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海相頁巖氣 版權信息
- ISBN:9787030650573
- 條形碼:9787030650573 ; 978-7-03-065057-3
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
海相頁巖氣 內容簡介
本書根據我國海相頁巖氣地質認識進展和勘探開發實踐成果,在對海相頁巖氣內涵、發展歷程和勘探開發成果總結基礎上,全面、深入歸納了我國海相頁巖氣形成富集條件、地質評價方法和資源評價技術,重點梳理了中國海相富有機質頁巖發育背景與展布規律、地球化學與儲層特征、頁巖成氣與頁巖氣富集條件;闡述了野外地質調査、頁巖氣儲層地球物理評價、頁巖氣“六特性”評價和頁巖儲層實驗測試等四方面評價方法,以及資源評價流程和方法、參數體系和標準、區帶評價方法和選區參數標準、資源評價結果等;并對海相頁巖氣資源分布、與非海相頁巖氣異同、理論技術進展,以及北美成功經驗與啟示進行了闡述,很后對頁巖氣發展前景進行預測和展望。
海相頁巖氣 目錄
前言
第1章 概論 1
1.1 海相頁巖氣地質基礎 1
1.1.1 頁巖氣相關概念 1
1.1.2 頁巖氣類型 3
1.1.3 海相頁巖氣與其他天然氣的差別 5
1.1.4 海相頁巖氣開發意義 16
1.2 海相頁巖氣發展歷程 18
1.2.1 美洲地區及美國海相頁巖氣 18
1.2.2 亞洲地區及中國海相頁巖氣 21
1.2.3 全球其他地區海相頁巖氣 27
第2章 海相頁巖氣地質特征 29
2.1 中國海相富有機質頁巖沉積特征 29
2.1.1 中國海相富有機質頁巖沉積背景 29
2.1.2 中國海相富有機質頁巖展布特征 33
2.1.3 中國南方海相富有機質頁巖展布特征 36
2.2 中國海相頁巖有機地球化學特征 43
2.2.1 中國海相頁巖有機碳含量 44
2.2.2 中國海相頁巖有機質類型 45
2.2.3 中國海相頁巖熱演化程度 46
2.3 中國海相頁巖儲層特征 46
2.3.1 中國海相頁巖巖石學特征 46
2.3.2 中國海相頁巖頁巖儲集空間特征 49
2.3.3 中國海相頁巖儲集物性特征 51
2.3.4 中國海相頁巖巖石力學特征 53
2.3.5 中國海相頁巖含氣性特征 53
2.4 海相頁巖紋層及組合與其儲集特征差異性 54
2.4.1 海相頁巖紋層類型及其組合特征 55
2.4.2 海相頁巖不同紋層儲集層特征差異性 58
2.4.3 海相頁巖紋層組合及其對物性的控制 64
2.4.4 海相頁巖不同紋層的成因機制 66
2.4.5 海相頁巖不同紋層儲集層特征差異性成因 67
2.4.6 海相頁巖不同紋層組合物性差異成因 68
2.5 中國海相頁巖氣形成條件 68
2.5.1 中國海相頁巖氣形成基本條件 68
2.5.2 海相頁巖氣“甜點”形成有利條件 74
第3章 海相頁巖氣評價方法 84
3.1 海相頁巖野外地質調查方法 84
3.1.1 數字化露頭地質剖面 84
3.1.2 地質評價淺井鉆探 94
3.1.3 海相富有機質頁巖確定方法 97
3.2 海相頁巖儲層地球物理評價方法 100
