ok中国地质大学(北京)张金川—页岩气历史、现状与未来
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Prospects: breakthrough and hot topic
内容提要 Outlook
页岩气 What is shale gas
wk.baidu.com
页岩气特点
Characteristics of shale gas
美国页岩气发展 Shale gas history in USA 页岩气的未来 Shale gas in the future
Complex transition migration in shale Natural gas Basement
①
页岩 Shale 致密砂岩
②
Tight sands 常规砂岩 Conventional sandstone
③
含 气 裂 缝 带 Gas-bearing fracture 天然气 Natural gas
有机碳含量/%
8
总含气量 吸附气量
6
4.81–7.08
含 气 量
(m3/t)
4
1.70－3.54 2
0
0
10
压力(Mpa)
20
30
福特沃斯Barnett（Montgomery，2005）
美国含气页岩主要特征
盆地 页岩名称 埋藏深度(m) 毛厚度(m) 净厚度(m) TOC(%) Ro(%) 含气孔隙度(%)/总 孔隙度(%) 吸附气含量(%) 地层压力系数 单井日产量(m3) 采收率(%) 单井储量(万方) 阿巴拉契亚 Ohio 610-1524 91-305 9-31 0-4.7 0.4-1.3 2/4.7 50 0.35-0.92 850-14159 10-20 425-1699 密执安 Antrim 183-730 49 21-37 0.3-24 0.4-0.6 4/9 70 0.81 1133-14159 20-60 566-3398 伊利诺斯 New Albany 183-1494 31-122 15-30 1-25 0.4-1.0 5/(10-14) 40-60 0.99 283-1416 10-20 425-1699 富特沃斯 Barnett 1981-2591 61-91 15-60 4.5 1.0-1.3 2.5/(4-5) 20 0.99-1.02 2832-28317 8-15 1416-4248 圣胡安 Lewis 914-1829 152-579 61-91 0.45-2.5 1.6-1.88 (1-35)/(3-5 .5) 60-85 0.46-0.58 2832-5663 5-15 1699-5663
Greater Green River: Lewis, Mowry & Niobrara San Joaquin: McClure Unita: Green River Paradox: Cane Creek Santa Maria: Monterey Denver-Julesburg: Piceance : Niobrara Green River Forest City: Excello/Mulky
页岩气：主体上以吸附和游离状态赋存于泥、页岩地层中的天然气聚集 (张金川等，2003)。
Shale gas, is the adsorbed and free gas remained in source rocks as shale or mudstone, even in pelitic siltstone or siltpelite.
美国的页岩气主要发现于中 - 古生界（ D-K）地层中，勘探开发主要 集中在东北部和中西部地区。
加
拿
Crazy Mountains： Wind River： Williston: Bakken
500km
大
美
Powder River: Big Horn： Gammon
Michigan: Antrim Appalachian: Devonian / Ohio Illinois: New Albany
（据Curtis,2002英制单位换算）
10 H/×10m 1 0.1
Toc/% Qg/m3/t
10 H/×10m 1 0.1
Toc/% Qg/m3/t
10 H/×10m 1 0.1
Toc/%
Qg/m3/t
Фg/‰ 伊利诺斯
Ro/%
Фg/‰ 密执安
Ro/%
Фg/‰ 阿巴拉契亚
Ro/%
10
H/×10m
两种类型页岩气
Classification of shale gas
类型 Type
干酪根类型 Kerogen type 成熟度底限 Maturity threshold 生气机理 Gas generation 孔渗性 Porousity and permibility 含气量 Gas content 压力 Pressure
密执安 盆地
尤因塔 盆地 皮申斯 盆地 圣胡安盆 地
阿纳达科 盆地
福特沃斯盆地
产页岩气盆地 其它含页岩气盆地 产气区域
美国页岩气盆地分布图（据GTI,USA，2003）
1821年Hart在纽约的Fredonia完成 第一口商业性气井
1859.8.27
（2）1926年，泥盆系页岩（东肯塔基和西弗吉尼亚 气田）形成了当时世界上最大的天然气田。 （3）1973年阿以战争期间的石油禁运和1976-1977年
