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非常规天然气地质特征与勘探开发进展-何家雄-中科院广

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
资源描述:
马文宏 2 刘全稳 3 张 伟 层气、页岩气、致密砂岩气、可燃冰天然气水合物深水区和冻土带常规油气藏常规油气藏非常规天然气非常规天然气常规油气藏7%12%6%37%38%煤层气页岩气致密气天然气水合物常规油气全球非常规天然气资源与常规油气资源的比较非常规天然气资源占 62%常规油气资源占 38%00 200 300 400 500万亿立方米天然气煤层气页岩气全球常规天然气资源量 378万亿立方米, 非常规天然气资源量 不含致密气和水合物 ), 如将天然气水合物资源量 3000万亿方计算在内 ,非常规天然气约是常规天然气的 10倍多。世界天然气资源总量构成特征非常规天然气在中国天然气资源构成中达 国非常规天然气资源量 水合物 206万亿立方米 ), 常规天然气资源量 56万亿立方米,其是常规天然气资源量的 国不同类型天然气资源构成特点天然气资源类型资源量/1012 108009年产量 )占总资源量 %非常规天然气煤层气 15 71 6 1025 随着勘探开发的深入,剩余油气资源中非常规油气超过 80%(不含水合物)(据邹才能, 2009,修改)全球及中国页岩气资源潜力报告主题2全球及中国非常规天然气资源潜力全球页岩气资源丰富遍及世界各地据美国国家石油委员会( 计,截至 2007年底,全球页岩气资源量约为 占全球非常规气资源量近 50%。主要分布在 北美(占 、 中亚和中国(占 、中东和北非(占 、拉美(占 等国家和地区 。丁美洲 中东和北非 中亚和中国 太平洋地区 其他世界页岩气资源分布特征 (万亿立方米)北美地区: 中亚和中国: 99万亿立方米,占 中东 — 北非: 拉丁美洲: 太平洋国家: 其他地区: 11% 世界资源量 1个页岩气盆地, 2011年产量达 1760亿方2000年:在 3个盆地 3个层段页岩气产量: 112亿立方米2011年: 21个盆地, 17个层段页岩气产量: 1760亿立方米从 1821年阿帕拉契亚盆地第一口页岩气井钻探成功北美页岩气勘探发展迅速: 世界页岩气勘探开发亮点区北美页岩气勘探快速发展,实现了商业化开采在近 10年的时间里,北美页岩气产量增长了近 10倍,在 2011年页岩气产量超过 108。美国 2000测) 美国能源信息署( 测,未来二十多年,页岩气产量还会大幅上升,到 2030年页岩气产量将占到美国天然气总产量的 未来的页岩气将成为美国非常规天然气的主体随着页岩气勘探的深入,北美地区页岩气勘探开发深度目前普遍已达 2000大超过 6000米北美地台区页岩气藏勘探开发深度不断加深常用碎屑岩分类简表颗粒粒径( 2的几何级数制, 2 0392%(非残余有机碳)②石英等脆性矿物 >40%、粘土 2%、渗透率>有效富有机质页岩连续厚度 >30以纳米级孔隙为主;天然气以吸附、游离方式赋存为主不受构造控制,页岩气藏大面积连续分布,与有效生气源岩面积相当资源规模大,局部有 “ 甜点 ” 核心区开发特点单井产量低,初期产量高递减快、生产周期长,无统一气水界面必须采取水平井多级分段与重复压裂等先进开发技术和措施,形成 “ 人造 ”渗透率方可采出,故称 “ 人造气藏 ”非达西流为主,不产水或产水很少采收率低,基本无自然产能,须采取压裂等技术措施形成 “ 再造气藏 ”页岩气成藏基本条件:页岩生气层+盖层 /储盖层中国页岩气地质特征及资源潜力1. 中国主要 有海相、海陆过渡、陆相三套页岩 ,海相页岩分布在三大地区,陆相页岩分布在六大盆地,均能形成页岩油、页岩气;2. 