国庆;邓奇5.北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和沉积模式及启示 [J], 杨振恒;李志明;王果寿;腾格尔;申宝剑因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
北美页岩气勘探开发技术考察报告
水平井是目前主要的页岩气藏生产形式。水平井的产量是垂直 井的3-4倍多，成本仅是直井的1.5-2 倍。目前85%的开发井为水平井 ＋多段压裂。
平均产量, MCFD
3000
2000 1000 0 0 200 400 600 直井平均产量 水平井平均产量 800 比率 1000
3.0 2.0 1.0
曾庆坤 何发岐 李建青 谢先平
4
2、考察行程
4月6日， 抵达美国。 4月7-9日，与 Chevron进行技术交流、参观钻井现场及设备、参观 天然气生产流程。 4月10-11日，北美构造及地层考察，以大峡谷地层剖面为主。 4月12-13日，与哈丁歇尔顿公司交流，参观页岩气压裂现场；参观 页岩气钻井现场，并进行技术总结。 4月14-16日，与BP交流，在HOUSTON会见BP北美天然气业务总部领导， 讨论伍德福特（Woodford ）页岩气作业概况及技术交流（地震，钻井 等）； 参观岩芯实验室； 在OKLAHOMA前往气田实地考察整个生产流程 （包括：井场准备，钻井，压裂，清洗井眼，生产和运输等）。 4月17日，代表团乘飞机离开洛杉矶回国。
管头承压能力要求较
高，固井质量要好， 水泥返高到地面；水
平段是5/套管固井完
井。
28
4、页岩气水平井钻井
4.4 钻井液体系
防止粘土膨胀； 提高井眼稳定性；
预防钻井液漏失；
提高钻速。 直井段（三开前）对钻井液体系无特殊要求，主要采 用水基泥浆。水平段钻井液主要采用油基泥浆。
29
5、页岩气水平井压裂技术
23
2、选区评价技术
4） Ro是热成因页岩气成藏的主控因素。Ro介于
1.1%～3%的范围是热成因型页岩气藏的有利分布区。 在北美俄克拉荷马东南的阿科马盆地Ro达到4.89% Woodford页岩中也发现了页岩气藏。改变了以往对页岩Ro 上限小于3%的观点, 但Ro过高会导致页岩气藏中的二氧化 碳含量增高。
北美页岩气勘探开发的启示
一、北美页岩气研究现状
美国五大页岩气系统地质地化特征简表
盆地 主要产层时代 沃斯堡 Barnett 密西西比 60~90 15~61 4.5 1.0~1.3 4~5 2.5 300~350 20 1950~2550 111 0.43~0.44 阿帕拉契亚 Ohio 泥盆系 90~300 9~30 0~4.7 0.4~1.3 4.7 2.0 60~100 50 600~1500 55.5 0.15~0.4 密西根 Antrim 泥盆系 48 21~37 0.3~24 0.4~0.6 9 4 40~100 70 180~720 41.7 28.12 0.35 1132~1415 0 0.66~1.64 伊里诺依 New Albany 泥盆系 30~122 15~30 1~25 0.4~1.0 10~14 5 40~80 40~60 180~1470 44.4~58.3 0.43 283~1415 0.76~1.09 圣胡安 Lewis 白垩系 150~570 61~91 0.45~3.5 1.6~1.88 3~5.5 1~3.5 15~45 60~85 900~1800 72~94.4 0.2~0.25 2830~5660 0.87~5.46
北美页岩气勘探开发的启示
一、北美页岩气研究现状 二、页岩气成藏机理 三、页岩气开采技术 四、页岩气研究意义
一、北美页岩气研究现状
目前，全球对页岩气的开发并不普遍， 仅美国和加拿大在这方面做了大量工作。 其中，美国已进入页岩气开发的快速发展 阶段，在页岩气勘探开发方面，美国早己 进入商业性运营阶段。
一、北美页岩气研究现状
1. 密歇根盆地Antrim页岩
密歇根盆地位于美国东北部，北美大陆中、上泥盆统广泛 分布有机质页岩（TOC含量0.3-24%），Antrim页岩是其中之 一。盆内充填5182m沉积物，其中Antrim页岩和相关岩层厚 274m，页岩纯厚21-36m。