3.2.1 海相頁巖儲層測井評價方法 100
3.2.2 海相頁巖氣儲層地震預測及評價 127
3.3 海相頁巖氣“六特性”評價 160
3.3.1 烴源性 160
3.3.2 巖性 162
3.3.3 儲集空間與物性 166
3.3.4 含氣性 169
3.3.5 脆性 170
3.3.6 地應力各向異性 171
3.4 海相頁巖儲層實驗測試評價方法 171
3.4.1 含氣量測試技術 171
3.4.2 等溫吸附曲線測試技術 174
3.4.3 孔喉表征技術 177
3.4.4 力學性質分析技術 180
第4章 海相頁巖氣資源評價 187
4.1 頁巖氣資源評價流程 187
4.1.1 頁巖氣資源評價任務 187
4.1.2 頁巖氣資源評價流程 188
4.1.3 頁巖氣資源評價計算 190
4.2 頁巖氣資源評價方法 190
4.2.1 北美頁巖氣資源評價 190
4.2.2 我國頁巖氣資源評價 204
4.3 頁巖氣資源評價參數體系 207
4.3.1 頁巖氣資源評價參數構成 207
4.3.2 頁巖氣資源評價關鍵參數 210
4.3.3 類比關鍵參數取值方法 213
4.3.4 成因法關鍵參數 219
4.3.5 含氣量法關鍵參數 221
4.3.6 容積法關鍵參數 224
4.3.7 EUR 法關鍵參數 226
4.3.8 可采系數 229
4.4 頁巖氣區帶評價與選區參數 230
4.4.1 頁巖氣區帶劃分 230
4.4.2 頁巖氣選區評價參數 233
4.4.3 海相頁巖氣有利區優選方法 246
4.5 海相頁巖氣資源量估算 250
4.5.1 我國海相頁巖氣資源量估算 250
4.5.2 海相頁巖氣資源富集規律 253
第5章 海相頁巖氣發展前景展望 257
5.1 全球海相頁巖氣資源分布 257
5.1.1 美洲地區及北美海相頁巖氣資源分布 257
5.1.2 亞洲地區及中國海相頁巖氣資源分布 259
5.1.3 全球其他地區海相頁巖氣資源分布 260
5.2 海相與非海相頁巖氣對比 261
5.2.1 非海相頁巖氣 261
5.2.2 海相與非海相頁巖氣特征對比 263
5.3 海相頁巖氣理論技術進展 266
5.3.1 基礎理論取得重要進展 266
5.3.2 關鍵工程技術取得重大進展 268
5.4 北美海相頁巖氣成功經驗 271
5.4.1 北美頁巖氣主要成功經驗 271
5.4.2 對我國頁巖氣發展的啟示 276
5.5 海相頁巖氣發展前景展望 277
5.5.1 頁巖氣發展趨勢預測 277
5.5.2 中國頁巖氣發展前景 280
5.5.3 頁巖氣開發關鍵技術展望 283
參考文獻 284
海相頁巖氣 節選
第1章 概論 頁巖氣開發利用是化石能源領域的一次革命,已經成為全球非常規油氣勘探開發的熱點方向和現實領域。我國發育大量富有機質頁巖地層,具有廣闊的頁巖氣勘探開發前景。 1.1 海相頁巖氣地質基礎 1.1.1 頁巖氣相關概念 1.頁巖 頁巖(shale)是由粒徑小于0.0625mm的碎屑顆粒、黏土、有機質等組成,具頁狀或薄片狀層理、容易碎裂的細粒沉積巖(中華人民共和國國家技術監督局和中國國家標準化管理委員會,2015)(表1.1)。