全国页岩气资源潜力调查评价(2014年一等奖)

发布时间:2014-12-11  来源:国土资源部油气资源战略研究中心   浏览量:

全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选(2009-2011年)

--获2014年度国土资源科学技术奖一等奖成果


为了摸清我国页岩气资源潜力,掌握我国页岩气富集特点,推动我国页岩气勘探开发,更好地规划、管理、保护和合理利用页岩气资源,为国家制定能源发展规划提供科学依据,全国油气资源战略选区调查与评价专项中设立了“中国重点地区页岩气资源潜力及有利区优选”(2009-2010年)和“全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选”(2011年)项目,国土资源部油气资源战略研究中心组织实施,中国地质大学(北京)、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院、中国石油化工股份有限公司勘探开发研究院、中国地质调查局成都地质矿产研究所、重庆地质矿产研究院、中国石油化工股份有限公司勘探南方分公司、中国石油大学(北京)等27家单位共420余人参加了该项工作。主要完成人有张大伟、李玉喜、张金川、乔德武、姜文利、赵先良、吴裕根、潘继平、董大忠、余谦、聂海宽、李大华、姜振学、张建锋等。

项目围绕推动我国页岩气勘探开发、促进能源结构优化、增强可持续供给能力的国家目标,坚持“统一组织、统一方法、统一标准、统一认识、统一进度”的原则,突出“创立理论方法和摸清家底”两个重点,以“研究我国页岩气形成地质条件与富集规律,形成页岩气成藏地质理论与有效勘探评价技术,调查评价页岩气资源潜力和分布,优选页岩气有利区,开拓油气资源新领域,为页岩气开发利用提供资源基础,为加强页岩气管理提供支撑,整体推动我国页岩气勘探开发”为目标,采用多种手段,产学研结合,协同攻关,所取得的科技创新成果填补了我国页岩气领域的空白。

一、研究内容

国土资源部油气资源战略研究中心从2004年开始跟踪国外页岩气发展动态,2005~2006年,重点研究我国海相页岩发育特征,分析页岩气聚集地质条件;2007年重点研究我国海陆过渡相和陆相页岩发育特征及其页岩气聚集地质条件;2008年在上扬子地区优选出页岩气富集远景区。

2009年启动并实施了“中国重点地区页岩气资源潜力及有利区带优选”项目,对四川盆地及南方海相页岩的页岩气聚集条件进行重点解剖,并实施了国家财政出资钻探的第一口页岩气调查井——渝页1井,获得页岩气发现。

2010年设置了“川渝黔鄂”页岩气资源战略调查先导试验区,对四川盆地内、外页岩气富集条件开展调查评价先导试验,摸索页岩气资源调查评价经验,建立页岩气有利区优选和资源潜力评价方法、参数体系,总结页岩气资源调查评价工作流程;同时在苏浙皖地区和北方部分地区开展页岩气资源前期调查研究。通过先导试验工作,掌握了我国部分地区富有机质页岩分布,确定了主力含气层系,形成了页岩气资源调查评价工作流程,建立了页岩气资源潜力评价方法和有利区优选标准框架,总结了页岩气富集地质特点,优选出一批页岩气富集远景区,为在全国开展页岩气资源潜力调查评价及有利区优选工作奠定了扎实的基础。

2011年,为了尽快掌握我国页岩气资源的初步情况,全国油气资源战略选区项目中设置了“全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选”项目。将我国陆域划分为五大区,即上扬子及滇黔桂区、中下扬子及东南区、华北及东北区、西北区、青藏区,在上扬子及滇黔桂区、中下扬子及东南区、华北及东北区、西北区内优选41个盆地,划分为87个评价单元,优选了57个含气页岩层段开展页岩气资源调查评价及有利区优选;青藏区主要开展了页岩气资源前景调查。项目形成全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选总报告及附图、附表册,13份报告及附图、附表册,46个课题报告及附图、附表册,项目成果管理数据库等工作成果。