北美页岩气资源形成的地质条件
3本文受到中国石油天然气集团公司科技攻关项目(编号:2008B 20502)的资助。
作者简介:李新景,女,博士;现主要从事石油地质综合研究、页岩气资源评价与选区工作。
地址:(100083)北京市学院路20号910信箱中国石油勘探开发研究院资源规划所。
电话:(010)62098666。
E 2mail :xinjingli @北美页岩气资源形成的地质条件3李新景1 吕宗刚2 董大忠1 程克明11.中国石油勘探开发研究院2.中国石油西南油气田公司蜀南气矿 李新景等.北美页岩气资源形成的地质条件.天然气工业,2009,29(5):27232. 摘 要 Fort Worth 盆地Barnett 页岩气藏的成功开发,极大地推动了全球页岩气勘探开发进程。
分析北美地区已开发页岩气聚集区带油气地质特征,了解区域地质背景,有助于建立页岩气富集模式、寻找有效页岩气储层、确定“甜点”边界、提高采收率等。
研究表明,北美克拉通盆地、前陆盆地侏罗系、泥盆系—密西西比系富集多种成因、多种成熟度页岩气资源,页岩产层通常是含油气系统中主力烃源岩,尤以受上升洋流影响、具有低能还原环境的海进体系域黑色页岩(腐泥型—混合型干酪根)为佳。
沉积环境和热成熟度是页岩气富集区带主要控制因素,裂缝网络发育程度决定能否获取丰厚的商业价值。
因此,古气候、古地理条件以及沉积环境、构造作用等因素的综合,使得北美页岩气资源形成并不断得到有效开发。
关键词 北美 页岩气 地质特征 储集层 有机质丰度 烃源岩 富集区 DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.05.006 统计表明,高产且经济效益好的页岩气储层往往分布面积广、埋深适中、厚度大(大于30m )、有机质丰度高(TOC >2%)、成熟程度适中(R o 介于1.1%～2.5%)、含气量较高(3～10m 3/t )、产水量较少、黏土含量中等(小于40%)和脆性较高(即低泊松比、高杨氏弹性模量)以及围岩条件有利于水力压裂控制。
福特沃斯盆地Barnett页岩气藏特征及启示
福特沃斯盆地Barnett页岩气藏特征及启示*聂海宽,张金川,张培先,宋晓薇(中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083)摘要:福特沃斯盆地Newark East页岩气田是美国第一大页岩气田,代表了一个集烃源岩、储层和盖层等成藏体系所有关键要素存在于同一套页岩层的非常规天然气藏)))页岩气藏。
根据研究资料,对福特沃斯盆地B arnett页岩气藏的特征进行了分析,包括页岩厚度、有机质类型及丰度、成熟度、孔渗和裂缝特征以及含气量等指标,重点研究了Newark Eas t页岩气田的特征,该气田具有页岩层相对较厚、有机质丰度高、热成熟度高和被致密碳酸盐岩包围的特征。
最后得出Newark East气田Barnett页岩气藏的气藏模式,并认为该页岩气藏的特征、模式在马拉松-沃希托、阿巴拉契亚逆冲褶皱带前缘的前陆盆地中具有普遍意义。
关键词:页岩气;模式;特征;B arnett页岩;福特沃斯盆地中图分类号:T E132.2文献标识码:A文章编号:100027849(2009)022*******福特沃斯盆地是美国德克萨斯州中北部南北向延伸的浅盆状洼地,面积约38100km2。
勘探实践表明,密西西比系(下石炭统,下同)Barnett页岩是储量很大的页岩气藏。
20世纪80年代以前,Bar2 nett页岩并不是勘探的目标,当时勘探的重点是宾夕法尼亚系碎屑岩以及奥陶系、密西西比系、宾夕法尼亚系(上石炭统,下同)碳酸盐岩。
虽然有很多井钻遇了Barnett页岩,且常有很强的气显示,但却被认为是没有经济价值的/页岩气藏0[122]。
20世纪80年代,Mitchell能源开发公司开始把Barnett页岩分布区作为可能的油气高产区进行了勘探开发。
20世纪90年代中期,在盆地北部建立了一个天然气高产区)))N ewark East页岩气田。
2006年,Newar k East页岩气田成为德克萨斯州产量最大的气田,按照能源信息管理局(EIA)最近的气田储量评价, Newark East气田的储量居全美气田第三,产量居全美气田第二[324],占全美页岩气总产量的一半以上,是美国最大的页岩气田。
