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加拿大頁巖氣勘探開發現狀及進展

2020年08月06日 來源:環球印象(www.415429.tw)搜集整理

    一、頁巖氣概述
    頁巖氣是指產自頁巖地層中的天然氣,頁巖既是生成天然氣的源巖,也是儲層和蓋層。美國地質調查局(USGS)指出,頁巖氣屬于連續型油氣聚集,受水柱影響不強烈,氣體富集與水對氣體的浮力無直接關系,并且不是由下傾方向氣水界面圈定的離散的、可數的氣田群組成。根據氣體類型、頁巖有機質豐度、熱演化程度以及頁巖與相鄰非頁巖接觸關系,Jarvie將頁巖氣分為生物氣型、低成熟度型、高成熟型和混合(hybrid)型。
    非常規天然氣勘探開發先后順序一般為深盆氣、致密氣、煤層氣和頁巖氣,這主要取決于人們的認識、工程工藝水平和經濟效益。經濟開采頁巖氣與煤層氣有所不同:一是頁巖氣的吸附氣與游離氣比例不固定,煤層氣以吸附氣為主;二是頁巖氣初產高、產量遞減快,煤層氣通常要排水降壓、產量遞減慢;三是頁巖氣埋藏深、鉆完井成本高,煤層氣埋藏淺、鉆完井費用相對較低。
    隨著美國頁巖氣革命的成功,北美能源板塊凸起,以中東為核心的東半球“常規油氣版圖”和以美洲為核心的西半球“非常規油氣版圖”基本形成,新的世界能源格局初現。作為北美非常規油氣版圖的一部分,加拿大成為繼美國之后世界上第二個成功開發頁巖氣的國家。
    二、加拿大頁巖氣資源概況及勘探開發現狀
    加拿大頁巖氣資源豐富,資源量超過1000萬億立方英尺,主要分布在西加拿大沉積盆地的白堊系、侏羅系、三疊系和泥盆系地層。西加拿大沉積盆地面積140萬平方千米,橫跨馬尼托巴省、薩斯喀徹溫省、艾伯塔(Alberta)省和不列顛哥倫比亞省,南部通常以美國和加拿大兩國邊境線作為盆地邊界。不列顛哥倫比亞省西北部的HornRiver盆地以及位于美加交界的威利斯頓盆地(WillistonBasin)均為西加拿大沉積盆地內的坳陷。西加拿大沉積盆地主要經歷了晚元古代-晚侏羅紀被動大陸邊緣和晚侏羅紀-始新世前陸盆地兩期構造演化,沉積地層呈楔狀體。西加拿大沉積盆地不僅常規油氣豐富,還蘊藏油砂、致密氣、煤層氣和頁巖氣等非常規油氣資源。目前加拿大開采的油氣除了供應本國外,主要輸往美國。

表1 加拿大主要頁巖氣富集帶參數統計表

                                                             表1 加拿大主要頁巖氣富集帶參數統計表
    加拿大頁巖氣勘探開發取法美國,每個頁巖氣富集帶勘探開發均經歷了頁巖氣富集帶評價、資源落實以及經濟開采的過程。加拿大國家能源委員會認為三疊系Montney組、白堊系Colorado群、石炭系HortonBluff組、奧陶系Utica組以及HornRiver盆地泥盆系的頁巖發育了加拿大主要的頁巖氣富集帶,除了HortonBluff和Utica頁巖外,其余均分布在西加拿大沉積盆地(見表1)。目前,Montney頁巖已大規模開發,在艾伯塔省中東部的Wildmere地區Colorado頁巖已投入小規模開發,HornRiver盆地內頁巖氣處于開發早期,Utica和HortonBluff頁巖氣均處于勘探階段,加拿大艾伯塔省頁巖氣產量呈遞增趨勢(見圖1)。