二、主要成果

  1. 创立了我国页岩气形成与富集地质理论。首次系统研究了我国海相、海陆过渡相、陆相富有机质页岩和页岩气特征,揭示了高过成熟度海相、中低成熟度陆相及广泛分布的海陆过渡相页岩气富集机理,形成了具有中国特色的页岩气地质理论。

    我国页岩气地质条件复杂,含气页岩分布广、层系多、类型多样。在扬子及滇黔桂、西北地区下古生界,主体发育了高过成熟海相含气页岩;在华北及西南等地区主要发育了上古生界海陆过渡相煤系含气页岩;中新生界陆相盆地内主要发育中低成熟度湖相含气页岩。自下古生界至新生界10个层系中形成了近60个含气页岩层段。

全球性、区域性缺氧事件形成了稳定分布的海相富有机质页岩层系,原始有机质以腐泥型干酪根为主,海进旋回决定了有效页岩层段主体发育在页岩层系下段。高有机碳含量可以补偿其他条件的不足,高-过热演化程度以干气生成为主,但有机质热演化上限(Ro)为4.0%。页岩单层厚度大、分布稳定,页岩气储层致密,具有一定的自封闭能力和相对较好的页岩气保存条件,在保存条件较好的沉积盆地区及保存条件较差的地层残留区均可形成页岩气富集。储层微裂缝及有机质生烃微孔隙发育,埋藏深度适中、保存条件较好的地区是页岩气有利区。

上古生界海陆过渡相含气页岩原始有机质以偏生气的腐殖型干酪根为主,同等条件下的吸附能力远大于腐泥型干酪根。该套地层在全国范围内均有分布,累计厚度大,但单层厚度小,泥页岩有机碳含量普遍较高并形成“高碳泥岩”,在较低成熟度条件下即可直接生成大量天然气。震荡性变化的沉积环境导致产生了泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥页岩及煤层的频繁互层,构成了上古生界含气页岩发育的基本特征,常可形成页岩气、煤层气和致密气、甚至常规储层气的共伴生。页岩中的粘土矿物含量明显偏高,储集空间以微观孔、缝为主,总含气量可达到较高水平。

中新生界陆相含气页岩主要分布于沉积连续、继承性发育的湖相盆地中,页岩分布受盆地沉降-沉积中心控制,横向变化较快,从盆地中心向盆地边缘,从深湖向半深湖、滨浅湖方向,富含有机质页岩沉积厚度逐渐减小,有机质类型从腐泥型递变为腐殖型,有机碳含量从高到低渐变,在目前热成熟作用普遍较低情况下,可分别形成页岩气、页岩油气共伴生以及页岩油。

    2. 创新性提出了我国页岩气地质分区,分区建立了以首批页岩地层标准剖面为代表的57个含气页岩层段典型剖面,创建了页岩气富集地质模式,实施了一批页岩气资源调查井,发现了我国首批页岩气。

    根据大地构造格局和页岩气发育地质条件,将我国陆域划分为各具特色的南方区、华北-东北区、西北区、青藏区四大页岩气地质区。南方区页岩气自寒武系至古近系均有发育,发育层位多达15个,海相、海陆过渡相、陆相均有发育。华北-东北区页岩气主要发育在上古生界海陆过度相和中新生界陆相地层,主要层位19个。西北区页岩气主要发育在下古生界海相、上古生界和中生界陆相地层,主要层位18。青藏区以中生界海相厚层页岩为主,主要层位5个。

南方地区海相含气页岩分布连续、稳定且规模较大,偏生油型腐泥质干酪根和高有机碳含量保证了高过成熟度条件下天然气在厚层页岩地层中的有效赋存。不论是下寒武统还是下志留统,有效的富含天然气层段集中分布在层系底部或下部,有机碳含量高、地层厚度大、埋藏适中、保存条件好的裂缝或微孔发育区是页岩气富集的有利区;海陆过度相含气页岩以龙潭组煤系地层为代表,岩性复杂,厚度大,页岩、煤层、粉砂岩普遍含气。陆相含油气页岩主要发育在四川、江汉、苏北等沉积盆地内,以页岩气、页岩油同时聚集为特征。