中国海相页岩地层分布广,热演化程度高、埋藏深度大。其中, 四川盆地是海相页岩气分布最有利的地区;3. 四川盆地发育多套厚度大分布稳定的富有机质页岩,该盆地中最有利的是 川南地区下古生界浅水 中国页岩气的基本地质特征塔木盆地里准噶尔盆地地盆鄂尔多斯地盆松辽地盆四川盆地湾渤海盆地塘羌柴盆地达木盆地东海盆地珠江口盆地莺歌海二连盆地盆地吐哈河盆地西走廊群银盆额地海拉尔盆地塔木盆地里准噶尔盆地地盆鄂尔多斯地盆松辽地盆四川盆地湾渤海盆地塘羌柴盆地达木盆地东海盆地珠江口盆地莺歌海二连盆地盆地吐哈河盆地西走廊群银盆额地海拉尔盆地准噶尔盆地 哈盆地 川 /安徽)华北地区 渤海湾盆地 z三大海相页岩区南方古生界华北地区古生界塔里木盆地寒武-奥陶系六大陆相页岩区松辽盆地白垩系渤海湾盆地古近系鄂尔多斯盆地石炭 噶尔盆地石炭-侏罗系吐哈盆地二叠系 国近海盆地古近系 /中生界中国主要发育海相、海陆过渡、陆相三套页岩, 海相分布在三大地区 ,陆相分布在六大盆地,都可以形成页岩油、页岩气柴达木盆地羌塘盆地塔里木盆地塔里木盆地准噶尔盆地吐哈盆地鄂尔多斯盆地松辽盆地渤海湾盆地华北地区南方地区南方地区北方地区北方地区古生界海相泥页岩发育区中新生界陆相泥页岩发育区石炭 — 二叠系泥页岩发育区沉积盆地柴达木盆地羌塘盆地塔里木盆地塔里木盆地准噶尔盆地吐哈盆地鄂尔多斯盆地松辽盆地渤海湾盆地南方地区南方地区北方地区北方地区古生界海相泥页岩发育区中新生界陆相泥页岩发育区石炭 — 二叠系泥页岩发育区沉积盆地不同地质时期页岩 以古生界海相页岩、中新生界陆相页岩最展布规模最大,资源潜力最大近海盆地 古生界海相页岩Ⅱ 中新生界陆相页岩Ⅲ 石炭 今已钻探页岩气井 60多 口 ,其中 20多口井见页岩气显示。中石化方深 1井压裂现场中石油四川盆地页岩气井钻探中国页岩气勘探进展及现状目前在四川、鄂尔多斯、沁水等盆地和重庆、湖南等地区已证实存在页岩气在四川等地区建立了页岩气产业化示范区钻探进展情况钻探页岩气井 60余口获页岩气流井 20余口页岩气产量最高达 50多万方目前中国页岩气前期评价及先导试验与勘探进展顺利中国页岩气勘探开发钻井区分布图中国石油中国石化延长油田国土资源部图例中国发育海相、海陆过渡、陆相三种类型页岩,其中,以广泛存在的海相页岩气最佳。四川盆地南部下古生界近 5万 近期页岩气勘探的核心区,亦是获得页岩气突破的最有利区。中国页岩气具有热演化程度高、埋藏深、地面复杂等特殊性 ,与国外差异大 ,勘探风险高、开发成本高难度大,私企参与勘探开发页岩气须谨慎。虽然中国页岩气地质特征具特殊性,但目前已取得如下基本共识:对 比 项 目 中 国 国 外地质条件构造演化 多旋回为主 单旋回为主沉积环境 陆相为主 海相为主储层特征 非均质性较强 均质性较好开采条件地形地貌 山地、丘陵、荒漠等 平原为主水源条件 缺乏 充足地面管网 不发达或无管网 发达政策扶持 尚未完全建立 已建立发展序列现实增储上产 致密气、致密油 油砂、致密气、煤层气、页岩气、致密油工业化试验 煤层气、页岩气 页岩油研究探索 页岩油、油页岩、水合物 油页岩、水合物中国与国外非常规油气地质及开发条件对比根据页岩气地质条件,预测我国页岩气资源量为 采资源量 25万亿立方米 。 主要分布在 四川、鄂尔多斯 、渤海湾、松辽、江汉、吐哈、塔里木和准噶尔等盆地 ,计划2015年产量达到 65亿方; 2020年产量将达 600中国页岩发育区及页岩气富集区分布图近海盆地 煤层气资源潜力报告主题煤层气气藏(未经运移)煤层常规煤成气藏(经过运聚)煤层气涵义煤层气系指产自煤层中由甲烷、乙烷及少量二氧化碳等组成的混合气,甲烷一般占 95%这些气体由成煤演化过程中生成且主要吸附或游离于煤层之中,其与经过运聚过程而富集成藏的常规煤型气存在明显的差异。