世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示
第29卷第6期地质通报
Vol.29,No.6Jun.,2010
2010年6月GEOLOGICALBULLETINOFCHINA
世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示
李世臻1,2,乔德武2,冯志刚2,刘丽君2,王
1.中国地质大学(北京)能源学院,北京100083;2.国土资源部油气资源战略研究中心,北京100034
1.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;
2.StrategicResearchCenterforOilandGasResources,MinistryofLandandResources,Beijing100034,China
摘要:页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源,具有开采技术要求高、开采寿命长、稳产周期长的特点。近些年来,严峻的能源紧张形势和能源价格的快速增长,使页岩气资源在全世界受到了广泛的重视。回顾了美国页岩气勘探开发的历史,总结了美国的页岩气发育情况,跟踪了世界其他地区(加拿大、欧洲)包括中国页岩气研究的最新进展情况。根据前人的资料,认为中国南方海相页岩和北方盆地的湖相页岩具有巨大的页岩气资源潜力。鉴于页岩气是一种非常规能源,对其研究具有重大的现实意义,建议中国相关部门加大研究投入力度,尽快开展页岩气资源战略调查和选区研究工作,加强技术攻关创新、引进和国际合作,探讨中国现实国情下的页岩气相关政策,以早日实现页岩气在中国的商业性开发,促进经济快速发展。关键词:页岩气;现状;美国;加拿大;对中国的启示中图分类号:P618.13
文献标志码:A
文章编号:1671-2552(2010)06-0918-07
倩2,聂海宽1
LIShi-zhen1,2,QIAODe-wu2,FENGZhi-gang2,LIULi-jun2,WANGQian2,NIEHai-kuan1
LiSZ,QiaoDW,FengZG,LiuLJ,WangQ,NieHK.ThestatusofworldwideshalegasexplorationanditssuggestionforChina.GeologicalBulletinofChina,2010,29(6):918-924
Abstract:Shalegasisapotentiallyhugeamountofunconventionalgasresources,withhighexactionrequirement,longdevelopmentlifeandstableproductioncycle.Inrecentyears,withsevereenergyshortagesituationandenergyprices,increasingshalegashasre-ceivedmoreattentionworldwide.Thehistoryofshalegasexplorationanddevelopment,currentproductionsituationinAmericaarereviewed.Thelatestresearchofshalegasintherestoftheworld,includingCanada,EuropeandChinaisalsostudied.Accordingtotheexistingresearch,itispredictedthatthemarineshaleinSouthernChinaandlacustrineshaleinNorthernChinabasinshavehugeshalegasresourcepotential.Becauseshalegasisunconventionalresourceandtheresearchisofgreatsignificance,itissuggestedthatre-searcheffortsshouldbeenhanced;strategicsurveyandoptimizationshouldbecarriedoutassoonaspossible;thetechnologytransfer,researchandinternationalcooperationshouldbestrengthened;relatedpoliciesshouldbeenactedinadvance.AllthesemeasuresareinordertorealizeshalegascommercialdevelopmentinChinaandtopromoteeconomicdevelopmentrapidly.Keywords:shalegas;status;America;Canada;suggestionsforChina
页岩是极细粒碎屑充填的沉积岩,岩石成分、结构、构造因地区和成因各不相同。传统观点认为,页岩是烃源岩或油气藏的盖层;近些年来,科研工作者通过应用研究和试验,认为页岩自身能形成复杂的页岩气藏。但长期以来,页岩气的商业勘探并未受到
收稿日期:2009-12-01;修订日期:2009-12-21
科技项目:国家油气专项《全国油气资源战略选区调查与评价》资助
重视。直到最近,尤其以近10年来世界的高油价和美国页岩气大规模开发并在天然气产量中所占比例迅速增长为标志,页岩气逐渐成为全球非常规油气研究的热点领域。
