页岩气的研究现状及发展趋势论文

页岩气是继石油能源之后的又一革命性新能源。页岩气的燃值高，容量小易存放，无污染的优势是能源中未来发展的重点方向。继美国开采使用页岩气效果来看，非常明显。完全解决了工农业及人们生活的需要，安全、环保、卫生受到了市场欢迎。未来我国将根据产业发展、成本变化与技术进步等多方面因素，开采页岩气。页岩气是一种蕴含于页岩层之中、并可供开采的非常规天然气。页岩气和石油能源相比，绿色环保使用寿命长，开采周期大，对解决我国能源需求具有重大的意义。我国能源资源紧张，环保压力加剧情况下。而页岩气可被证明为可取代石油和煤炭资源的一种新能源， 随着开采技术进步，开采成本降低，将对页岩气进行加大力度逐步开采，页岩气将走进千家万户。中国的页岩气未来发展将可呈持续发展，并被看好。

2018年，中国成为继美国和加拿大之后的全球第三大页岩气生产国，页岩气产量为109亿方，累积完成页岩气钻井898口，提交探明储量1.05万亿立方米。其中，中国石油化工集团有限公司的页岩气探明储量7254.92亿立方米，产量66.17亿立方米;中石油页岩气探明储量3200.75亿立方米，产量42.64亿立方米。页岩气在全球分布广泛，资源量约456万亿立方米，相当于煤层气和致密砂岩气的总和，主要分布在北美、中亚、中国和拉美等地区。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点。大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期稳定地产气。页岩气田开采寿命一般可达30～50年，甚至更长。中国在页岩气储量方面大幅领先其他各国，具有深厚的开采潜力。尽管目前在开采技术上处于领先的北美地区仍是全球页岩气的主要出产地区，但储量巨大的中国正在迅速赶上，经过多年勘探开发实践，我国页岩气勘探开发取得重大突破。四川盆地及周缘的海相地层，累计探明页岩气地质储量7643亿m3。其中，重庆涪陵页岩气田累计探明地质储量6008亿m3，成为北美之外最大的页岩气田。预计到2030年左右，北美和中国将共同贡献全球天然气产量的20%左右。2010年中国开始生产页岩气，并迅速形成规模产业。在各方共同努力下，通过技术引进、消化吸收和技术攻关，我国已掌握页岩气地球物理、钻完井、压裂改造等技术，具备3500m以浅(部分地区已达4000m)水平井钻井及分段压裂能力，初步形成适合我国地质条件的页岩气勘探开发技术体系。

我国的页岩气资源丰富，根据初步估计，页岩气地质资源量约为常规天然气量的两倍，古生界页岩气资源量大约是中生界页岩气资源量的两倍。经与美国页岩气发育盆地(及地区)对比，中国存在区域发育页岩气的地质背景和条件。依据地质历史及其变化特点，可将我国的页岩气发育区划分为大致与板块对应的四大区域，即南方、华北—东北、西北及青藏等四大地区。我国页岩气平面分布以南方和西北地区为主，也包括鄂尔多斯盆地及其周缘地区。其中，四川、吐哈等盆地泥页岩十分发育，并且具有页岩气成藏的基本条件，勘探潜力巨大(张金川等，2008b)。

中国许多盆地具有泥页岩气成藏地质条件，而国内的“页岩气”基本上还未进行系统研究。许多盆地高碳泥页岩的有机碳含量高达30%，是页岩气聚集的重要条件。尤其是中国南方扬子地区沉积岩经历地质时代长、地质背景复杂、构造破坏严重、油气保存条件较差，页岩气将有可能成为区域性油气勘探发现的重要突破口。结合美国的非常规天然气勘探研究现状及其发展趋势分析，页岩气不久将会成为我国能源地质研究领域中的热点(张金川等，2008a)。

