页岩气勘探开发现状及发展前景(修改后)

一般情况下，随压力的增大，无论以何种赋存方式存 在的气体，含量都呈增大趋势，但压力增大到一定程度以 后，含气量增加缓慢，因为孔隙和矿物（有机质）表面是 一定的，前者控制游离态气体含量，后者控制吸附态气体 含量。当压力较低时，吸附态气体含量相对较高.
三、页岩气盖层及圈闭
1、页岩气盖层特征
1、岩石物性封闭机理
/
/
/
12 982 43.05 20.23 17.25 /
/
/
/
特别是乙烷、丙
14
1002. 5
43.05
16.02
12.68
5.99
/
/
/
烷含量从不到1%
增加到10%以上。
新奥尔巴尼盆地米德郡页岩气样品组分变化情况
2、页岩气富集的地质特征
岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩 页岩气可以主要来源于生物作用或热成熟作用 ，
CZ35-2-1井烃源岩成熟度剖面图
Ro随深度增加而 增加，并且异常高。
美国页岩气田Ro 范围也大都在0.6— 3.5% 之间。
3、有机质类型及含量
页岩的干酪根以Ⅰ型与Ⅱ型为主，也有少量为Ⅲ型干酪根。北 美页岩气勘探目标绝大多数选择TOC含量大于2%，甚至4%以上。 要获得具有工业价值的页岩气藏，有机碳的平均含量应大于1%。
页岩气勘探开发现状及其 发展前景
纪友亮 教授（博导）
中国石油大学（北京）地球科学学院
提纲
页岩气的基本特征 页岩气系统简介 页岩气勘探开发现状 我国页岩气发展前景 我国页岩气勘探开发面临的困
难和 挑战
一、页岩气的概念
马赛拉斯页岩露头
一、页岩气的概念
物质来源
一、页岩气的概念
页岩气——是指聚集于暗色泥页岩或高碳泥
有机碳的存在导致碳氢化合 物以吸附气的形式存在于孔隙 性有机物的表面活性区域，同 时，干酪根为页岩基质创造了 混合润湿性环境，其存在提高 了这种吸附作用的存在。
页岩中干酪根的扫描电子显微镜照片
2、游离气（free gas）
游离气也是页岩气赋存的主要方式之一。
影响赋存的因素：岩层的孔隙度、构造裂缝和压力等因素
甲烷含量从高达 92%降低到40%左
样 品
深度 /ft
C1/%
C2/%
C3/%
CO2/ %
δ13
CC1 /‰
δ13
CC2 /‰
δ13
CCO2 /‰
1 937 92.42 0.97 0.65 5.55 /
/
/
右， 乙烷、丙烷和二 氧化碳含量均有
3 939 90.22 0.96 0.65 7.35 -50.3 -42.8 11.3
总孔隙度 渗透率(10- 地层压力
（%）
3μm2)
系数
阿巴拉契亚
D
密执安 Antrim
D
伊利诺斯
D
福特沃斯 Barnett 早石炭世
圣胡安 Lewis 早白垩世
1.70-2.83 1.13-2.83 1.13-2.64 8.49-9.91 0.37-1.27
50 70 40-60 40-60 60-88
——无运移或
极短距离的有
限运移
吸附
气
赋存方式：以吸附气和游离气为主
1、吸附气（adsorbed-state gas）
在天然气的最初生成阶段，主要由生物作用所产生的天然气首先 满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要,当吸附气量与溶解的逃逸气 量达到饱和时，天然气则以游离相或溶解相进行运移，条件适宜时可 为水溶气藏的形成提供丰富气源。此时所形成的页岩气藏分布限于页 岩内部且以吸附状态为主要赋存方式，总体含气量有限。
②以游离气的形式存在于有机质分解或其它成岩、 构造作用所形成的孔隙或裂缝中；
③少量页岩气甚至可以在干酪根和沥青质中以溶解 状态存在。
二、页岩气储层及储集
2、页岩气的储集方式
赋存方式：以吸附气和游离气为主
微裂缝
Barnett页 岩
粘
土有
矿
产出方式：
物
解吸、游离、微裂缝
机 质
极少为溶解气
游离气
微孔隙
“原地”成藏
w ( TOC)：0～25 % ，Ro：0.4 %～2 %
页岩本身既是气源岩又是储集层和封盖层 ，含气的
有效孔隙度一般只有 1 %～5 %
页岩具有广泛的饱含气性 ，天然气的赋存状态以吸
附态或游离态为主
页岩气成藏具有隐蔽性特点
提纲
页岩气的基本特征 页岩气系统简介 页岩气勘探开发现状 我国页岩气发展前景 我国页岩气勘探开发面临的困
