页岩气及其成藏特征

7,5% 24,3% 7,8%
54,1%
• •
32,8% 13,5% 8,2% 5,9%
1989年美国页岩气产量仅42×108m3。
1998年，美国的页岩气产量达到 85×108m3，占美国天然气产量的1.6%； 页岩气储量1104×108m3，占全国天然气 探明总储量的2.3%。
8,8% 8,3% 12,6%
1990~2030年美国天然气能源结构变化
（US DOE EIA: Annual Energy Outlook 2010 Early Release）
9000 8000
• 1999年，美国页岩气产量108×108m3
（生产井数，口）
2005年水平井分段压裂与清水压裂 2003年水平井钻探 1999年多次压裂增产 1997年水力压裂增产
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的发展历史——其它国家
受美国页岩气开发的激励，印度、澳大利亚和欧洲一些国家积极开发本国页岩气资源：
• 近两年，波兰发放了58个页岩气勘探开发许可证，30多家石油公司从事页岩气开发，
已完成15口钻井，预计未来5年建成工业产能基地。
• 德国在积极推进煤层气开发的同时，大力开发页岩气，先后颁发了数十个页岩气区块
（Shirley，2001）。
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
•2006年，美国页岩气井增至40000余口，
页岩气产量达到311×108m3，占全国天 然气总产量的5.9%。
•2007年，美国页岩气产量335×108m3，
其中Barnett/Newark East气田和Antrim 气田的产量分列美国第2和第13位。
泥页岩裂缝油气藏仅限于对泥页岩中游离状态油气储集空间的初步认识， 页岩气藏则是对泥页岩中多个成藏要素的深入探讨和综合认识。
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的发展历史——中国
2. 泥页岩裂缝油气藏与页岩气藏
尽管我国在多个盆地的泥页岩中发现了油气藏，但由于在理论研究上认识 的局限性和勘探工作中对在泥页岩中寻找油气资源没有足够的重视，导致至今 泥页岩的油气勘探没有出现大的突破，停留在小规模的裂缝性油气藏阶段 ，针 对页岩气的研究还存在较多问题，系统的方法和理论也没有形成，页岩气的勘 探开发和研究明显滞后。
1973年阿以战争期间的石油禁运和19761977年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。
3000
第一口页岩气井
2808 2421 2018
2000
2500
1670
1976年，美国能源部及其以后的能源研
究和开发署（ERDA）联合国家地质调查 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的东
某油田油气成藏过程示意图
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的概念
页岩气（Shale Gas）：赋存于富有机质页岩及其夹层中（层系），以吸附及游 离状态为主要赋存方式的烃类气体（少量溶解气），属于非常规油气资源。
特点：自生、自储，原地成藏；吸附、游离赋存；低孔、超低渗；规模分布。
页岩(shale)国外通常被定义为“细粒的碎屑沉积岩”，但它在矿物组成（粘 土质、石英和有机碳等）、结构和构造上却多种多样。含气页岩并不仅仅是单纯
1500
1412 1210
1000
903 520
500
188 194 104 106 116 124 146 167
0
265
408
部页岩气工程。
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
我国自20世纪60年代以来，相继在松辽、渤海湾、柴达木、吐哈、酒西、江汉、南 襄、苏北、四川等盆地发现了规模不等的泥岩裂缝油气藏或重要的油气显示，并获得工 业油气流，初步展现了泥页岩储层的资源潜力。 不同盆地裂缝型油气藏勘探现状
松辽盆地 济阳坳陷