北美页岩气资源形成的地质条件 李新景,吕宗刚,董大忠,程克明
置较高 ，富含养分的上升洋流夹带着来自深海动植 物残骸的充足养分 ，使生物产率高 ，形成较强还原环 境 ，而赤道附近海域发育的放射虫 ，为细粒沉积岩创 造了良好力学性质 ，有利于裂缝网络发育 。 对于美国中陆地区诸多盆地 ，沉积之后的 Ｑｕａ‐ ｃｈｉｔａ 造山运动引发区域性地质热事件 ，使源岩多数 达到生气门限 ，产生大量天然气 ，形成页岩气富集区 带 。 如 Ａｒｋａｍａ 盆地 Ｗｏｏｄｆｏｒｄ 页岩形成于被动大 陆边缘静海沉积体系中 ，具备良好生物产率和有机 质保存能力 ，后期前陆盆地形成与构造演化控制了 烃源岩成熟阶段 。 总之 ，北美地台东 、西 、北三面环绕的 Ａｃａｄｉａｎ 、 Ａ ｎｔｌｅｒ 、Ｅｌｌｅｓｍｅｒｅ 活动造山带使地台内部坳陷和隆 起发生幕式调整 ，相对海平面升降 、陆源沉积物供应 量发生波动 ，泥／页岩厚度 、分布 、生烃潜力受到相对 海平面变化制约 。 根据岩石矿物组成特征 、测井响 应 、地球化学参数以及全球海平面升降曲线推断 ，北 美地台高质量倾油海相烃源岩 （腐泥型和混合型 ）多 发育在海进体系域时期／高水位体系域初期 ，这里陆 源有机质最少 ，倾油性组分比例高 ，而且强烈受地古 地理 、古气候影响 ，发育硅质生物体 ，有条件形成脆 性页岩储层 。 目的层上／下发育的致密碳酸盐岩 ，一 方面阻止了油气垂向运移 ，使之在黑色页岩层系中得 以保存 ，一方面也有助于大型水力压裂的裂缝控制 。
倡 本文受到中国石油天然气集团公司科技攻关项目（编号 ：２００８Ｂ‐０５０２）的资助 。 作者简介 ：李新景 ，女 ，博士 ；现主要从事石油地质综合研究 、页岩气资源评价与选区工作 。 地址 ：（１０００８３ ）北京市学院路 ２０ 号 ９１０ 信箱中国石油勘探开发研究院资源规划所 。 电话 ：（０１０）６２０９８６６６ 。 Ｅ‐ｍａｉｌ ：ｘｉｎｊｉｎｇｌｉ＠ ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ ．ｃｏｍ ．ｃｎ
加拿大西加盆地泥盆系页岩气储层特征
加拿大西加盆地泥盆系页岩气储层特征西加盆地位于加拿大不列颠哥伦比亚省和阿尔伯塔省的交界处，是北美洲最大的页岩气储层之一。
西加盆地泥盆系页岩气储层具有以下特征：1. 厚度大西加泥盆系页岩气储层在不同地段厚度差异较大，最厚处可达数百米。
区域内部分地区储层良好，沉积物质量均匀。
但整个盆地内部也出现储层质量不佳、厚薄不均等特征。
2. 孔隙度低泥盆系页岩孔隙度低，其中天然气的储存主要在毛细管和裂缝内部。
如未经酸处理，其孔隙度只有0.5 ~ 2.5%。
因此，页岩气常常需要通过水平井和水平裂缝技术进行开采。
3. 有机质含量高西加盆地泥盆系页岩有机质含量高，在储层中的含量可达到10% ~ 20%。
有机质主要有腐植质、淀粉质、凝结质等。
有机质含量高是页岩气形成的重要条件，同时也表明了页岩层可能具有较好的热解产气潜力。
4. 孔径细西加盆地泥盆系页岩孔径多为亚微米至纳米级别，这种特殊的孔结构会导致页岩气流动性差，从而导致开采效率低下。
需要通过改变流体物性、利用高压破裂等技术进行优化。
5. 热解产气潜力高泥盆系页岩层中的有机质可以通过热解（即高温加热）产生天然气。
热解过程中，有机质被热分解并释放出大量的天然气。
西加盆地泥盆系页岩气储层中有机质丰富，因此具有较高的热解产气潜力。
综上所述，西加盆地泥盆系页岩气储层具有厚度大、孔隙度低、有机质含量高、孔径细和热解产气潜力高等特征。
这些特征对于页岩气的开采和开发具有重要的指导意义，同时也反映了该地区的地质条件和气藏性质。
北美页岩气储层岩石学分析技术的启示
力也能产生构造缝 ，溶洞及其周边各类裂缝可共同构成一个独立 的缝洞系统。以溶洞主体为 中心，两侧近等间距 的分布着不同级
别的 构造 裂缝 。
（ １ ）通 过 对 哈 ６ 区 块 奥 陶 系碳 酸 盐 岩 大 量 岩 心 和 薄 片 观
察 ，发现储层的储集空间类型发育较全 ，可 归纳出三种类型 ：① 孔隙：粒内溶孔和粒间溶孔 、铸模孔 、生物体腔孔内的粒间孔 、
