世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示(1)

第29卷第6期地质通报

Vol．29，No．6Jun.，2010

2010年6月GEOLOGICALBULLETINOFCHINA

世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示

李世臻1,2，乔德武2，冯志刚2，刘丽君2，王

1.中国地质大学（北京）能源学院，北京100083；2.国土资源部油气资源战略研究中心，北京100034

1.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083，China；

2.StrategicResearchCenterforOilandGasResources,MinistryofLandandResources,Beijing100034,China

摘要：页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源，具有开采技术要求高、开采寿命长、稳产周期长的特点。近些年来，严峻的能源紧张形势和能源价格的快速增长，使页岩气资源在全世界受到了广泛的重视。回顾了美国页岩气勘探开发的历史，总结了美国的页岩气发育情况，跟踪了世界其他地区（加拿大、欧洲）包括中国页岩气研究的最新进展情况。根据前人的资料，认为中国南方海相页岩和北方盆地的湖相页岩具有巨大的页岩气资源潜力。鉴于页岩气是一种非常规能源，对其研究具有重大的现实意义，建议中国相关部门加大研究投入力度，尽快开展页岩气资源战略调查和选区研究工作，加强技术攻关创新、引进和国际合作，探讨中国现实国情下的页岩气相关政策，以早日实现页岩气在中国的商业性开发，促进经济快速发展。关键词：页岩气；现状；美国；加拿大；对中国的启示中图分类号：P618.13

文献标志码：A

文章编号：1671-2552（2010）06-0918-07

倩2，聂海宽1

LIShi-zhen1,2,QIAODe-wu2,FENGZhi-gang2,LIULi-jun2,WANGQian2,NIEHai-kuan1

LiSZ,QiaoDW,FengZG,LiuLJ,WangQ，NieHK.ThestatusofworldwideshalegasexplorationanditssuggestionforChina.GeologicalBulletinofChina,2010,29(6):918-924

Abstract:Shalegasisapotentiallyhugeamountofunconventionalgasresources,withhighexactionrequirement,longdevelopmentlifeandstableproductioncycle.Inrecentyears,withsevereenergyshortagesituationandenergyprices,increasingshalegashasre-ceivedmoreattentionworldwide.Thehistoryofshalegasexplorationanddevelopment,currentproductionsituationinAmericaarereviewed.Thelatestresearchofshalegasintherestoftheworld,includingCanada,EuropeandChinaisalsostudied.Accordingtotheexistingresearch,itispredictedthatthemarineshaleinSouthernChinaandlacustrineshaleinNorthernChinabasinshavehugeshalegasresourcepotential.Becauseshalegasisunconventionalresourceandtheresearchisofgreatsignificance,itissuggestedthatre-searcheffortsshouldbeenhanced;strategicsurveyandoptimizationshouldbecarriedoutassoonaspossible;thetechnologytransfer,researchandinternationalcooperationshouldbestrengthened;relatedpoliciesshouldbeenactedinadvance.AllthesemeasuresareinordertorealizeshalegascommercialdevelopmentinChinaandtopromoteeconomicdevelopmentrapidly.Keywords:shalegas;status;America;Canada;suggestionsforChina

页岩是极细粒碎屑充填的沉积岩，岩石成分、结构、构造因地区和成因各不相同。传统观点认为，页岩是烃源岩或油气藏的盖层；近些年来，科研工作者通过应用研究和试验，认为页岩自身能形成复杂的页岩气藏。但长期以来，页岩气的商业勘探并未受到

