全球致密砂巖氣資源分布特征與規(guī)律

王朋巖，邴振陽

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

采用統(tǒng)一的參數(shù)分類標準對全球致密砂巖氣盆地的11個參數(shù)進行數(shù)據(jù)挖掘分析，各盆地評價參數(shù)分別為：“盆地類型”、“沉積環(huán)境”、“評價時代”、“源巖時代”、“源巖巖性”、“源巖類型”、“源巖成熟度”、“儲層平均埋深”、“評價面積”、“其它機構(gòu)資評結(jié)果”、“開發(fā)程度”。綜合研究，從世界級、大區(qū)級和國家級3個方面進行敘述。

1 世界級

目前從全世界的角度來說致密氣的開發(fā)情況可謂兩個極端，比如美國，致密氣的開發(fā)技術(shù)已經(jīng)相當成熟，而且大部分致密氣盆地已經(jīng)進入商業(yè)開發(fā)階段，另一方面是歐亞地區(qū)的致密砂巖氣開發(fā)僅限于跟常規(guī)油氣共同開發(fā)的程度，對于像中東地區(qū)，因為該地區(qū)的常規(guī)資源比較豐富，導(dǎo)致非常規(guī)資源并未受到重視[1]。

在全球范圍內(nèi)，致密氣盆地的類型主要為前陸盆地，占據(jù)約59%；其次有一小部分為山間克拉通盆地和大陸裂谷盆地，有很少一部分盆地類型為被動大陸盆地，結(jié)果如圖1所示。

對于源巖時代和儲層時代，其分布較一致，局部略有差異。源巖時代以白堊紀為主，其次是第三紀和奧陶紀，如圖2所示；而儲層時代則和源巖時代大致相近或者略微晚于源巖時代，同樣是以白堊紀占大部分，第三紀和奧陶紀次之，如圖3所示[2]。

圖1 全球致密氣盆地類型

圖2 全球致密氣盆地源巖時代

對于源巖巖性來說，致密砂巖氣主要來源于泥巖，占據(jù)約57%，其次來源于煤系地層和碳酸鹽巖，分別占據(jù)38%和5%，如圖4所示。對于源巖類型來說，III型干酪根約占總體的57%，II型干酪根大約占總體的43%，I型干酪根所占比重極小，如圖5所示[3]。

圖3 全球致密氣盆地評價層時代

圖4 全球致密氣盆地氣源巖巖性

圖5 全球致密氣盆地氣源巖類型

對于致密砂巖氣的源巖成熟度，以成熟、高成熟階段為主，分別占據(jù)30%和39%，過成熟階段相對較少約占23%，同時未成熟生物氣階段最少僅占8%，如圖6所示。對于儲層埋深，平均埋深絕大多數(shù)大于1 000 m，在1 000 m之上各個階段均有發(fā)育。

對于評價區(qū)域面積，大約有一半的評價區(qū)面積大于10 000 km2，小于1 000 km2和1 000～5 000 km2各自占15%，5 000～10 000 km2占20%，如圖7所示。

圖6 全球致密氣盆地源巖成熟度

圖7 全球致密氣盆地評價區(qū)面積

2 大區(qū)級

根據(jù)全球范圍內(nèi)大區(qū)級別盆地參數(shù)統(tǒng)計分析結(jié)果，如圖8所示。

根據(jù)圖8所示，某些參數(shù)在全球范圍內(nèi)具有穩(wěn)定分布的特征，在各大區(qū)其具體參數(shù)分布特征較為一致，比如，沉積環(huán)境：海相>陸相>海陸過渡相；評價時代以白堊紀、第三紀、侏羅紀為主，源巖時代以 白堊紀、侏羅紀、第三紀為主；源巖類型：III型>II型；源巖巖性：泥頁巖>煤>碳酸鹽巖[4]。而對于盆地類型、源巖成熟度、儲層埋深這幾種參數(shù)在各大區(qū)并非穩(wěn)定分布。

