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1、美国页岩气资源概况及 气页岩预测启示,中国地质大学（武汉） 2010.11.22,美国页岩气资源概况 页岩气地质及成藏特点 气页岩岩石物理特征 气页岩预测方法初探,诚心前来学习、虚心接受指正；,知识不足、兴趣有加。,美国的燃料能源消费结构中，天然气占23%,Source: EIA,2009,美国页岩气资源概况,Alaska,Unconventional,Conventional,Net Imports,美国天然气年产量：常规天然气产量逐渐减少， 非常规天然气产量逐渐增加， 1998年5.4 tcf, 2007年8.9 tcf,美国非常规天然气产量增加，主要依赖于致密砂岩气（Tight gas）
2、、页岩气（Shale gas）和煤层气（Coalbed gas）,1999年以来页岩气储量、产量显著增加，导致天然气总量增加。,Significant increase in gas reserves and production from shales starts in 1999,Source: EIA,美国页岩盆地：本土的48个州页岩盆地含有巨大的页岩气资源。2009年，美国页岩气年产量达878亿方，页岩气生产井数逾50000余口。,美国第1口页岩气生产井： 钻于1821年，纽约州的Fredonia镇附近的泥盆系页岩。 1920s,肯塔基州的Big Sandy Field俄亥俄页岩气进行
3、气田规模的开发； 至1930s,密歇根州的Antrim页岩气经历了适度发展，但直到1980s才开始扩大; 1980s，得克萨斯州的Barnett页岩气层成为全美最活跃天然气产层，它的成功引起了业界的关注。 随后在页岩气的开发过程中，大规模的水力压裂和水平井钻探成为重要技术。美国页岩气钻井、产量快速增加。 年份 美国页岩气年产量 生产井数 2000 122亿方 28000余口 2006 311亿方 40000余口 2007 450亿方 42000余口 2008 572.6亿方 2009 878亿方 50000余口,页岩气产区主要分布在美国中、东部地区；,目前美国最主要含气页岩： Barnett
4、页岩 Haynesville/Bossier页岩 Antrim页岩 Fayetteville 页岩 Marcellus页岩 New Albany页岩 Woodford 页岩,Barnett页岩: TX, FortWorth盆地； Mississippian 系； 上、下为灰岩； 目前产量最高； 含气率高 研究程度最高，文献最多。,美国最主要的含气页岩特征,Fayetteville页岩: AR+OK, Arkoma盆地 Mississippian 系； 上覆为灰岩、下伏为砂岩；,美国最主要的含气页岩特征,Haynesville页岩: LA+TX, 北Louisiana盆地 上侏罗统； 上覆为砂岩
5、、下伏为灰岩；,美国最主要的含气页岩特征,Marcellus页岩: 美国东北部6个州, 中泥盆； 上覆为页岩、下伏为灰岩； 面积最大； 可采资源量最大,Wordford页岩: OK, 泥盆系； 上覆为灰岩、下伏为页岩；,Antrim页岩: MI, 上泥盆统； 上覆为页岩、下伏为灰岩；,New Albany 页岩: IL,IN,KY 泥盆密西西比系； 上、下为灰岩；,页岩气地质基本特点：,页岩气（shale gas）：生成并储存于泥页岩中的天然气。 页岩气主要为干气，但有的也为湿气，与生气母质类型及成熟度有关。 气页岩（gas shale）：含有一定量天然气的高碳页岩。 页岩气藏宏观特征：页岩聚
6、生、储、盖于一体，属于典型的自生、自储、自盖；一般不受浮力驱使，没有边水、底水，因此属于非常规气藏； 页岩含气率与TOC、Ro正相关，不同于非烃源岩的裂缝型泥页岩气藏。,页岩气地质及成藏特点,页岩中天然气有多种赋存相态：吸附态、游离态、溶解态，不同相态的形成条件、阶段不同，可能相互转化。 气源岩生成的天然气分子，优先满足吸附、其次满足溶解，二者都过饱和的天然气才能呈游离气态。 游离态的气受浮力驱使形成“常规气藏”，以吸附态、水溶态为主不受浮力驱使，形成“非常规气藏”。 “常规气”是“非常规气”的特例，“常规气成藏”是相对的、小概率事件，“非常规气成藏”是绝对的、大概率事件。 非常规与常规之间也