游离状态:天然气以自由气体状态存在于煤的割理和裂缝孔隙中,可以自由运移,运移的动力主要是地层水的压力。煤层中 游离状态天然气约占煤层气的 10%~ 20%。吸附状态:在煤的内表面上分子的吸引力在煤的表面产生吸附场,吸引周围的气体分子。吸附状态是一个可逆的过程。 吸附状态天然气约占煤层气的 70%~ 95%,煤层气主要为煤层吸附气。溶解状态:煤中还有少量的天然气溶解在煤层的地下水中,称为溶解气,其量很少。煤层气以吸附气为主,开采须排水降压煤层气赋存状态与常规煤成气存在明显差异:由于 煤层气以吸附状态聚集为主 。因此,目前研究的重点,是如何勘探和开采以吸附态赋存的具有一定规模的煤层甲烷气。气体组分: 、常规天然气及煤成气游离状态聚集在孔隙和裂缝中烃源岩运移 储集层气体单相储集机理成藏过程流体特征煤层气吸附状态吸附在孔隙的内表面煤层中生成 未运移原地吸附气 布普遍国家 煤层气资源量俄罗斯 17波兰 3英国 2乌克兰 2哈萨克斯坦 1 世界煤层气资源量 260万亿立方米,90%的煤层气资源分布在 12个主要产煤国,其中俄罗斯、加拿大、中国、美国和澳大利亚的煤层气资源量均超过 10万亿立方米 。世界煤层气资源分布(单位:万亿立方米)目前开展煤层气开发开采的国家遍布全球煤层气分布广泛资源潜力巨大020406080100120¶í ÂÞ Ë¹ ¼Ó Äà ´ó ÖÐ ¹ú ÃÀ ¹ú °Ä ´ó Àû ÑÇ µÂ ¹ú ²¨À¼ Ó¢ ¹úú²ãÆø×ÊÔ´Á¿(ÍòÒÚ1 2单位:60万亿立方米。2006年我国新一轮煤层气资源普查结果: 2000中可采资源量为 位居世界前三,但产量低。 煤层气资源总量丰富 我国煤层气资源总量为 1500~ 13万亿方, 中值 11万亿方 。 10 15 20 25 30 35 40地矿部石油地质所1 9 8 5 年焦作矿业学院1 9 8 7 年煤炭科学研究总院西安分院1 9 9 1 年中国统配煤矿总公司1 9 9 2 年地矿部石油地质大队1 9 9 2 年中国煤田地质总局1 9 9 9 年中石油勘探院廊坊分院1 9 9 9 年中联公司2 0 0 0 年国土资源部2 0 0 6 年(可采 11万亿方 )单位:万亿方中国煤层气资源潜力大,位居世界第三我国煤层气资源量 采资源量 11万亿立方米113184431771046761998110359228583466221696444 0020000400006000080000100000120000亿立方米东部 中部 西部 南方 青藏地质资源量可采资源量根据最新评价结果中国煤层气资源主要分布在 4大区中国煤层气资源潜力及分布特点• 大区: 5 个• 盆地 ( 群 ):42 个• 区带: 121 个东部区东部区中部区中部区西部区西部区青藏区青藏区南方区南方区个群 个个东部区东部区中部区中部区3 0 %2 8 %2 8 %1 2 %煤层气资源主要分布在东部、中部、西部和南方 4区中国煤层气资源主要集中富集在 9大盆地 全国 42个主要含气盆地埋深 2000米以浅煤层气地质资源量 深 1500 鄂尔多斯、沁水等 9大盆地煤成气资源高达 84%以上。98634178713950011216382688078347241289325817210262119841001933968671626266721595845040100002000030000400005000060000700008000090000100000亿立方米鄂尔多斯 沁水 准噶尔 滇东黔西 二连 吐哈 塔里木 天山 海拉尔地质资源量可采资源量鄂尔多斯鄂尔多斯鄂尔多斯鄂尔多斯鄂尔多斯鄂尔多斯鄂尔多斯2 6 . 