储层孔洞、裂缝均较发育。孔洞是其主要的储集空问 ，裂缝既可 提供部分储集空间 ，但更为重要 的是作为连通渗流渠道。相比单
储 层物 性 影 响重 大 ，其 间构造 运 动形 成 的裂 缝往 往 未充 填 ，形 成 了复 杂 的裂缝 系 统 。除 此 以外 ，洞 穴顶 部和 周 围 由于 岩石 崩 落应
为其典型特征。裂缝的发育使得这类储层成为具有一定储渗能力 的储层或产层。储层的储渗能力主要受裂缝分布和发育程度 的控
肉Ｉ Ｉ 工 科技 ２ ０ １ ３ 年第 ４ 期
石 油 地 质
塌 积 角 砾 岩 ：是 溶 洞 洞 顶 自然 掉落 的岩 块 落 入 洞 底 并 与溶 洞 内其它 充填 物 混积 堆 积的 角砾 岩 。存 在于 塌 陷型 溶 洞 的下方 。 由于 在溶 洞 底部 的 暗河 长期 地 下水 的流 动 ，底 部充 满 灰泥 或 灰质 粉 砂 ，上部 的 角砾 掉落 陷入 到 灰泥 或粉 砂 中 ，造 成磨 圆 度极 差 、
运移 的 主要 通道 ，还可 以 自身 溶蚀 扩 大或 与溶 蚀 孔洞 配 置 ，构 成
各类缝洞型储层 ，成为油气储集的主要空间 ，是提高碳酸盐岩储
层 储渗 性质 的重 要 因素 之 一 。
２ 储 层 类型
北美典型页岩油地质特征对比及分类
美国密歇根盆地安特里姆页岩气区带成藏特征
美国密歇根盆地安特里姆页岩气区带成藏特征李茗，吴洁（中国石化勘探开发研究院，北京100083）摘要：安特里姆页岩广泛覆盖在北美古大陆的中下泥盆统之上，其中，生物成因的天然气富集于埋深浅、欠压实、富含有机质的页岩储集层内，气体多被有机质和黏土吸附。
诺伍德段和拉钦段有机质含量最高，为区带内最主要的页岩气勘探层。
对密歇根盆地的安特里姆页岩气区带的烃源岩及其厚度、物性特征、矿物含量以及裂缝系统和成藏作用进行了探讨，并对区带的勘探潜力进行了评价。
该区安特里姆页岩经历较深的埋深后又被抬升遭受大气淡水淋滤，在适宜的条件下生成生物气并成藏。
安特里姆页岩气成藏特征的研究将会对中国页岩气勘探有所裨益。
关键词：密歇根盆地；安特里姆页岩气区带；生物成因气；成藏特征；潜力评价文章编号：1001-3873（2014）04-0491-04中图分类号：TE112.43文献标识码：AThe Reservoir Characteristics of Antrim Shale Gas Play in Michigan Basin, USALI Ming, WU Jie(Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Sinopec, Beijing 100083, China)Abstract: The Antrim shale gas play that is composed of such four sections as Norwood, Paxton, Lachine and Upper Member widely cover s above the Middle⁃Lower Devonian in North America’s ancient continent, where the biogenic gas is mainly distributed in the shallow, under⁃compaction and organic⁃rich shale reservoirs and usually absorbed by the organic matter and clay. The Norwood and Lachine sections have the highest contents of organic matter as major zones for shale gas exploration in this area. This paper analyzes the source rock, thickness, physical property, mineral content, fracture system and its reservoir⁃forming role of this play, and then evaluates