页岩气成藏地质条件及中国上扬子区页岩气潜力

通过对北美页岩气藏地质特征进行调研,总结出页岩气藏的分布特征和形成地质条件,并对中国上扬子区海相页岩气资源潜力进行分析。热成因页岩气藏主要位于造山带边缘前陆盆地的前渊和前缘斜坡部位,生物成因页岩气藏主要位于克拉通盆地,二者在资源分布和成藏地质条件等方面均存在差异。页岩气藏形成的地质条件及评价要素包括页岩厚度、埋藏深度、有机碳及吸附气含量、有机质类型及成熟度、脆性矿物含量、地层压力与温度、储层物性、天然裂缝发育程度及含气量等。中国上扬子区古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组的海相黑色页岩具有较好的页岩气潜力,是中国海相页岩气勘探最为有利的目标之一。     

湖南保靖地区龙马溪组页岩气成藏条件分析

湖南保靖地区是页岩气勘探新区块。通过多口页岩气钻井的勘探实践,应用岩心描述、有机地球化学测试和扫描电镜观察等方法,系统总结了研究区下志留统龙马溪组页岩气成藏地质条件,并揭示其富集成藏的主控因素,为下一步勘探部署提供理论依据。湖南保靖地区下志留统龙马溪组黑色页岩分布广、厚度较大、有机质丰度高、热演化程度高、岩石中硅质含量高、储层裂缝发育程度高、孔渗条件较好、埋深适中,储集空间和运移通道充足,气测值较高,具有形成页岩气藏的有利地质条件。预测保靖县东南部甘溪-大坨地区为页岩气勘探有利区。     

复杂构造区页岩气藏地质特征与效益开发建议——以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组为例

以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组页岩气藏为例,总结了复杂构造区高压、超压页岩气田的地质特征,对比分析了常压页岩气藏与高压、超压页岩气藏的异同点。根据构造改造和气藏的分布特点,提出了常压页岩气藏的分类方案,将中国南方常压页岩气藏分为盆内型、盆（内）缘过渡型和盆外残留型3种类型。研究认为,盆外残留型页岩气藏具有地层连续分布面积小、裂缝发育、地层压力系数偏低、游离气占比较低、地应力较小和两向水平应力差异较大等特点。对盆地外复杂构造区的常压页岩气藏,提出TOC大于3%、孔隙度大于3%和含气量大于3 m³/t可作为效益开发的选区依据。     

复杂构造区页岩气藏地质特征与效益开发建议——以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组为例

以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组页岩气藏为例,总结了复杂构造区高压、超压页岩气田的地质特征,对比分析了常压页岩气藏与高压、超压页岩气藏的异同点。根据构造改造和气藏的分布特点,提出了常压页岩气藏的分类方案,将中国南方常压页岩气藏分为盆内型、盆（内）缘过渡型和盆外残留型3种类型。研究认为,盆外残留型页岩气藏具有地层连续分布面积小、裂缝发育、地层压力系数偏低、游离气占比较低、地应力较小和两向水平应力差异较大等特点。对盆地外复杂构造区的常压页岩气藏,提出TOC大于3%、孔隙度大于3%和含气量大于3 m³/t可作为效益开发的选区依据。     

鄂尔多斯盆地东缘太原组页岩气成藏特征

以鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相太原组泥页岩为研究对象,通过野外调查和实验测试,分析太原组泥页岩的空间展布、储层地球化学与物性特征以及页岩气成藏特征,估算页岩气资源潜力。研究认为：鄂尔多斯盆地东缘太原组泥页岩沉积于三角洲平原和潮坪-潟湖环境,沉积厚度为30～70m,自东向西变薄;泥页岩有机质为Ⅲ型干酪根,有机碳含量为4.06%,成熟度为0.90%～2.40%,处于中等-过成熟阶段;储层孔隙以微孔为主,脆性矿物含量超过45%,具较好的页岩气源岩和储层条件;页岩气藏主要为深埋热作用与岩浆热作用叠加的热成因型气藏,形成于早白垩世的生烃高峰期。采用体积法估算页岩气资源量约为1.9243×10¹²m³;初步优选出临县-兴县和石楼-隰县-大宁-蒲县等2个勘探有利区,有利区页岩气资源潜力约为0.92×10¹²m³,该研究为鄂尔多斯盆地东缘页岩气勘探开发提供了依据。     