从震旦纪到中三叠世，中国南方地区发育了广泛的海相沉积，分布面积达200余万平方千米，累计最大地层厚度超过10km，形成了上震旦统(陡山沱组)、下寒武统、上奥陶统(五峰组)—下志留统(龙马溪组)、中泥盆统(罗富组)、下石炭统、下二叠统(栖霞组)、上二叠统(龙潭和大隆组)、下三叠统(青龙组)等8套以黑色页岩为主体特点的烃源岩层系。其中下寒武统、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组、下二叠统、上二叠统等4套烃源岩是区域主力烃源岩。经研究认为，南方地区与美国东部页岩气产出地区(阿巴拉契亚等盆地)具有诸多的地质可比性(包括页岩地质时代、构造变动强度等)，下寒武统、上奥陶统—下志留统以及二叠系等地层分布广泛、厚度大，有机质丰富、成熟度高，是南方地区区域上的页岩气发育最有利层位，四川盆地、鄂东渝西及下扬子地区是平面上分布的有利区。

在华北—东北地区，页岩气更可能发生在主力产油气层位的底部或下部，区域上的古生界、鄂尔多斯盆地的中—古生界、松辽盆地的中生界、渤海湾盆地埋藏较浅的古近系等，泥页岩累计厚度在50～2000m，平均有机碳含量为1.0%～2.0%，局部平均值可达4.0%以上，对应有机质成熟度变化较大;在西北部地区，页岩气的分布更多地受现今盆地特点的约束，区域上分布的中生界(侏罗系及三叠系等)和盆地边缘埋深较浅的古生界泥页岩相对有利，有机碳含量平均值普遍较高，成熟度变化范围较大;尽管青藏地区的地表环境较差，但中—古生界泥页岩地层厚度大，有机质含量高，有机质热演化程度适中，也是页岩气发育的有前景地区。

总之，我国四川盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地等大型盆地均存在分布范围广、地层厚度大、有机质含量普遍较高的页岩层，可作为区域上页岩气勘探研究的重要层系之一。随着国内外页岩气勘探、开发的深入，页岩气成为促进天然气储量增加的一个关键因素。同时，页岩气的研究受到国内众多学者和科研机构的关注，这必将大大推动了中国泥页岩气的研究和勘探。

门相勇

（中石油煤层气有限责任公司 北京）

作者简介：门相勇，男，博士，从事新能源研究和管理工作。

摘 要：本文是在对国外页岩气发展现状调研的基础上，分析鄂尔多斯盆地东南缘二叠系页岩气的勘探 前景，提出可行的页岩气发展建议。首先分析了页岩气的基本地质特点；其次分析了美国页岩气的开发利用 情况，总结了对国内发展页岩气的主要启示；再次重点分析了鄂尔多斯盆地东南缘二叠系的页岩气地质特征，指出具有泥页岩厚度大、分布稳定、有机碳含量高、热演化程度处于大量生气阶段、泥页岩裂缝发育以及气 测显示具有“多层系、多类型” 的特点，形成页岩气、砂岩气、煤层气连续型非常规气藏等有利的地质条 件，并与美国的主要页岩气盆地进行了初步对比，认为该区具有进行页岩气勘探开发的良好前景；最后，分 析了目前发展页岩气存在的主要问题，提出了在该区发展页岩气的总体思路与拟采取的具体措施建议，供决 策参考。

关键词：鄂尔多斯盆地；二叠系；美国；页岩气；非常规油气；勘探前景

Evaluation of Exploration Prospect for Shale Gas in Permian of Southeast Margin of Ordos Basin

Men Xiangyong

（PetroChina Coalbed Methane Company Limited，Beijing，China）

Abstract：This essay analyses the southeast margin of the Ordos Basin，Permian shale gas exploration prospects，shale gas development and put forward feasible suggestions based on the development of shale gas in the status of research abroad.At first，it analyses the basic geological features of shale gas；Secondly，is the analysis of the U.S.shale gas development and utilization，summarized the development of shalegas in the domestic primary inspiration；focusing on the southeast margin of the Ordos Basin，Permian Shale gas geological features，that has a shale thickness of the large，stable distribution，organic carbon content，thermal evolution in a large number of gas phase，and fracture shale gas measurements showed a “muli-lne，multi-type” feature，the formation of shale gas，sandstone，coabed methane gascontinuous unconventional favorable geological conditions，etc.，and with major U.S.shale gas basins initial comparison，that the district has conducted a good shale gas exploration and development prospects；Finally，the analysis of the current development of the main problems of shale gas，proposed the development of shale gas in the area the general idea and proposedspecific measures to be taken for decision-making.