2.1 北美洲

北美洲共評價致密砂巖氣盆地23個(Alberta盆地、Anardarko盆地、Appalachian盆地、Arkoma盆地、Bighorn盆地、Black Warrior盆地、Columbia盆地、Denver盆地、Eastern Great盆地、Greater Green River 盆地、Gulf Coast盆地、Hanna盆地、Mchigan盆地、Paradox盆地、Park盆地、Permian盆地、Power River盆地、Raton盆地、San Juan盆地、Uinta盆地、Piceance盆地、Wind River盆地、Los Angeles盆地)。

圖8 大區(qū)級盆地參數(shù)統(tǒng)計規(guī)律

目前北美洲已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣盆地已有58%進入商業(yè)開發(fā)階段(輕度開發(fā)的盆地占7%)，還有部分也已進入了勘探階段(35%)，其開發(fā)程度遠遠領(lǐng)先其他大區(qū)，1TCFG以上的大型致密砂巖氣盆地占27%，1000BCFFG以下的小型致密砂巖氣盆地僅占20%。

致密砂巖氣藏主要出現(xiàn)在前陸盆地(88%)，克拉通盆地(8%)和裂谷盆地(4%)亦有發(fā)育，以海相沉積環(huán)境為主(64%)，陸相沉積環(huán)境次之(29%)，海陸過渡沉積環(huán)境最少(7%)，評價層沉積時代主要集中在白堊紀(45%)和第三紀(24%)，儲層平均埋深主要集中1 000-3 000 m范圍內(nèi)(62%)，1 000 m以下占16%，3 000 m以上占28%，總體評價有利區(qū)面積較大，以10 000 km2以上的為主(48%)，5 000～10 000 km2范圍內(nèi)占17%，1 000～5 000 km2范圍內(nèi)占14%，1 000 km2以下占21%[5]。

源巖時代與儲層時代較一致，以白堊紀(52%)、第三紀(16%)為主，源巖巖性以泥頁巖(55%)和煤巖(40%)為主，生物氣階段的源巖較少(7%)，其它成熟(26%)、高成熟(33%)和過成熟階段(33%)均有發(fā)育，干酪根類型以II型(42.5%)和III型(57.5%)為主[6]。

2.2 南美洲

南美洲共評價致密砂巖氣盆地4個(Maracaibo盆地、San Jorge盆地、Neuquen盆地、Putumayo-Oriente-Maranon盆地)，目前南美洲已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣盆地進入了勘探階段，而且其它單位的資評結(jié)果資料并不完善。

致密砂巖氣藏主要出現(xiàn)在前陸盆地(60%)，克拉通盆地(20%)和裂谷盆地(20%)亦有發(fā)育，沉積環(huán)境以海相為主(75%)，陸相次之(25%)，評價層沉積時代主要集中在侏羅紀(40%)和白堊紀(40%)，第三紀(20%)次之，儲層平均埋深主要集中3 000 m以上范圍內(nèi)(75%)，3 000 m以下占25%，總體評價有利區(qū)面積較大，以10 000 km2以上的為主(75%)，5 000～10 000 km2范圍內(nèi)占25%。

源巖時代與儲層時代較一致，以白堊紀(67%)、侏羅紀(33%)為主，源巖巖性以泥頁巖為主，成熟階段(40%)和過成熟階段的源巖(40%)為主，高成熟(20%)也有發(fā)育，干酪根類型以II型(33%)和III型(67%)為主。

2.3 非洲

非洲共評價致密砂巖氣盆地3個(Abu Gharadiq盆地、Northern Egypt盆地、Timimoun-Ahnet盆地)，目前非洲已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖盆地還處于輕度開發(fā)階段。

致密砂巖氣藏主要出現(xiàn)在被動大陸邊緣盆地，克拉通盆地亦有發(fā)育，以海相沉積環(huán)境為主，陸相沉積環(huán)境次之，評價層沉積時代主要集中在侏羅紀，奧陶紀次之，儲層平均埋深主要集中1 000～2 000 m范圍內(nèi)，2 000～3 000m次之，總體評價有利區(qū)面積較大， 10 000 km2以上、1 000～5 000 km2、小于1 000 km2范圍均有評價。