its explorati v e potentials. It is concluded that it is easy to generate biogas if the shale gas is deposited in deeper depth, then uplifted and suffered air and fresh water leaching, followed by forming the gas accumulation under suitable geological conditions. This study will be helpful for China’s shale gas exploration in the future.Key Words: Michigan basin; Antrim shale gas play; biogenic gas; reservoir feature; potential evaluation美国安特里姆（Antrim）页岩气区带所在的密歇根盆地是典型的克拉通盆地，页岩气区带位于西北部的安特里姆郡一直到东北部的阿尔克纳（Alcon a）郡，长约145 km，宽约42 km，总面积约10 117 km2（图1）。
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第29卷 第6期2010年11月地质科技情报Geolog ical Science and Technolog y InformationVol.29 No.6Nov.2010北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和收稿日期:2010 04 27 编辑:杨 勇基金项目:国家自然科学重点基金(石油化工联合基金)项目(40839910);中国石油化工股份有限公司科研项目(J 1407 09 KK 0157)作者简介:杨振恒(1979 ),男,工程师,主要从事石油地质综合研究工作。
E mail:yan gzhen hen g2010@沉积模式及启示杨振恒,李志明,王果寿,腾格尔,申宝剑(中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡214151)摘 要:北美典型页岩气藏赋存的泥页岩主要为细颗粒沉积,呈暗色或黑色薄层状或块状产出。
页岩气储层无机矿物成分中硅质含量较高,含有黄铁矿、磷酸盐矿物(磷灰石)、钙质和黏土矿物。
具有相对高有机质质量分数,代表了富有机质的缺氧的沉积环境。
不含或者含较少的陆源碎屑输入。
有机质类型以 和!型干酪根较为常见。
生物化石碎片在页岩层中比较常见,化石碎屑的类型多样化。
重点剖析了福特沃斯盆地Barnett 页岩的沉积发育模式,福特沃斯盆地是一狭长的前陆盆地,主要沉积区离物源区较远,Barnett 页岩沉积于较深的静水缺氧环境,沉积速度缓慢(饥饿性沉积),最终形成富含有机质的Barnett 页岩。
常见生物化石碎片,但缺少生物扰动遗迹,推测盆地中大部分的生物化石为外部输入的结果。
上升流作用致使磷酸盐矿物(磷灰石)发育。
北美典型页岩气藏的岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积发育模式可以用来指导我国页岩气勘探,黔南坳陷下寒武统黑色高碳质页岩系、二叠系吴家坪组和四川广元 绵竹地区下寒武统泥页岩具有和北美典型页岩气藏可类比的岩石学特征、沉积环境和沉积模式,可作为页岩气勘探的优选区域。
关键词:页岩气;岩石学特征;有机碳含量;沉积环境;沉积模式中图分类号:T E122.115 文献标志码:A 文章编号:1000 7849(2010)06 0059 07 近年来,页岩气在北美特别是美国得以成功地勘探和开发,引起了广泛的关注。
国内外学者从页岩气系统出发,对页岩气成藏的有机碳质量分数、成熟度、裂缝系统、温度、压力、抬升与沉降史以及吸附机理等进行了深入的研究[1 7],但是,对页岩气藏发育的泥页岩的岩石学特征、沉积环境和沉积模式研究还较少涉及。
页岩气藏发育的泥页岩具有独特的岩石学特征,识别不同的岩石学特征是评价页岩气成藏条件、原地含气量和资源量的关键。
