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页岩气发展现状及勘探前景

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页岩 发展 现状 勘探 前景
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第17卷第5期 2010年10月 特种油气藏 il 7 0010 文章编号:1006—6535(2010)05—0001—07 页岩气发展现状及勘探前景 徐建永,武爱俊 (中海油研究中心,北京100027) 摘要:随着北美地区页岩气勘探的巨大成功,页岩气资源勘探在全球范围内持续升温,现已有 10多个国家开展了页岩气的勘探与开发试验工作。研究认为,中国页岩气资源丰富,许多盆 地或地区具有页岩气大规模成藏的地质条件,中国的南方地区、华北一东北地区、西北和青藏 地区都具有良好的页岩气勘探前景。通过分析比较上述地区页岩气成藏主控因素后认为,中 国的南方、西北(包括鄂尔多斯盆地及其周缘)和青藏地区都是比较有利页岩气勘探区域,其 中南方地区应作为中国实现页岩气勘探突破的首选地区。中国的页岩气勘探目前还处于起步 阶段。 关键词:页岩气;发展现状;中国勘探前景;有利区域 中图分类号: 文献标识码:A 引 言 页岩气是以吸附和游离状态同时存在于泥页 岩地层中的天然气,表现为典型的“原地”成藏模 式。页岩气是一种典型的非常规天然气,在 20世纪70年代中期之前曾被归人非经济可采资 源,随着天然气开发技术的进步以及对天然气的依 赖逐渐变为经济可采资源。页岩气因其资源潜力 巨大和经济效益显著受到各国政府及能源公司的 重视。 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 ×10 m ,超过全球常规天然气资源量(436.1× 10 m ),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80.84×10 m ,可采储量为18.38 x 10挖m 3_ 。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15×10 ~30×10佗m ,中值23.5× 10。 41。 表1世界主要地区页岩气资源前景 地区或国家 页岩气储量/10 美 拉丁美洲 西欧 中欧+西欧 前苏联 中东+北非 撒哈拉以南非洲 中亚+中国 太平洋地区(经合组织) 其它亚太地区 南亚 一 世界(合计)456.0 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8O 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 x 10 m ,占美国天 然气总产量的10%,预计2015年页岩气产量可达 收稿日期:20100202;改回日期:20100622 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目“南海深水区盆地远源碎屑岩沉积机理研究”(2009作者简介:徐建永(1976一),男,工程师,硕士,1999年毕业于中国石油大学(华东)资源勘查工程专业,现主要从事石油地质综合研究。 7 9 4 1 7 l 8 8 5 9 呕 " 2 特种油气藏 第17卷 2 800×10 m 。产能较高的有1套页岩,分别位于国东北部地区、俄克拉荷马州 中南部、 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 (步估计,加拿大页岩气地质储量超过 40.7×10 m ,主要分布于西南部的南部 为,西部(包括)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 大东部研究表明,人们所熟知的7×10 m ,可以和美国著名的媲美,除此以外,还在套厚达1 500~2 000 套页岩的资源丰度可能为20.82 X 10 m ,是岩的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31×10 m。