50余口井在青山口组见油气显示，已有4口井获工业油流，7口井产少量油流， 英12井在泥岩裂缝中获得4.56m3／d工业油流 。 已有数百口井在泥岩地层中见到良好油气显示，数十口井获得工业油流，如罗 19井、罗2O井、罗42井、罗48井、新郭3井等，罗42井钻开2827m~2861m灰褐色油 页岩时，发生井喷，放喷原油25m3，试油产气高达7746m3／d。 在南阳凹陷的北马庄、魏岗、张店和黑龙庙等地区的核桃园组的泥岩裂缝中发 现了油气显示及工业油气流，红10井的核二段深灰色泥岩岩心上，沿裂缝面见有油 浸斑块；红12井核二段的泥岩裂缝则充满了原油和魏9井的试油日产工业原油。 王场油田井深1486.5m的泥质岩段发生井喷，直接投产单井日产油49.3t、气 2071m3，累积产油7834t。 东濮凹陷文留地垒带上存在泥岩裂缝油气藏。文古2井钻探过程中见到良好气 测显示及多次后效显示，电解3011.6～3185.Om井段泥岩裂缝油气层85.7m／9。 威远地区、阳高寺和九奎山的158口井在泥页岩段气测普遍见到异常显示，威5 井，钻遇下寒武统岩段发现气浸与井喷，中途测试日产气2.46万立方米。 YCI井七尖峰组顶至四尖峰组底泥岩裂缝出油，中途测试获得35.46m3／d的油流。
页岩气及其成藏机理
刘洛夫
中国石油大学（北京）地球科学学院 2013.3
提
纲
一、页岩气的概念及发展历史
二、页岩气的成因及赋存状态
三、页岩气成藏地质特征
四、页岩气的成藏机理 五、我国页岩气资源潜力 六、结论及认识
一、页岩气的概念及发展历史
常规油气藏形成的基础
（1）物质基础： 油气生成的物质基础——烃源岩（泥质、
页岩气的概念
从源岩的生排烃的角度来看， 常规油气是源岩经历了生烃、 排烃、烃类聚集与散失等过程，聚
集于烃源岩之外的有利储层中的烃 类。
页岩气（油）则是指泥岩或页 岩在各种地质条件下生成且尚未完 全排出的，以吸附、游离、溶解等 多种形式残留于泥页岩内部的，在 现有技术条件下能够经济开采的非 常规油气资源。
勘探开发许可证，完钻数十口钻井。
• 荷兰、意大利、
丹麦、捷克、奥地 利等国家开展了页 岩气开发前期钻探
和研究工作。
• 澳大利亚页岩气
勘探开发已起步， 完成了第一口页岩
气钻井。
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的发展历史——中国
我国页岩气研究经历了从泥页岩裂缝油气藏到页岩气藏研究两个阶段。
1. 泥页岩裂缝油气藏阶段
Barnett Shale Wells, circa. 2001
• 2010年美国页岩气产量超过1379×108m3，
占全国天然气年总产量的23%，超过俄罗斯 成为全球第一大天然气生产国 。
• 2011年美国页岩气产量为1800×108m3，占
美国天然气总产量的34%。
Barnett Shale Wells, circa. 2009
页岩气的概念
页岩气与常规油气相比，储层岩性、储集空间、成藏方式、油气相态不同。
常规油气
储层：砂岩、碳酸盐岩 储集空间：孔隙、裂缝、溶洞 成藏方式：源储异地 赋存相态：游离态
页岩气 储层：泥页岩
储集空间：颗粒原始孔隙、
有机质孔隙、 微裂缝 成藏方式：自生自储 赋存相态： 吸附态、游离态
一、页岩气的概念及发展历史
1921-1975年： 从发现到工业化 生产
1975年
1960 1970 1979年 1980
陆续发现泥页岩 裂缝型油气藏
1979-1999年， 1990 页岩气产量净增 7倍 1999年
2000
地化特点研究 勘探潜力分析 机理 页岩气钻井，中 美合作开发
页岩气年产量达到 了美国干气总产量 的4.5%
• 2008年，美国页岩气产量达到572×108m3,
比上年增长了71%（EIA，2009b），页岩气 产量占到美国干气总产量的10%（EIA， 2009c）。其中70%的页岩气产量来自德克萨 斯州的Barnett页岩。
• 2009年，美国页岩气生产井数增至98590口，
产量超过878×108m3。其中，仅Barnett页岩 的产量就达到了560×108m3。页岩气快速勘 探开发使得美国天然气储量增加了40%。
赋存介质Βιβλιοθήκη Baidu
赋存相态 主控因素 成藏模式 成藏特点 保存特点 生产特点
泥岩或页岩裂缝
游离相 构造裂缝
泥岩或页岩裂缝
游离相 裂缝
岩石破裂理论、幕式理论、 吸附理论、活塞式或臵换式复杂理 岩石破裂理论、复杂成藏理 浮力理论 论 论 以油为主的原地、就近或 异地聚集 良好的封闭和保存条件 采收率高、产量递减快 以气为主的原地聚集 抗破坏（构造运动）能力较强 采收率低、生产周期长 邻近或烃源岩内部成藏 适当保存 特殊开发技术