在页岩气开发阶段,识别不同的岩相是实施开发方案的基础。
在福特沃斯盆地,识别Barnett 页岩岩性是页岩气评价中关键的步骤[8]。
笔者根据北美页岩气研究的最新成果,就页岩气藏发育的泥页岩的岩石学特征、沉积环境及福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积模式进行讨论。
北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积模式对我国页岩气研究和勘探同样具有指导意义。
1 典型页岩气藏岩石学特征页岩气作为非常规天然气资源,其勘探、开发思路和方式与常规油气资源有明显的不同之处。
研究表明,沉积物的岩石学特征是页岩气成藏的重要控制因素[8 10],主要包括泥页岩的构造和粒度特征、有机碳质量分数、岩石矿物组成、生物化石特征等。
1.1岩石构造和粒度特征页岩气藏发育的泥页岩主要为暗色或黑色的细颗粒沉积层,呈薄层状或块状。
德克萨斯州福特沃斯盆地Bar nett 页岩及其上下相邻地层由不同的岩相组成,Barnett 页岩及上下相邻地层可识别出3种岩性[9],分别为薄层状硅质泥岩、薄层状含黏土的灰质泥岩(泥灰)和块状灰质泥粒灰岩。
但是,主力产气层位上Barnett 页岩和下Barnett 页岩以层状硅质泥岩为主,主要由细微颗粒(黏土质至泥质大小)的物质组成(图1)。
Barnett 页岩缺少粗粒的陆源碎屑物质,表明地质历史沉积时期这一地区离陆相物源区较远,属饥饿性沉积,最终形成了层状的Bar nett 页岩沉积充填样式。
富页岩气前景的英属哥伦比亚西北部Baldo nnel 层Ducette 组地层被称之为暗色的以石英为主的细粒页岩,主要由多样的放射性的、碳质的含黏土的灰岩和细粒粉砂岩组成。
1.2岩石矿物质量分数页岩气储层无机矿物成分中硅质质量分数较高,另外还含有方解石和长石等矿物。
所含硅质主地质科技情报2010年图1 德克萨斯州圣萨巴县Barnett 页岩露头(A)和德克萨斯州兰帕瑟斯县Barnett 页岩出露层(B)[11]Fig.1 Barnett shale in outcr op in San S ab a County,T exas (A)and th e Barn ett s hale in Lampasas County,Texas (B)要为自生石英,其增加了岩石的脆性,易产生天然和诱导裂缝,增加气存储量和内部微孔的连通能力。
页岩层中普遍含有黄铁矿和磷酸盐矿物(磷灰石),主要是缺氧环境沉积的产物,磷酸盐矿物(磷灰石)可能为上升流作用的结果[9]。
另外,页岩层局部含有一定量的黏土矿物(质量分数一般不超过50%),这一方面会增加页岩层的吸附气,但同时可能降低页岩层的脆性。
不含或仅有较少的陆源碎屑输入,过多的陆源碎屑输入会稀释总有机碳含量,同时,陆源碎屑输入过程中有可能致使有机质氧化。
福特沃斯盆地Barnett 页岩,更确切地应称之为硅质泥岩,在矿物组成上,较上Barnett 页岩,其主力产层下Barnett 页岩中的硅质矿物、长石、黄铁图2 米切尔能源公司Young,W.C1井Barnett 页岩的石英、方解石和黏土矿物分布三角图[12]Fig.2 M in eralogical distrib ution of quartz,calcite and clay inthe Barnett shale fr om the M itch ell Energy Corp.1Young,W.C1.well矿和磷酸盐矿物的质量分数比较高(图2,3)。
而且,黄铁矿球粒大小主要在1 m 左右,说明其沉积于静水的缺氧环境[9]。
所有测试样品的碳酸盐矿物质量分数不高。
在福特沃斯盆地Barnett 页岩气产量最高的地区,石英质量分数为45%,而黏土质量分数只有27%[3]。
高的硅质质量分数使页岩的脆性增大,页岩的脆性对压裂措施的实施至关重要。
在德拉华盆地Barnett 页岩中,从上Barnett页岩到图3 福特沃斯盆地Barn ett 页岩及上下毗邻层矿物质量分数三角图[9]Fig.3 T ernary diagrams of Barnett mineralogy by mem ber下Barnett 页岩,颜色从褐灰色变为黑色,而且脆性增大,从岩石薄片上可见,下Barnett 页岩地层含有更多的硅质矿物或钙质矿物。