Key words：Ordos basin；Permian；the United States；shale gas；unconventional oil and gas；exploration prospects

在当前全球油气资源供需矛盾日益加剧和发展 “低碳经济” 的呼声日益高涨的形势下，页岩气等 非常规天然气的勘探开发工作受到了各国政府高度重视，并在部分国家已经实现了产业化。

1 页岩气基本特征

页岩气是非常规天然气的一种类型，主要是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中的天然气聚集，气体或游离于基质孔隙和裂缝中，或吸附于有机质和黏土矿物表面，在一定质条件下聚集成藏并达到经 济开采价值。据Rogner（1997）估算，全球页岩气资源量约475×108m3，相当于全球煤层气和致密砂 岩气资源量之和。其中，美国和中国都是页岩气资源量最丰富的国家。

页岩气成藏具有以下特点：有热成因、生物成因和混合成因类型；自生自储，为典型的 “原地” 成藏模式；储层物性差，富集程度与产能高低与裂缝发育程度密切相关；多数高产页岩层相对平缓、厚 度大、预见性强。

页岩气开发具有以下特点：一是产气量相对较低。美国页岩气井的单井总平均产气量约为1000m3/d，岩 气主产区的单井产量一般介于2800～33000m3/d之间；二是采收率变化较大。一般在5％～60％不等； 三是生产周期长，页岩气田开采寿命一般可达30～50年，甚至更长；四是页岩气在成藏、开采机理上 与煤层气具有相似性。

2 美国页岩气发展现状与启示

2.1 美国是页岩气商业化开发利用处于快速发展阶段

1921年，美国第一口页岩气井投入开发，进展比较缓慢，至1990年尚不足50×108m3。但自20世 纪90年代以来，页岩气开发进入快速开发时期，产量稳步上升：页岩气产量1999年为107×108m3，占天然气总产量的2％，近三年出现增速加快的趋势，2006年、2007年、2008年三年的年页岩气产量 分别为311×108m3，433×108m3，507×108m3（图1），分别约占天然气总产量的6％、8％和9％。

图1 美国页岩气历年产量统计（1979 -2008年）

目前全国已超过40000口钻井，在18个盆地发现页岩气，主要分布在5大盆地中。包括上古生代 层系的盆地4个：沃斯堡盆地Barnett页岩、密歇根盆地的Antrim页岩、阿巴拉契亚盆地Ohio页岩、伊 里诺依盆地New Albany页岩；中新生代层系1个：圣胡安盆地Lewis页岩。

2.2 美国页岩气开发利用的主要启示

剖析美国页岩气开发利用发展的历程，主要给我带来了四点启示：

（1）丰富而优质的页岩气资源条件是实现页岩气规模化生产的基础。美国仅五大盆地总地质资源 量为12.9×1012m3～25.1×1012m3，可采资源量为（0.9～2.1）×1012m3。页岩气埋深在600～2600m，埋深浅，利于开发。

（2）存在裂缝性页岩发育区有利于实现商业性开发。北美泥盆系页岩分布广泛，只在部分区域具 商业开发价值。美国几大盆地的页岩气实践表明：那些石英含量高、富含有机质的脆性页岩是发育天然 裂缝和高产页岩气藏的有利目标。

（3）勘探开发技术进步提高产能是实现页岩气规模开发的关键。位于福特沃斯盆地的Newark East 气田是美国最大的页岩气田，该盆地的开发历程表明，适用技术的应用在页岩气的开发利用中起到了至 关重要的作用（图2）。

图2 美国福特沃斯盆地页岩气开发历程与技术关系图

（4）页岩气的发展离不开国家政策的大力支持。20世纪70年代末期，美国政府在《能源意外获利 法》 中规定非常规能源开发税收补贴政策；而得克萨斯州自20世纪90年代初以来对页岩气的开发不收 生产税；美国还专门设立了非常规油气资源研究基金。