华北-东北区以上古生界海陆过渡相和中新生界陆相中低成熟度页岩为代表。上古生界海陆过渡相含气页岩主要发育在华北板块内,多与煤层、致密砂岩和灰岩层互层。陆相含油气页岩限于盆地内发育,沉积相变较快,含气页岩分布层系多、累计厚度大,但有机质成熟度整体偏低,可分别形成页岩气、页岩油气或页岩油,盆地盆地沉积中心区、斜坡带、构造转折端、富有机质层段与致密砂岩夹层发育带等是页岩气发育的有利区。

西北地区海相含气页岩发育在下古生界,主要分布在塔里木盆地,页岩有机质成熟度适中,但页岩埋深、厚度和有机质含量均变化较大。陆相含油气页岩主要形成于上古生界和中、新生界。古生界含油气页岩厚度大、白云质成分含量高,中生界包括煤系地层含气页岩和湖相含油气页岩,煤系含气页岩地层累计厚度大、有机质丰度高;湖相含油气页岩单层厚度大,横向变化较快,有机碳含量高。由于区域地温梯度低,有机质成熟度普遍较低。有机质含量高、热演化程度较高、碳酸盐矿物含量高、含气量较高、埋深适中的凹陷区是页岩气发育有利区。

  3. 建立了以条件概率体积法为代表的页岩气资源评价方法体系,建立了有利区优选的多因素叠合与综合分析法。研发了页岩气资源调查评价技术方法,建立了页岩气评价参数体系,形成了系列技术规程。

    针对我国地质特点和页岩气富集机理特征,将体积法、FORSPAN法、概率法有机结合,建立了适用于我国现阶段页岩气资源潜力评价的条件概率体积法,并制定了各项参数选取规范。以地质条件和工程条件为主要考虑因素,制定了页岩气可采系数确定方法。以页岩气地质和可采条件为依据,在统计分析我国页岩气相关参数基础上,建立了有利区优选的多因素叠合与综合分析法。通过“川渝黔鄂”页岩气资源调查先导试验区的实践探索,首次确定了页岩气资源调查评价和有利区优选工作技术流程。即:(1)确定页岩气目标层系,圈定页岩气潜在发育区;(2)在页岩气目标层系内,利用有机地化和含气性等指标,识别、划分含气页岩层段;(3)根据含气页岩层段空间分布,确定含气页岩层段的发育规模,预测页岩气有利区;(4)采用统一方法参数,开展各利区内页岩油气资源潜力评价,(5)汇总各有利区页岩气资源评价结果,得到各大区及全国页岩气资源潜力;(6)总结页岩油气富集地质规律,结合含气页岩层段脆性、地应力、地表条件分析,判断各有利区页岩气开发前景。制定了页岩气资源调查评价的野外地质调查、试验分析测试、图件编制等技术规程20个。

    4. 系统评价了我国页岩气资源潜力,优选出180个页岩气有利区。我国陆上页岩气地质资源潜力134.42万亿立方米,可采资源潜力25.08万亿立方米(不含青藏区)。首次预测了我国页岩气储量和产量增长趋势,指出了川东、川南等上扬子地区为近期勘探突破区。

    评价结果表明,我国陆域(不包括青藏地区)页岩气地质资源潜力134.42×1012m3,可采资源潜力25.08×1012m3。其中,上扬子及滇黔桂区地质资源为62.56×1012m3,可采资源为9.94×1012m3,分别占全国总资源的46%、39.63%;华北及东北区地质资源为26.79×1012m3,可采资源为6.70×1012m3,分别占全国总量的20%、26.70%;中下扬子及东南区地质资源为25.16×1012m3,可采资源为4.64×1012m3,分别占全国总量的19%、18.49%;西北区地质资源为19.90×1012m3,可采资源为3.81×1012m3,分别占全国总量的15%、15.19%。全国页岩气资源主要分布在四川、重庆、新疆、贵州、湖北、湖南、陕西等省区,这7个省(区、市)占全国页岩气总资源的68.87%。页岩气地质资源主要分布在下古生界,其次为上古生界和中生界,新生界最少,分别占43.58%、24.66%、28.82%和2.94%。按500m-1500m、1500m-3000m 和3000m-4500m深度,分别占22.42%、36.94%和40.46%。