收稿日期：2009-12-01；修订日期：2009-12-21

科技项目：国家油气专项《全国油气资源战略选区调查与评价》资助

重视。直到最近，尤其以近10年来世界的高油价和美国页岩气大规模开发并在天然气产量中所占比例迅速增长为标志，页岩气逐渐成为全球非常规油气研究的热点领域。

页岩气属于非常规天然气，现代概念被定义为：

作者简介：李世臻（1982-），男，硕士，从事石油地质、油气资源战略选区研究。E-mail:lishz2006@

第29卷第6期

李世臻等：世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示

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主体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力的泥岩、页岩等地层中的天然气，具有自生自储、吸附成藏、隐蔽聚集等特点[1]。页岩气藏具有独立的油气系统，烃源岩、储集层、盖层都为其本身，生成后的运移也发生在页岩内部。地质、工程技术的进步，包括水平井技术、压裂技术、有效的完井技术，使低渗透率的含气页岩开发成为可能[2]。页岩气的评价一般应包括以下内容：页岩的深度、厚度和边界，有机质类型和含量、有机质的热成熟度和吸附能力，成因类型（生物成因、热成因、混合成因）、数量、天然气成分（CH4、CO2、N2），孔隙结构和分布，岩石矿物成分[3]。

与常规天然气相比，页岩气开发虽然产能低，但具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩由于分布范围广、厚度大，且普遍含气，页岩气资源量巨大，因而页岩气井能够长期地以稳定的速率产气，一般开采寿命为30~50年，美国地质调查局(USGS)2008年最新数据显示，FortWorth盆地Barnett页岩气田开采寿命甚至能达80年。

随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源受到越来越多的重视。美国和加拿大已实现页岩气商业性开发，中国和其他国家也正在加紧相关的研究工作。

岩气田。1986年Mitchell公司完成了下Barnett组的地层剖面，并对其孔隙度、渗透率、有机质含量和裂缝方向进行了详细的研究。2001年Devon能源公司并购了Mitchell能源公司[7]，成为该地区最大的公司作业者。

2000年以来，页岩气勘探开发技术不断提高，

并得到了广泛应用。同时加密的井网部署，使页岩气的采收率提高了20%，年生产量迅速攀升[8]。2000年，美国页岩气年产量为122×108m3，生产井约有

28000口[9]；2004年美国页岩气年产量为200×108m3，约占天然气总产量的4%；2006年，美国有页岩气井40000余口，页岩气年生产量为311×108m3，占天然气总产量的6%；2007年美国页岩气生产井近42000口，页岩气年产量450×108m3，约占美国年天然气总

产量的9%。参与页岩气开发的石油企业从2005年的23家发展到2007年的64家。美国相关专家预测，2010年美国页岩气产量将占天然气总产量的

13%[10-13]。1.2

美国页岩气的发育条件

页岩气商业性的开发主要是在美国。美国的页岩主要发育在20个州的21个大小不等的盆地里。根据最近的估算，美国页岩气资源量为42×1012~——法国石油研究院）。但52.6×1012m3（数据来自IFP—

目前商业性开采的页岩气主要产自5个盆地的页岩层，分别是FortWorth盆地的Barnett页岩、SanJuan盆地的Lewis页岩、Michigan盆地的Antrim页岩、

1

1.1

美国页岩气勘探开发

美国页岩气勘探开发简史

美国第一口页岩气井可追溯到1821年[4]，钻遇

Appalachian盆地的Ohio页岩和Illinois盆地的NewAlbany页岩（表1）。

Barnett页岩是当前美国页岩气产出的主力层位[15-16]，据USGS最新的统计资料，Barnett页岩资

源量约0.74×1012m3，产量在2005年已经超过美国页岩气产量的一半[5]，现在所占比例更高。Barnett页岩是下石炭统的一套黑色富含有机质页岩，有些含钙质、磷质或白云石，沉积于富营养、较深水的内陆湖盆边岸环境[17]，有机碳含量高，厚度大，且具有较高的镜质体反射率[18]，生气类型主要属于热成因[19]。Barnett页岩主要分布在德克萨斯州中北部的

层位为泥盆系Dunkirk页岩，井深仅8.2m，当时产出的气体用于纽约Fredonia地区附近村庄居民的照明。19世纪80年代，美国东部地区的泥盆系页岩因临近天然气市场，在当时已经有相当大的产能规模。但此后产业一直不甚活跃[5]。直到20世纪70年代末，因为国际市场的高油价和非常规油气概念的兴起，页岩气研究受到高度重视，当时主要是针对Fort

