页岩气藏地质学特征研究新进展——来自2011年AAPG年会的信息

以2011年美国AAPG年会论文摘要和大会专题发言材料为主要依据,结合近年来对北美地区页岩气野外地质考察的成果,对页岩气藏的地质学特征作了一个基本介绍。重点介绍北美地区页岩气藏的分布和开发现状,页岩气藏的地层沉积相和层序地层特征,储集岩特征和岩石学、成岩作用特征4个方面的内容,并结合中国页岩气藏研究的现状,对中国页岩气资源潜力进行了概述性分析。     

页岩气藏储层特征及开发机理综述

页岩气藏属于含有大量吸附态天然气的致密性气藏,相比常规气藏有其独特之处,为了更有效地开发页岩气藏,在综述国内外大量研究成果基础上,介绍并分析了页岩气藏的储集特征、孔渗特征及吸附-解吸规律解,页岩气微观运移方式、流态判断以及对产能的影响;指出页岩气与煤层气的解吸、微观运移特征有很大差异,因此,今后建立适合页岩气解吸的吸附模型、分析页岩气的微观运移机理、特征及影响产能的主控因素等问题值得进一步研究。     

复电阻率法在安徽南陵盆地海相页岩气勘探中的应用

安徽南陵盆地主体为中生代陆相红盆,红盆下海相地层分布不明,页岩气资源潜力不清。根据本区周边二叠系富有机质泥页岩储层含有黄铁矿的物性特征,选用复电阻率法开展页岩气地质调查工作。针对盆内、盆外不同地质特点设计合适的观测系统,采用Cole-Brown和Cole-Cole模型拟合反演,绘制近区场电磁电阻率和视充电率参数图。研究结果发现：(1)研究区二叠系富有机质泥页岩碳质含量高、富含黄铁矿颗粒,具有明显的“低电阻率、高极化率”特征,可以有效与其围岩区分,有利于开展复电阻率法勘探;(2)极化率是识别深部富有机质泥页岩地层乃至页岩气藏的有效参数;(3)根据复电阻率法勘探结果,实施钻孔验证,成功钻遇三叠系灰岩地层,并预测南陵盆地红盆下为二叠系页岩气藏有利区。本次研究表明了复电阻率法在南陵盆地可探测深达2 000 m以下累计厚度约200 m的含黄铁矿泥页岩地层,是电磁法勘探中唯一能直接指示页岩气藏的方法,可以适用于地质情况复杂的南陵盆地乃至中国南方海相页岩气地球物理勘探。本次勘探结果也为在南陵盆地进一步开展海相页岩气勘探提供了依据。     

页岩气开采的相关实验、模型和环境效应

页岩气是一种重要的非常规天然气资源,正在改变世界能源、经济和政治格局。渗透率是评价页岩气藏商业开采可行性的重要参数之一,由于页岩的致密性,页岩气的流动机理不同于常规气藏,因此,页岩储层渗透率测试和页岩气流动模型已成为当前国际研究的热点课题之一。在对页岩气开采技术简单介绍的基础上,综述了页岩储层渗透率测试的试验和理论研究现状,分析了气体吸附对页岩渗透率的影响。阐述了页岩气流动模型的最新进展,分析了双重孔隙模型描述气体迁移的准确性,提出了描述均匀储层中页岩气解吸-扩散-渗流多级运移模型。评述了页岩气开采的温室效应和对地下水的影响,并简单介绍了适合页岩气开采的新技术即无水压裂开采技术,即采用CO2对页岩气藏分段压裂,同时将CO2埋存于废弃井中。最后,对页岩储层渗透率测试和页岩气流动模型研究的新发展以及无水压裂技术进行了展望。     