頁巖在自然界中分布廣泛,約占沉積巖的55%。常見的頁巖類型有黑色頁巖、碳質頁巖、硅質頁巖、鐵質頁巖、鈣質頁巖等,其中鈣質頁巖和硅質頁巖易于壓裂,是主要的含氣頁巖類型。 表1.1 常用碎屑巖分類簡表(據姜在興,2003,有修改)(單位:mm) 當頁巖中混入一定量砂質成分時,根據含砂顆粒大小,分為粉砂質頁巖和砂質頁巖兩類。頁巖礦物成分復雜,碎屑礦物包括石英、長石、方解石等,含量一般大于50%;黏土礦物有高嶺石、蒙脫石、水云母等。碎屑礦物和黏土礦物含量不同導致頁巖性質差異明顯。富含二氧化硅的為硅質頁巖,含大量碳化有機質的為碳質頁巖。黑色頁巖昀基本的礦物成分是沉積成因形成的石英,以它為主體形成的各類黑色頁巖占黑色頁巖建造總量的三分之二以上。 2.富有機質頁巖 一般富有機質頁巖中總有機碳(TOC)含量大于2%,是一種非常重要的細粒沉積巖,是形成頁巖氣的主要巖石類型。富有機質頁巖層段通常是指由富有機質頁巖或富有機頁巖與粉砂巖、細砂巖、碳酸鹽巖等薄夾層組成的地層單元(組合),薄夾層單層厚度不大于1m,累計薄夾層厚度占該頁巖層段總厚度比例小于20%。 富有機質黑色頁巖含有大量的有機質與細粒、分散狀黃鐵礦、菱鐵礦等,有機質含量通常為3%~15%或更高,常具極薄層理。碳質頁巖含有大量細分散狀的碳化有機質,有機碳含量一般為10%~20%,黑色、染手、含大量植物化石。 富有機質頁巖的形成,需具備兩個重要條件:一是表層水體中浮游生物豐富,生產力高;二是具備有利于有機質保存、聚積與轉化的條件。因此,它主要形成于缺氧、富硫化氫的閉塞海灣、潟湖、湖泊深水區及深水陸棚等沉積環境中。 傳統石油地質理論中,富有機質黑色頁巖主要是提供油氣來源的烴源巖,或阻止油氣繼續運移、逸散的封蓋層,而非油氣儲集巖,未被納入油氣勘探對象。實際上,大量油氣井鉆遇富有機質黑色頁巖層段中,曾發現了豐富的油氣顯示,甚至工業油氣流,都因頁巖致密、物性差而被放棄,只有在裂縫非常發育情況下,才能形成頁巖裂縫型油氣藏。 自20世紀80年代以來,特別是進入21世紀,北美地區頁巖氣成功規模開發后,人們逐漸認識到,富有機質黑色頁巖可以形成源-儲一體型油氣聚集,尤其是頁巖中有機質孔、粒間孔及顆粒內孔、紋層縫、微裂縫等發育(Loucks et al.,2012),可以有效儲集油氣。 在頁巖氣儲層中,富有機質頁巖既是烴源巖,又是儲層,也是蓋層。這類頁巖含有豐富的有機質,總有機碳(TOC)含量通常為1%~15%或更高。北美及四川盆地重要頁巖TOC含量統計如圖1.1所示。 圖1.1 北美及四川盆地重要頁巖TOC含量統計圖 3.頁巖氣 頁巖氣是指從富有機質黑色頁巖中開采出來的天然氣。美國地質調查局(USGS)(2003)①認為,頁巖含氣系統屬于典型的非常規天然氣系統,為連續型天然氣聚集。Curtis等(2011)認為,頁巖氣在本質上是富有機質黑色頁巖系統中連續生成的生物化學成因氣、熱成因氣或混合成因氣的富集,具有普遍的地層飽含氣性、大面積分布、多種巖性封閉及相對短的運移距離等特點,可以在天然裂縫和孔隙中以游離方式存在,也可以在干酪根和黏土顆粒表面以吸附狀態存在,也可能在干酪根和瀝青質中以溶解狀態存在。 