/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(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”协议,2009 年11月与壳牌公司签订“四页岩气联合评价协议”。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宾顺利完钻,设计 200 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(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中国陆上主要页岩 依据地质历史,可将中国的页岩气发育区划分 为大致与板块对应的4大区域:南方、华北一东北、 西北及青藏等4大区域 __ ]1勰,每个区域中都发育 有多套页岩(表2)。 2.1南方地区 中国南方是指位于秦岭一大别山一苏鲁造山 带以南、三江一甘孜~阿坝造山带以东的广大地 区,总面积约220×10 其中中、古生界海相地 层分布面积约为150×10 9 ,大地构造格局 以华南板块的扬子陆块与华夏陆块为主体 。中 国南方扬子地台区古生界发育震旦系一三叠系海 相沉积,沉积岩厚度为4 000~7 000 m。中国南方 经历了多期原型盆地的并列叠加,发育了4套区域 性烃源岩(下寒武统、上奥陶统五峰组~下志留统 龙马溪组、下二叠统栖霞组和上二叠统龙 大隆 组)和4套局部性烃源岩(上震旦统陡山沱组、中 泥盆统罗富组一上泥盆统榴江组、下石炭统、下三 叠青龙组)[12 ,其中下寒武统、上奥陶统五峰 组~下志留统龙马溪组等多套海相黑色硅质页岩 建造分布稳定,埋藏深度浅,有机质丰度高,有利于 页岩气藏的形成与富集¨ 。 (1)下寒武统页岩。岩性为深灰一黑色炭质 页岩夹炭硅质页岩,广泛分布于川北的筇竹寺组、 贵州一湘西的牛蹄塘组、鄂西的水井沱组、浙西一 in 009 } K 4.2008 第5期 徐建永等:页岩气发展现状及勘探前景 3 皖南的荷塘组和苏南一苏北的幕府山组,现今残留 殖型。上扬子与下扬子地区页岩演化程度较高,镜 面积约90×10 厚度平均为120 m,皖南一浙 质体反射率(R。)一般大于3%,最高可达5%及以 西局部可达465 m。有机碳含量(在2.0% 上;中扬子地区页岩的演化程度略低,为2.0%~ 以上,在黔东南麻江地区最高可达22%,平均为 3.0%,部分小于2.0%。 2.88%。母质类型以腐泥型干酪根为主,少量为腐 (2)上奥陶统(五峰组)一下志留统(龙马溪组) 表2中国陆上主要页岩特征 页岩。岩性以灰黑一黑色硅质页岩和黑色炭泥质 页岩为主,主要发育在上扬子区,厚40~130m,以 川东北镇巴、川东石柱最厚;中、下扬子区不很发 育,实测标定最厚分别只有28 m,分布范 围也小。扬下区最大为3%~5%,上 扬子区在川东北城口、巫溪、黔西北习水、观音桥等 处最大可达8%。优质烃源岩厚度 一般小于40 质类型以腐泥型为主,热演化 程度较高,上扬子与下扬子地区尺 一般为2.0% ~3.0%,下扬子苏皖一带R >4.0%,中扬子地区 演化程度稍低,一般小于2.0%。 除了上述2套区域性分布的主力页岩外,还有 一些局部分布的页岩可能具有较大的勘探潜力,如 滇黔桂地区、南盘江地区、桂中坳陷、十万大山盆地 的中、上泥盆统页岩,中扬子地台的上震旦统陡山 沱组页岩,楚雄盆地的上三叠统页岩等,特别是随 着南华弧后盆地的逐渐打开在滇黔桂地区形成的 中、上泥盆统页岩¨ ”~。