上Barnett 页岩和下Bar nett 页岩都含有一些黄铁矿和方解石。
由扫描电镜分析可知,德拉华盆地Barnett 页岩两口井的A 段、C 段和D 段均含有较多的菱形方解石和球形黄铁矿[2],说明德拉华盆地Barnett 页岩为缺氧环境的产物。
密歇根盆地A ntrim 页岩由含黄铁矿薄层状粉砂质和富有机质页岩组成,其间夹灰色、绿色页岩和碳酸盐岩层[13]。
富页岩气前景的加拿大西部盆地英属哥伦比亚北部Besa River 组下部泥岩中60第6期杨振恒等:北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和沉积模式及启示的无机矿物主要为石英(w B 为58%~93%),同时含有黏土矿物(w B 为10%~20%),例如伊利石和高岭石等,另外,还含有少量的碳酸盐矿物[14]。
1.3高有机碳质量分数有机碳质量分数不仅是衡量烃源岩生烃潜力的重要参数,而且是有机质作为吸附气的核心载体。
页岩对气的吸附能力与页岩中的总有机碳质量分数之间存在正相关关系[15 16]。
在相同压力下,总有机碳质量分数较高的页岩吸附的甲烷比总有机碳质量分数较低的页岩吸附的甲烷明显要高,高有机碳质量分数为页岩气成藏提供了甚佳条件,其主要的测井标志是高的伽马射线值。
福特沃斯盆地Barnett 页岩的原始有机碳质量分数w (T OC )高达20%[17],根据现有测试数据[3,18],一般Barnett 页岩的w (T OC )为3%~13%,福特沃斯盆地Blakely 1井Barnett 页岩岩性测试表明,其w (TOC)平均为3.9%,上Barnett 页岩与下Barnett 页岩之间的福里斯特堡灰岩的w (T OC)平均为1.8%,上Barnett 页岩和下Bar nett 页岩的w (TOC)平均为4.0%(介于1.9%~10.6%之间)。
在具有广阔页岩气前景的德拉华盆地Barnett 页岩的w (TOC)也比较高,其中较高的D 层段w (T OC)平均为4.4%[2]。
密歇根盆地Ant r im 页岩,Lachine 和Norw o od 段岩层的w (T OC)为0.5%~24.0%,是天然气勘探的主要目的层[4]。
加拿大西部盆地含有巨大页岩气潜力的M uskwa 组和上Besa River 组页岩层的w (T OC)大部分在2.0%之上,最大达到5.7%[14]。
不难看出,北美典型页岩气发育区泥页岩有机碳质量分数相对较高,这是生烃潜力的重要保证,也为吸附储集天然气提供了有利条件。
1.4有机质类型北美典型页岩气藏的干酪根主要为!型或 型干酪根,少量为∀型干酪根。
对福特沃斯盆地Bar nett 页岩干酪根进行目测评价发现无定型有机质占95%~100%,偶尔能见到塔斯马尼亚孢属藻类[3]。
例如密歇根盆地的Antrim 页岩以 型干酪根为主,阿尔巴契亚盆地的Ohio 页岩、伊利若斯盆地的New Albany 页岩和福特沃斯盆地的Barnett 页岩以!型干酪根为主,利于液态和气态烃的生成[4]。
英属哥伦比亚东北部侏罗系Gor dondale 组页岩的生烃潜力巨大[19],其干酪根主要为 或!型,含有少量∀型干酪根(图4)。
高有机质的显微组分主要为类脂组(藻类体和基质沥青)。
但是,北美页岩气发育区也有以∀型干酪根为主的泥页岩,例如圣胡安盆地的Lew is 页岩。
总体而言,北美典型页岩气藏干酪根以倾向海相成因的干酪根为主。
图4 英属哥伦比亚东北部侏罗系Gordondale 组页岩氧指数和氢指数对比及干酪根类型[19]Fig.4 H ydrogen index vs.oxygen index for isotherm s amples of th e Gordondale M em ber in n orth eastern Britis h C olumbia and its kerogen types1.5生物化石特征生物化石碎片在页岩层中比较常见,化石碎屑的类型多样化,有孔虫类、藻类、放射虫和牙形刺很常见,成因为原地产物或者外源输入的结果。