源巖時代與儲層時代較為一致，以侏羅紀、白堊紀為主，還發(fā)育有志留紀，源巖巖性以泥頁巖為主，煤巖次之，源巖成熟度以高成熟和過成熟階段為主，成熟階段次之，II型干酪根和III型干酪根均有發(fā)育。

2.4 大洋洲

大洋洲共評價致密砂巖氣盆地3個(Eromanga-Cooper盆地、Gippsland盆地、Perth盆地)。目前大洋洲已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣盆地還處于輕度開發(fā)階段。

致密砂巖氣藏主要出現(xiàn)在克拉通盆地，裂谷盆地亦有發(fā)育，以陸相沉積環(huán)境為主，還發(fā)育有海相和海陸過渡相沉積環(huán)境，評價層的沉積時代是二疊紀、侏羅紀、白堊紀均有發(fā)育，儲層平均埋深主要集中3 000 m以上，2 000～3 000m次之?？傮w評價有利區(qū)面積較為中等，以1 000～5 000 km2的為主，5 000～10 000 km2次之。

源巖時代與儲層時代較一致，二疊紀、侏羅紀、白堊紀均有發(fā)育，源巖巖性以煤巖為主，泥頁巖次之，生物氣階段和成熟階段的源巖為主，高成熟和過成熟階段次之，干酪根類型以II型和III型為主。

2.5 歐洲

歐洲共評價致密砂巖氣盆地6個(Northwest German盆地、Dnieper-Donets盆地、North Sea盆地、Timan-Pechora盆地、Anglo-Dutch盆地、Pannonian盆地)。目前歐洲已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣盆地大部分進入開發(fā)階段，其它單位的資評結(jié)果以10000-100000BCFG范圍為主。

致密砂巖氣藏主要出現(xiàn)在裂谷盆地(50%)，克拉通盆地(17%)和前陸盆地(33%)亦有發(fā)育，所處的沉積環(huán)境則是海相和陸相均勻發(fā)育，評價層沉積時代主要集中在石炭紀(33%)和二疊紀(33%)，還有部分是處于白堊紀(17%)和第三紀(17%)。儲層平均埋深主要集中1 000 m以上，其中1 000～3 000 m和3 000 m以上均有發(fā)育，總體評價有利區(qū)面積較大，以10 000 km2以上的為主(83%)，5 000～10 000 km2范圍內(nèi)占17%。源巖時代的高峰期略早于儲層評價時代，以石炭紀(37.5%)、泥盆紀(25%)為主，源巖巖性以煤巖(44%)和泥頁巖(33%)為主，生物氣(44%)和高成熟(56%)階段的源巖為主，干酪根類型以II型(44%)和III型(56%)為主。

2.6 中東

中東共評價致密砂巖氣盆地2個(Risha盆地、Ghawar盆地)，目前中東已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣盆地處于輕度開發(fā)階段。

致密砂巖氣藏主要出現(xiàn)在克拉通盆地，以陸相沉積環(huán)境為主，評價層沉積時代主要集中在奧陶紀和志留紀，儲層平均埋深主要集中2 000～3 000m范圍內(nèi)，總體評價有利區(qū)面積較大，以10 000 km2以上的為主。源巖時代與儲層時代較一致，以奧陶紀和志留紀為主，源巖巖性以泥頁巖為主，源巖主要發(fā)育在高成熟和過成熟階段，干酪根類型以II型為主。

2.7 亞洲

亞洲共評價致密砂巖氣盆地3個(Indus River盆地、Krishna-Godavari盆地、Cambay盆地)，目前亞洲已發(fā)現(xiàn)的致密砂巖氣盆地已進入開發(fā)階段，其開發(fā)程度主要以常規(guī)油層共同開發(fā)。