Replacement migration in conventional reservoir
Piston-typed migration in tight sand reservoir
从成因角度， 页岩气可以理 解为泥页岩地 层中未被及时 排出的残留气。
bitumen
Tight sands Conventional reservoir Shale Gas-bearing fracture
（after Martin）
黑色页岩自燃现象：∈1n黑色页岩由于硫、磷化物的自燃而燃烧
钻井过程中的疑似气显
具有普遍发现意义的岩芯逸气 Gas escaping from shale cores
页岩气研究意义
Research Significances for Shale Gas
（1）普遍意义：滞留是主体
美国页岩气勘探开发历程
（1） 1821年，美国第一口工业性天然气钻井（8m深 度时产出泥盆系页岩裂缝气） 该井实际上就是页岩气井（Chautauqua县浅埋的 泥盆系Dunkirk页岩），当时产气量少未引起重视， 但就此拉开了美国天然气工业发展的序幕。此后，美 国的页岩气陆续发现。
威利斯顿 盆地 丹佛盆 地
高 High
浅 Shallow
低 Low
深 Deep
页岩气基本特点
(１)岩性：多为富含有机质的暗色、黑色页岩、高碳页 岩及含沥青质页岩，总体上表现为暗色页岩类与浅色 粉砂岩类的薄互层。 (２)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2-25%的有机质。 (３)成因：可主要来源于生物作用或热成熟作用。
Universality: remaining is the main body
（2）复合机理：游离+吸附
Mechanism: composing by freedom and absorption
（3）经济价值：成本并不昂贵
Economic: costing is not expensive
（4）应用前景：突破口和热点
10 H/×10m
Toc/% Qg/m3/t
San Juan: Lewis
Qg/m3/t
1 0.1
1 0.1
Toc/%
Michigan: Antrim Illinois: New Albany Fort Worth: Barnett
500k m
Appalachian: Ohio
Фg/‰ 圣胡安
Ro/%
(４)有机地球化学指标：TOC一般不小于2%，Ro大于 0.4%
(５)页岩本身既是气源岩又是储气层。
（６）孔隙度一般小于10%，而含气的有效孔隙度一 般只有1-5%。渗透率则随裂缝的发育程度不同而有 较大变化。 （７）页岩中具有广泛的饱含气性，天然气的赋存状 态多变，以吸附态或游离态为主，吸附状态天然气的 含量变化于20-90%之间，一般为50%左右，溶解态 仅有少量存在。
（８）页岩气成藏具有隐蔽性特点，可以不需要常规 圈闭存在，但当裂缝在其中发育时，有助于游离相天 然气的富集和自然产能的提高。 （９）当页岩中发育的裂隙达到一定数量和规模时， 构成天然气勘探的有利目标－甜点。
吸 5.0 附 含 气 4.0 量 /m3
3.0
2.0
1.0
0.0 0 5 10 15 20
Фg/‰
Ro/%
福特沃斯
Ф g：含气孔隙度/‰；Qg：平均吸附含气量/m3/t；Ro：最大平均镜质体反射 率/%；H：页岩最小平均净厚度/10m；Toc：有机碳最大平均含量/%
产气页岩特点
TOC：一般＞2%，最好在2.5 ～ 3.0%以上 Ro：一般＞0.5%（Ⅲ型）或1.2% （Ⅰ型） ，美国主要页 岩气层为0.4-3.5% 厚度：一般＞ 10m 页岩特点：脆性矿物含量高、微裂缝发育，其中石英、长 石等矿物含量大于30%～ 40% 产气区：盆地中心区、斜坡区，即优质烃源岩发育区 产液特点：部分页岩产轻质油，生物成因页岩气可产水
江西（下寒武统）
Black Shale in Jiangxi Province, Lower Cambrian
页岩气的聚集至少存在两种机理
(A)游离相态的天然气聚集，其中天然气的分布 受控于页岩中孔隙空间的发育，受控于其中 裂缝的分布。
(B)吸附作用机理，页岩气的赋存聚集机理在吸 附作用特征上与煤层气具有相似之处，即受 控于页岩颗粒表面物质的吸附作用。
间的第一次石油危机促使美国能源部(DOE)投入大量
资金用于页岩气研究，加快了天然气勘探研究的步伐。
（4）1976年，美国能源部及其以后的能源研究和开
发署（ERDA）联合了国家地质调查所、州级地质调查
所、大学以及工业团体，发起并实施了针对页岩气研
究与开发（R & D）的东部页岩气工程。
（5）从1980年开始，天然气研究所（GRI）开始对东 部页岩气进行系统研究，导致新的发现不断产生并使 页岩气产储量进一步提高。随后的页岩气勘探和研究 迅速向其它地区盆地扩展，页岩气研究全面展开。
Longmaxi Shale in Chongqing, Lower Silurian
湖北（志留统龙马溪组）
Longmaxi Shale in Hubei Province, Lower Silurian
云南（下寒武统）
Black Shale in Yunnan Province, Lower Cambrian