Worth盆地Barnett页岩的深入研究。早些时候，Mitchell公司曾在该地区的浅层打井，泥浆录井显

示了大量的天然气显示，但却产出了少量的气体，且产能下降很快，当时并没有多少经济效益，于是公司为了寻找新的储量，将注意力逐渐转移到较深层的

FortWorth盆地，在盆地的不同位置厚度不等，最厚

可达305m，整套页岩发育面积约有5000km2，主要被上覆灰岩所覆盖[20]。Barnett页岩现在的生产井已超过8000口，既有直井，也有水平井，日产量超过

Barnett页岩。Mitchell能源公司于1981年在该地区完钻了第一口取心评价井[6]，大胆地对Barnett页岩段进行了氮气泡沫压裂改造，从而发现了Barnett页

1.05×108m3，预计到2014年日产量将达到1.84×108~

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表1美国含气页岩的主要特征[7,14]

Table1MaincharacteristicsofshalegasinAmerica

m m !"#$% ./01, % 23 456

Fort Worth Barnett 1981~2591 61~152 & 1.0~13.0 1.0~2.1

San Juan Lewis 914~1829 152~579 ’()*+,&

0.5~2.5 1.6~1.9

Michigan Antrim 183~730 49 - 0.3~24.0 0.4~1.6

Appalachian Ohio 610~1524 91~610 & 0.5~23.0 0.4~1.3

Illinois New Albany 183~1494 31~140 & 1.0~25.0 0.4~1.3 1.13~2.64 40~60 72~76 5.0~15.0 @0.1 0.99 4.84 0.05~0.55

Ã

8.49~9.91 0.37~1.27 1.13~2.83 1.70~2.83 1 ,/mÁ·tÂ

78 1, % 9:1, % ;<= %

40~60 77~93 1.0~6.0

60~80 0.5~5.5

70 2.0~10.0

50 80~95 2.0~11.0

Á

0.01 >?6/10µmÄ @0.1 @0.1 @0.1

ABCDE 0.99~1.02 0.46~0.58 0.81 0.35~0.92

Ã12.21 4.97 BCF /kPa·mÂ

GH, 10m

ÃÄÁ

0.74 2.8 0.3~0.6 6.4~7.1

m3。

2.75×108

组页岩和位于不列颠哥伦比亚与阿尔博塔交界地区的三叠系Montney地层。公司通过水平井和多级压裂对2个地区进行开采，目前均有超过0.07×108m3/

2

2.1

其他国家和地区页岩气开发最新动向

加拿大

与美国相比，加拿大的页岩气商业开采还处于

d的产气量。魁北克地区在2008年进行了试井测

试，表现了良好的生产潜力，有望成为下一个开采热点地区。

起步阶段，但与世界其他国家和地区相比，已步入了前列。尤其近两年，加拿大面对传统天然气开发利用的紧张局势，加大了对本国页岩气的研究投入和勘探开发力度。

加拿大页岩气资源分布广、层位多，预测页岩气资源量超过42.5×1012m3[21]。主要的页岩气资源分布在不列颠哥伦比亚（BritishColumbia）、阿尔博塔（Alberta）和萨斯喀彻温（Saskatchewan）、南安大略（Ontario）、魁北克（Quebec）低地、滨海诸省（Mar-

2.2欧洲

欧洲天然气大多从俄罗斯进口，并且市场价格昂贵，最近受美国页岩气勘探开发成功案例的启发，欧洲的许多国家开始着手页岩气的研究。希望通过对欧洲大陆地质资料的收集和勘探，实现较大的勘探突破和发现页岩气。

