页岩气评价

页岩气

1 世界页岩气发展现状

1.1 世界页岩气资源

据不完全统计, 全球页岩气资源量为456.24×1012m3, 超过全球常规天然气资源量( 436.1×1012m3 ), 主要分布在北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联(表1)。美国是目前探明页岩气资源最多的国家, 现已探明近30个页岩气盆地, 其中7 个高产盆地的页岩气资源量为80.84 ×1012m3, 可采储量为18.38 ×1012m3。中国页岩气资源比较丰富, 经初步估算, 主要盆地和地区的页岩气资源量约为15×1012~ 30×1012m3,中值23.5×1012m3。

1.2 页岩气勘探开发现状

北美是全球目前唯一实现页岩气商业化开采的地区。美国页岩气开采最早可追溯到1821年,但当时由于产量较小没有得到重视, 直到20世纪80年代中期, 由于水平钻完井技术和水力压裂技术的进步, 使得页岩气的生产进入大规模发展阶段。截至2008年底, 美国已完钻页岩气井约42 000口,产量首次超过煤层气, 达到507×108m3，占美国天然气总产量的10% , 预计2015年页岩气产量可达2 800 ×108m3。产能较高的有Barnett、Fayetteville、Haynesville、Marcellus、

Woodford、Antrmi和New A lbany7套页岩, 分别位于FortWorth盆地、Arkoma 盆地、North Louisiana盆地、美国东北部地区、俄克拉荷马州中南部、Michigan 盆地和Illinois盆地。

加拿大紧随美国之后开展了页岩气方面的勘探和开发试验。据加拿大非常规天然气协会( GSUG)初步估计, 加拿大页岩气地质储量超过40.7×1012m3, 主要分布于西南部的British Columbia、Alberta 和Saskatchewan 地区, 东南部Quebec、Ontario等地区也有少量分布。GSUG认为, 西部(包括British Columbia 北部Bowse盆地) Colorado页岩段、侏罗系及古生界页岩和东南部的泥盆系页岩具有开发潜力。近年来在加拿大东部Quebec地区的页岩气勘探取得重大突破,研究表明, 人们所熟知的Utica页岩资源丰度高达10.17 × 108m3, 可以和美国著名的Barnett页岩相媲美, 除此以外, 还在Utica页岩下面发现了一套厚达1500~ 2 000 m的Lorraine硅质页岩, 这套页岩的资源丰度可能为20.82×108m3,是Utica页岩的2倍多, 显示了该区良好的页岩气勘探前景。据不完全统计, 加拿大现有页岩气钻井60余口, 年产量约31× 108m3 /a。

北美地区页岩气勘探的巨大成功, 引起了世界各国的广泛关注, 德国、匈牙利、波兰、瑞士、英国、澳大利亚以及印度等国也纷纷开展页岩气的勘探与开发试验。

中国自2004年起, 由国土资源部油气资源战略研究中心与中国地质大学(北京)合作开展了页岩气资源的研究工作。通过对比湖南、四川等8省市成藏条件后, 认为重庆市渝南和东南地区广泛分布下寒武统、下志留统、中二叠统3套地层, 许多地区有形成大规模页岩气的可能。自2005年起, 中国石油( CNPC )开展了页岩气方面的研究工作, 一是通过对以往资料的分析, 证实了页岩气确实在国内广泛存在, 二是加强与国外的合作。如2007年10月中国石油天然气集团公司与美国新田石油公司签署了/ 威远地区页岩气联合研究0协议, 2009年11月与壳牌公司签订/四川盆地富顺) 永川区块页岩气联合评价协议0。值得一提的是, 2008年11月由中国石油勘探开发研究院设计实施的中国首口页岩气取心浅井在四川宜宾顺利完钻, 设计200m 的井深取心154 m, 并进行了大量的分析测试。中国石化近年来也已设立页岩气专题研究组,并在全国范围内开展了页岩气藏潜力评价及有利地区优选工作。中国海油( CNOOC )也于2010年成立了专门的页岩气专题研究组, 主要从事南方地区页岩气藏潜力评价和区带优选工作。2009年8月17日, 中国首个页岩气开发项目在重庆綦江启动, 标志着中国正式开始了新型能源页岩气的勘探与开发。2009年8月27日,中国研究人员在重庆市境内的北部县区(秦岭褶皱带南端)肉眼观察并发现了页岩气的直接存在。

2 页岩气特点

页岩气与深盆气、煤层气一样都属于“持续式”聚集的非常规天然气。所谓页岩气( Shale Gas) 系指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙, 使之储集和保存了一定

具商业价值的生物成因和热解成因天然气。页岩气系统具有典型的自生自储特性。

2. 1 页岩产气机理与赋存形式

天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离, 具有与煤层气大致相同的机理过程。如图2所示, 通过生物作用或热成熟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, 此时所形成的页岩气主要以吸附状态赋存于页岩内部。当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时, 富裕的页岩气解吸进入基质孔隙。随着天然气的大量生成, 页岩内压力升高, 出现造隙及排出, 游离状天然气进入页岩裂缝中并聚积。

图2裂缝页岩气生成模式( 据李明潮 ,1996, 有修改) 页岩岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩和高碳泥页岩类, 岩石组成一般包括30%~ 50%的粘土矿物、15% ~ 25%的粉砂质( 石英颗粒) 和4%~ 30%的有机质。正是由于页岩具有这样的特性, 所以页岩中的天然气具有多种存在方式,主要包括了2 种形式, 即游离态( 大量存在于页岩孔隙和裂缝中) 和吸附态( 大量存在于粘土矿物、有机质、干酪根颗粒及孔隙表面上) , 其中吸附态存在的天然气占天然气赋存总量的20% ( Barnett Shale) 到85%( Lew is Shale)。

2. 2 页岩气成因

前人对美国5 大页岩气盆地页岩气的成因研究表明, 页岩气可以通过以下2 种途径演变而来。

第1 种途径: 热裂解成因气。页岩中热成因气的形成有3 个途径( 图3) :①干酪根分解成气体和沥青; ②沥青分解成油和气体( 步骤1 和步骤2 为初次裂解) ; ③油分解成气体、高含碳量的焦炭或者沥青残余物( 二次裂解) 。最后一个步骤主要取决于系统中油的残余量和储层的吸附作用。美国ForWorth 盆地的Barnett 页岩气就是通过来源于干酪根热降解和残余油的二次裂解 , 主要以残余油的二次