川东南下志留统与Appalachian泥盆系典型常压页岩气藏富集特征对比

经各国持续攻关,超压页岩气在大多国家实现了商业化开发,但常压页岩气仅美国实现了商业化开发.为了摆脱我国高天然气对外依存度的现状,应尽快实现常压页岩气的商业化开发,亟需对其富集特征展开研究,期望对勘探开发方案的制定提供指导.从川东南下志留统与Appalachian泥盆系典型常压页岩气储层的构造沉积差异演化开始,分析了储层地球化学与页岩气赋存特征差异,明确中美常压页岩气藏富集的差异性.相较于Appalachian泥盆系Marcellus页岩、Ohio页岩的较简单构造改造、富含II-III型干酪根、高含气孔隙度以及气藏远出露区,川东南下志留统五峰-龙马溪组页岩层虽富含高过熟I型干酪根,但经历多期复杂构造运动,底板较破碎、地层倾角较大,页岩气易顺层运移至破碎底板处和露头区逸散,其含气性略低于Marcellus页岩.Ohio页岩虽含气性较低、富集程度不高,但由于其埋藏浅、温压低,更易降压解吸形成工业气流.     

页岩气实验测试技术现状与研究进展

页岩气是一种潜力巨大的非常规资源,已经在北美地区得到成功开发,成为全球油气勘探的一个新领域.目前对页岩气的储量评估和产气能力评价研究主要集中在页岩气藏的岩性成分、成因来源、赋存形式、成藏特征、成藏条件、页岩含气量等方面.而开展这些研究的基础是首先要准确测定页岩有机地球化学,岩石学以及含气量等相关参数,因此页岩实验测试技术是页岩气勘探开发研究的关键技术之一.通过对页岩进行分析检测可以得到总有机碳含量、成熟度、孔隙度、渗透率及含气量等重要参数,这些参数的获得对页岩气成藏研究和勘探开发具有重要意义.因此尽快梳理页岩实验测试技术,建立页岩特征参数常规分析测试方法体系和页岩测试专用实验室显得十分重要.本文在调研国内外文献的基础上,围绕页岩有机地球化学特征、页岩岩石学相关参数和页岩含气量测定,对页岩的有机质丰度、干酪根类型、有机质生油、生气关键指标等地球化学特征分析,页岩矿物组成、孔隙度和渗透率测定等储层表征技术,以及页岩含气量测试技术进行了概述.大量文献资料表明:加强页岩总有机碳含量、干酪根类型、页岩有机质成熟度、页岩孔隙度和渗透率、页岩含气量等参数的研究对页岩气的开发利用具有重要作用.     

利用油气微生物勘探技术寻找页岩气有利目标区

利用油气微生物勘探技术,可以开展预测含油气区、油气前景分级评价、油气成藏主控因素分析等。近几年来该技术在中国12个区块应用效果良好。页岩气是一种非常规的天然气。控制页岩气富集的因素较多,如有机碳含量、有机质类型、热演化程度、页岩的孔隙与裂缝、埋深、压力等。在页岩气勘探中,原生页岩气藏较高的异常压力、气藏的隐蔽特性、页岩的孔隙与微裂缝愈发育气藏富集程度愈高等这些有利的页岩气成藏特点,均为油气微生物勘探技术充分发挥其独特优势提供了得天独厚的条件,可以更有效地反映页岩气的富集规律,进而圈定页岩气有利目标区,大大提高页岩气的勘探成功率,降低页岩气的勘探风险。     

渝东南地区古生界天然气成藏体系及立体勘探

渝东南地区处于四川盆地东南缘盆缘转换带,古生代地层发育齐全,但构造期次多、强度大,导致气藏类型多、成藏条件复杂.为明确气藏主要类型、成藏特征和立体勘探开发潜力,降低勘探风险和成本、提高勘探成功率,以成藏体系和立体勘探思路为指导,通过沉积相、地化指标、储集类型、成藏条件、源储匹配关系和成藏模式等研究,结合勘探开发实践,识别出源内和源外两类成藏体系,前者包括二叠系龙潭组泥页岩-煤层气藏和茅口组泥灰岩气藏、奥陶系五峰组-志留系龙马溪组页岩气藏和寒武系水井沱组页岩气藏,后者包括志留系小河坝组砂岩气藏、寒武系洗象池群和石龙洞组碳酸盐岩气藏.建议以源内成藏体系的下部五峰组-龙马溪组页岩气为主、上部龙潭组和茅口组页岩气为辅开展立体勘探,同时探索源外砂岩和碳酸盐岩气藏,尽可能地发现多套商业含气层系,这对持续勘探突破具有重要的现实指导意义.综合研究源内、源外天然气成藏条件和富集规律,优选出盆缘南川地区为二叠系-志留系-寒武系立体勘探有利区带,盆外彭水地区为志留系-寒武系立体勘探有利区带.     

