页岩气资源潜力与勘探开发前景.doc
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1、第 30 卷第 23 期 地 质 通 报 Vol 30, Nos 23 Mar., 2011 2011年 3 月 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 页岩气资源潜力与勘探开发前景 董大忠,邹才能,李建忠,王社教,李新景,王玉满,李登华,黄金亮 DONG Da-zhong, ZOU Cai-neng, LI Jian-zhong, WANG She-jiao, LI Xin-jing, WANG Yu-man, LI Deng-hua, HUANG Jin-liang 中国石油勘探开发研究院,北京 100083 Petrochina Research Institute o
2、f Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China 摘要:页岩气为近年来在北美地区广泛勘探开发的天然气新目标,在全球非常规油气勘探开发中异军突起,成为突破最晚、近期 发展最快的非常规天然气资源。依据北美地区页岩气勘探开发的历程和全球页岩气勘探开发的进展,阐述了全球页岩气勘探开 发的基本态势和页岩气 5 个方面的典型特征, 分析了全球页岩气的资 源潜力与分布特征, 预测中国页岩气资源潜 力约 100 1012m , 指出页岩气的成功勘探开发是近 10 年来油气地质理论与工程技术取得的最激动人心的重大成就, 页岩气资源潜力丰
3、 3 富,实现全面开发将带来 一场全球的能源革命。 最后,提出了 4 点加快中国页岩气发展的建议。 关键词:页岩气;资源潜力;发展前景;纳米孔;体积压裂 中图分类号: P618.1 文献标志码: A 文章编号: 1671-2552(2011)02/03-0324-13 Dong D Z, Zou C N, Li J Z, Wang S J, Li X J, Wang Y M, Li D H, Huang J L. Resource potential, exploration and devel- opment prospect of shale gas in the whole world.
4、 Geological Bulletin of China, 2011, 30(2/3) 324-336: Abstract: Shale gas which has been widely explored and developed in North America in recent years is a new nature gas source target. It has made a tremendous progress in unconventional nature gas exploration and development all over the world, an
5、d has become a typical unconventional nature gas resource which is the latest explored and the fastest development in the last year. Based on the course in North America and progresses in the world of shale gas exploration and development, this paper made an exposition of the main sit- uation of sha
6、le gas exploration and development in the world and 5 typical geological characteristics of shale gas, and analyzed resource potential and distribution features of global shale gas, and forecasted 10010 m12 3 of shale gas resource potential in China. Furthermore in the paper we also pointed out that
