2011页岩气 中国煤炭地质局

页岩气地质评价与开发关键技术汇报提纲一、概述二、页岩气地质特征三、页岩气综合地质评价四、页岩气开发关键技术五、页岩气展望一、概述1.世界油气资源统计资源类型远景资源累计采出剩余量待发现量备注常规油气石油（×108t）天然气（×1012m）非常规油气石油（×108t）天然气（×1012m）4110~5479102910322049~3418探明程度43%436.169.4149.5217.2探明程度50%超重油及沥青（油砂）：5206油页岩：3397~8534合计：8603~13740常规石油的1.8~2.9倍常规天然气的2.2倍煤层气：168~312/中值256.1致密砂岩气：209.6页岩气：456天然气水合物：2501合计：3423一、概述2.国外页岩气发展现状全球已掀起“页岩气革命”，目前已有多个国家在进行页岩气前期评价和勘探开发先导试验，其中以美国页岩气勘探开发较为成熟。国家和地区技术可采资源量（万亿方）加拿大、墨西哥30.3美国24.4北美合计54.7南美7国34.7欧洲（不含俄联邦）17.7非洲29.5中国36澳大利亚11.2合计187.4美国能源署统计一、概述3.中国页岩气发展现状我国页岩分布盆地有四川盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、塔里木盆地、以及准噶尔盆地等，估计资源量10-30万亿方，页岩气资源丰富。一、概述3.中国页岩气发展现状中石油：确定威远、长宁、富顺-永川、昭通页岩气有利区，完钻11口评价井（2011），威201井经压裂获得初始产量10000方/日，宁201井获得初始产量14000方/日中石化：在黔东、皖南、川东北地区优选建南、黄平页岩气有利区，完钻5口评价井，3口直井见气，1口获工业气流。延长油矿：在鄂尔多斯盆地4口井获得陆相页岩气突破，图为柳坪177井在延长组长7段页岩气。汇报提纲一、概述二、页岩气地质特征三、页岩气综合地质评价四、页岩气开发关键技术五、页岩气展望二、页岩气地质特征1.页岩气成藏过程圈闭?盖层储层烃源岩生烃过程排烃过程运移过程原油裂解天然气保存页岩气（ShaleGas）是指在富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附态和游离态为主要方式存在并富集的天然气。吸附阶段孔隙充填阶段裂缝充填阶段页岩气藏阶段有机质和黏土颗粒表面吸附与解吸气体流入页岩基质孔隙气体进入天然裂缝网络最终形成页岩气藏页岩气赋存方式与成藏过程示意图（据RonMcDonald，2002）二、页岩气地质特征2.页岩气成因类型页岩气存在三种气源：1、生物成因气（生物作用）2、热成因气（干酪根、油裂解、沥青裂解）3、二者混合成因。页岩气藏气源成因示意图（据Jarvie，2003）二、页岩气地质特征3.页岩气藏特征特点页岩气藏常规气藏赋存机理主要以吸附态赋存于有机质、泥页岩颗粒表面，游离态赋存于微孔隙、微裂缝浮力作用影响下，主要以游离态聚集于储层顶部成藏特点自生自储，无明显圈闭，初次运移成藏聚集于运移路径上的圈闭，二次运移成藏气藏规模大面积区域分布，规模大于常规气藏取决于圈闭大小分布特点盆地古沉降-沉积中心及斜坡，受有机质分布控制构造较高部位的多种圈闭储集介质泥页岩基质孔、渗低，但普遍发育天然裂缝孔隙性砂岩、裂缝性碳酸盐岩富集特征裂缝发育的“甜点”高产富集区孔、渗高的已成藏圈闭储集层主控因素有机质丰度、成熟度、脆性矿物成分、裂缝、含气量等气源、输导、圈闭等勘探成功率勘探成功率高，没有真正的干井勘探成功率低，地质风险大开发特点工程风险高，需多级压裂技术，采收率低，生产周期长，一般30-50年工程风险低，单井产量高，产量递减快页岩气并不形成类似于常规油气的圈闭，具有自生自储、无气水界面、大面积低丰度连续成藏、低孔、低渗等特征，存在局部富集的“甜点”区。一般无自然产能或低产，需要大型水平井和水力压裂技术才能进行经济开采，单井生产周期长。