页岩气藏数值模拟模型研究进展

以页岩油气为代表的低品位油气资源勘探与开发不断取得重大突破,已经成为中国重要的接替性资源。开展页岩气渗流机理和数值模拟模型研究有助于实现页岩气藏开发的动态变化过程,为认识页岩气渗流规律、优化数学模型、产能评价和预测奠定技术基础。围绕页岩气多尺度多流态多重介质下的运移机理,系统地阐述了页岩气数值模拟模型的研究进展,页岩气数值模拟模型可分为等效连续介质模型、离散裂缝网络模型和混合模型,总结了这3类数值模拟模型的优缺点。等效连续介质模型原理简单,追求宏观尺度的等效,忽略了储层内部真实流态,适用于裂缝发育程度低的均质页岩气藏;离散裂缝网络模型准确反映复杂裂缝网络的渗流特征,可以描述高度离散裂缝的形态规律,适用于勘探程度高且裂缝高度发育的页岩气藏;混合模拟模型结合两者的优点,能够准确反映复杂裂缝网络和流体运移规律,在满足计算精度的同时又节约了大量的计算资源,随着计算处理能力的增强,混合模拟模型是今后的发展趋势。最后分析了页岩气藏数值模拟模型中存在的问题,并指出了发展方向。     

北美地区页岩储层特征分析

页岩本身既是生油层又是储层。本文对美国几个著名页岩气产区的页岩进行了对比分析,对页岩岩性特征（岩性、矿物组成、化石种类含量、碳含量）、储集空间特征、物性特征方面做了简要介绍。并简要介绍了国外此类研究所采用的先进技术,简要分析了当前中国国内勘探页岩气的现状,希望能在今后中国勘探页岩气的道路上给予一定的参考。     

页岩气资源潜力与勘探开发前景

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100×1012m3,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。     

世界页岩气研究概况及中国页岩气资源潜力分析

页岩气系指泥岩或页岩在各种地质条件下生成的、已饱和岩石自身各种形式的残留需要、进入了排烃门限但尚未完全排出的以吸附、游离及溶解等多种形式残留于泥页岩内部的天然气资源。随着北美、欧洲和亚洲等地区页岩气勘探程度不断加大,对页岩气的储集特征、成藏机理等方面的研究取得重大进展。但页岩气研究仍存在许多问题,如"页岩气"概念没有科学地表达出页岩油气资源的科学内涵;页岩气的成因机制不清且缺乏行之有效的判别标准;页岩气分布发育模式不明且缺乏统一的预测方法。针对当前对页岩气的认识,本文依据源岩残留烃临界饱和量及其钻采过程中温压下降而释放油气的比率等参数,对中国页岩气资源进行了预测。     

页岩沉积环境对其油气潜力的影响:以中国和北美对比研究为例

页岩油气是当前全球油气勘探和研究的热点,但其潜力评价一直是难点。该文以中国和北美的四套典型页岩为例,包括北美湖相Green River组、内陆海相Niobrara组、中国环境来评价相龙马溪组和济阳坳陷湖相页岩,发现页岩沉积环境与其油气潜力具有密切关系,因此可通过分析发现这四套页岩的沉积环境都具有页岩沉积环境评价其页岩油气潜力。通过微量元素、生物标志化合物、扫描电镜、X-CT和X射线衍射等方法,发现这四套页岩都具有一定的还原性和较高的生产力,且具有差异性。内陆海相Niobrara组页岩具有弱还原的沉积环境,在四套页岩中有机碳含量较低,呈块状沉积构造,裂缝与微裂缝较少,储集空间相对有限。焦石坝海相龙马溪组页岩为还原的沉积环境,岩石以富含有机质的硅质岩为主,可观察到大量的大孔隙与少量的微裂缝。Green River页岩和济阳坳陷页岩形成于陆相咸化的强还原沉积环境,有机碳含量高,页岩以纹层状结构为主,岩石组成脆性矿物含量高,含有大量的裂缝。可见,具有强还原沉积环境的页岩通常具有较好的勘探前景。     

