美国页岩气藏勘探开发及其启示

摘
要
美国是全球唯一商业化生产页岩气的国家。

介绍了美国页岩气勘探开发历程、储层物性特征和页岩
气快速发展的经验。

通过与美国页岩气成藏地质条件的对比研究后发现，我国具有广泛的页岩气发育基础条件和良好的页岩有机地球化学指标以及可进行商业开采的页岩气藏地质条件。

因此，应借鉴和学习美国在页岩气藏勘探、开发领域积累的较成熟的经验和做法，建立起符合中国地质特点的页岩气勘探开发技术体系，促进我国页岩气产业健康、迅速发展。

关键词
美国页岩气藏水平井水力加砂压裂
美国页岩气藏勘探开发及其启示
付斌1
杨春生2
王径1
张连军1
杜德甫1
蒲俊伟1
张莉洁1
（1.中国石油西南油气田公司，四川成都
610051；2.中国石油天然气集团公司政策研究室，北京
100007）
收稿日期：2010－07－21修订日期：2010－11－18
作者简介：付斌（1984-），硕士，从事天然气技术经济研究工作。

E-mail ：fu-bin@
中图分类号：TE122.2
文献标识码：A
Vol.4，No.6
Dec.2010
doi ：10.3969／j.issn.1673－9035.2010.06.001
天然气技术
Natural Gas Technology
2010年第4卷·第6期
文章编号：1673-9035（2010）06-0001-02
0引言
页岩气是指以吸附或游离状态为主要存在方式
赋存于页岩和泥岩地层中可进行商业性开采的天然气。

页岩气藏普遍具有含气面积广泛、资源量大、生产寿命长、产量稳定等特点。

世界页岩气资源丰富，据美国天然气技术委员会公布的资料显示，仅美国5个主要盆地页岩气资源量即达（12.85～
25.14）×1012m 3，技术可采储量达（0.88～2.15）×1012m 3
［1-2]。

为进一步缓解能源供应不足的矛盾，需积极探
索新的接替能源，而页岩气是目前最现实的常规油气资源的重要接替资源之一。

1
美国页岩气勘探开发概况
1.1
勘探历程
美国是世界上最早发现和生产页岩气的国家，
其页岩气勘探始于1821年，1973年阿以战争期间的石油禁运和1976－1977年的第一次石油危机促使美国能源部加快了天然气勘探研究的步伐。

期间美国能源部开展了非常规资源的天然气研究，加强了对页岩气等非常规资源的地质、地球化学、开发工程等方面的研究，使页岩气产量大幅度增加。

1978－1992年期间，天然气研究所实施了包括资源鉴定、
提高产量、压裂技术、水管理等30多个研究项目在内的东部含气页岩研究计划，基本摸清了页岩气的分布规律并进行了资源潜力评价[3]。

新世纪以来，由于重视和加强了页岩气成藏机理和增产措施的研究，美国页岩气工业发展迅速，目前已拥有超过40000余口正在进行商业生产的页岩气井。

其页岩气商业开采主要集中在5个盆地，即密歇根盆地的Antrim 页岩、阿帕拉契亚盆地的Ohio 页岩、沃斯堡盆地的Barnett 页岩、伊利诺伊盆地的New Albany 页岩和圣胡安盆地的Lewis 页岩。

预计到2015年，美国页岩
气年产量将达到1800×108m 3。

1.2
储层物性特征
美国高品质产气页岩区不仅要具有分布面积广、埋深适中、大的有效厚度（大于30m ）等特点，还需要具备一系列的有利储层物性。

这些储层物性包括：较高的压力（最好为过压）和足够高的有机物富含量（总有机碳含量（TOC ）大于2）；良好的热成熟度（镜质体反射率（Ro ）介于1.1%～2.5%）以使页岩层位于干燥的生气窗内；具有良好的基质孔隙度（大于3%）；构造应力较低的区域和隆升盆地会在页岩基质中产生较高渗透率的微裂缝[3]。

此外，页岩中矿物组成对储层也有很大影响：高碎屑结构的页岩容易破碎，可形成多树突结构的裂缝群，有利于储层的形成，而高黏土含量的页岩具有可塑性，易于吸收能量，形成单平面裂缝。