汇报提纲一、概述二、页岩气地质特征三、页岩气综合地质评价四、页岩气开发关键技术五、页岩气展望三、页岩气综合地质评价1.基础地质特征（1）页岩识别控制包括露头识别、测井识别、地震追踪。含气页岩测井响应为“四高两低”特征，即高伽马、高电阻率、高声波时差、高中子孔隙度,低密度、低光电效应。三、页岩气综合地质评价1.基础地质特征（2）页岩面积与厚度分布页岩厚度和面积保证：充足的有机质，利于页岩气生成；储渗空间，利于页岩气富集。美国地区页岩气开发一般要求直井厚度大于30m，有效厚度大于15m。上扬子地区筇竹寺组TOC2%页岩厚度图三、页岩气综合地质评价2.地化分析有机质丰度影响了页岩的生气量与含气量。北美地区商业价值页岩气藏TOC2。干酪根类型决定了生油、生气能力。I、II型干酪根易生油，III型干酪根易生气。热成熟度Ro反映有机质是否已经成熟，虽然在不同阶段生成的天然气皆可形成页岩气藏，但是成熟度越高其产气量越大。北美较好的页岩气储层的Ro1.1%。（1）地化参数测试三、页岩气综合地质评价2.地化分析Barnett页岩含气量数据显示：有机碳含量越大,页岩含气量越高。有机碳含量高生烃潜力大；有机质颗粒表面吸附气多；有机质生烃后产生微孔隙易于天然气聚集。（2）生烃特征运用岩石热解分析，获得游离烃S1、干酪根裂解烃S2和热解峰温Tmax，指示生烃潜力和热成熟度。三、页岩气综合地质评价2.地化分析综合利用碳同位素、气样组分以及热成熟度指标，确定页岩气成因类型，探讨页岩气生成过程。（3）页岩气成因分析三、页岩气综合地质评价3.储层研究（1）物性特征GRI(美国天然气研究所)岩心分析法对威远地区九老洞组页岩评价结果原有条件下干燥和DEANSTARK提取条件下岩样号体积密度（g/cm3）基质渗透率（x10-8mD）含气孔隙度（%）含气饱和度（%）含油饱和度（%）颗粒密度（g/cm3）孔隙度（%）含水饱和度（%）12342.646.91.7168.62.7162.49031.42.665.471.2452.12.7182.38047.92.681.280.8649.82.491.73050.22.651.481.5967.02.7072.38033.0常规砂岩700m孔隙系统矿物骨架含气页岩100m孔隙中的自由气孔隙中的自由气和干酪根吸附气干酪根三、页岩气综合地质评价3.储层研究（1）物性特征孔隙度与页岩的气体总含量之间呈正相关关系；随孔隙度的增加，含气量中游离气量的比例增加。孔隙压力(MPa)孔隙压力(MPa)三、页岩气综合地质评价3.储层研究（2）温压条件温度对页岩气成藏的影响：在相同压力下，温度增高，吸附气含量降低。压力对页岩气成藏的影响：一方面，含气量与压力之间呈正相关关系；另一方面，压力对吸附气影响小，与游离气呈正相关明显。温度（oC）吸附气量（cc/g）相对于不同储层温度对应的吸附气量（Ross和Bustin，2006）三、页岩气综合地质评价3.储层研究增加页岩孔隙度，改善页岩极低的基质渗透率；有助于页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解析；裂缝是力学上的薄弱环节（包括因胶结而封闭的），增加了压裂处理的有效性。（3）裂缝发育特征三、页岩气综合地质评价3.储层研究（3）裂缝发育特征地震技术对页岩裂隙预测层属性各向异性横波分裂层属性三、页岩气综合地质评价3.储层研究页岩矿物组成主要包括石英、长石、方解石等碎屑矿物，黄铁矿等自生矿物，伊利石、蒙脱石、高岭石等黏土矿物，以及有机质。（4）岩石矿物岩石X-衍射分析ECS测井硅质、钙质矿物成分越高，脆性大，页岩储层加砂压裂时，越容易被压开，易于储层改造，造缝能力强。北美地区页岩开发要求脆性矿物含量大于40%。三、页岩气综合地质评价3.储层研究（5）应力分析水平井眼取向最大应力方向水平井的方向应与最大水平应力方向垂直水平井与裂缝不同方向的效果三、页岩气综合地质评价4.资源评价（1）老井气显复查从复查常规油气勘探穿越目标页岩层段时的录井及气测显示入手，初步分析页岩含气性的纵向和平面分布特征。