2009年初，“欧洲页岩项目”在德国国家地学实

验室启动[27]，这项跨学科工程由政府地质调查部门、咨询机构、研究所和高等院校的专家组成工作团队，通过6年时间共同推动完成。工作目标是通过收集欧洲各个地区的页岩样品、测井试井和地震资料数据，建立欧洲的黑色页岩数据库，与美国的含气页岩进行对比，分析盆地、有机质类型、岩石矿物学成分等内容，在此基础上寻找和发现页岩气以满足当地和区域的需求。目前，为此工作提供数据支持的有

itimes）5个地区（表2）。其中，西部不列颠哥伦比亚

地区的下白垩统、侏罗系、三叠系和泥盆系的页岩气资源量丰富。目前，已有多家油气生产商在加拿大西部地区进行页岩气开发试验，2007年该地区页岩气产量约8.5×108m3[22]。

受美国页岩气大规模商业化开采的启发，加拿大地质学者和公司对加拿大西部的沉积盆地进行了广泛研究[23-26]。当前，加拿大的页岩气开采热点地区为不列颠哥伦比亚的Horn河盆地泥盆系Muskwa

Marathon、StatoiHydro、埃克森美孚、GazdeFranceSuez、Vermillion、德国地学实验室等13家公司和机

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李世臻等：世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示

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表2加拿大页岩气主要产地及资源量（资料来源于CSUG，2009，经整理）

Table2MainproducingareaofshalegasinCanadaandtheirresourceamounts

British Columbia

Alberta !"#$%

Saskatchewan &’ )*+, Ontario -./ Quebec 0 789: Maritimes

/ Horn Cordova Montney Colorado ( Michigan Utica Marcellus12

Windsor Frederick Brook

/1012m3

14.16 5.66 11.33 8.50 0.06 1.13

3456 3456 3456

支持此计划。

注：CSUG为加拿大非常规天然气协会

构，商业合作机构每年将以160000欧元的持续投入

研究人员认为，仅西欧潜在的页岩气资源量将有14.4×1012m3[28]。欧洲的沉积盆地主要发育热成因类型的页岩气，如北欧的寒武—奥陶系Alum页岩或德国的石炭系海相页岩。近年来，多个跨国公司开始在欧洲地区展开行动。2007年10月，波兰能源公司被授权勘查波兰的志留系黑色页岩，壳牌公司声称对瑞典的Skane地区感兴趣。今年以来，埃克森美孚公司已在匈牙利Makó地区部署了第一口页岩气探井[29]，并计划今年在德国LowerSaxony盆地完成

前景进行了讨论[32-34]。

2006年年初，中国石油勘探开发研究院油气资

源规划所组织专家在四川盆地西南地区进行了页岩气资源调查研究。2007年10月，中国石油与美国新田石油公司签署了《威远地区页岩气联合研究》协议，研究内容是四川威远地区页岩气资源勘探开发前景综合评价，这是中国页岩气开发对外合作签署的第一个协议。2008年11月，由中国石油勘探开发研究院设计实施的中国首口页岩气取心浅井在四川宜宾完钻，通过对此井的取心取样，以期对该地区页岩气前景进行判断。2009年5月，中国页岩气技术国际研讨会在湖北召开，来自美国、挪威和中国该领域的专家、学者就页岩气开发的意义、中国页岩气资源分布特征及潜力分析、页岩气聚集带的筛选与评价标准、页岩气勘探的地化指标、地球物理方法探讨等专题进行了学术交流。2009年8月，国土资源部在重庆市綦江县启动了中国首个页岩气资源勘查项目，2010年4月，在重庆市永川区举办了页岩气战略调查培训班和页岩气资源战略调查、勘探开发学术研讨会，这标志着中国页岩气资源的勘探开发已提上日程。

在即将实施的《全国油气资源战略调查实施方案》中，页岩气已经被摆在了非常规油气调查的战略首选地位。工作目标为在今后10年内对中国的页岩气进行全面系统的调查和评价、技术创新攻关、优