    全国共优选出页岩气有利区180个,累计面积为111.49×104km2,叠合面积为66.93××104km2。其中,上扬子及滇黔桂区有利区累计面积62.42×104km2,占全国总量56%;中下扬子及东南区累计面积为17.44×104km2,占16%;华北及东北区累计面积27.01×104km2,占全国总量24%;西北区累计面积4.62×104km2,占全国总量4%。按照已获得页岩气工业气流、获得页岩气气流及显示、各项指标表示有页岩气聚集三个层次对有利区进行了分类。获得页岩气工业气流的Ⅰ类有利区有川东、川南、鄂尔多斯等11个,面积10.18×104km2,其中礁石坝、长宁、威远取得页岩气开发突破,形成产能;获得页岩气气流及显示的Ⅱ类有利区有渝东南、黔北、鄂西等89个,面积80.90×104km2;各项指标表示有页岩气聚集Ⅲ类有利区80个,面积20.39×104km2

三、成果应用情况

项目紧紧围绕国家需求、资源管理需求、企业需求,取得的成果得到了及时转化应用,对国家制定发展规划、进行能源管理体制改革以及促进页岩气勘探开发起到了推动作用。

1.项目取得的理论认识、方法技术和研究思路,为全国页岩气地质研究、调查评价及勘探开发奠定了理论和方法基础,直接推进了我国页岩气产业的形成和发展。项目成果为贵州省、重庆市组织各自省市的页岩气资源调查评价和开发试验项目直接提供了页岩气主力含气层系、页岩气资源潜力评价方法和有利区优选标准。

2.项目对页岩气特殊性的认识和首口页岩气发现井渝页1井的资料数据,为向国家申报页岩气新矿种提供了基础依据。页岩气新矿种的确立,为改革我国油气管理体制提供了切入点,为多种投资主体进入页岩气领域创造了条件。两轮页岩气招标引入17家非油气企业,带动投资128亿元,推动了我国页岩气勘探开发。页岩气的勘探开发发展,推动了页岩气工程服务、装备制造、管网建设及国际合作等领域的发展,形成了全新的经济增长点。

3.项目优选出的页岩气有利目标区和评价的资源潜力,为企业进行页岩气勘探开发提供了重点靶区,推动了我国重点有利区页岩气的商业性突破和规模化开发进程。中石化南方勘探公司在涪陵焦石坝等地区取得了页岩气勘探重大突破,项目成果为此提供了资源和地质依据。

4.依据项目成果资料,国家及有关部门制定了《页岩气发展规划2011-2015年》和相关政策,国家国土资源管理部门加强了页岩气资源管理,实施了两轮页岩气探矿权出让招标。依据该项目优选出的有利区,划定了24个招标区块,为两轮页岩气探矿权出让招标提供了基础支撑。

5.开拓了页岩气研究新领域,带动产出了一大批科技成果,培育了我国油气新学科,培养了我国首批页岩气专业人才,提升了我国页岩气科技的核心竞争力和国际地位。中国地质调查局在2012~2014年部署页岩气调查工作和实施的探井中,充分考虑和使用了该项目的页岩气资源潜力及有利区优选的成果。

整体来看,全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选工作是一项规模大、难度高、探索性强的工作,具有战略性、指导性和引领性。该项成果是我国现阶段页岩气资源潜力的客观反映,提升了我国页岩气资源调查评价水平,促进了页岩气勘探开发,提高了油气资源保障能力。