复杂构造区高演化程度海相页岩气富集高产地质主控因素分析——以涪陵地区龙马溪组为例

涪陵地区下志留统龙马溪组发育一套富有机质泥页岩,近年来勘探证实为一套优质含气页岩储层。该套含气页岩与北美主要页岩层存在明显的差异,具备热演化程度高、孔隙结构复杂,经历多期构造运动等特征,明确该套含气页岩层系的页岩气富集高产主控因素对于国内外同类型页岩层系的页岩气地质及开发评价工作具有十分重要的意义,研究重点从微观与宏观两个角度出发,对该套含气页岩层系页岩气富集高产主控因素进行了剖析,提出了"三元控藏"、"五元控产"的页岩气富集高产主控因素,初步明确有利的沉积相为页岩气富集高产提供了物质基础,适中的热演化为页岩气成藏提供了丰富的储集空间和充足的气源,良好的保存条件为页岩气的富集提供了有效保障,良好的改造条件为页岩气高产提供了有效的渗流体系。     

页岩储层裂缝系统综合评价及其对页岩气渗流和聚集的影响

为了探究页岩储层裂缝系统发育特征、主控因素及其对页岩气渗流和聚集的影响,通过对页岩岩心和薄片进行观察和统计,根据其形态特征的差异,将裂缝分为层理缝、刺穿型高角度缝、内部高角度缝、低角度缝和微裂缝5种类型。通过对比分析多种参数对裂缝系统产生与发育的影响认为,其主控因素包括脆性矿物含量、构造作用、岩石内部结构、非均质性、力学性质及地层围压等,结合裂缝类型和主控因素等对页岩储层裂缝系统进行综合评价。其中,层理缝等水平裂缝的侧向扩散作用促进页岩气的渗流和聚集。尤其在中国南方构造变形强烈、褶皱发育的地区,层理缝与低角度缝造成页岩储层侧向扩散效果明显,使向斜型页岩气藏和背斜型页岩气藏兼具北美典型页岩气藏(自生自储,原地成藏)与常规气藏(油气富集于构造高部位)的复合型成藏模式。在封闭成藏的条件下,裂缝系统发育往往能够使游离气通过侧向扩散作用沿着裂缝渗流和聚集,于构造高部位形成气藏。     

四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模式

以四川盆地东南缘焦石坝构造龙马溪组页岩气田及邻区为例,探讨复杂构造区、高演化程度页岩层系成藏富集的关键控制因素。焦石坝构造为经历多期构造运动改造的断背斜;龙马溪组页岩热演化程度高,Ro值大于2.2%,下部发育厚35~45 m、TOC值大于2%的优质页岩层系;产层超压,地层压力系数为1.55,页岩气产量、压力稳定。构造类型、构造演化及地球化学分析表明,龙马溪组存在多期生烃和天然气运聚过程,两组断裂体系与龙马溪组底部滑脱层的共同作用控制网状裂缝形成和超压的保持,是页岩气富集高产的关键,龙马溪组封闭的箱状体系保证了气藏的动态平衡。焦石坝页岩气藏的高产富集模式为"阶梯运移、背斜汇聚、断-滑控缝、箱状成藏";经历多期构造演化的复杂构造和高演化页岩层系发育区,要形成页岩气高产富集区,与常规气藏一样,需要有利的保存和构造条件。     

页岩气勘探和开发进展综述

页岩气是指以吸附或游离状态聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中的一种非常规天然气,储集空间为有机质孔隙及矿物基质孔隙和裂缝,其来源有生物成因和热解成因 2 种,具有典型的自生自储特征。页岩气孔隙度（<10％）和渗透率（μD～nD）较低,需通过压裂（一般为水力压裂）来增强连通性,进而获得经济开发。页岩气在美国的成功开发展示了页岩气是基础地质和石油工程高度结合的典范。页岩气勘探程度低,技术不成熟,页岩气藏主控因素不清楚,成藏理论或模式有待深入研究,是当前我国页岩气发展面临的主要问题。     

页岩气成藏条件分析——以美国页岩气盆地为例

页岩气藏不同于常规气藏,页岩既是源岩也是储层,烃类气体主要以吸附状态赋存在干酪根和粘土颗粒的表面。气体可以是热成因、生物成因或混合成因。页岩含气量主要与有机质丰度、类型及演化程度有关。页岩的孔隙度与渗透率极低,需要裂缝来提高孔渗性能。一般情况下,页岩气藏需要人工压裂才能进行工业生产。大多数产气页岩具有分布范围广、层厚、普遍含气等特点,这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。     

北美页岩气资源形成的地质条件

Fort Worth 盆地Barnett页岩气藏的成功开发,极大地推动了全球页岩气勘探开发进程。分析北美地区已开发页岩气聚集区带油气地质特征,了解区域地质背景,有助于建立页岩气富集模式、寻找有效页岩气储层、确定“甜点”边界、提高采收率等。研究表明,北美克拉通盆地、前陆盆地侏罗系、泥盆系-密西西比系富集多种成因、多种成熟度页岩气资源,页岩产层通常是含油气系统中主力烃源岩,尤以受上升洋流影响、具有低能还原环境的海进体系域黑色页岩（腐泥型-混合型干酪根）为佳。沉积环境和热成熟度是页岩气富集区带主要控制因素,裂缝网络发育程度决定能否获取丰厚的商业价值。因此,古气候、古地理条件以及沉积环境、构造作用等因素的综合,使得北美页岩气资源形成并不断得到有效开发。     