如桂中坳陷中泥盆统 罗富组黑色泥页岩分布面积广泛,累计厚度为170 ~639 m;4%,干酪根类型为混合 型和腐殖型;R 为1.53%~2.03% 。1959年在 桂中坳陷宜山南侧的岩口背斜上钻探的岩2井,于 4 特种油气藏 第17卷 井深612.85 41 体含甲烷10.45% ],证实了该区确 实存在页岩气。 2.2华北一东北地区 在华北一东北地区,发育了众多的含油气盆 地,其中泥页岩地层广泛发育,并已被勘探实践证 实绝大部分为优质烃源岩,如渤海湾盆地古近系沙 河街组泥页岩、鄂尔多斯盆地上三叠统延长组页岩 和松辽盆地上白垩统黑色泥页岩等。 (1)渤海湾盆地古近系沙河街组泥页岩。渤 海湾盆地是中国东部主要的含油气盆地之一,在盆 地南部已发现了胜利油气富集区(济阳坳陷),西 部发现了大港油气富集区(黄骅坳陷),东北部发 现了辽河油气富集区(下辽河坳陷),各油气富集 区的烃源岩主要以古近系沙河街组暗色泥岩为 主¨ ,页岩层主要赋存于古近系沙河街组沙四上 亚段、沙三下亚段和沙一段 。 济阳坳陷沙四上亚段烃源岩主要分布在东营 凹陷,页岩厚度为40~120 m;沙三下亚段烃源岩 分布于整个济阳坳陷,页岩厚度为150~200 m;沙 一段烃源岩纵向上主要分布在沙~段下部,平面上 该套烃源岩主要发育于沾化凹陷的孤南洼陷、渤南 洼陷和埕北凹陷,页岩厚度为50~120 四上 亚段%~10.0%之间,最高可 达18.6%;沙三下亚段%~9.0%,最 高为10.5%;沙一段%~ 5.0%,最高可达%;3套页岩有机质类型较 好,主要为腐泥型一偏腐泥混合型,干酪根显微组 分中以腐泥组为主;沙三下亚段和沙四上亚段页岩 R 在0.5%~1.9%之间,主体处于成熟演化阶段, 部分进入高成熟演化阶段,沙一段 ..在0.3%~ 0.7%之问,主要处于未熟一低成熟阶段。目前在 济阳坳陷不同地区许多探井的沙一段、沙三下亚 段、沙四上亚段3套页岩发育段的气测显示均表现 为高异常,预示着页岩气的存在。这在整个渤海湾 盆地具有可比性,是值得关注的天然气勘探新领 域 。 (2)鄂尔多斯盆地上三叠统延长组泥页岩。 鄂尔多斯盆地中生界三叠系延长组的暗色泥页岩, 主要分布于盆地南部,有效烃源岩面积为8× 10 上,厚度为300~600 要生油层为 长4+5段一长9段,其中长7、长9段是中生界重 要的烃源岩建造。长7段发育于晚三叠世最大湖泛 期,为盆地中生界主要的烃源岩,分布范围可达5× 10 厚度一般为10~50 m,最大可达80 5%~5.28%,氯仿沥青“A”含量为 0.25%~0.67%,总烃含量为1 847~5 218 mg/属优质烃源岩;干酪根类型为偏腐泥混合型,在盆 地内大部分地区处于成熟阶段,局部地区向高成熟 阶段过渡,吴旗一庆阳一富县一带已进人成熟阶段 晚期,R >1.0%[24在钻井过程中,延长组泥 页岩段常出现气测异常,电阻率曲线表现为高值, 显示出该泥页岩段巨大的页岩气资源潜力。 (3)松辽盆地上白垩统页岩。松辽盆地白垩 纪在2期海侵事件的影响下发育了青山口组一段 和嫩江组一、二段2套分布广泛、富含有机质、巨厚 的烃源岩。青一段烃源岩主要分布于齐家一古龙 凹陷、长岭凹陷和三肇凹陷等地区,分布面积大于 80 000 油页岩厚度为4~14 机质含量极 为丰富,5%,有机质类型以Ⅱ型为主, 为0.5%~1.2%,处于未熟一成熟 阶段 。嫩一段烃源岩主要分布齐家一古龙凹 陷、大庆长垣、三肇凹陷和黑鱼泡凹陷,面积大于 200 000 油页岩厚度一般为2~11 0.5%~5.0%之间,均值为2.4%,有机质类型 以型为主,R。为0.5%~1.05%,主要处 于成熟生油阶段 。 2.3西北地区 西北地区分布着塔里木、准噶尔、柴达木3个 大型含油气盆地和吐哈、酒泉2个中小型含油气盆 地。