7、 the success of shale gas exploration and development in recent 10 years is the most stirring great achievement in oil-gas geological theories and engineering technologies. Shale gas resource is very abundant in the world. Its overall development would bring about a world-wide energy revolution. Fin
8、ally the paper put forward four suggestions on speeding up shale gas development in China. Key words shale gas; resource potential; development prospect; nanometer-scale pores; hydraulic fracturing: 页岩 气 为 产自 极 低 孔渗 、 富 有机 质 暗 色页 岩 地 寿 命 长 的优 势 1-2 。 层 系 统 中 的 天 然 气 , 是 近期 可 实 现 经 济 规 模 勘 探 按 成因 机制
9、,页岩 气为 典型 的自 生自 储、 大面积 开 发、 资 源丰 富 的 非 常规 天 然 气资 源 。 页 岩气 的 形 连 续聚 集型 的天 然气 藏。 富有 机质 暗色 页岩 既是气 成 与 分 布 独 具 特 征 ,往 往 分 布 在 盆 地 内 厚 度 较 大 、 分 布 较 广 的 有 效 烃 源 岩 层中 , 具 资 源 潜 力 大 、 开 采 收稿日期: 2010-11-16 ;修订日期: 2010-12-27 源 岩, 又是 储层 和封盖 层。 富有 机质 暗色 页岩 生成 的 油 气除 部分 排出 、 运 移至 砂岩 或碳 酸盐 岩等 渗透 性 资助项目:国家发改委、科技部
10、、财政部国家重大专项大型油气田及煤层气开发(编号: 2008ZX05018-001 ) 作者简介:董大忠( 1962- ),男,博士,教授级高级工程师,从事油气资源评价、油气资源战略调查与选区、页岩气等非常规 油气形成与 分布基础理论和核心技术研究。 E-mail: 第 30 卷 第 23 期 董大忠等:页岩气资源潜力与勘探开发前景 325 岩石 中形 成常 规油 气藏 外,余 者大 量( 高达 总生烃 量 的 50%以 上) 在 “原 地 ”滞 留 、富 集 ,以 游 离 气和 吸 附 气 为 主赋 存 于 纳 米 级 孔 隙 及 微 裂 缝 中 。 页 岩 气 可 生 成 于 有 机 质
11、 演 化 的 各 个阶 段 , 形 成 生 物 成 因 气 、 热 成 因 气 、热 裂 解 气 、 混 合 成 因 气 等 , 其 化 学 成 分 以 甲 烷 为 主 , 占 90% 或 更 多 , 是 典 型 的 干 气 , 仅 极 少 部分 为湿 气 。 页岩 气储 层复 杂, 包括 富有 机质 暗色 页岩及 夹 层状 的粉 砂质 页岩 、泥质 粉砂 岩、 粉砂 岩或 砂岩。 不 同的 页岩 气储 层特 征差 异明 显。 脆性 与天 然微裂 缝 发育 较好 的富 有机 质暗 色页 岩(区 )是 有利 的页岩 气 开发 目标 。 页 岩储 层孔 隙度 、渗透 率极 低, 页岩气 开 发一
12、般无 自然 产能 或低 产,单 井生 产周 期长 ,经济 开 采需 要大 型多 级水 力体 积压 裂和 水平 井技 术 3。 传统 油气 地质 理论 中, 富有 机质 暗色 页岩主 要 是 烃源 岩 ,以 生成 油 气为 主 ,而 非 油 气储 层 ,使 富 有 机质 暗色 页岩 一直 为油 气勘 探开 发的 禁区 。近年 来, 富 有机 质 暗色 页 岩 发 育丰 富 的 微 纳米 级 孔 隙、 页 岩气 开采 非达 西渗 流等 地质 理论 创新 和页 岩 气开 发 水 平 井 钻 完 井 、多 级 水 力 、 体 积 压 裂 等 技 术 突 破 , 使页 岩气 工业 化开 采得 以实 现,
13、 富有 机质 暗色页 岩 成为 全球 天然 气勘 探开 发的 重要 新目 标, 并正在 引 起世 界油 气勘 探开 发的 重大 变革 , 全 方位 地影响 了 世界 能源 供需 格局 的演 变。 页岩 气是 自石 油发现 以 来最 重要 的能 源开 发。 本文 将 依据 近 年 来页 岩 气 勘 探开 发 的 新进 展 , 简 明 阐 述 全 球 页 岩 气 勘 探 开 发 的 基 本 态 势 和 页 岩 气 的 形 成 、分 布 及 主 要 特 征 , 旨 在 借 鉴 国 际 页 岩 气 勘 探 开 发 的 成 功 经 验 , 分析 中 国 页 岩 气 的 形 成 条 件 , 预 测中 国
