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1、美国页岩气资源概况及美国页岩气资源概况及气页岩预测启示气页岩预测启示徐思煌徐思煌中国地质大学（武汉）资源学院石油系中国地质大学（武汉）资源学院石油系 “中扬子非常规油气资源潜力分析研讨会中扬子非常规油气资源潜力分析研讨会”, 咸宁咸宁, 湖北湖北美国页岩气资源概况美国页岩气资源概况页岩气地质及成藏特点页岩气地质及成藏特点气页岩岩石物理特征气页岩岩石物理特征气页岩预测方法初探气页岩预测方法初探诚心前来学习、虚心接受指正；诚心前来学习、虚心接受指正；知识不足、兴趣有加。知识不足、兴趣有加。美国的燃料能源消费结构中，天然气占美国的燃料能源消费结构中，天然气占23% Biofuels1%Renewab
2、les8%Liquids37%Gas23%Nuclear8%Coal23% 美国页岩气资源概况美国页岩气资源概况Alaska25 -20 -15 -10 -5 -0 -1995200520152025UnconventionalConventionalNet Imports美国天然气年产量美国天然气年产量：常规天然气常规天然气产量逐渐减少，产量逐渐减少， 非常规天然气非常规天然气产量逐渐增加，产量逐渐增加， 1998年年5.4 tcf, 2007年年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美国非常规天然气产量增加，主要依赖于致密砂岩气（Tight gas）、页岩气、页岩气
3、（Shale gas）和煤层气和煤层气（Coalbed gas） 1999年以来页岩气储量、产量显著增加，导致天然年以来页岩气储量、产量显著增加，导致天然气总量增加。气总量增加。Significant increase in gas reserves and production from shales starts in 1999Source: EIA美国页岩盆地：本土的美国页岩盆地：本土的48个州页岩盆地含有巨大个州页岩盆地含有巨大的页岩气资源。的页岩气资源。20092009年，美国页岩气年产量达年，美国页岩气年产量达878878亿方，页岩亿方，页岩气生产井数逾气生产井数逾50000500
4、00余口。余口。页岩气产区主要分布在美国页岩气产区主要分布在美国中、东部地区；中、东部地区； 目前美国最主要含气页岩：目前美国最主要含气页岩：Barnett 页岩页岩Haynesville/Bossier页岩页岩Antrim页岩页岩Fayetteville 页岩页岩Marcellus页岩页岩New Albany页岩页岩Woodford 页岩页岩HaynesvilleHaynesville BakkenBakken ArkomaArkomaWoodfordWoodford AntrimAntrim FayettevilleFayetteville Fort WorthFort WorthBarn
5、ettBarnett Barnett页岩页岩:TX, FortWorth盆地；盆地；Mississippian 系；系；上、下为灰岩；上、下为灰岩；目前产量最高；目前产量最高；含气率高含气率高研究程度最高，文献最研究程度最高，文献最多。多。美国最主要的含气页岩特征 Fayetteville页岩页岩:AR+OK, Arkoma盆地盆地Mississippian 系；系；上覆为灰岩、下伏为砂岩；上覆为灰岩、下伏为砂岩；美国最主要的含气页岩特征 Haynesville页岩页岩:LA+TX, 北北Louisiana盆地盆地上侏罗统；上侏罗统；上覆为砂岩、下伏为灰岩；上覆为砂岩、下伏为灰岩；美国最主要的
6、含气页岩特征 Marcellus页岩页岩:美国东北部美国东北部6个州个州, 中泥盆；中泥盆；上覆为页岩、下伏为灰岩；上覆为页岩、下伏为灰岩；面积最大；面积最大；可采资源量最大可采资源量最大 Wordford页岩页岩:OK, 泥盆系；泥盆系；上覆为灰岩、下伏为页岩；上覆为灰岩、下伏为页岩； Antrim页岩页岩:MI, 上泥盆统；上泥盆统；上覆为页岩、下伏为灰岩；上覆为页岩、下伏为灰岩； New Albany 页岩页岩:IL,IN,KY 泥盆密西西比系；泥盆密西西比系；上、下为灰岩；上、下为灰岩；页岩气地质基本特点：页岩气地质基本特点：页岩气（页岩气（shale gas）：生成并储存于泥页岩中的