区内多个盆地发育巨厚页岩,如准噶尔盆地二 叠系页岩、塔里木盆地寒武系页岩、柴达木盆地中 侏罗统大煤沟组7段页岩等 。 (1)准噶尔盆地二叠系页岩。据研究,准噶尔 盆地发育下石炭统、上二叠统、中下侏罗统和古近 系等多套有效烃源岩 。其中二叠系为盆地最重 要烃源岩层系,也是具备形成页岩气的主要层系, 主要发育在南缘东部博格达山前和东北缘克拉美 丽山前 。. 南缘博格达山前发育二叠系芦草沟组、红雁池 组页岩地层。其中芦草沟组分布在乌鲁木齐一阜 康地区,面积为3 525 厚度为700~1 100 m。 第5期 徐建永等:页岩气发展现状及勘探前景 5 岩性分为3段:下段为砂质泥岩、砂岩夹页岩;中段 为黑色、灰黑色泥岩、砂泥岩夹页岩油,多处含沥青 和稠油;上段以灰黑色页岩、页岩油为主夹沥青质 页岩。有机质极为丰富,5%~10.02%, 氯仿沥青“A”含量为0.394 9%~0.484 5%,总烃为 649~1 433 mg/烃潜量(S +28~ 46.26 mg/g,有机质类型为偏腐泥混合型,有机质 演化程度差异大,三台凸起及其以东地区 。为 0.6%一2.0%,处于成熟一高成熟演化阶段,阜康 凹陷处于过成熟演化阶段。红雁池组为湖相沉积, 以乌鲁木齐妖魔山地区最发育,面积与芦草沟组相 当,厚度147~735 m。底部岩性为灰绿、灰黑色砂 岩、泥页岩为主;中部为黑色泥岩、页岩;上部以灰 绿色泥岩、砂砾岩为主。6%,氯仿沥青 “A”含量为0.136 9%,总烃为537 mg/烃潜 量(s +5 )为2.6 mg/g,有机质类型为偏腐泥混 合型,处于低成熟一成熟阶段。 东北部克拉美丽山前二叠系平地泉组面积为 3 243 烃源岩厚度约为300 m。下部岩性为灰 绿色泥岩和砂岩互层;中部为灰黑色泥岩、页岩、砂 质泥岩和薄层泥灰岩。2%~4.1%,氯 仿沥青“A”含量为0.048 4%~0.059 9%,总烃为 233~501 mg/烃潜量(S。+0.58~ 16.28 mg/g,有机质类型为混合型, 为0.8%~ 1.0%,处于低成熟一成熟阶段。 (2)塔里木盆地寒武系页岩。塔里木盆地现 已发现了寒武系一下奥陶统、中~上奥陶统烃源 岩、石炭一二叠系烃源岩和三叠一侏罗系烃源岩4 套烃源岩 _【 2 ,其中寒武系烃源岩是最主 要的烃源岩之一,也是发育泥页岩厚度最大的烃源 岩。 塔里木盆地泥页岩主要分布在塔里木盆地的 东部,厚度在120~415 m,平均为260 m,岩性为灰 黑一黑色页岩及薄层状具水平纹理的富生物泥岩, 有机质丰度较高,7%,最高值为 5.89%,氯仿沥青“A”最大值为0.055 2%,平均值 为0.031 7%,总烃含量平均值为25.7 mg/烃 潜量(5 +5 )最大值为0.93 mg/g,平均值为0.15 mg/g,干酪根类型为值为1.8%~3.6%, 处于高成熟一过成熟阶段。 (3)柴达木盆地北缘中侏罗统大煤沟组7段 页岩。大煤沟组7段页岩形成于柴北缘侏罗系最 大湖侵期_3 ,是侏罗系最好的烃源岩,分布较稳 定,从凹陷中心向四周减薄,厚度为50~200 131,在 鱼卡凹陷内部最厚可达200 m;有机质丰度高,均为11%,氯仿沥青“A”为0.197%,生烃潜量 (s +.s )为2.60~40.11 mg/g,总烃含量最高可达 881.87 mg/质类型为混合型,大煤沟组7段 页岩在柴北缘地区不同构造单元表现出差异热演 化的特征,在赛什腾、尕丘和红山凹陷内部均已经 历过生烃高峰期,基本处于高熟阶段,而在鱼卡地 区,目前还处于生油阶段,且尚未达到生油高 峰 】7.4青藏地区 青藏高原处于“特提斯”油气聚集带中段,具 有良好的油气生成条件,是中国陆上面积最大的一 个含油气区[ ¨ 。。该区域共发育有含油气盆地,其中羌塘盆地是油气资源量最为丰 富,也是勘察和研究程度最高的盆地 。 。