7、存在相互转化。,页岩气成藏的“微观”机理还有待深入研究：,页岩气地质及成藏特点,气页岩岩石物理特征 以Marcellus页岩为例,岩石露头颜色深、 宏观上，水平层理与垂向裂缝发育、 露头张性垂向裂缝，应与地下水力压裂产生的垂向裂缝类似,Nanopores,Darker Areas Higher TOC,10 m,微观上，纳米级微孔隙发育，有机质含量越高，微孔隙越发育。,Tim,2009,Harrell Shale:黑色,富含有机质页岩， Tully Limestone: 灰色，层理发育, 细粒灰岩. Mahantango 页岩: 含化石泥岩、砂岩及石英砾石，向上变粗. Marcellus Sh
8、ale: 黑色,富含有机质，黄铁矿2-10%，含铁质结核，含灰岩层. Onondaga Limestone:深灰色灰色细粒石灰岩.,西弗吉尼亚州的Marcellus页岩，Tim，2009,岩性、物性、电性、含气性之间的关系,Th/U 可确定氧化还原环境,Th/U,根据 Th/K 可确定粘土矿物成分： 伊利石品红色 蒙脱石绿色 伊利石能够使孔隙度增加 4%,Th/K,阿尔奇公式：,页岩含水饱和度阿尔奇公式：,Sw= 含水饱和度 Swu=页岩含水饱和度 Rw= 水的电阻率 Rt= 真电阻率 U = 铀含量 ppm = 孔隙度,与砂岩储层不完全相同，页岩中Sw阿尔奇公式需要校正： 粘土矿物校正可通过
9、铀含量校正进行,Simandoux,Simandoux using Vuran,铀含量由Gr测井获得,Archie (Sw) Light Blue Water Light Green- Gas Archie with Uran(Swu) Dark Blue Water Dark Green- Gas Simandoux (Sw) Light Brown Water Light Red- Gas Simandoux with Uran (Swu) Dark Brown- Water Dark Red - Gas,根据含水饱和度，获得含气饱和度。,Marcellus 页岩其实不纯 石英可达 65%
10、 粘土矿物仅 25% 高有机质含量导致低密度,岩性分析：,铀含量与密度孔隙度正相关,伽玛测井、 放射性测井、 密度测井、 电阻率测井,页岩含气性,气页岩预测方法初探,岩性、 物性、 电性、 含气性,为便于预测,1D:,岩性、 物性、 电性、 含气性,3D:,地震属性,烃源岩有机质含量的多少，在伽玛测井、密度测井、声波时差测井、中子测井、电阻率测井等各种测井曲线上都有一定的响应关系。 这些响应特征是烃源岩有机碳含量测井预测的理论基础； 而烃源岩TOC测井预测曲线又作为地震预测的桥梁。,烃源岩有机碳含量TOC体地球物理预测的启示,文昌组烃源岩TOC与密度的负相关关系,文昌组烃源岩TOC与电阻率的正
11、相关关系,文昌组烃源岩TOC与中子孔隙度的正相关关系,文昌组烃源岩TOC与声波时差的正相关关系,文昌组烃源岩TOC与自然伽玛的正相关关系,文昌组泥岩 n=158 r=0.751,6.5m,5.5m,12m,3m,4m,3m,烃源岩TOC体定量预测技术,应用于地震数据体,三维TOC体,测井参数,实测TOC点,预测模型,测井资料,分析样品,应用于TOC测井预测,钻井TOC曲线,地震数据体,属性参数,递归统计关系,单属性预测,概率性神经网络预测,多属性预测,交互验证,烃源岩TOC纵向分布测井预测,烃源岩TOC体 3D空间分布 定量预测,（国家专项研究 2008ZX05023-01阶段成果）,烃源岩3D空间分布预测TOC体,xline,结论,烃源岩排烃、成藏低效，意味残留烃高效，页岩气潜在资源量十分丰富； 常规油气的生、储、盖、运、圈、保成藏条件相互配置关系复杂，勘探难度大；页岩气藏基本无需运、圈、1/2保，勘探难度相对“小”；但开发技术含量高。 以烃源岩TOC体预测为基础，页岩气地球物理综合预测值得探讨。,致谢： 感谢西弗吉尼亚大学教授Tim Carr给予的交流、访问与合作。,谢谢大家！,