页岩气
What is shale gas
页岩气特点
Characteristics of shale gas
美国页岩气发展 Shale gas history in USA 页岩气的未来 Shale gas in the future
深盆气
常规气
游离状态 页岩气 天然气 吸附状态 煤层气 溶解状态 水溶气 油溶气 水合物
直接型 Direct-type
Ⅲ
间接型 Indirect-type
Ⅰ、Ⅱ
Ro≥0.4%
生物化学、热解 Biochemistry 高 High 低 Low 低 Low
Ro≥1.2%
热裂解、生物再作用 Thermal cracking 低 Low 高 High 高 High
吸游比 A/F
埋藏深度 Buried depth
页岩气开发核心技术
页岩气开发
核心技术
水平钻井技术
水力压裂技术
内容提要 Outlook
页岩气 What is shale gas 页岩气特点 Characteristics of shale gas
美国页岩气发展
Shale gas history in USA
页岩气的未来 Shale gas in the future
Steve Drake,2007
砾 巨砂
粗砂
粘土 细粉砂 粗粉砂 0.05
细砂
中砂 0.5 1.0 2.0
0.005
0.1
0.25
颗粒直径（mm）
5 4.5 4 3.5
3 V（m /t）
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
P（MPa）
重庆彭水（下志留统龙马溪组）
页岩气国际学术研讨会
页岩气历史、现状与未来
History，Current Situation and Future of Shale Gas
中国地质大学（北京）
China University of Geosciences, Beijing
张金川
Zhang Jinchuan
内容提要 Outlook
内容提要 Outlook
页岩气 What is shale gas
wk.baidu.com
页岩气特点
Characteristics of shale gas
美国页岩气发展 Shale gas history in USA 页岩气的未来 Shale gas in the future
Complex transition migration in shale Natural gas Basement
①
页岩 Shale 致密砂岩
②
Tight sands 常规砂岩 Conventional sandstone
③
含 气 裂 缝 带 Gas-bearing fracture 天然气 Natural gas
有机碳含量/%
8
总含气量 吸附气量
6
4.81–7.08
含 气 量
(m3/t)
4
1.70－3.54 2
0
0
10
压力(Mpa)
20
30
福特沃斯Barnett（Montgomery，2005）
美国含气页岩主要特征
盆地 页岩名称 埋藏深度(m) 毛厚度(m) 净厚度(m) TOC(%) Ro(%) 含气孔隙度(%)/总 孔隙度(%) 吸附气含量(%) 地层压力系数 单井日产量(m3) 采收率(%) 单井储量(万方) 阿巴拉契亚 Ohio 610-1524 91-305 9-31 0-4.7 0.4-1.3 2/4.7 50 0.35-0.92 850-14159 10-20 425-1699 密执安 Antrim 183-730 49 21-37 0.3-24 0.4-0.6 4/9 70 0.81 1133-14159 20-60 566-3398 伊利诺斯 New Albany 183-1494 31-122 15-30 1-25 0.4-1.0 5/(10-14) 40-60 0.99 283-1416 10-20 425-1699 富特沃斯 Barnett 1981-2591 61-91 15-60 4.5 1.0-1.3 2.5/(4-5) 20 0.99-1.02 2832-28317 8-15 1416-4248 圣胡安 Lewis 914-1829 152-579 61-91 0.45-2.5 1.6-1.88 (1-35)/(3-5 .5) 60-85 0.46-0.58 2832-5663 5-15 1699-5663
Greater Green River: Lewis, Mowry & Niobrara San Joaquin: McClure Unita: Green River Paradox: Cane Creek Santa Maria: Monterey Denver-Julesburg: Piceance : Niobrara Green River Forest City: Excello/Mulky
页岩气：主体上以吸附和游离状态赋存于泥、页岩地层中的天然气聚集 (张金川等，2003)。
Shale gas, is the adsorbed and free gas remained in source rocks as shale or mudstone, even in pelitic siltstone or siltpelite.