7 9 %1 0 . 7 3 %1 0 . 3 9 %5 . 7 6 %7 . 0 1 %4 . 3 3 %9 . 4 3 %鄂尔多斯4 . 4 2 %天山鄂尔多斯5 . 2 5 %塔里木%%%%%%%%天山%塔里木%%%%%%%%%%%%%%%天山%%天山%塔里木%%塔里木我国九大盆地煤层气资源分布特点序号 盆地 资源量(万亿方) 比重( %)1 鄂尔多斯 水 格尔 东 连 哈 里木 山 拉尔 阶煤层气资源各占 “ 半壁江山”低煤阶中煤阶高煤阶北京拉萨哈尔滨上海福州台北广州长沙武汉西安郑州成都西宁2 2 2 2 222 111 2南海南海诸岛低煤阶中煤阶高煤阶北京拉萨哈尔滨上海福州台北广州长沙武汉西安郑州成都西宁呼和浩特海口南海南海诸岛南海南海诸岛中 可采资源量 53%;主要分布在华北和华南。低阶煤 : 可采资源量 47%,主要分布在西北和内蒙东部。陕西韩城试验井组沁南枣园井组沁南潘庄开发区沁南潘河示范区阜新井组沁南樊庄开发区煤层气开发生产实验区集中在中东部地区地质资源量 770亿方累计采出量140亿方剩余探明可采储量 630亿方采收率 48%中国煤层气勘探开发程度非常低,储量大产量低,尚未开发的剩余煤层气资源潜力大2011年我国煤层气探明储量2011年新增探明 1293亿 术可采 657亿 历年累计探明储量4176亿 术可采 2096亿 计探明技术可采储量 累计探明经济可采储量全国 东宝能 间节点2015 2020 2025 2030煤层气产量 (亿 275 475 696 822天然气生产中的构成 (%) %) 非常规天然气生产中的构成 : 2015年占 1/5, 2020年占 1/4, 2030年占 1/4。在非常规天然气消费中的构成 : 2015年占 1/10, 2020年占 1/7, 2030年占 1/5。2 7 . 42 7 . 8 42 3 . 7 52 0 . 3 71 8 . 2 71 7 . 41 3 . 5 711051015202530352015 2020 2025 2030构成(%)天然气生产中的构成天然气消费中的构成我国煤层气 15致密砂岩气地质特征及资源潜力报告主题世界上无统一的致密砂岩气标准和界限,不同国家根据不同时期的资源状况、技术经济条件、税收政策来制定其标准和界限,且在同一国家、同一地区,随着认识程度的提高,致密砂岩气概念也在不断的更新。英国 < 1 右02000400060002001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008产量(亿方)致密气 煤层气 页岩气全球非常规天然气产量统计直方图致密砂岩气是非常规气产量的主体 但产量约占非常规气产量的 75%,具有重要地位注:据 常规数据始于 1990地区 煤层气 页岩气 致密气 合计全球 欧 亿方)规气43631%料来源: 亿方)1、美国 致密砂岩气资源 潜力大 ,据 008年 评价结果 : 致密气 资源量 为常规气资源量( ~、 美国 113个 含气盆地中 , 具有致密 砂岩 气藏的盆地 有 23个 ,主要分布在西部,特别是落基山地区美国陆上致密气藏分布图目前我国和美国致密砂岩气资源潜力较大,开发效果较好。