14、页 岩 气 的 勘 探 开 发 前 景 , 以 推 动 中 国 页 岩气 的 发 展 。 1 全球页岩气勘探开发纵览 页岩 气的 勘探 开发 历史 悠久 , 已 有近 200 年 的 1 的 发展 尤 其迅 速 ,实 现了 高 效经 济 、 规模 开 发 ,成 为 北美 天然 气供 应的 重要 来源 , 并 引起 全球 天然气 供 应格 局的 重大 变化 。 欧 洲的 德国 、法国 、英 国、波 兰、 奥 地 利 、瑞 典 , 亚 洲 的 中 国 、 印度 , 大 洋 洲 的 澳 大 利 亚 、新 西兰 ,南 美 的阿 根 廷、 智 利 等国 家 或 地区 都 已 充分 认识 到页 岩气 资源
15、 的价 值和 前景 , 开 始了广 泛 的页 岩气 基础 理论 研究 、资源 潜力 评价 、工 业化开 采 1-2 4 4-5 试 验等 页岩 气的 研究 和勘 探开 发。 1.1 北美 页岩 气勘 探开 发态势 北 美产 气页 岩主 要分 布在 北美 陆台 的古生 代和 中 生代 地层 中。 北美 地区 是全 球发 现页 岩气 最早的 地 区, 世界 第一 口页岩 气井 位于 美国 东部 ,由 此拉开 了 世界 天然 气工 业发 展的 序幕 , 与 世界 石油的 发 现 相 比, 页岩 气的发 现要 早于 石油 近 40 年。 目前 ,北 美 地 区也 是世 界页 岩气 勘探 开发 最成 功
16、的 地区 , 页 岩 气 成 为北 美 最重 要 的 非常 规 天 然气 勘 探 开发 领 域 , 页 岩气 已占 到北 美天 然气 总产 量的 12%左 右, 北 美 已 进入 了天 然气 富裕 新时 代 。 1821 1975 年 为 页 岩 气 早 期 勘 探 开 发 阶 段 。 1821 年 在美 国 东部 阿巴 拉契 亚 盆地 泥 盆系 Dunkirk 页 岩中 完钻 的、 井深仅 21m 的一口 井, 在井 深 8.23m 的 泥 盆 系 Perrysbury 组 Dunkirk 页 岩 中 获 得 天 然 气 。该 井成 为北 美陆 台上 的第一 口页 岩气 井, 也是 全 球
17、第 一 口 商 业 性 页 岩 气 井 3,生 产 的 天 然 气 满 足 了 Fredonia 城市 的照 明和 部 分 生活 的 需要 , 一直 供 气 到 1858 年 ,长达 37 年 。 随 着美 国天 然气 需求 的不 断 增 加, 以页 岩气 为目标 的勘 探开 发一 度升 温, 在泥盆 纪 黑 色页 岩层 进 行了 大 量的 浅 层钻 探 ,此 后 于 1863 年 在美 国东 部的 伊利 诺伊 盆地 泥盆 系和 密西 西比系 页 岩 中发 现 低产 气 流。 18701900 年 的勘 探 开 发 范 围 涉 及到 了 美国 东 部的 纽 约 、宾 夕 法尼 亚 、俄 亥 俄
18、 、 肯 塔 基、弗 吉 尼亚 等 州 或地 区 。 1914 年 在 阿巴 拉 契 亚 盆 地 泥 盆 系 Ohio 页 岩 的 钻 探 中 获 得 日 产 气 2.8310 m 的 高产 气 流, 由此 发 现了 世界 第一 个 页 岩 气 田 Big Sandy 气 田 , 1926 年 Big Sandy 气 田 的 含 气范 围 由阿 巴 拉 契亚 盆 地 的东 部 扩 展到 西 部 , 成 为 当时 世 界已 知 的最 大 气田 。 目前 , Big Sandy 气 田已 累计 钻井 约 10000 口, 单 井平 均日 产气 最 高 为 2831.2m , 2008 年 年产 气
19、量 为 15.210 m ,处 于 美 国 第 20 大气 田的 位置 。 Big Sandy 气田 为页 岩气 早 期 勘探 开发 的重 大成 果。 19751989 年为 页 岩气 地 质理 论 与勘 探 开 发 技 术 攻 关阶 段。 20 世纪 中叶 以 前, 美 国页 岩 气勘 探 开 发 主要 集中 在东 部地 区的 阿巴 拉契 亚、密 执安 、伊利 诺 伊等 盆地 , 以 泥盆 系和 密西 西比 系黑 色页 岩为 目 的 层系 , 除 阿巴 拉契 亚盆 地 Ohio 页岩 的 Big Sandy 气 田 、 密 歇 根盆 地 Antrim 页 岩气 进 行 了 商 业 开 发 外
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