致密砂巖氣藏主要出現(xiàn)在裂谷盆地，沉積環(huán)境是海相和陸相均有發(fā)育，評價層的沉積時代在二疊紀、白堊紀和第三紀均有發(fā)育，儲層平均埋深主要集中1 000～3 000m范圍內(nèi)，總體評價有利區(qū)面積較大，以5 000～10 000 km2的為主(48%)，10 000 km2以上次之[7]。源巖時代與儲層時代較一致，以白堊紀、第三紀為主，源巖巖性以泥頁巖為主，煤巖次之，成熟階段的源巖為主，高成熟和過成熟階段次之，干酪根類型以II型和III型為主。

3 國家級

3.1 美國

非常規(guī)天然氣開發(fā)在美國是獨有的一個現(xiàn)象。致密氣生產(chǎn)有著幾十年悠久的歷史。美國非常規(guī)天然氣占到總產(chǎn)量的60%, 美國剩余天然氣可采儲量74TCM中，有一半為非常規(guī)天然氣。其中致密氣和頁巖氣是非常規(guī)天然氣的主要組成部分。美國致密氣分布在美國大部分地區(qū)，一些氣田與加拿大和墨西哥分享。

在美國已經(jīng)進入商業(yè)開發(fā)階段的致密砂巖氣盆地主要有Wind River盆地、Piceance、Uinta、San Juan、Denver、Appalachian和Great Green等盆地，其他盆地尚處于勘探階段或早期開發(fā)階段，San Juan盆地、Appalachian盆地和Great Green River盆地的資源量可達1TCFG以上(USGS)，其他盆地以1000-10000BCFG為主。

對于重點開發(fā)的致密氣盆地，可以根據(jù)具體的評價單元的盆地參數(shù)，進一步挖掘其規(guī)律性，這里以San Juan盆地為例進行分析。

目前San Juan盆地已進入商業(yè)開發(fā)階段，其它單位的資評結(jié)果(USGS)以1000-10000BCFG(80%)的范圍為主，大于10000BFCG(20%)的范圍次之。

San Juan盆地類型為前陸盆地，以海相沉積環(huán)境(83%)為主，陸相沉積環(huán)境為主(17%)次之，評價層沉積時代主要集中在白堊紀，儲層平均埋深主要集中在小于1 000 m(40%)和1 000～2 000 m(40%)范圍內(nèi)，2 000～3 000 m的范圍內(nèi)次之。總體評價有利區(qū)面積較大，以大于10 000 km2為主(60%)，小于1 000 km2占40%。

源巖時代與儲層時代較為一致，以白堊紀為主，源巖巖性以煤巖(80%)為主，泥頁巖(20%)次之，成熟(33%)和高成熟(42%)階段的源巖為主，過成熟(25%)階段次之，干酪根類型以III型為主[8]。

3.2 加拿大

加拿大是除美國之外少數(shù)擁有巨大非常規(guī)天然氣儲量并正在進行商用的國家。2010年致密氣產(chǎn)量約50BCM。至2011年底加拿大剩余可采致密砂巖氣儲量約為2TCM，占非常規(guī)天然氣的1/9。加拿大非常規(guī)天然氣占到世界非常規(guī)資源的6%。有80%加拿大的剩余可采天然氣資源是非常規(guī)天然氣。

加拿大致密氣主要儲集在西部地區(qū)阿爾伯達盆地深盆區(qū)，已經(jīng)進入商業(yè)開發(fā)階段的致密砂巖氣盆地，Alberta盆地的資源量可達10TCFG以上(USGS)，其致密砂巖氣盆地類型以前陸和克拉通為主，源巖巖性主要為頁巖和煤，以III型干酪根為主。