盆地: 23个气田: 900多个可采储量: 5万亿方可采资源: 13万亿方生产井:超过 10万口2011年产量: 1757亿方储量(万亿方)美国主要致密气盆地储量 (2009)美国致密气盆及含气区带分布图 (2010)美国致密砂岩气现状致密砂岩气: 已成为全球非常规天然气勘探的重点领域引自美国 2011年198 0197 0 199 0 200 0 201 0 202 010 %20 %30 %40 %50 %60 %70 %80 %90 %1 0 0 %%%%%%%%%%%0 %%常规气致密气煤层气页岩气1757亿方美国致密砂岩气 在天然气资源的产量构成中 仅次于常规气3、 1990年以来,美国 致密砂岩气产量 快速增长, 2011年 产量达 1757 亿方 ,占美国 天然气总产量的 在非常规气中占 国致密砂岩气藏勘探领域1、中国致密砂岩气分布广泛,勘探领域广阔四川、鄂尔多斯、松辽、渤海湾、塔里木、柴达木及准噶尔等 10余个盆地都具有形成致密砂岩气藏的有利地质条件中国致密砂岩气地质特征及资源潜力0500100015002000250030003500400045002000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011探明储量(亿方)050100150200250300产量(亿方)储量 产量两大致密砂岩气区鄂尔多斯苏里格:探明 +基本探明 川须家河:探明 6417亿方, 产量 量: 近十年年均新增探明储量 2968亿方,约占 50%产量: 2011年 256亿方 ,占全国 1/4我国主要致密气盆地分布图神木 293亿方年产 1008亿方年产 105亿方大牛地探明 3927亿方年产 808亿方年产 152亿方年产 1008亿方年产 — 鄂尔多斯上古生界面积 25万 资源量 止 2010年底,累计探明气 年产量 232亿方为中生界陆相和古生界海陆过渡相或海相盆地的叠加盆地,上油下气。现今构造简单稳定。早二叠世发育大面积河流 相沉积,煤系地层普遍发育截止 2010年底探明致密气 ,控制 测2271亿方, 2010年年产 188亿方鄂尔多斯盆地天然气勘探成果图中国致密砂岩气富集区 —— 四川盆地上三叠统须家河组面积 18万 源量 止2010年底,累计探明气 年产气 222亿方须家河组是四川盆地晚三叠世沉积在中三叠统雷口坡组之上的一套砂泥岩含煤层系,厚度约 200~ 4200m,自西向东减薄,晚三叠世为河湖相沉积,形成了非常有利的生储盖多套组合,致密气主要分布于上三叠统须家河组截止 2010年底,川中须家河组累计探明致密气 5505亿方(占 , 控制 1747亿方,预测 1689亿方,三级合计 8941亿方;年产量 11亿方2、致密砂岩气资源丰富,勘探前景广阔来源 :1997据全国第二轮天然气资源评价结果 1012中致密砂岩气资源占我国天然气资源的 40%左右( 12× 1012最新评价结果:中国致密气资源量为 100× 1012有广阔的勘探开发前景早在 1997年 为11~ 14× 1012 400~ 500万亿立方英尺)3、 目前中国致密砂岩气储量及产量占常规天然气 30%左右截止 2010年底,国内累计探明气层气地质储量 中致密气 总数的37%;累计可采 中致密气 33%;年产量 中致密气 226亿方,占 27%主要集中在鄂尔多斯上古生界、四川川中须家河、松辽深层和塔里木库车深层致密气探明储量分布图鄂尔多斯( 20325)四川( 5505)K: 1232)准噶尔( 84)塔里木( 1654)单位:亿方据李建忠, 2011年4、 致密砂岩气是中石油未来天然气储、产量增长的主力,目前发现的大多数气田均为致密砂岩气。中石油天然气探明储量状况(按渗透率分类)2000随着勘探程度不断提高,低品位资源将是未来油气勘探开发的主体 — 2000~2010年中石油探明气 中低渗透 总探明 89%;2009年气层气产量 613万亿方,其中低渗透 358亿方,占气层气总产量 按致密气定义,目前低渗透资源许多已经属于致密气范畴 随着勘探技术方法的提高、各类型气藏成藏理论的深入和完善,致密气将在我国天然气资源中占有越来越大的比例 致密气资源的规模、有效开发是当前中石油天然气发展最重要的命题4 5 . 