因此，黏土含量中等（小于
天然气技术／
1
30%）和脆性较高有利于储层后期的开发。

德克萨斯州中北部沃斯堡盆地Barnett 页岩是现
今美国页岩开发最红火的地区，其页岩气产量从
1998年的283×104m 3／d 增长到2009年的1.41×108m 3／d ，增长超过5000%，这是美国页岩气成功开发的一个典范。

1.3
美国页岩气快速发展的原因
1）国家大力扶持。

美国国会于1979年提出、
1980年颁布执行的《能源意外获利法》第29条税款规
定，1980－1992年间钻探的非常规天然气井的产出
可享受税收补贴政策（其中页岩气为3.5美分／m 3）。

得克萨斯州对页岩气开发免收生产税。

根据美国康菲的估计，最初非常规天然气开发的30%的利润来自政策优惠。

2）开发技术不断进步和开采成本不断降低。

深
层产气页岩的基质渗透率的测量单位通常为纳达西，因此必须对其进行压裂才能生产。

水力压裂技术、重复压裂技术及水平井技术的突破，解决了致密的、分布广泛的页岩气的开采技术瓶颈，大幅度提高了页岩气单井产量（表1）。

最初，Barnett 页岩区是使用垂直井进行开发，直到2002年才开始引入水
注：基于Advanced Resources 公司的分析，1bcf＝2831.7×104m 3。

气井名称Denton Creek 1Talley 1Logan 2
Ted Morris 1Johnson #2平均值
初始增产累积采收量／bcf 0.80.40.40.60.3
最终采收率1.0％0.5％0.6％0.8％0.4％0.7％
重复压裂后
累积采收量／bcf 2.22.62.22.11.8
最终采收率
2.9％4.0％
3.3％3.0％2.9％3.2％
增加的采收量／bcf
1.93.5
2.72.22.52.5
表1
Barnett 页岩区重复压力气井表现表
平井开发。

通过实际生产数据统计后发现，虽然水平井的成本一般为垂直井的两倍，但其初始开采速度和最终评价的可采储量是垂直井的3倍多。

因此，水平井现在已经成为主要的气井设计选择，到2008年末Barnett 页岩区水平井的数量达到了1800口。

同时，市场机制促使工程造价不断降低，实现了页岩气低成本开发，利用水力压裂和水平钻探技术开发页岩气，天然气价格达到了4～6美元／mmbtu 的水平（2008年数据）。

3）发达的天然气市场。

美国已建成四通八达的
天然气管网和城市供气网络，为页岩气的商业化开发创造了条件。

2对我国页岩气勘探开发的启示
中国页岩气的勘探还处于起步阶段。

根据页岩
气聚集的机理条件和中美页岩气地质条件相似性对比研究，我国页岩气聚集地质条件优越，国内许多盆地均具有页岩气成藏的地质条件，并有望成为页岩气勘探开发的主力战场。

结合美国的先进经验我们得出以下启示：
1）必须加快页岩气基础地质研究。

目前中国的
页岩气资源量尚不清，尚未开展全国范围内的页岩气资源评价，虽然国外不同机构对中国页岩气资源量进行了预测，但差别较大。

我国应开展全国范围内的页岩气资源的战略调查，进一步查明我国页岩气基础地质背景和条件，总结出我国页岩分布和页岩气的富集规律，优选页岩气富集有利目标区和勘探开发区。

形成我国页岩气地质理论和新认识，构建适合于我国地质条件且对我国页岩气资源战略调查和勘探开发具有指导意义的较为完整的中国页岩气地质理论体系。

2）应当积极开展国际合作，研发适合于我国页
岩气开发的水平井和分段压裂增产技术。

由于中国与美国的页岩气地质条件和分布特点存在着重大的差异，如四川盆地的页岩气层埋深甚于美国，美国
的页岩气层深度在800～2600m ，而四川盆地的页岩气层埋深在2000～3500m ，故美国的页岩气产业发展模式不能生搬硬套。

对此我国需（下转第33页）
第4卷第6期
付斌，等：美国页岩气藏勘探开发及其启示/Natural Gas Technology
2。