有机质含量是生烃强度的主要影响 因素，它决定着生烃的多少。
页岩对气的吸附能力与页岩的总有 机碳含量之间存在线性关系。
安特里姆郡（Antrim）页岩总有机碳含量与含气量关系
页岩含气量与TOC的关系
商业性页岩气藏TOC含量一般平均大于1%，最高达10% 吸附气含量一般20%—70%，最高达85%，且与TOC成正相关
常规储层分析中，孔隙度和渗透率是储层特征研究中最重要 的两个参数，这对于页岩气藏同样适用。
——孔隙度大小直接控制着游离态天然气的含量。
——渗透率是判断页岩气藏是否具有开发经济价值 的重要参数。
页岩的基质渗透率非常低，一般小于0.11×10-3 μm2，平 均吼道半径不到0.1005 μm，因此就需要产生大量的裂缝（人 工压裂）来维持商业生产。
一、烃源岩及烃运移
2、气体生成及运移
页岩所生成的天然气基本上是“就近”或 “原地”聚集，其运移距离极短，具有典型的 “自生自储”成藏模式。在某种意义上，可以认 为页岩气气藏的形成是天然气在源岩中的大规模 滞留，这与煤层气的运聚方式非常相似。
一、烃源岩及烃运移
2、气体生成及运移
页岩气成藏无运移或极短距离的有限运移，理论 上，它应与富有机质页岩一样连续大面积分布。
甲丙烷烷为等主，少量乙烷、甲烷为主
甲烷为主，乙烷、 丙烷等含量变化 较大
自生、自储、自保
自生、自储、自保
生、储、盖合理 组合
受页岩分布控制，有 受煤层分布控制， 受生、储、盖组
广布性
有广布性
合ห้องสมุดไป่ตู้制
储集方式
吸附气和游离气并存，吸附气为主，占80% 吸附气占20%—80% 以上
游离气为主
埋藏深度 资源潜力
页岩气各成藏阶段特征
1、早期运聚成藏阶段—柴东三湖地区
柴达木三湖地区页岩气系统示意图
2、中期原地聚集成藏阶段—川西前陆坳陷地区
四川盆地西部前陆坳陷地区页岩气系统示意图
随着埋藏深度的增
加，中期原地聚集成藏
阶段泥页岩地层表现为
局部的异常压力。受水
动力和泥页岩孔隙度变
化的控制影响，异常压
力多集中在如图所示的
大面积连续区域成藏
沃斯堡盆地Barnett页岩气藏分布图
盆地面积38100km2
烃源岩面积26000km2
页岩气藏开发面积15500km2
页岩气各成藏阶段特征
结合泥页岩在其成岩发展演化不同阶段古地 温、粘土矿物、Ro、孔隙类型的特征，从构造、 沉积等方面综合研究，将页岩气分为早期运聚 成藏阶段、中期原地聚集成藏阶段、晚期裂缝 调整成藏阶段等三个阶段。
难和 挑战
一、烃源岩及烃运移
1、烃源岩
1、岩性
沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩、极致密的粉细 砂岩或砂质细粒岩
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4％～30％的有机质，但各地区页岩矿物组 成有所差异。
脆性矿物（石英等）含量高，易于裂缝发育
成藏条件的特殊性
可以200米及以下 （最浅8.2米），也 可逼近3000米
不清
一般大于300米 37×1012 m3
一般大于500米 44×1012 m3
开采特点 排气降压解析开采 排水降压解析开采 自然压力开采
页岩气与煤层气、天然气对比
传统泥页岩油气与典型页岩气异同点比较
特点
泥页岩裂缝油气
页岩气
共性
界定
赋存于泥页岩裂缝中的 同时以吸附和游离状态赋存于以泥页 泥岩或页岩地层中
在热裂解气大量生成过程中,由于天然气的生成作用使 原有的地层压力得到不断提高,从而产生原始的高异常地层 压力,即“高压锅”原理。进而，页岩内部沿应力集中面、 岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生裂缝，天然气聚集其中 则易于形成以游离相为主的工业性页岩气藏, 该阶段,游离 相的天然气以裂隙聚集为主,页岩地层的平均含气量丰度达 到较高水平。
3、溶解气（solute gas）
页岩气极少以溶解的形式存在。
沉积盆地的有机质在生物改造和热化学动力 学作用下生成的天然气，其中一部分会溶解在地 层水中，随着地层水滞留在原地，或由于页岩孔 渗性、构造作用的影响随地层水流动而发生短距 离运移，成为溶解气。
二、页岩气储层及储集
3、异常压力
异常压力的存在是页岩气藏的一个识别标志。
马赛拉斯页岩露头
2、厚度