7、天）：生成并储存于泥页岩中的天然气。然气。页岩气主要为干气，但有的也为湿气，与生气母质类页岩气主要为干气，但有的也为湿气，与生气母质类型及成熟度有关。型及成熟度有关。气页岩（气页岩（gas shale）：含有一定量天然气的高碳页）：含有一定量天然气的高碳页岩。岩。页岩气藏宏观特征：页岩聚生、储、盖于一体，属于页岩气藏宏观特征：页岩聚生、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；边水、底水，因此属于非常规气藏；页岩含气率与页岩含气率与TOC、Ro正相关，不同于非烃源岩的正相关，不同于非烃源岩的裂缝
8、型泥页岩气藏。裂缝型泥页岩气藏。 页岩气地质及成藏特点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、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，可能相溶解态，不同相态的形成条件、阶段不同，可能相互转化。互转化。气源岩生成的天然气分子，优先满足吸附、其次满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。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游离态的气受浮力驱使形成“常规气藏常规气藏”，以吸附，以吸附态、水溶态为主不受浮力驱使，形成态、水溶态为主不受浮力驱使，形成“非常规
9、气藏非常规气藏”。 “常规气常规气”是是“非常规气非常规气”的特例，的特例，“常规气成常规气成藏藏”是相对的、小概率事件，是相对的、小概率事件，“非常规气成藏非常规气成藏”是是绝对的、大概率事件。绝对的、大概率事件。非常规与常规之间也存在相互转化。非常规与常规之间也存在相互转化。页岩气成藏的页岩气成藏的“微观微观”机理还有待深入研究：机理还有待深入研究： 页岩气地质及成藏特点页岩气地质及成藏特点 气页岩岩石物理特征气页岩岩石物理特征以以Marcellus页岩为例页岩为例岩石露头颜色深、岩石露头颜色深、宏观上，宏观上，水平层理与垂向裂缝发育、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
10、压裂产生的垂向裂缝类似露头张性垂向裂缝，应与地下水力压裂产生的垂向裂缝类似NanoporesDarker Areas Higher TOC10 m 微观上，微观上，纳米级微孔隙发育，有机质含量越高，纳米级微孔隙发育，有机质含量越高，微孔隙越发育。微孔隙越发育。Tim,2009Harrell Shale:黑色黑色,富含富含有机有机质页岩，岩，Tully Limestone: 灰色，灰色，层理理发育育, 细粒灰岩粒灰岩. Mahantango 页岩岩: 含化含化石泥岩、砂岩及石英石泥岩、砂岩及石英砾石，石，向上向上变粗粗.Marcellus Shale: 黑色黑色,富富含有机含有机质，黄，黄铁矿2
11、-10%，含，含铁质结核，含灰岩核，含灰岩层. Onondaga Limestone:深深灰色灰色灰色灰色细粒石灰岩粒石灰岩.西弗吉尼亚州的西弗吉尼亚州的Marcellus页岩，页岩，Tim，2009岩性、物性、电性、含气性之间的关系岩性、物性、电性、含气性之间的关系 Th/U 可确定可确定氧化氧化还原原环境境Th/U 根据根据 Th/K 可确定粘土可确定粘土矿物成分：物成分： 伊利石品伊利石品红色色 蒙脱石蒙脱石绿色色 伊利石能伊利石能够使孔使孔隙度增加隙度增加 4%Th/K阿尔奇公式：阿尔奇公式：页岩含水饱和度阿尔奇公式：页岩含水饱和度阿尔奇公式：Sw= 含水饱和度含水饱和度Swu=页岩含