三、页岩气综合地质评价4.资源评价（2）页岩含气特征作为页岩气选区与资源评价的关键系数，页岩含气量测定至关重要。目前主要有罐解气测试、等温吸附曲线测试、含气饱和度法以及有机碳-含气量拟合四种方法。a、罐解气测试等温吸附实验报告基础数据表等温吸附实验基础数据表26层位不画圈159深度(m）/2.19井号/30岩性黑色泥岩99.999分析日期2010.11.30等温吸附实验测试数据表等温吸附实验原始数据表实测计算00.000.0000.0000.00010.390.4500.4510.85921.100.9500.9871.15532.421.5101.5251.59944.311.9501.9042.20856.212.1502.1092.88868.582.2502.2623.812711.122.3502.3644.733实验结果参数表实验结果参数表实验参数拟合系数VL(m3/t)PL(MPa)泥岩0.99962.792.00Langmuir方程样品编号湿度（％）实验温度（℃）V=VL*P/(PL+P)样品重量（g)吸附量V(m3/t)P/V记录编号压力P(MPa)甲烷气浓度（％）等温吸附线0.001.002.003.0002468101214压力P(MPa)吸附量V（m3/t）实测数据拟合线gBSG)1(w游3Antrimwellsy=7.226x+5.0394R²=0.868902040608010012014016018005101520TotalOrganicCarbon(TOC,wt.%)GasContent(scf/t)b、等温吸附曲线测试d、有机碳-含气量拟合法c、含气饱和度法三、页岩气综合地质评价4.资源评价（3）资源量计算1）体积法Q总=Q吸+Q游+Q溶≈Q吸+Q游=S*h*ρ*G参数：S为泥页岩面积（km2）h为泥页岩有效厚度(m)ρ为泥页岩密度(g/cm3)G为含气量（108m3/t）G≈G吸+G游2）含气量类比法αi—预测区类比单元与标准区的类比相似系数。3）资源丰度类比法Si—预测区类比单元的面积（km2）；Ki—类比区油气资源丰度（108m3/km2），由标准区给出；刻度区地质类比总分预测区地质类比总分iniiiiGSQ1hniiiiKSQ1勘探程度评价方法主要方法和影响因素结果可靠性高勘探程度体积法在多口探井控制和地震资料控制下，根据有效体积参数及含气量，进行资源潜力计算。依据成因法，计算其对应阶段的生气量，结合其排烃特征，估算页岩气的最大残留量来进行分析。含气量类比法重点考虑对含气量影响比较大的参数（有机质丰度、有机质类型、成熟度，黏土矿物类型、孔隙度、温压条件等），进行含气量类比。低勘探程度资源丰度类比法制定类比标准，结合类比对象特征，确定与解剖区的相似系数以及关键参数的权重分布，进行类比法资源量估算。汇报提纲一、概述二、页岩气地质特征三、页岩气综合地质评价四、页岩气开发关键技术五、页岩气展望四、页岩气开发关键技术1.页岩气开发技术历程1981－1985年1985－1997年1998－2003年2003-至今•直井、泡沫压裂、氮气辅助•为直井、胶联压裂、氮气辅助、降滤失剂、表面活性剂•主体技术为直井、清水加砂压裂•水平井、清水压裂页岩气开发关键技术水平钻井技术水力压裂技术四、页岩气开发关键技术2.水平钻井随着2002年Devon能源公司沃斯堡盆地的7口Barnett页岩气试验水平井取得巨大成功，业界开始大力推广水平钻井，水平井已然成为页岩气开发的主要钻井方式。根据美国Barnett区块开发经验，水平井最终评价的开采储量是直井的3倍以上，成本只相当于直井的1.5倍，此外页岩气井初始产量与最终总产量也有很大关系。美国Barnett页岩气单井产量低,生产寿命长达30~50年Barnett直井与水平井数量对比四、页岩气开发关键技术2.水平钻井地质导向钻井：随钻测量+自然伽马测井页岩气水平钻井常用技术欠平衡/平衡钻井技术旋转导向钻井技术控制压力钻