美国的页岩气主要发现于中 - 古生界（ D-K）地层中，勘探开发主要 集中在东北部和中西部地区。
加
拿
Crazy Mountains： Wind River： Williston: Bakken
500km
大
美
Powder River: Big Horn： Gammon
Michigan: Antrim Appalachian: Devonian / Ohio Illinois: New Albany
（据Curtis,2002英制单位换算）
10 H/×10m 1 0.1
Toc/% Qg/m3/t
10 H/×10m 1 0.1
Toc/% Qg/m3/t
10 H/×10m 1 0.1
Toc/%
Qg/m3/t
Фg/‰ 伊利诺斯
Ro/%
Фg/‰ 密执安
Ro/%
Фg/‰ 阿巴拉契亚
Ro/%
10
H/×10m
两种类型页岩气
Classification of shale gas
类型 Type
干酪根类型 Kerogen type 成熟度底限 Maturity threshold 生气机理 Gas generation 孔渗性 Porousity and permibility 含气量 Gas content 压力 Pressure
密执安 盆地
尤因塔 盆地 皮申斯 盆地 圣胡安盆 地
阿纳达科 盆地
福特沃斯盆地
产页岩气盆地 其它含页岩气盆地 产气区域
美国页岩气盆地分布图（据GTI,USA，2003）
1821年Hart在纽约的Fredonia完成 第一口商业性气井
1859.8.27
（2）1926年，泥盆系页岩（东肯塔基和西弗吉尼亚 气田）形成了当时世界上最大的天然气田。 （3）1973年阿以战争期间的石油禁运和1976-1977年
Replacement migration in conventional reservoir
Piston-typed migration in tight sand reservoir
从成因角度， 页岩气可以理 解为泥页岩地 层中未被及时 排出的残留气。
bitumen
Tight sands Conventional reservoir Shale Gas-bearing fracture
（after Martin）
黑色页岩自燃现象：∈1n黑色页岩由于硫、磷化物的自燃而燃烧
钻井过程中的疑似气显
具有普遍发现意义的岩芯逸气 Gas escaping from shale cores
页岩气研究意义
Research Significances for Shale Gas
（1）普遍意义：滞留是主体
美国页岩气勘探开发历程
（1） 1821年，美国第一口工业性天然气钻井（8m深 度时产出泥盆系页岩裂缝气） 该井实际上就是页岩气井（Chautauqua县浅埋的 泥盆系Dunkirk页岩），当时产气量少未引起重视， 但就此拉开了美国天然气工业发展的序幕。此后，美 国的页岩气陆续发现。
威利斯顿 盆地 丹佛盆 地
高 High
浅 Shallow
低 Low
深 Deep
页岩气基本特点
(１)岩性：多为富含有机质的暗色、黑色页岩、高碳页 岩及含沥青质页岩，总体上表现为暗色页岩类与浅色 粉砂岩类的薄互层。 (２)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2-25%的有机质。 (３)成因：可主要来源于生物作用或热成熟作用。
Universality: remaining is the main body
（2）复合机理：游离+吸附
Mechanism: composing by freedom and absorption
（3）经济价值：成本并不昂贵
Economic: costing is not expensive
（4）应用前景：突破口和热点
10 H/×10m
Toc/% Qg/m3/t
San Juan: Lewis
Qg/m3/t
1 0.1
1 0.1
Toc/%
Michigan: Antrim Illinois: New Albany Fort Worth: Barnett
500k m
Appalachian: Ohio
Фg/‰ 圣胡安
Ro/%
(４)有机地球化学指标：TOC一般不小于2%，Ro大于 0.4%
(５)页岩本身既是气源岩又是储气层。
（６）孔隙度一般小于10%，而含气的有效孔隙度一 般只有1-5%。渗透率则随裂缝的发育程度不同而有 较大变化。 （７）页岩中具有广泛的饱含气性，天然气的赋存状 态多变，以吸附态或游离态为主，吸附状态天然气的 含量变化于20-90%之间，一般为50%左右，溶解态 仅有少量存在。