3.3 澳大利亞

澳大利亞是少數(shù)幾個已經(jīng)生產(chǎn)商業(yè)數(shù)量非常規(guī)天然氣的國家。澳大利亞常規(guī)氣資源也很可觀，但是都位于海上，開發(fā)費用昂貴。澳大利亞剩余可采致密氣資源量估計為8TCM。最大規(guī)模的天然氣資源位于Perth，Cooper，Gippslandw盆地的低滲透砂巖儲層之中。在澳大利亞Eromanga、Perth、Gippsland等致密砂巖氣盆地已經(jīng)進入輕度開發(fā)階段， Perth盆地幾處致密砂巖氣田原地天然氣資源量約為10TCF，在Gippsland盆地比較成熟的氣田，其評估平均可能原地資源量為700BCF，Eromanga盆地預(yù)估存在8TCF致密砂巖氣資源[8]。

3.4 埃及

由于近年來埃及發(fā)現(xiàn)許多大型天然氣田，使天然氣有可能不久成為埃及能源部門增長的主要驅(qū)動力。在20世紀90年代初，外國石油公司開始對埃及的天然氣進行勘探，很快就在尼羅河三角洲地區(qū)和西部沙漠地區(qū)發(fā)現(xiàn)了許多大氣田。目前在埃及天然氣發(fā)展比較迅猛。2001年9月，埃及政府宣布探明天然氣儲量為15 574億m3。埃及的評價的致密氣砂巖盆地有Abu Gharadiq 和Northern Egypt盆地，且都已進入了輕度開發(fā)階段，其他單位資評結(jié)果目前估計500BCF。

3.5 英國

英國是目前歐盟最大的原油生產(chǎn)國，同時也是天然氣的最大生產(chǎn)國和大輸出國。英國北海約有26.7 TCF的天然氣儲量。大部分氣田分布在英吉利海岸，毗鄰荷蘭北海地區(qū)。在英國的致密砂巖氣盆地中Anglo-Dutch盆地已經(jīng)進入了與常規(guī)油層共同開發(fā)的階段，其它機構(gòu)的資評結(jié)果為其原生地層氣儲量為14TCF ，最終可采儲量為2.7TCF。

3.6 德國

過去20多年中德國應(yīng)用相對大型水力壓裂技術(shù)生產(chǎn)致密砂巖氣已經(jīng)成為常態(tài)。在德國已經(jīng)進入開發(fā)階段的致密砂巖氣盆地是Northwest German盆地，其致密砂巖氣是與常規(guī)油層共同開發(fā)，其它單位的資評結(jié)果為盆地的原生地層氣儲量可達2 TCFG以上，其最終可采儲量約有930-1076 BCFG。

3.7 俄羅斯

2005年俄羅斯的天然氣探明可采儲量為47.57萬億m3，占世界總儲量的27.5%，居世界第1位。俄羅斯天然氣探明儲量90%分布在陸地，10%分布在海域[9]，致密氣大約110萬億m3。

本次評價俄羅斯的致密砂巖盆地是Timan-Pechora盆地，現(xiàn)在已處于與常規(guī)油層共同開發(fā)的階段，其他單位資評結(jié)果為原生地層氣儲量17.5 TCFG ，最終可采儲量14.7 TCFG。

3.8 約旦

截止至2014年，約旦主要有豐富的油頁巖和少量天然氣。在大地構(gòu)造上屬于西阿拉伯地區(qū)的一部分存在一定儲量的致密砂巖氣[9]。Risha盆地是位于約旦東北部的致密砂巖氣盆地，且已進入輕度開發(fā)階段，其開發(fā)面積較小，其它單位資評結(jié)果：致密砂巖氣的探明儲量為180BCF、地質(zhì)儲量為2-3TCF。

3.9 巴基斯坦

巴基斯坦境內(nèi)氣多油少。油氣資源主要分布在北部波特瓦(Potwar)盆地、南部印度河盆地和近海大陸架。初步估算天然氣總儲量約為79 848億m3，探明可采儲量為14 914億m3。巴基斯坦已評價的致密砂巖氣盆地有Indus River盆地，且目前是與常規(guī)資源共同開發(fā)。