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1、第六章 页岩气与页岩油页岩页岩（Shale），是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。一、页岩气页岩气概念页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩 及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的 非常规天然气，成分以甲烷为主，含少量的乙烷、 丙烷和丁烷等。（一）、页岩气发展状况 世界油气状况 p页岩气的分布、储量和发展状况等资源类型远景资源累计采出剩余量待发现量备注常规 油气石油（ 108t） 天然气（ 1012m3）非常规 油气石油（ 108t）天然气（ 1012m3）4110547
2、91029103220493418探明程度43%436.169.4149.5217.2探明程度50%超重油及沥青（油砂）：5206油页岩：33978534合计：860313740常规石油的 1.82.9倍常规天然气 的2.2倍煤层气：168312 / 中值256.1致密砂岩气：209.6页岩气：456天然气水合物： 2501合计：3423（一）、页岩气发展状况 国外状况全球已掀起“页岩气革命”，目前已有多个国家在进行页岩气前期评价和勘探开发先导试验，其中以美国页岩气勘探开发较为成熟。11. 236.130.313.724.4（一）、页岩气发展状况 国内状况我国页岩分布盆地有四川盆地、鄂尔多斯盆
3、地、渤海湾盆地、松辽盆地、塔里木盆地、以及准噶尔盆地等，估计资源量10-30万亿方，页岩气资源丰富。（一）、页岩气发展状况 主要特点p储量大 从全世界范围看，泥、页岩约占全部沉积岩的60%， 页岩气资源前景巨大p较环保 页岩气燃烧较干净，对环境的污染小，每单位的能 源完全燃烧放出的二氧化碳仅为石油的70%，煤炭 的50%。p开采难 开采技术难，开采过程中需用大量的水和化学剂， 对环境造成影响。（一）、页岩气发展状况 主要价值p页岩气是一种清洁、高效的能源资源和化 工原料，主要用于民用和工业燃料，化工 和发电等，具有广阔开发前景，页岩气的 开发和利用有利于缓解油气资源短缺，增 加清洁能源供应，是
4、常规能源的重要补充 。（二）、页岩气地质特征p页岩气（Shale Gas）是指在富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附态和游离态为主要方式存在并富集的天然气。吸附阶段孔隙充填阶段裂缝充填阶段页岩气藏阶段有机质和黏土颗粒表面吸附与解吸气体流入页岩基质孔隙气体进入天然裂缝网络最终形成页岩气藏页岩气赋存方式与成藏过程示意图（据Ron McDonald，2002）页岩气成藏过程（二）、页岩气地质特征 页岩气成因类型页岩气存在三种气源：1、生物成因气（生物作用） 2、热成因气（干酪根、油裂解、沥青裂解） 3、二者混合成因。页岩气藏气源成因示意图（据Jarvie，2003）（二）、页岩气地质特征 页岩气基本特点
5、()岩性：多为富含有机质的暗色、黑色页岩、高碳页 岩及含沥青质页岩，总体上表现为暗色页岩类与浅色 粉砂岩类的薄互层。()岩石组成：一般为30-50%的粘土矿物、15-25%的 粉砂质（石英颗粒）和2-25%的有机质。()成因：可主要来源于生物作用或热成熟作用。()有机地球化学指标：TOC一般不小于2%()页岩本身既是气源岩又是储气层。（二）、页岩气地质特征 页岩气基本特点（）孔隙度一般小于10%，而含气的有效孔隙度一 般只有1-5%。渗透率则随裂缝的发育程度不同而有 较大变化。（）页岩中具有广泛的饱含气性，天然气的赋存状 态多变，以吸附态或游离态为主，吸附状态天然气的 含量变化于20-90%之