中国页岩气形成条件及勘探实践

中国非常规天然气已实现了致密气、煤层气资源的规模化工业生产,正在寻求实现页岩气资源的有效开发。为此,通过对中国富有机质页岩形成构造背景、地质特征、页岩气形成条件及影响因素的分析,认为中国富有机质页岩时代多、类型丰富、形成环境复杂,不同类型富有机质页岩地质特征与页岩气形成条件差异明显。中国富有机质页岩形成环境有5类：①克拉通边缘半深水-深水陆棚相（扬子地区下古生界）;②克拉通边缘沼泽相（华北地区石炭-二叠系）;③前陆盆地湖-沼相（四川盆地上三叠统、西部地区三叠-侏罗系）;④裂谷盆地断（坳）陷半深-深湖相（渤海湾盆地古近系和新近系、松辽盆地白垩系）;⑤大型陆内坳陷盆地深湖相（鄂尔多斯盆地三叠系）。中国页岩气形成条件可归纳为：①富有机质页岩发育具有广泛性;②富有机质页岩展布具有不均衡性;③不同类型页岩成气潜力具有多样性;④页岩储层具有差异性。中国页岩气区带类型可以划归4种类型：热裂解页岩含气区、热成熟页岩含气区、深埋热成熟页岩含气区和生物气-低成熟页岩含气区。中国页岩气勘探实践表明：中国拥有丰富的页岩气资源量,随着理论与技术的突破、经济条件的改善,未来中国页岩气资源有较好发展前景。     

北美地区页岩气水平井井距现状及发展趋势

水平井井距是经济高效开发页岩气的核心参数之一,不仅影响单井及平台开发效果,还直接决定整个气藏的储量动用和经济效益。针对北美地区各典型页岩气田水平井井距现状进行了广泛深入调研,分析了北美页岩气井距的发展趋势,梳理了页岩气井距优化的研究进展,得到如下结论:①北美各页岩气水平井井距主要集中在180~420 m之间,以201 m和402 m这2种井距为主;②2011-2017年间北美页岩气井距整体呈现减小趋势,但Marcellus、Utica、Haynesville和Barnett等主要气田的井距值均有所增加;③在小井距开发模式强烈的井间干扰和产量递减影响下,北美页岩气水平井井距存在逆向增大的变化趋势;④井距优化的主要研究方法包括现场先导试验、现场生产数据分析拟合以及数值分析模拟方法,最新研究得出的合理井距范围约为300~400 m。     

中国陆相盆地页岩油研究及勘探开发进展

北美页岩油气的成功勘探带给全世界新的油气勘探思路。中国陆相盆地的页岩油资源非常丰富,但中国陆相盆地特殊复杂的地质与工程条件也给中国的勘探家们带来了诸多难题。近年来页岩油的概念内涵饱受争议,中国陆相页岩油的形成条件、赋存形式、成藏机理、资源潜力与有利发育区等内容成为研究热点,中国陆相湖盆发育淡水、咸水环境2类优质烃源岩,经研究表明,淡水、咸水环境均可发育高TOC页岩。微米-纳米级孔隙是页岩油重要的储集空间,主要包括晶间孔、有机质孔、层理缝、微裂缝等,纹层状岩相是页岩油勘探的有利岩相已成为共识,页岩油丰富的资源量引起了国内各大石油企业的关注,页岩油相关的勘探开发工作也先后开展,并取得了很大进展。目前,中国页岩油勘探开发仍存在众多问题,页岩油概念混乱、地质条件复杂、工程手段有限等一系列问题亟待解决。总体来看,页岩油革命即将到来。     

页岩油气藏储量和产量预测方法综述

水平井分段压裂技术取得的突破性进步,极大地推动了全球尤其是北美页岩油气资源的快速发展。页岩油气藏通常可归为裂缝性油气藏,基质、天然裂缝及人工裂缝形成的复杂储集体使其油气储集空间和渗流通道更为多样化,渗流机理更为复杂,因而储量和产量预测方法也有别于常规油藏。调研了美国目前主要的页岩油气藏产量递减方法和采收率预测方法,并就相关问题开展初步探讨,对于我国页岩油气藏储产量的预测评价工作具有借鉴意义。     