区域上连续稳定分布，具有经济价值页岩气藏的页岩厚度下限 目前还没有被明确提出来，具有良好页岩气开发商业价值的页 岩厚度下限定为30ft(10m）较为合理。
3、成熟度
在成因机理上，页岩气具有多种生气机理，页岩的高成熟度不 是制约页岩气成藏的主要因素，相反，成熟度越高越有利于页 岩气成藏。成熟度底限条件要求相对较低(Ｒｏ≥0.5%)。
游离气 吸附气
孔隙度较好时
孔隙度较差时
孔隙度可以影响页岩气是以吸附状态还是以游离 状态为主，在具有较大孔隙的页岩层中页岩气主要 以游离方式储集在孔隙裂缝中，而在某些孔隙度较 小的岩层中页岩气通常以吸附状态为主。
美国含气页岩主要储集特征
盆地
页岩名 称
时代
含气量 (m3·t1)
吸附气 含量 （%）
5 942 86.29 1.69 2.47 7.96 -48.4 -43.7 10
6 947 55 6.23 11.98 5.01 /
/
/
7 956 86.38 0.82 0.83 10.23 -50.8 -41.8 2.6
8 958 53.32 5.43 10.6 8.01 /
/
/
不同程度的增加， 10 971 31.23 16.12 14.32 /
物质来源
页岩气的来源，在岩性上包括了沥青质或富含有机质 的暗色、黑色泥页岩、极致密的粉细砂岩或砂质细粒 岩，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4％～30％的有机质。页 岩气的工业聚集需要丰富的气源物质基础，这要求生 烃有机质含量达到一定标准，那些“肥沃”的黑色泥 页岩通常是页岩气发育的最好岩性。
构造高部位、盆地斜坡
及盆地中心坳陷巨厚的
深水沉积。这一阶段天
然气表现为原地吸附聚
集或短距离扩散，运聚
范围集中在异常压力分
布的位置。
须家河组(左)和龙马溪组(右)页岩气存在证据 (选自中国石化南方勘探公司)
3、晚期裂缝调整成藏阶段—川东地区
川东地区页岩气系统示意图
二、页岩气储层及储集 1、含气页岩的孔隙度及渗透率
油气
岩为主的地层中的天然气
含烃
天然气成因 热成熟气
从生物气到高、过成熟气
热成熟产气为主
赋存介质 泥岩或页岩裂缝
泥页岩及其砂岩夹层中的裂缝、孔隙、 有机质等
泥岩或页岩裂缝
赋存相态 游离相
游离+吸附相
游离相
主控因素 构造裂缝
各类裂缝、有机碳含量、有机质成熟 度等
裂缝
成藏模式
岩石破裂理论、幕式理 论、浮力理论
2.0-11.0 2.0-10.0 5.0-15.0 1.0-6.0 0.5-5.5
<0.1 0.35-0.92
<0.1
0.81
<0.1
0.99
0.01 0.99-1.02
<0.1 0.46-0.58
二、页岩气储层及储集
2、页岩气的储集方式
天然气在泥页岩中的赋存有三种基本方式：
①以物理或化学的形式吸附在干酪根和粘土颗粒表 面上；
吸附理论、活塞式或置换式复杂理论
岩石破裂理论、复 杂成藏理论
成藏特点
以油为主的原地、就近 或异地聚集
以气为主的原地聚集
邻近或烃源岩内部 成藏
保存特点 良好的封闭和保存条件 抗破坏（构造运动）能力较强
适当保存
生产特点 采收率高、产量递减快 采收率低、生产周期长
特殊开发技术
二、页岩气的来源
页岩中的有机质演化生成的气是页岩气的唯一来源， 任何沉积盆地中，只要富有有机质页岩，就有可能会形 成页岩气藏
页岩气气藏的封盖 条件特殊。它不依赖于 常规圈闭的形成而存在， 页岩气藏一般形成于烃 源岩层内部的裂缝发育 区，四周由致密泥页岩 包围，只要满足封闭页 岩气的条件就能保存页 岩气。
页岩（包括粘土及致密砂岩）中、以热解气或生物甲 烷气为主、主要以吸附气形式聚集于有机质或粘土中， 或者以
游离气形式赋存于 孔隙和裂缝中、连 续的自生自储的非 常规油气资源。
自生自储
成因类型
主要成分 成藏特点 分布特点
页岩气
煤层气
天然气
有机质热演化成因、 生物成因
有生机物质成热因演化成因，有因因机，质原热油演裂化解成成
三、页岩气的基本特征
1、页岩气的组分特征
页岩气组分：甲烷、乙烷、丙烷、氮气、二氧化碳等等
从化学成分上来 看，页岩气是典型的 由甲烷组成的干气， 甲烷含量通常占90% 以上，但是有一些地 层产湿气。
页岩气藏常见“色层”效应
以新奥尔巴尼（New Albany）盆地米德郡页岩气为例，随着地层 深度的增加，