45 1 . 45 5 . 55 9 . 66 4 . 97 2 . 67 7 . 38 1 . 58 3 . 88 5 . 401002003004005006007008002000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090 . 01 0 . 02 0 . 03 0 . 04 0 . 05 0 . 06 0 . 07 0 . 08 0 . 09 0 . 0低渗透产量总产量低渗透比例0100020003000400050002000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010储量(亿方)低、特低渗 中、高低渗2全球及中国非常规天然气资源潜力Ⅳ 天然气水合物地质特征及资源潜力报告主题天然气水合物的基本概念天然气水合物形成条件及地质特征Ⅰ 天然气水合物形成条件,主要取决于 充足的 气源供给 与特定的控制天然气水合物稳定带形成之高压低温地质环境 的有效配置。Ⅱ 天然气水合物分布在具有高压低温环境且有充足气源供给的海洋 深水海域 和陆上 冻土带区域 。主要由烃类气体 (主要是 水分子结合形成的一种具有笼形构造的冰状结晶体 , 亦称可燃冰或碳氢化合物 ,其是在特定的低温高压地质条件下 (5℃ ,压力 5~40成。根据气源成分的差异可分为 Ⅰ 、 Ⅱ 及 然气水合物实物样品及结构特征获得天然气水合物样品的产地获得天然气水合物样品的产地 推测的天然气水合物的产地推测的天然气水合物的产地全球天然气水合物分布全球天然气水合物分布( 日本产业技术综合研究所 2001)世界深水海域和冻土带水合物分布普遍、资源规模在非常规天然气中最大预测全球天然气水合物资源量达 3千万亿立方米 (甲烷气体 )。 主要分布在北极永久冻土区和广阔的海洋深水区。 迄今已在 122个地区发现了天然气水合物,其中陆地 36处,海洋 86处。(截止 2011年资料统计)(截止 2011年资料统计)全球天然气水合物成因类型及其分布特征中国天然气水合物勘探近年来获得重要进展在我国深水海域及陆上均获得天然气水合物实物样品 2007年 5月,在南海北部神狐深水区钻获天然气水合物。初步预测南海北部深水区天然气水合物远景资源量达185亿吨油当量,南海南部及东海深水区 555亿吨油当量。2009年 9月,在青海祁连山南缘永久冻土带木里煤矿区成功钻获天然气水合物实物样品 。初略估算,我国冻土区天然气水合物远景资源量至少有 420亿吨油当量。神狐白云调查区 3钻孔获得水合物东沙群岛调查区西沙调查区已完成 4个航次调查多道地震 2053测网密度 16× 3205010032个站位海底摄像 54个站位已完成 5个航次调查多道地震 15975目标区三维地震3066× 32× 4360649个海底摄像 117个站位热流测量 78个站位钻探 5个站位 8个钻孔已完成 5个航次调查多道地震 8588测网密度 16× 32× 4100千米单道 27千米多波束 1425182个海底摄像 170个站位热流测量 33个站位琼东南调查区已完成 3个航次调查多道地震 9800测网密度 16× 3221884个站位海底摄像 58个站位热流测量 20个站位南海北部陆坡区水合物调查程度神狐海域钻探位置5艘船参与调查 , 截止 2007年底 , 已完成 18个航次1234土层下 (115钻获 甲烷水合物综上所述,全球及中国非常规天然气资源丰富,其仍然是 21世纪不可替代的主要战略能源,亦是中下游各种工程开发、城市燃气规划建设的最重要的资源保证和物质基础。
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