南襄盆地 江汉盆地 东濮凹陷 四川盆地 苏北盆地盐城凹陷
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的发展历史——中国
2. 泥页岩裂缝油气藏与页岩气藏
传统泥页岩裂缝油气与典型页岩气的异同
特点 界定 天然气成因 泥页岩裂缝油气 赋存于泥页岩裂缝中的油 气 热成熟气为主 页岩气 同时以吸附和游离状态赋存于以泥 页岩为主的地层中的天然气 从生物气到高、过成熟气 泥页岩及其砂岩夹层中的裂缝、孔 隙、有机质等 游离+吸附相 各类裂缝、有机碳含量、有机质成 熟度等 共性 泥岩或页岩地层中含烃 热成熟产气为主
残留烃 排出烃
页岩油气 = 源岩残留烃
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的概念
事实上，无论是常规天然气还是页岩气，所有天然气藏的形成均需要烃源岩、 储集层、保存条件等必须的要素，但是页岩气成藏与其它（常规）天然气藏相比， 具有很大的特殊性。 常规油气藏与页岩气藏特征对比
其它（常规）天然气藏
烃源岩 储集层 盖层 圈闭 运移 保存 赋气状态 成藏模式 压力特征 分布特征 各种烃源岩（泥质岩、煤系烃源岩、碳酸盐岩） 粗碎屑岩、碳酸盐岩、致密砂岩等 泥质岩、膏盐岩、致密碳酸盐岩等 构造圈闭、岩性圈闭为主 变化范围较大 保存条件较为苛刻 多为游离态 下生上储、上生下储等 常压、超压均有发育 多受控于构造变形
美国页岩气产量及增长趋势 （Navigant Consulting, Inc. 2008）
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的发展历史——美国
• 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，页岩气产 储量进一步提高。页岩气研究向其它地 区盆地扩展，研究全面展开。
1,6% 6,3% 8,4%
的页岩，它也包括细粒的粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩及灰岩、白云岩等。页岩 作为岩层，为不同颗粒大小和不同岩性的组合。
如果泥页岩中吸附和游离的烃类以液态烃为主，则也可以称之为页岩油 （shale oil） ，这种油气与从未熟的油页岩中低温度干馏得到的“页岩油”（oil
shale）有着本质的不同。
一、页岩气的概念及发展历史
2005年
2008 2009
现 在
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的发展历史——美国
1821年在纽约州Fredonia附近富泥盆纪 有机质的Dunkirk页岩完钻的页岩气井， 是美国第一口商业生产的页岩气井
（Curtis，2002）。
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。
页岩气藏
泥页岩 泥页岩 泥页岩 不需要明显圈闭 无运移或极短距离运移 保存条件较为宽泛 吸附态和游离态，少量溶解态 自生自储 多为超压 不受构造限制
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的发展历史
美国
1821年
第一口页岩气商业钻井
中国
1921年
与美国相比，我国页岩气研 究起步较晚，美国1821年开始出 现第一口页岩气井，我国直到20 世纪60年代才开始研究，而且初 期主要关注泥页岩裂缝型油气藏。
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
福特沃斯盆地Barnett页岩1990～2007年页岩气生产井数量
一、页岩气的概念及发展历史
页岩气的发展历史——美国
碳酸盐岩、煤系烃源岩）； 油气储集的物质基础——储集层（碎 屑岩、碳酸盐岩、火山岩、结晶岩、泥质 岩）； 油气保存的物质基础——盖层。
（2）外部条件： 温压条件——油气生成、运移及保存； 圈闭条件——油气聚集的场所； 运移条件——动力、通道。 （3）良好的匹配关系： 空间配臵——叠臵关系；
时间配臵——油气生成、构造运动、 储集层、圈闭及盖层的形成。