页岩气属于非常规天然气,现代概念被定义为:
作者简介:李世臻(1982-),男,硕士,从事石油地质、油气资源战略选区研究。E-mail:[email protected]
第29卷第6期
李世臻等:世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示
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主体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力的泥岩、页岩等地层中的天然气,具有自生自储、吸附成藏、隐蔽聚集等特点[1]。页岩气藏具有独立的油气系统,烃源岩、储集层、盖层都为其本身,生成后的运移也发生在页岩内部。地质、工程技术的进步,包括水平井技术、压裂技术、有效的完井技术,使低渗透率的含气页岩开发成为可能[2]。页岩气的评价一般应包括以下内容:页岩的深度、厚度和边界,有机质类型和含量、有机质的热成熟度和吸附能力,成因类型(生物成因、热成因、混合成因)、数量、天然气成分(CH4、CO2、N2),孔隙结构和分布,岩石矿物成分[3]。
与常规天然气相比,页岩气开发虽然产能低,但具有开采寿命长和生产周期长的优点,大部分产气页岩由于分布范围广、厚度大,且普遍含气,页岩气资源量巨大,因而页岩气井能够长期地以稳定的速率产气,一般开采寿命为30~50年,美国地质调查局(USGS)2008年最新数据显示,FortWorth盆地Barnett页岩气田开采寿命甚至能达80年。
随着世界能源消费的不断攀升,包括页岩气在内的非常规能源受到越来越多的重视。美国和加拿大已实现页岩气商业性开发,中国和其他国家也正在加紧相关的研究工作。
1
美国页岩气勘探开发
1.1
美国页岩气勘探开发简史
美国第一口页岩气井可追溯到1821年[4],钻遇
层位为泥盆系Dunkirk页岩,井深仅8.2m,当时产出的气体用于纽约Fredonia地区附近村庄居民的照明。19世纪80年代,美国东部地区的泥盆系页岩因临近天然气市场,在当时已经有相当大的产能规模。但此后产业一直不甚活跃[5]。直到20世纪70年代末,因为国际市场的高油价和非常规油气概念的兴起,页岩气研究受到高度重视,当时主要是针对Fort
Worth盆地Barnett页岩的深入研究。早些时候,Mitchell公司曾在该地区的浅层打井,泥浆录井显
示了大量的天然气显示,但却产出了少量的气体,且产能下降很快,当时并没有多少经济效益,于是公司为了寻找新的储量,将注意力逐渐转移到较深层的
Barnett页岩。Mitchell能源公司于1981年在该地区完钻了第一口取心评价井[6],大胆地对Barnett页岩段进行了氮气泡沫压裂改造,从而发现了Barnett页
岩气田。1986年Mitchell公司完成了下Barnett组的地层剖面,并对其孔隙度、渗透率、有机质含量和裂缝方向进行了详细的研究。2001年Devon能源公司并购了Mitchell能源公司[7],成为该地区最大的公司作业者。
2000年以来,页岩气勘探开发技术不断提高,
并得到了广泛应用。同时加密的井网部署,使页岩气的采收率提高了20%,年生产量迅速攀升[8]。2000年,美国页岩气年产量为122×108m3,生产井约有
28000口[9];2004年美国页岩气年产量为200×108m3,约占天然气总产量的4%;2006年,美国有页岩气井40000余口,页岩气年生产量为311×108m3,占天然气总产量的6%;2007年美国页岩气生产井近42000口,页岩气年产量450×108m3,约占美国年天然气总
产量的9%。参与页岩气开发的石油企业从2005年的23家发展到2007年的64家。美国相关专家预测,2010年美国页岩气产量将占天然气总产量的
13%[10-13]。1.2
美国页岩气的发育条件
页岩气商业性的开发主要是在美国。美国的页岩主要发育在20个州的21个大小不等的盆地里。根据最近的估算,美国页岩气资源量为42×1012~52.6×1012m3(数据来自IFP———
法国石油研究院)。但目前商业性开采的页岩气主要产自5个盆地的页岩层,分别是FortWorth盆地的Barnett页岩、SanJuan盆地的Lewis页岩、Michigan盆地的Antrim页岩、
Appalachian盆地的Ohio页岩和Illinois盆地的NewAlbany页岩(表1)。
Barnett页岩是当前美国页岩气产出的主力层位[15-16],据USGS最新的统计资料,Barnett页岩资
源量约0.74×1012m3,产量在2005年已经超过美国页岩气产量的一半[5],现在所占比例更高。Barnett页岩是下石炭统的一套黑色富含有机质页岩,有些含钙质、磷质或白云石,沉积于富营养、较深水的内陆湖盆边岸环境[17],有机碳含量高,厚度大,且具有较高的镜质体反射率[18],生气类型主要属于热成因[19]。Barnett页岩主要分布在德克萨斯州中北部的
FortWorth盆地,在盆地的不同位置厚度不等,最厚
可达305m,整套页岩发育面积约有5000km2,主要被上覆灰岩所覆盖[20]。Barnett页岩现在的生产井已超过8000口,既有直井,也有水平井,日产量超过
1.05×108m3,预计到2014年日产量将达到1.84×108~
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表1美国含气页岩的主要特征[7,14]
Table1MaincharacteristicsofshalegasinAmerica