通过 对盆缘大量露头的烃源岩分析表明,羌塘盆地至少 发育4套主力烃源岩(上三叠统肖查卡组、中侏罗 统布曲组、夏里组和上侏罗统索瓦组)和3套非主 力烃源岩(下侏罗统曲色组、中侏罗统雀莫错组和 上侏罗统雪山组),富有机质泥页岩主要分布于肖 查卡组和夏里组,其次在曲色组、雀莫错组、布曲组 和雪山组也有局部分布 _【3 _2l 卯,而且肖查卡 组和夏里组泥页岩热成熟度普遍较高,具有较大的 页岩气勘探潜力。 (1)肖查卡组泥页岩。主要分布于北羌塘坳 陷中东部,厚度一般为100~200 m,在沃若山剖面 厚度最大可达380 m,%,干酪根 为偏腐泥型, 主要介于1.3%一3.2%之间,处于 高成熟一过成熟干气阶段(部分过成熟阶段)。 (2)夏里组泥页岩。主要分布于北羌塘坳陷 中西部和南羌塘坳陷中部,厚度一般为50—200 北羌塘坳陷山缢湖剖面和南羌塘坳陷比洛剖 面泥页岩厚度最大分别可达713 113和192 北 羌塘坳陷在南羌塘坳陷平均达 4.15%,氯仿沥青“A”大于0.25%,生烃潜量(.s + S )平均在10 mg/酪根为偏腐泥型, 主要介于0.9%~2.0%之间,处于成熟一高成熟 阶段。 6 特种油气藏 第中国页岩气有利勘探区域分析4结论与认识 通过对美国页岩气藏特征的系统分析发现,控 制页岩气成藏的因素可以分为内部因素和外部因 素:内部因素是指页岩本身的因素,主要包括有机 质类型及含量、成熟度、裂缝、孔隙度和渗透率、矿 物组成、厚度、湿度等;对于具体的页岩气藏来说, 外部影响因素主要包括深度、温度与压力等。其中 内部因素中的有机质类型和含量、成熟度、裂缝以 及孑 。具体而言是页岩的有机碳含量大于2%, 成熟度 为1.1%~3%(热成因气)或0.4%~ 0.8%(生物成因气),页岩厚度一般大于30 布广泛,埋深一般小于3 000 m,量一般 大于30% 。 根据以上标准,中国华北一东北地区的松辽盆 地青一段和嫩一段页岩厚度较薄,成熟度较低,具 有一定的生物成因页岩气勘探潜力;渤海湾盆地由 于沙四上亚段和沙三下亚段页岩普遍埋藏较深且 页岩富含黏土,不利于后期的压裂改造增产,经济 价值不显著,而沙一段页岩由于机质丰度较高、成 熟度较低,具有一定的生物成因页岩气勘探潜力; 相比上述2个盆地的页岩而言,鄂尔多斯盆地及其 周缘地区是华北一东北地区最好的页岩气勘探领 域。南方、西北和青藏地区均发育有多套有机质丰 度高、热演化程度高、厚度大、分布广的页岩,并且 这3个区域均经历复杂的构造运动,后期抬升作用 强烈,许多地区页岩埋藏较浅,具有较好的页岩气 成藏的地质条件。但考虑到青藏高原自然环境恶 劣、生态系统脆弱、交通、通讯等基础设施差、油气 勘探程度较低、开发成本高,因此该区域可作为中 国页岩气资源的远景区域,而不宜立即开展页岩气 的勘探工作。而存南方和西北2个地区中,应该优 先勘探南方地区的页岩气资源。首先,南方地区的 页岩气成藏的基础地质条件优于西北地区,许多地 区均已经发现了页岩气存在;其次,鉴于中国目前 能源产区主要集中在北方地区,而在人口稠密、经 济发达的南方地区主要靠外区运人来满足其能源 需求,成本较高,因此,若能在中国南方率先实现页 岩气勘探的突破,既能获得较好的经济效益,又能 促进南方地区经济快速稳定发展。 (1)非常规天然气资源已经在全球能源结构 中扮演着重要的角色,产业化前景广阔。在非常规 天然气中,页岩气的发展具有明显的现实性。随着 各国政府对页岩气资源的日益关注,将会有更多的 页岩气被开采出来。 (2)中国具有生成页岩气资源的良好物质基 础,在南方、西北(包括鄂尔多斯盆地及其周缘)、 华北一东北及青藏4个地区中均发育有多套优质 页岩,其中南方、西北和青藏地区是有利的页岩气 勘探区域。 (3)综合成藏要素、经济价值和生态环境等因 素分析后认为,中国南方应作为实现中国页岩气勘 探突破的首选地区。 参考文献: [1] B.].002,86(11):1921—1938. 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