10口页岩气探井[30]。Devon能源公司与法国道达尔

石油公司建立合作关系，获得在法国钻探的许可。康菲石油公司最近宣布，它已经与BP（英国石油公司）的子公司签署了在波罗的海盆地寻找页岩的协议。

3

3.1

中国页岩气研究现状

页岩气研究在中国受到前所未有的重视中国页岩气研究尚处于探索研究阶段，至今尚

未进行商业性勘探开采。但国内石油、地质高校和石油企业研究机构的学者已做过相关研究。中国地质大学（北京）张金川教授在2003、2004年通过对美国页岩气的调研，研究了页岩气的特征和成藏机理[1，31]。中国石油勘探开发研究院的学者对美国页岩气的情况进行了调研，并对中国的页岩气资源

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选目标区和勘探基地、制定技术规范标准[35]，力争在2015年左右实现商业性的开发。

目前，中国已经进入页岩气研究的热点阶段。

北地区渤海湾盆地发育的古近系沙河街组沙三上亚段和沙四下亚段泥页岩[38]、鄂尔多斯盆地发育的上三叠统延长组页岩[39]、西北地区吐哈盆地吐鲁番坳陷发育的水西沟群地层暗色泥岩和炭质泥页岩。

在原来的常规油气勘探中，上述多数地区已被勘探实践证实为优质烃源岩，有些页岩在油田的形成中起到了最根本的作用。积累的这些数据资料和以往的勘探经历将为中国页岩气的调查和评价指明方向。

3.2中国页岩气的发育条件

到目前为止，尚无任何一家机构对中国的页岩

气资源进行整体系统的调查评价。有些学者对中国部分地区的页岩估算后认为中国页岩气资源量巨大。张金川等[36]通过各种方法的估算，认为中国主要盆地和地区的页岩气资源量约为(15~30)×1012m3。有国外专家估算，认为中国的页岩气地质资源量将达到100×1012m3。李建忠等[32]通过对四川盆地南部下寒武统筇竹寺组页岩气的研究，初步认为该地区的页岩气的资源量已经超过整个四川盆地的现有常规天然气资源量。

中国的页岩地层在各地质历史时期十分发育，既有有机质丰度达很好—极好标准的南方海相页岩地层，也有得天独厚的北方湖相页岩地层[32]。因此，中国的页岩地层具有形成页岩气藏的基本地质条件。

在南方地区，主要有海相地层上震旦统(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)8套以黑色页岩为主体的烃源岩层[36]，具有分布面积广、埋藏深度浅、厚度大、有机质丰度高和成熟度高的特点，具备了优越的页岩气成藏地质条件。最近，部分学者对南方海相页岩气成藏的有利区带做了一些相关的研究工作。李建忠等[32]认为，中国南方古生界盆地内部、向斜区、隆起的低部位等有利于页岩气藏的形成与富集。聂海宽等[14]运用类比参数模型，预测中国南方古生界海相页岩层中的寒武系和志留系是页岩气发育的最有利层系。寒武系页岩气藏发育最有利区位于四川盆地和米仓山-大巴山前陆，以及渝东、黔北、湘西—江南隆起北缘一线；志留系页岩气藏发育最有利区位于上扬子的四川盆地、米仓山-大巴山前陆、渝东-鄂西一带、中扬子鄂北、下扬子苏南等地。南方海相页岩气藏的勘探开发层系多、分布范围广、资源量丰富，有望成为中国页岩气勘探开发的热点领域。

在中国北方地区，中、新生代发育众多陆相湖盆，为泥页岩地层的广泛发育创造了条件。东北地区松辽盆地发育的下白垩统青山口组黑色泥岩

[37]