結合國家標準《頁巖氣地質評價規范》(GB/T 31483—2015)(中華人民共和國國家技術監督局和中國國家標準化管理委員會,2015),筆者將其定義為:頁巖氣是以游離態、吸附態為主,賦存于富有機質頁巖層段中的天然氣,主體上為自生自儲、原地滯留、大面積連續分布的天然氣聚集。在地層覆壓條件下,頁巖儲層基質滲透率一般不大于0.001×10-3μm2,單井一般無自然產能,需要通過一定技術措施才能獲得工業氣流。頁巖層段以富有機質頁巖為主,可含極少量粉砂巖、碳酸鹽巖等薄夾層。 頁巖氣在“富有機質”頁巖區帶中被發現,頁巖氣區帶是富含大量天然氣的一套連續分布的、具有相似地質和地理特征的頁巖地層。重點是基于富含有機質與主要成分的粒徑而確定。頁巖氣中的頁巖是粒徑小于0.0625mm的細粒黏土沉積巖,頁巖必須為黑色頁巖,富含有機質、黏土礦物成分,紋層與頁理發育,與純粹的粉砂巖、灰質泥巖等有顯著區別。同時是已證實的有效烴源巖巖系,進入生氣窗后的生氣源巖。 由此可見,把握頁巖氣內涵對正確理解頁巖氣形成分布非常重要。頁巖氣形成不是靠天然氣運移充注圈閉成藏,而是要有足夠量的富有機質頁巖、TOC含量及適中的熱演化程度(Ro適中),保證有足夠的天然氣賦存。頁巖氣本質上是以甲烷為主要成分的天然氣,形成過程服從石油地質基本原理。必須有封閉的頂板與底板,保存要好,構造變形對頁巖氣的逸散作用至關重要。 1.1.2 頁巖氣類型 從不同角度或主控因素與成因出發,可對頁巖氣進行不同類型的劃分和描述。根據含氣頁巖的沉積環境、盆地類型及構造、氣源成因、有機質成熟度、有機質類型、埋藏深度、壓力特征等不同主控因素,當前國內外學者對頁巖氣有如下五種分類。 1.按沉積環境分類 根據富有機質黑色頁巖或含氣頁巖形成的沉積環境,劃分出海相頁巖氣、陸相頁巖氣和海陸過渡相頁巖氣三種類型。 海相頁巖氣是由海相富有機質黑色頁巖生成并賦存在其中的天然氣。海相頁巖主要形成于沉積速率較快、地質條件較為封閉、有機質供給豐富的臺地或陸棚環境中。目前美國勘探開發的頁巖氣以海相頁巖氣為主。我國海相富有機質黑色頁巖主要發育在前古生代及早古生代,區域上分布于華北、南方、塔里木和青藏四個地區。南方古生界海相富有機質黑色頁巖氣是我國頁巖氣勘探首選層系和重要目標區。 陸相頁巖氣是由陸相湖泊環境的富有機質暗色頁巖生成并賦存在其中的天然氣,具有與海相富有機質黑色頁巖相似的水進體系與沉積背景。中國湖相富有機質黑色頁巖形成于二疊紀、三疊紀、侏羅紀、白堊紀、古近紀和新近紀的陸相裂谷盆地、拗陷盆地,是中國陸上松遼、渤海灣、鄂爾多斯、準噶爾等大型產油區的主力烴源巖。雖然平面分布受限于分隔性較強的陸相環境,但頁巖累計厚度大(50~2000m)、總有機碳含量高(局部平均值大于4%),成熟度變化大,是我國有望發現頁巖氣的重要領域,以鄂爾多斯盆地三疊系延長組頁巖為典型代表,主要形成頁巖油,有一部分伴生氣和熱解氣。由于熱演化程度較低,以生油為主。 海陸過渡相頁巖氣是由海陸過渡相煤系富有機質黑色頁巖生成并賦存在其中的天然氣,主要包括形成于石炭紀—二疊紀海陸交互富有機質頁巖段中的頁巖氣。這類頁巖的特征是有機質以陸源植物為主,多為砂質頁巖和碳質頁巖,與煤系、砂巖共存,互層分布。中國南方地區二疊系富有機質暗色頁巖,以及北方地區石炭系—二疊系頁巖,多為海陸過渡沉積環境下形成,這些地區具有海陸過渡相頁巖氣勘探前景。 