（８）页岩气成藏具有隐蔽性特点，可以不需要常规 圈闭存在，但当裂缝在其中发育时，有助于游离相天 然气的富集和自然产能的提高。 （９）当页岩中发育的裂隙达到一定数量和规模时， 构成天然气勘探的有利目标－甜点。
吸 5.0 附 含 气 4.0 量 /m3
3.0
2.0
1.0
0.0 0 5 10 15 20
Фg/‰
Ro/%
福特沃斯
Ф g：含气孔隙度/‰；Qg：平均吸附含气量/m3/t；Ro：最大平均镜质体反射 率/%；H：页岩最小平均净厚度/10m；Toc：有机碳最大平均含量/%
产气页岩特点
TOC：一般＞2%，最好在2.5 ～ 3.0%以上 Ro：一般＞0.5%（Ⅲ型）或1.2% （Ⅰ型） ，美国主要页 岩气层为0.4-3.5% 厚度：一般＞ 10m 页岩特点：脆性矿物含量高、微裂缝发育，其中石英、长 石等矿物含量大于30%～ 40% 产气区：盆地中心区、斜坡区，即优质烃源岩发育区 产液特点：部分页岩产轻质油，生物成因页岩气可产水
江西（下寒武统）
Black Shale in Jiangxi Province, Lower Cambrian
页岩气的聚集至少存在两种机理
(A)游离相态的天然气聚集，其中天然气的分布 受控于页岩中孔隙空间的发育，受控于其中 裂缝的分布。
(B)吸附作用机理，页岩气的赋存聚集机理在吸 附作用特征上与煤层气具有相似之处，即受 控于页岩颗粒表面物质的吸附作用。
间的第一次石油危机促使美国能源部(DOE)投入大量
资金用于页岩气研究，加快了天然气勘探研究的步伐。
（4）1976年，美国能源部及其以后的能源研究和开
发署（ERDA）联合了国家地质调查所、州级地质调查
所、大学以及工业团体，发起并实施了针对页岩气研
究与开发（R & D）的东部页岩气工程。
（5）从1980年开始，天然气研究所（GRI）开始对东 部页岩气进行系统研究，导致新的发现不断产生并使 页岩气产储量进一步提高。随后的页岩气勘探和研究 迅速向其它地区盆地扩展，页岩气研究全面展开。
Longmaxi Shale in Chongqing, Lower Silurian
湖北（志留统龙马溪组）
Longmaxi Shale in Hubei Province, Lower Silurian
云南（下寒武统）
Black Shale in Yunnan Province, Lower Cambrian
页岩气
What is shale gas
页岩气特点
Characteristics of shale gas
美国页岩气发展 Shale gas history in USA 页岩气的未来 Shale gas in the future
深盆气
常规气
游离状态 页岩气 天然气 吸附状态 煤层气 溶解状态 水溶气 油溶气 水合物
直接型 Direct-type
Ⅲ
间接型 Indirect-type
Ⅰ、Ⅱ
Ro≥0.4%
生物化学、热解 Biochemistry 高 High 低 Low 低 Low
Ro≥1.2%
热裂解、生物再作用 Thermal cracking 低 Low 高 High 高 High
吸游比 A/F
埋藏深度 Buried depth
页岩气开发核心技术
页岩气开发
核心技术
水平钻井技术
水力压裂技术
内容提要 Outlook
页岩气 What is shale gas 页岩气特点 Characteristics of shale gas
美国页岩气发展
Shale gas history in USA
页岩气的未来 Shale gas in the future
Steve Drake,2007
砾 巨砂
粗砂
粘土 细粉砂 粗粉砂 0.05
细砂
中砂 0.5 1.0 2.0
0.005
0.1
0.25
颗粒直径（mm）
5 4.5 4 3.5
3 V（m /t）
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
P（MPa）
重庆彭水（下志留统龙马溪组）
页岩气国际学术研讨会
页岩气历史、现状与未来
History，Current Situation and Future of Shale Gas
中国地质大学（北京）
China University of Geosciences, Beijing
张金川
Zhang Jinchuan
内容提要 Outlook