页岩气藏形成机理与富集规律初探

我国存在大量富含有机质页岩地层,具有广阔的页岩气藏勘探开发前景。分析页岩气成藏特征,探讨页岩气藏形成机理与富集规律,有助于为更好地评价和开发我国的页岩气资源。研究表明：页岩气藏是一种区域性连续聚集型非常规天然气藏;页岩具有一定厚度、有机质含量丰富、处于生气窗演化阶段以上、天然裂缝发育、位于构造低部位或盆地中心等是页岩气藏形成的主要条件;自生自储、不间断供气与连续聚集、未经运移或极短距离运移等是页岩气藏形成机理的重要特征;页岩有效厚度、有机碳含量、基质孔隙与天然裂缝发育程度是页岩气富集成藏的关键因素。     

大幅度降低页岩气开发成本的技术途径

页岩气是一种典型的低品位边际油气资源,单井控制体积小,钻井、完井和压裂改造技术要求高,作业量大,开发成本高,工业化和商业化开采难度大,因此探索降低页岩气开发成本的技术途径具有重要意义。分析了北美地区低成本页岩气开发技术历程及发展趋势,对比了我国页岩气藏与北美地区的差别,认为资源品位偏低、山区地貌、复杂地质构造、强水平应力使我国页岩气开发的难度更大、技术要求更高、成本压力更大,需要在页岩气开发模式方面实现创新。提出了适度规模开发、精细储层评价、提高钻井效率和储层改造效率等降低页岩气开发成本的技术途径。建议重点发展小井眼技术、水基钻井液技术和无水体积压裂技术,逐步形成适合我国国情的山区低成本开发模式与技术,通过综合技术集成降低页岩气开发成本。      

中国天然气勘探的两个重要领域

依据成藏过程和原理，天然气藏可被划分为常规圈闭气、根缘气、煤层气、页岩气、溶解气（含水溶气）以及天然气水合物等类型。除水溶气和天然气水合物以外，上述其他四种类型气藏均已在北美实现了工业化勘探开发。为此分析了中国相关盆地的地质特点以及油气成藏条件，结果认为：①上述前四种类型气藏也是中国天然气勘探所面对的基本对象，尤其是其中的根缘气和页岩气具有重要的现实意义，是中国天然气勘探值得重视的两个基本领域；②根据储层致密、源储接触以及砂岩底部含气等特点，可对根缘气发育进行早期判识，中国的根缘气分布可划分为三区四块，以致密砂岩底部含气作为识别标志，简化了识别方法并有可能发现更多的根缘气藏；③页岩气具有典型的无或短距离运移、自生自储、隐蔽成藏以及较强的抗构造破坏能力等特点，中国南方碳酸盐岩地区、西北地区及华北地区中、古生界等均是页岩气勘探的重要领域，其中尤以南方地区，四川、鄂尔多斯、吐哈等盆地最值得关注。     

中国陆相页岩气的形成条件

虽然目前北美工业性开发的页岩气资源均在海相沉积地层中,但我国已在陆相泥页岩中获得了页岩气勘探开发的重要突破,陆相页岩气的资源潜力也正随着勘探实践的深入而被逐步揭示。为此,在研究我国陆相富有机质泥页岩分布特点的基础上,分析了主要盆地陆相富有机质泥页岩的基本地质条件和有机地球化学参数。结果认为,我国形成陆相页岩气富集具有6个方面的有利条件：累计厚度大、有机质类型多样、储集空间丰富、保存条件好、资源丰度高、地表条件好。结论指出：我国陆相富有机质泥页岩主要分布在华北及东北区、西北区及南方局部地区的中-新生界,形成陆相页岩气富集主要具有上述有利条件,而且我国陆相富有机质泥页岩发育区多与常规油气勘探开发成熟区重叠,具有资料和基础设施等方面的优势,因此具有更好的经济可采性;虽然我国陆相富有机质泥页岩具有相对较低的有机质热演化成熟度,目前多处于生油和湿气窗阶段,页岩气和页岩油在微观和宏观上呈共生伴生关系,但通过异同点对比分析后认为,我国陆相页岩气比页岩油具有更好的可采潜力。     

北美致密油钻井技术现状及对我国的启示

受天然气价格低迷影响,北美致密油延续页岩气革命,作业量及产量出现大幅增长,并在全球引领了一场非常规油气资源革命。以页岩气、致密油为代表的非常规资源的成功开发与水平井等技术的进步密不可分。从钻井工程技术的角度探究了北美致密油产量大幅提升中技术进步所起到的重要作用。首先介绍北美致密油分布情况、钻井技术发展历程及现阶段作业规模情况,并通过系统梳理目前在北美主要致密油盆地所采用的主体及前沿钻井技术,分析未来钻井技术的发展趋势,为正在起步的中国致密油开发提供借鉴。