6、间，一般为50%左右，溶解态 仅有少量存在。（）页岩气成藏具有隐蔽性特点，可以不需要常规 圈闭存在，但当裂缝在其中发育时，有助于游离相天 然气的富集和自然产能的提高。（）当页岩中发育的裂隙达到一定数量和规模时， 构成天然气勘探的有利目标甜点。页岩气开发流程（三）、页岩气开发关键技术1) 有效页岩的厚度2) 页岩的有机质丰度3) 页岩的热演化程度4) 页岩的矿物组成5) 页岩的含气量6) 页岩的孔隙度7) 页岩的渗透性 8) 构造格局北美地区页岩气评价包含16个参数，内容全面。1）页岩气有利目标区优选技术9) 沉积、构造演化史10) 页岩横向连续性11) 3D 地震资料情况12) 地层压力特征1
7、3) 压裂用水14) 输气管网15) 井场情况与地貌环境16) 污水处理与环保选区评价技术（三）、页岩气开发关键技术测井和岩心分析是页岩气储层评价的两种主要手段。2）页岩气储层评价测井：通过对已知页岩气藏总有机碳含量、成熟度、含气性等地球化学参数与测井资料标定建立气藏评价方法的研究，在新井或新层评价时可通过测井模型确定各项参数。 （三）、页岩气开发关键技术 选区评价技术岩心分析：确定孔隙度、储层渗透率、泥岩的组分、流体及储层的敏感性，并分析测试TOC和吸附等温曲线。通过参数井的系统取心，在“相控页岩分布”的思路指导下，对岩心的层序和沉积细致描述，研究页岩的沉积特征，编制不同层系页岩沉积相平、剖
8、面图。硅质含量越高，页岩脆性越大，有利于后期的压裂改造形成裂缝，只要富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘探开发目标。 3）富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘探开发目标（三）、页岩气开发关键技术 选区评价技术（三）、页岩气开发关键技术页岩气开发技术历程19811985年19851997年19982003年2003-至今 直井、泡沫压裂、氮气辅助 为直井、胶联压裂、氮气辅助、降滤 失剂、表面活性剂 主体技术为直井、清水加砂压裂 水平井、清水压裂页岩气开发关键技术水平钻井技术水力压裂技术（三）、页岩气开发关键技术水平钻井随着2002年Devon能源公司沃斯堡盆地的Barnett页岩气试验水平井取得
9、巨大成功，业界开始大力推广水平钻井，水平井已然成为页岩气开发的主要钻井方式。根据美国Barnett区块开发经验，水平井最终评价的开采储量是直井的3倍以上，成本只相当于直井的1.5倍，此外页岩气井初始产量与最终总产量也有很大关系。（三）、页岩气开发技术水力压裂v页岩储层渗透率低，90%的页岩气完井后需要人工压裂后才能获得产量；v水力压裂是改善储层裂缝系统，增加渗流通道的最有效方法；v水力压裂对储层伤害小，增产效果明显。（三）、页岩气开发技术水力压裂v氮气压裂、凝胶压裂 地层伤害小、滤失低、携砂能力强 水敏性地层和埋深较浅的井 v清水压裂 减阻水为压裂液主要成分，成本低，但携砂能力强 适用于天然气
10、裂缝系统发育v多级压裂 多段压裂，分段压裂。技术成熟，使用广泛 产层较多，水平井段长的井v水力喷射压裂 定位准确，无需机械封隔，节省作业时间 尤其适用于裸眼完井的生产井v同步压裂 多口井同时作业，节省作业时间且效果好于依次压裂 井眼密度大，井位距离近v重复压裂 通过重新打开裂缝或裂缝重新取向增产 对老井和产能下降的井均可使用技术名称技术特点适用性Devon能源公司Barnett页岩气井清水压裂技术与凝胶压裂技术产量对比 水平井20段压裂裂缝示意图 （三）、页岩气开发关键技术水力压裂缝监测u 测井监测技术：主要应用井温测井、同位素测井、交叉偶极横波测井资料，实现压后裂缝监测评价。u 微地震监测技