3 鄂尔多斯盆地东南缘页岩气勘探前景分析

鄂尔多斯盆地即陕甘宁盆地，为我国第二大沉积盆地，本部面积25×104km2，又是中国的主要含 油气区。该盆地油气勘探历史悠久，资源类型丰富，是典型的 “聚宝盆”。鄂尔多斯盆地东南缘位于鄂 尔多斯东缘和渭北隆起的交汇处，主要包括韩城、大宁-吉县和宜川区块等。该区长期处于相对隆起状 态，仅在中晚寒武世、早奥陶世、中晚石炭世、二叠纪有较薄的沉积。在早二叠世沉积由海相过渡为大 型湖相沉积。其中二叠系太原组以滨浅海相为主，厚度40～200m不等，山西组以滨浅湖相为主，厚度 80～300m不等。分析表明，本区二叠系具有开展页岩气勘探的有利地质条件。

3.1 盆地东南缘山西组和太原组泥页岩厚度较大、分布稳定

本区周缘野外地质露头资料证实，泥页岩在多个地区、多套层系中发育。如乡宁台头地质剖面 山西组发育页岩约55m，兴县关家崖地质剖面太原组发育页岩约45m，礼泉东庄志留系发育页岩 约250m。

根据鄂尔多斯盆地东南缘的煤层气井钻探结果统计表明，二叠系山西组和太原组泥页岩厚度较大，且比较集中（图3）。大宁-吉县地区山西组和太原组泥页岩厚度分别为40～102m和30～63m，韩城地 区山西组和太原组泥页岩厚度也分别为30～70m和20～50m。总的来看，二叠系山西组和太原组暗色 泥页岩总厚度为80～150m，沉积中心位于大宁-吉县区块西部和宜川区块中北部地区。

图3 鄂尔多斯盆地东南缘二叠系泥页岩厚度统计图

3.2 气源岩有机质丰度高，处于高成熟、过成熟大量生气阶段

据前人研究，二叠系山西组和太原组的泥页岩平均有机碳含量分别为2.04％和2.97％，高于俄罗 斯典型的煤系盆地——西伯利亚盆地，该盆地的平均有机碳含量为1.31％，因此该区的有机质丰度高，也达到美国页岩气产区有机碳含量高于2％的标准。热演化程度是衡量源岩是否处于生气阶段以及是否 大量生气的一项重要指标。从煤层的演化看，韩城地区Ro一般为1.8％ ～2.1％，处于瘦煤-贫煤阶 段，大宁-吉县地区Ro一般为1.2％～2.0％，煤阶跨度较大，处于焦煤-贫煤阶段。根据泥岩烃类的 演化模式可知，该阶段是高成熟和过成熟阶段，非常有利于泥页岩大量生气。

3.3 泥页岩节理裂缝发育，上部多套厚层泥岩封盖

我国以前一直将泥岩作为源岩层或盖层，而对泥页岩裂缝的发育情况以及油气显示情况关注不够。本次研究开展煤层气井取心泥页岩观察工作，泥页岩层理发育，容易形成横向裂缝，在太原组见到包括 泥页岩在内的多种岩性裂缝发育，其中部分裂缝含气，其中泥页岩中10条，碳质泥岩中7条，泥质砂 岩中7条，硅质岩与煤层中62条。

分析表明，二叠系页岩气具有多套厚层泥岩覆盖良好的封盖条件。山西组上部为下石盒子组和上石 盒子组，其中上石盒子组在大宁-吉县地区泥岩厚度为200～350m，在韩城地区也达到了100～250m，因此是一套良好的区域性盖层；而下石盒子组在大宁-吉县和韩城地区泥岩厚度多在75m以上，是一 套局部性盖层。由此可见，本区的页岩气具有良好的多套厚层泥岩封闭条件。