4

4.1

启示

页岩气研究具有重大的现实意义

中国页岩气资源量巨大，但对页岩气的研究还

处于起步阶段，加强页岩气的研究对中国具有重大的现实意义。作为非常规能源，页岩气是能源资源的重要补充，大规模的开发一旦实现，将在保障中国能源安全、降低对外依存度方面起到积极作用；作为新类型能源，页岩气在中国的研究程度还很低，通过研究可摸清中国各地区特有的页岩气地质条件和规律、提高地质理论认识水平、推动关键技术进步、培养该领域的创新性人才；作为商业性能源，页岩气的勘探开发必将拉动整个行业及相关产业的发展、增加就业机会、促进当地经济快速发展。加大页岩气研究力度势在必行，可以预言，开展页岩气研究必将为中国带来重要的经济效益和社会效益。

4.2页岩气资源战略调查和选区急需开展

中国对页岩气的高度关注是近几年的事，目前

对中国的页岩气资源的认识程度还远远不够，有利勘探开发区域和层系尚不明晰。这一基础性、公益性、前瞻性的工作急需要由政府部门牵头，整合优势力量，政、企、学、研密切结合，以提高对页岩气资源潜力的正确认识。应通过开展页岩气资源的战略调查和资源评价工作，查清中国的页岩气资源状况，建立中国页岩气调查与选区的技术标准，在此基础上评价优选勘探开发有利目标区和富集区，使中国的页岩气尽快实现商业性开发，以缓解天然气供需的紧张局面，促进地方经济快速发展。

4.3技术攻关创新、引进和国际合作需加强先进的技术和方法是页岩气勘探和开发的最可

靠的途径。美国页岩气成功开发的关键原因之一就在于水平井技术、多段压裂技术、水力压裂技术、微地震技术、地震储层预测技术、有效的完井技术等一

、华

第29卷第6期

李世臻等：世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示

26(11):48.

923

系列技术的成功应用。2009年11月，美国总统奥巴马访问中国期间，作为《中美联合声明》关于推进清洁能源合作的内容，中美双方签署了《中美关于在页岩气领域开展合作的谅解备忘录》，为中国在页岩气资源评价、技术创新、政策管理等方面与美国的交流合作打下了良好的基础。另外，许多跨国石油公司和技术服务公司拥有先进的技术和成功的经验，可以采取与其合作的方式推动中国页岩气的研究进度。

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4.4现实国情下的页岩气开发政策及相关问题仍需探讨

加强页岩气研究的最根本目的是用最低的开发

成本为中国当前和未来社会最大程度地开采和获取能源资源。页岩气为新型能源资源，有关的各项政策法规目前在中国还未建立。美国的页岩气研究经历了起步、振兴、缓慢发展、大规模商业开采等几个阶段。20世纪70年代末，美国政府出台了《能源意外获利法》，其中第29条规定了非常规能源开发税收补贴政策，后来又被取消[40]；2005年在美国有超过100家的公司和个体经营者具有NewarkEast页岩气田(Barnett页岩)的探矿权，作业生产公司超过

60家，该地区的页岩气生产一片繁荣。对Barnett

[7]

页岩开采地区的研究表明，钻井和压裂需要大量的水资源，2000年在Barnett页岩中开采页岩气需

[15]MontgomerySL,JarvieDM,BowkerKA,etal.Mississippian

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[22]闫存章，黄玉珍，葛春梅，等.页岩气是潜力巨大的非常规天然气

86.3×104m3的地表水和地下水，2007年这一用量增

长了10倍多，约60%~80%的水会返回地面，其中含有大量的化学物质或放射性元素，会造成水污染[41]。美国近200年的技术研究和管理的成功经验值得我们学习，同样其失败和教训也值得我们吸取。中国的政策制定者尤其要保持理性，要根据中国的国情深入研究和探讨包括矿业权、页岩气价格、税收、专项研究基金、市场准入资格、环境等方面的各项政策，未雨绸缪，建立健全法律法规，引导和推动页岩气产业健康发展。

致谢：在论文的完成过程中，中国地质大学（北京）张金川教授提供了许多建设性的意见和建议，给予笔者许多启发和灵感，在此表示衷心的感谢。参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/91d4.html