2.按氣源成因分類 按氣源成因,劃分出生物成因、熱成因、生物+熱成因的混合成因三種類型頁巖氣。 生物成因頁巖氣是頁巖有機質在生物化學成巖階段由細菌降解而形成的氣體,也有富有機質盆地抬升后經后期生物作用改造而形成的氣體。生物成因頁巖氣可分為兩種:①早成型,氣藏的平面形態為毯狀,從頁巖沉積形成初期就開始生氣,頁巖氣與伴生地層水的絕對年齡較大,如美國Williston盆地上白堊統Carlile頁巖氣;②晚成型,氣藏的平面形態為環狀,頁巖沉積形成與開始生氣間隔時間很長,主要表現為后期構造抬升埋藏變淺后開始生氣,頁巖氣與伴生地層水的絕對年齡接近現今,如美國Michigan盆地的Antrim頁巖氣。 熱成因頁巖氣是指干酪根和已生成的原油在高溫下熱解、裂解形成的氣體,原油二次裂解氣對頁巖氣的貢獻大。熱成因頁巖氣又可分為二個亞類:①高熱成熟度型,如美國Fort Worth盆地的Barnett頁巖氣;②低熱成熟度型,如Illinois盆地的New Albany頁巖氣。 一般情況下,有機質經歷充分熱降解或熱裂解的盆地斜坡/中心,熱成因頁巖氣較發育;有機質成熟度較低、水動力條件優越的盆地邊緣,生物成因氣發育。目前北美已開發的頁巖氣田超過15個,其中13個為熱成因氣、1個生物成因氣。 3.按有機質成熟度的分類 根據有機質成熟度高低,劃分為未熟—低成熟頁巖氣、低成熟—高成熟頁巖氣、高成熟—過成熟頁巖氣三種類型。 4.按壓力特征分類 按照儲層壓力特征,分為異常高壓頁巖氣、異常低壓頁巖氣兩類。由于頁巖氣作為一個完全封閉的體系而存在,導致頁巖氣大多具有異常壓力。異常壓力和氣體的成因類型相關,具有熱成因氣的頁巖氣通常都是經歷過足夠的埋藏作用、壓實作用,流體熱增壓及有機質向烴類轉化過程中因體積的膨大等引起的高異常地層壓力。生物成因氣埋藏深度比較淺,易形成異常低壓。 5.按埋藏深度分類 按照美國的情況,以某一深度為界(1000m或2000m不等)劃分為淺層頁巖氣(藏)、深層頁巖氣兩種類型。 淺層頁巖氣:埋深小于2000m,以吸附氣為主,TOC含量是關鍵因素,如 Antrim頁巖,埋藏淺,頁巖氣為生物成因,埋深609.6~914.4m,游離氣和溶解氣量很少,原始地質儲量(GIP)主要由有機質吸附氣貢獻。 中深層頁巖氣:埋深大于2000m,以游離氣為主(原油裂解成氣為主),更高的壓力和孔隙度是關鍵因素。目前在美國開發的頁巖氣盆地主要是中深層頁巖氣。 以上幾種分類雖然劃分角度不同,但均以氣源成因劃分為核心,存在著緊密的因果關系,相輔相成。本書沿用按頁巖氣沉積環境分類的方法,根據我國目前頁巖氣開發現狀,以開發昀現實、成功的海相頁巖氣為研究對象,重點對海相頁巖氣的地質特征、地質評價、資源評價等方面進行闡述。 1.1.3 海相頁巖氣與其他天然氣的差別 頁巖氣具有獨特的地質特征和開發特點(董大忠等,2009;鄒才能等,2011a),主要表現在儲集特征、聚集機理、氣藏特征和開發特點等方面,與常規天然氣、煤層氣和致密氣均有著明顯的差別(圖1.2、表1.2)。 圖1.2 頁巖氣形成機理與聚集模式(據鄒才能等,2014)
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