表1 鄂尔多斯盆地东南缘上古泥页岩有机质丰度表

图4 韩城地区部分煤层气探井气测显示统计图

3.4 页岩气测异常显示丰富，与砂岩气和煤层气形成连续型非常规气藏

本次研究，将韩城和大宁-吉县区块内部 分煤层气井的气测显示情况进行了初步统计。结果表明，该区气测显示丰富，表现出 “多层 系、多类型” 的特点，页岩气、砂岩气和煤层 气形成了连续型非常规气藏，其中页岩气显示 比较丰富。例如韩城区块的五口探井合计气测 厚度340m，主要分布在太原组、山西组，少量 分布在石盒子组和石千峰组，其中泥岩177.6m，砂岩100.6m，煤层44.2m（图4）。另外，大宁 -吉县区块宫4井等多口探井也见到较厚的页岩 气、砂岩气显示，反映出区域性分布的特点。

3.5 泥页岩埋深适中，有利探区分布广

泥页岩埋藏深度与页岩气开发利用的经济 性密切相关。从目前的分析来看，目前评价源岩较厚的大宁-吉县西部地区和宜川区块中北部地区厚度 在1500～3000m之间，跟美国页岩气主力盆地福特沃斯盆地生产深度比较接近，应为页岩气埋藏比较 理想的深度。该区的山西组和太原组的泥页岩厚度合计在80～150m，有利区的面积约15000km2，因此 勘探潜力较大。

3.6 与美国的主要页岩气盆地对比分析

本次研究将鄂尔多斯盆地东南缘二叠系的页岩气地质条件的主要指标与美国五大盆地进行了对比分 析。分析表明，这些盆地除了烃源岩厚度大、分布广和有机质丰度高的共性特点外，大致可根据埋深和 成熟度分为两大类型进行对比（表2）。一类是埋藏较深、成熟度高的页岩气藏类型，如鄂尔多斯盆地 二叠系山西组和太原组、美国的福特沃斯盆地和圣胡安盆地。Ro一般在1.2％～2.0％之间，处于成熟、 高成熟生气阶段，埋深一般为1000～2600m。另一类是埋藏较浅、成熟度低的页岩气藏类型，如美国的 Appalachian、密歇根等盆地。

表2 鄂尔多斯盆地与美国五大页岩气盆地对比分析表

续表

Ro一般为0.4％～1.2％，处于低成熟、成熟生油气阶段，为生物气和热解气阶段，埋深一般为 180～1500m。从两大类型页岩气盆地的对比来看，埋藏较深、成熟度高的页岩气藏具有较埋藏较浅、 成熟度低的页岩气藏更高的单井储量，而且产量也更大。由此推断，鄂尔多斯盆地东南缘页岩气的勘探 前景也应该是有利的。

4 存在问题与发展建议

4.1 存在的主要问题

（1）缺乏针对性的地质评价资料。工区内没有开展针对页岩气的取心、录井、测井工作，分析化 验资料缺乏。这些都制约了本区对页岩气地质条件和有利目标的深化研究。

（2）天然裂缝发育程度和页岩气富集规律还有不确定性。美国五大盆地的海相页岩石英含量高，一般在20％～70％，容易形成天然裂缝和后期压裂改造；而目前鄂尔多斯盆地泥页岩中的成分还不清 楚，对泥页岩裂缝发育和页岩气富集程度影响的认识还不落实。

（3）国内目前缺乏与地质条件相适应的钻探、压裂技术和经验。美国页岩气的发展离不开科学技 术的进步，尤其是以水平井分段压裂技术的成功应用。这些成熟的技术和经验能否直接在东南缘地区应 用还存在不确定性。

4.2 盆地东南缘页岩气勘探工作建议

（1）着眼全国新区，开展矿权评价。采取多种方式，组织研究力量开展评价优选工作，加快如南 方海相，华北地台等新区新领域的矿权评价和登记工作。

（2）系统补充资料、深化综合研究。建议充分利用已有资料，增加必要的评价资料，缓解资料的 不足。如有大量的煤层气钻井、地震资料；而缺乏分析化验资料等。开展二叠系气源岩评价、含气层识 别、构造特征与沉积相分析、钻井压裂工艺试验以及井位部署等系统研究工作。

（3）开展先导试验、探索适用技术。通过与美国公司开展技术合作，开展先导试验，选择有利目 标部署2～4口页岩气井，开展水平井分段压裂试验；选择有利的煤层气直井，开展 “多层系、多类 型” 压裂试验，实践立体开发。

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