12、水饱和度页岩含水饱和度Rw= 水的水的电阻率阻率Rt= 真真电阻率电阻率U = 铀含量含量 ppm = 孔隙度孔隙度与砂岩储层不完全相同，页岩中与砂岩储层不完全相同，页岩中Sw阿尔奇公式需要校正：阿尔奇公式需要校正：粘土矿物校正可通过铀含量校正进行粘土矿物校正可通过铀含量校正进行Simandoux Simandoux using Vuran铀含量由铀含量由Gr测井获得测井获得Archie (Sw)Light Blue WaterLight Green- GasArchie with Uran(Swu)Dark Blue WaterDark Green- GasSimandoux (Sw)Lig
13、ht Brown WaterLight Red- GasSimandoux with Uran (Swu)Dark Brown- WaterDark Red - Gas根据含水饱和度，根据含水饱和度，获得含气饱和度。获得含气饱和度。 Marcellus 页岩其岩其实不不纯 石英可达石英可达 65% 粘土粘土矿物物仅 25% 高有机高有机质含量含量导致致低密度低密度岩性分析：岩性分析： 铀含量与密度孔隙度正相关铀含量与密度孔隙度正相关伽玛测井、伽玛测井、放射性测井、放射性测井、密度测井、密度测井、电阻率测井电阻率测井页岩含气性页岩含气性 气页岩预测方法初探气页岩预测方法初探岩性、岩性、物性、物性
14、、电性、电性、含气性含气性为便于预测为便于预测1D:岩性、岩性、物性、物性、电性、电性、含气性含气性3D:地震属性地震属性 烃源岩有机质含量的多少，在伽玛测井、密度测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。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这些响应特征是烃源岩有机碳含量测井预测的理论基础；论基础； 而烃源岩而烃源岩TOC测井预测曲线又作为地震预测的桥测井预测曲线又作为地震预测的桥梁。梁。烃源岩有机碳含量烃源岩有机碳含量TOC体体地球物理
15、预测的启示地球物理预测的启示文昌组烃源岩文昌组烃源岩TOC与密度的负与密度的负相关关系相关关系r=-0.474,n=158文昌组烃源岩文昌组烃源岩TOC与电阻率的正相关关系与电阻率的正相关关系r=0.569,n=158r=0.502,n=158文昌组烃源岩文昌组烃源岩TOC与中子孔隙度的与中子孔隙度的正相关关系正相关关系文昌组烃源岩文昌组烃源岩TOC与声波时差的与声波时差的正相关关系正相关关系r=0.470,n=158r=0.293,n=158文昌组烃源岩文昌组烃源岩TOC与自然伽玛的与自然伽玛的正相关关系正相关关系文昌组泥岩文昌组泥岩 n=158 r=0.7516.5m 5.5m12m 3m
16、4m3m烃源岩烃源岩TOC体定量预测技术体定量预测技术应用于地震数据体应用于地震数据体三维三维TOC体体测井参数测井参数实测实测TOC点点预测模型预测模型测井资料测井资料分析样品分析样品应用于应用于TOC测井预测测井预测钻井钻井TOC曲线曲线地震数据体地震数据体属性参数属性参数递归统计关系递归统计关系单属性预测单属性预测概率性神经网络预测概率性神经网络预测多属性预测多属性预测交互验证交互验证实测实测TOC点点预测预测TOC曲线曲线预测预测TOC体体测井资料测井资料沉积相沉积相3D地震资料地震资料烃源岩烃源岩TOC纵向分布测井预测纵向分布测井预测烃源岩烃源岩TOC体体3D空间分布空间分布定量预测
17、定量预测（国家专项研究（国家专项研究 2008ZX05023-01阶段成果）阶段成果） 烃源岩烃源岩3D3D空间分布预测空间分布预测TOCTOC体体xline结论烃源岩排烃、成藏低效，意味残留烃高效，页烃源岩排烃、成藏低效，意味残留烃高效，页岩气潜在资源量十分丰富；岩气潜在资源量十分丰富；常规油气的常规油气的生、储、盖、生、储、盖、运运、圈、保、圈、保成藏条件成藏条件相互配置关系复杂，勘探难度大；页岩气藏基相互配置关系复杂，勘探难度大；页岩气藏基本无需本无需运、圈、运、圈、1/2保保，勘探难度相对，勘探难度相对“小小”；但开发技术含量高。但开发技术含量高。以烃源岩以烃源岩TOC体预测为基础，页岩气地球物理体预测为基础，页岩气地球物理综合预测值得探讨。综合预测值得探讨。 致谢：致谢：感谢西弗吉尼亚大学教授感谢西弗吉尼亚大学教授Tim Carr给予的交流、访问与合作。给予的交流、访问与合作。谢谢大家！谢谢大家！