页岩气容积法储量计算方法及实例应用

页岩气作为一种重要的非常规天然气资源,近年来受到越来越多的关注,页岩气的成因机理、赋存相态、分布特征等与常规天然气有着明显的区别,其特殊的气体蕴藏方式导致储量计算方法也有别于常规气藏。探讨页岩气藏的特殊性,其主要表现在气体具有双重赋存状态和成藏机理具有混合性等,在此基础上提出了在页岩气藏勘探开发初期计算地质储量的一种有效方法:容积法。页岩气特殊的蕴藏方式有游离气和吸附气两种,游离气储量按照常规天然气的方法来计算,吸附气储量则参考目前已有的相对成熟的煤层气地质储量计算方法。该计算方法在北美页岩气资产地质储量估算中得到成功应用。     

页岩气地球物理勘探技术发展现状

近年来,全球页岩气产业迅速升温,特别是北美页岩气的快速发展改变了世界能源供应格局。我国页岩气资源潜力巨大,已经引起政府和相关企业的高度关注。页岩气储集层具有高自然伽马、低声波速度、低密度、高电阻率等地球物理特性,这些特性是页岩气勘探地球物理技术识别与评价的依据。当前我国页岩气勘探开发总体处在起步阶段,主要任务是有利目标区域的优选和资源量评价,以及开展关键技术的试验研究。本文通过页岩气地球物理勘探技术发展现状的分析,指出地球物理勘探技术作为页岩气储层评价和增产改造的关键技术,应重点在建立页岩气储层测井评价方法和标准、页岩气储层地震资料各向异性处理和多波反演技术等方面加强研究。加大页岩气勘探工作的投入,基础性研究与关键技术研发相结合,借鉴国外成功经验与自主创新研发相结合,部署开展基础性页岩气资源调查评价,探索建立适合我国地质特点的页岩气地球物理勘探评价技术体系。     

中国南方海相页岩气超压机制及选区指标研究

在页岩气勘探开发选区的过程中,首先要寻找含气量较高的地区作为开发区块,含气量高的地区其资源丰度高,在同样的增产改造规模下单井EUR也较高,经济性也好。由于页岩含气量等于吸附气加上游离气,再加上溶解气,游离气、吸附气和溶解气都与压力系数关系密切。在美国开展页岩气地质选区过程中,由于地质条件稳定,认为超压对于页岩气田没有那么重要,正常压力、甚至欠压都可以实现开发,因此美国页岩气地质选区指标中没有压力系数的概念,并没有将超压作为一个关键指标。但是由于中国与北美地质成藏背景不同,北美页岩气主要位于环加拿大克拉通盆地,背景非常稳定,而我国是由多个地块拼接而成,构造复杂,同时页岩形成的时代较久,因此,我国与北美地质条件最大的差别为页岩成熟度高低和构造运动的强弱。因为我国海相成熟度高,导致孔隙压实,孔隙度降低;我国构造运动相对活跃,断裂发育,保存条件相对差。对于高成熟、低孔隙度的页岩,要达到同样的含气量需要较大的地层压力系数,这样单井最终可采储量才能达到经济极限,才能实现商业开发。我国南方分布有丰富的海相页岩气,具有厚度大、分布稳定的特点,普遍经历了高成熟演化和强烈地质构造运动。在油气生成过程中由于排烃作用的发生形成了广泛发育超低含水饱和度的特征,超低含水饱和度存在为形成超压富集区创造了条件,这种超压核心区是南方海相页岩气近期主要的勘探目标。扬子地区已经发现的超压页岩气田的增压机制主要包括构造抬升型增压、水热型增压、黏土矿物脱水型增压、生烃型增压。焦石坝海相页岩气田主要为构造型增压所形成的超压页岩气田,长宁页岩气田主要为生烃增压型页岩气田。页岩气选区指标应该是核心区/富集区优选指标,指标取值依据必须与超压气田地质特征参数匹配才有意义。北美地区页岩气地质选区需要考虑埋深、页岩厚度、TOC含量、含气量、硅质矿物含量。由于北美地质条件简单、成熟度适中,在低压、欠压条件下可实现商业化,但在高成熟、断裂发育背景下,地层压力系数尤其重要,应该考虑地层层压力系数。因此,本文认为页岩气地质选区中,除了考虑页岩埋深(1 500~4 500 m)、页岩厚度(>30 m)、总有机碳含量(>2%)、硅质矿物含量(>30%)等基本参数外,应把地层压力系数大于1.3以上作为我国南方海相页岩气选区的重要指标之一,才能体现我国南方海相页岩气特点,同时提高页岩气选区的准确性和科学性。     

涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术

涪陵页岩气田是我国第一个投入商业化开发的国家级页岩气示范区,与北美相比,涪陵地区地表条件、地质条件和页岩气储层特征更加复杂、储层埋藏更深,开发初期钻井机械钻速低、钻井周期长、成本高。为此开展了涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术研究,形成了集水平井组钻井工程优化设计、水平井优快钻井技术、国产低成本油基钻井液、满足大型压裂要求的长水平段水平井固井技术、山地特点“井工厂”钻井技术以及绿色环保钻井技术为核心的页岩气水平井组优快钻井技术体系。在涪陵页岩气田推广应用了290口井,完井256口,平均单井机械钻速提高了182%,平均单井钻井周期缩短了55%,平均单井钻井成本降低了34%。为涪陵页岩气田年50亿m3一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑,对我国页岩气规模开发提供了重要的借鉴和引领作用。     

基于灰色关联分析法的页岩气资源丰度敏感性研究

页岩气成藏是多种因素共同作用的结果。要探明页岩气资源丰度,就要分清各种影响因素之间的关系及其重要性。研究影响页岩气资源丰度的各种因素,从众多影响因素中分析各种因素的敏感度具有重要意义。本文介绍了页岩气成藏条件,研究了影响页岩气资源丰度的主要因素。以北美典型的页岩盆地地层与中国四川盆地下古生界页岩地层相关数据为基础,利用灰色关联分析对页岩气资源丰度各种影响因素的重要程度进行研究。该方法的思路为:首先在大量离乱、随机的统计数据中建立参考数据和比较数据;其次,由于数据的单位不同,对原始数据进行无量纲化处理,使数据具有可比性;最后,运用灰色关联分析法处理数据,从整体观念出发进行综合评价,确定其对目标要素的贡献程度。本研究得到的资源丰度敏感程度自大到小依次为页岩深度、厚度、演化度(Ro)、有机质(TOC)和孔隙度,这为以后页岩资源丰度的研究提供了理论借鉴。     

全球页岩油形成分布潜力及中国陆相页岩油理论技术进展

全球非常规页岩层系油气资源丰富,富有机质页岩主要沉积在劳亚构造域和特提斯构造域的上侏罗统、渐新统—中新统、白垩系和上泥盆统4套页岩层系内。交汇分析北美典型页岩油区块产量与R_o数据关系,提出R_o为0.7%作为低熟页岩油和中高熟页岩油的界限,系统评价了全球116个盆地157套页岩层系中高熟页岩油、低熟页岩油技术可采资源量约2 512亿t,主要分布在北美洲、南美洲、北非和俄罗斯,以前陆盆地中新界、克拉通盆地古生界、裂谷盆地和被动大陆边缘盆地的中生界为主。海相页岩油受显生宙以来的海侵影响,富集在稳定克拉通和前陆等类型盆地中,具大面积稳定分布、成熟度适中等特征;陆相页岩油受暖室期气候影响,主要在坳陷、断陷等类型盆地中发育,以微纳米级无机孔隙和微页理裂缝为主要储渗空间通道,具有沉积相横向变化大、“甜点区段”局部富集等特征。中国石油工业正经历从“陆相页岩生油”向“陆相页岩产油”转变,初步形成源岩油气“进源找油”地质理论、陆相页岩油高效勘探及低成本开发技术体系,推动中国陆相页岩油取得重要突破。着力加强应用基础理论研究与关键技术攻关,构建地质-工程一体化模式,...