11、术：是油气井压裂施工过程的监测技术，可监测裂缝位置、方位、大小以及复杂程度等，优化页岩气藏多级改造方案。探测器的材料？二、页岩油油页岩概念油页岩，又称油母页岩，是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，它和煤的主要区别是灰分超过40%，与碳质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。油页岩经低温干馏可以得到页岩油，页岩油类似原油，可以制成汽油、柴油或作为燃料油。除单独成藏外，油页岩还经常与煤形成伴生矿藏，一起被开采出来。二、页岩油页岩油概念页岩油，也称油母页岩油或油页岩油，是一种非常规石油。制备方法是加热分解油页岩，加氢或热溶解。这个过程把在岩石中的有机物质转变为合成石油和天然气合成原料。所得的油状物，可
12、以立即作为燃料或用于提供炼油厂。原料的性质可以通过加入氢和除去杂质如硫和氮等来改变。其制成的产品可用于和原油相同的目的。油页岩资源：是指在地壳内由地质作用形成具有经济意义的固体自然富集物，根据产出形式、数量和质量可以预期最终开采，是技术上可行、经济上合理的。其位置、数量、品位/质量、地质特征是根据特定的地质依据和地质知识确定和估算的。按照地质可靠程度，可分为油页岩查明资源和油页岩潜在资源。相关概念油页岩查明资源：是指经勘查工作已发现的油页岩资源。油页岩潜在资源：是指根据地质依据等预测而未经查证的那部分油页岩资源。油页岩剩余查明资源：是指油页岩查明资源中扣除注销量(包括采出量和损失量)剩余的部分
13、。相关概念油页岩探明资源：是指矿区的勘探范围依照勘探的精度详细查明了矿床的地质特征、矿体的形态、产状、规模、矿石质量、品位及开采技术条件，矿体的连续性已经确定，矿产资源数量估算所依据的数据详尽，可信度高。相关概念油页岩技术可采资源：是指油页岩资源中，在现有和未来可预见的技术条件下可以采出的油页岩资源总量(包括已经采出的)，等于油页岩资源乘以油页岩技术可采系数。其中，油页岩技术可采系数是指油页岩资源中，在现有和未来可预见的技术条件下可以采出部分所占的百分比。相关概念页岩油资源：等于油页岩资源乘以相应的含油率，相当于常规油气的地质资源量。页岩油可回收资源：是指页岩油技术可采资源中，在现有和未来可预
14、见的技术条件下可以干馏出的页岩油的总量，即页岩油可回收资源=页岩油资源技术可采系数可回收系数。其中，页岩油可回收系数是指页岩油技术可采资源中，在现有和未来可预见的技术条件下可以干馏出部分所占的百分比。相关概念从世界来看，很多国家的油页岩资源并未做过详细的普查，探明的油页岩资源储量还只占整个资源量的一小部分。随着全球能源消耗的快速增长，开展全球油页岩资源量的评估已迫在眉睫。（一）、油页岩的资源评价（一）、油页岩的资源评价勘查区级评价单元的边界划分（一）、油页岩的资源评价油页岩勘查区主要包括勘探区（矿区） 、详查区、普查区和预测区，矿区是指已开发的油页岩勘查区。矿区是油页岩产地内按勘查区边界或矿区
15、边界进行划分的最基本的油页岩赋存单元。矿区的面积可能相差很大，从几平方公里到几百平方公里。在所收集的油页岩数据资料基础上，依据勘查区的地形地质图、地层综合柱状图和油页岩底板等高线图等，油页岩勘查区内油页岩最低可采边界线的划分主要使用内插法、中点法和推断法，遵循以下四个原则：1、当勘查区最外边的工程（钻孔）钻遇油页岩矿层，且满足工业指标要求（含油率3.5），则板状矿体外推工程间距（钻孔间距）的 1/41/2 的距离所划定的全部范围作为勘查区内油页岩的边界范围。（一）、油页岩的资源评价2、当勘查区最外边的工程（钻孔）钻遇油页岩矿层，且满足工业指标要求（含油率3.5），而相邻的另一个工程（钻孔）虽钻遇相应层位的油页岩矿层，但没有达到工业指标要求，则两孔之间的最低可采边界点可由内插法确定，最低可采边界点连线所确定的范围即为勘查区内油页岩的边界范围。（一）、油页岩的资源评价3、当勘查区最外边的工程（钻孔）钻遇油页岩矿层，但与它相邻的工程（钻孔）未钻遇相应层位的油页岩矿层，则两个工程的中间点所划定的全部范围作为勘查区内油页岩的边界范围，中间点油页岩厚度和含油率均取零，用内插方法求出油页岩的最低可采厚度和含油率，其中倾角为 025的