圖1 2002-2012年加拿大艾伯塔省頁巖氣生產井數量與產量

                                                                             圖1 2002-2012年加拿大艾伯塔省頁巖氣生產井數量與產量
    這里主要介紹西加拿大沉積盆地三疊系Montney組和HornRiver坳陷泥盆系的頁巖氣開發情況。
    1.西加拿大沉積盆地三疊系Montney組頁巖氣
    西加拿大沉積盆地三疊系Montney組分為上、中、下三段,巖性從盆地東部砂巖逐漸向盆地過渡為粉砂巖、頁巖。Montney頁巖氣富集帶分布在艾伯塔省中西部,延伸至不列顛哥倫比亞省。20世紀90年代開始勘探,主要集中在艾伯塔省Montney組上段致密砂巖氣,后來逐漸拓展到巖性更細的不列顛哥倫比亞省。艾伯塔省西部和不列顛哥倫比亞省Montney組上段雖然粉砂巖含量減小、泥質含量增加,但仍以粉砂巖為主,其中的天然氣應為致密氣,加拿大國家能源委員會認為是混合型頁巖氣。Montney頁巖氣富集帶內儲層埋深1700?4000米,厚度約300米,含氣孔隙度1.0%?6.0%,吸附氣含量低,資源量80萬億?700萬億立方英尺。Montney致密氣早期采用直井開發,2006年開始采用水平井開發,2008年采用水平井和多級體積壓裂之后大規模開發,同時也帶動了Montney頁巖氣的開發。Montney頁巖氣水平井壓裂后初產700萬?1100萬立方英尺/日,單井預計最終開采量(EUR)為30億?40億立方英尺。Montney致密氣和頁巖氣以干氣為主,產量從2006年初約3000萬立方英尺/日增長至2011年初約8.9億立方英尺/日(見圖2)。受天然氣價格影響,2012年鉆井速度顯著下降、開發速度放緩,勘探轉向Montney組中段和下段的致密油。

圖2 2000-2011年加拿大Montney組致密氣和頁巖氣產量

                                                                                      圖2 2000-2011年加拿大Montney組致密氣和頁巖氣產量
    2.HornRiver盆地泥盆系頁巖氣
    HornRiver盆地位于加拿大不列顛哥倫比亞省東北部、西加拿大沉積盆地的北部,面積1.28萬平方千米,頁巖氣發育層位主要是泥盆系Muskwa、OtterPark和Evie頁巖。HornRiver盆地內的頁巖氣豐度和總量較高,其中頁巖氣資源量為144萬億?600萬億立方英尺,資源量最佳估值為448萬億立方英尺,技術可采資源量78萬億立方英尺。由于遠離市場以及受天然氣價格低迷影響,該盆地頁巖氣探井和開發井較少,目前處于開發初期。中國海油控股的尼克森公司在HornRiver盆地頁巖氣甜點區正在開展鉆井和基礎設施建設。HornRiver盆地頁巖氣開發速度主要受制于天然氣價格以及與之相連的LNG發展情況。不列顛哥倫比亞省設計了5個LNG項目,其中加拿大LNG(2400萬噸/年)和kitimatLNG(1000萬噸/年)已獲加拿大國家能源委員會的管道修建和LNG出口審批。kitimatLNG主要以HornRiver盆地頁巖氣為氣源并將銷往亞洲市場。
    三、加拿大頁巖氣勘探開發新進展
    美國頁巖氣的大規模開發直接導致天然氣價格的走低,從2007年的10美元/千立方英尺降至2012年的3美元/千立方英尺。為了獲取可觀的經濟效益,油氣公司的勘探開發轉向富液(liquid-rich)非常規油氣資源。
    在加拿大,除了已證實的Duvernay富液頁巖氣外,其他富液非常規資源均為致密油(見圖3)。Chalmers和Bustin認為不列顛哥倫比亞省東北部的白堊系Shafesbury組頁巖具有富液頁巖氣潛力。中國石油與加拿大能源公司組建的聯合公司主要勘探開發Duvernay富液頁巖氣,中國石化收購Daylight能源公司的資產涉及Duvernay富液頁巖氣以及Montney和Cardium致密油。

圖3 加拿大富液非常規富集帶分布

                                                                             圖3 加拿大富液非常規富集帶分布
    西加拿大沉積盆地Duvernay富液頁巖氣富集帶面積約15萬平方千米,Duvernay頁巖超壓,為凝析頁巖氣藏,天然氣、NGL和油的資源量分別為353萬億?540萬億立方英尺、75億?163億桶和441億?829億桶。Duvernay頁巖與Leduc碳酸鹽巖同期異相,形成于晚泥盆世Frasnian早期正常海相,富含有機質沉積環境,Leuduc組沉積降低了水體循環能力,缺氧水體有利于Duvernay頁巖有機質保存。Duvernay頁巖埋深1000?5500米、厚度0?100米,頁巖北部和西北部為Leduc組礁體,東南部和西部為碳酸鹽巖臺地。Duvernay頁巖干酪根為Ⅱ型、TOC在0.1%?11.1%之間、Ro為0%?2.0%,是西加拿大沉積盆地Nisku、Leduc和Swanhill等組泥盆系油氣藏油氣的主要來源。東北-西南向的Rimbey-Meadowbrook礁帶將Duvernay頁巖分為東、西頁巖盆地,富液頁巖氣勘探集中在西頁巖盆地的油窗-濕氣窗范圍(見圖4)。在富液頁巖氣帶內,Duvernay頁巖具有純頁巖厚度薄(5?45米)、吸附氣比例低(5.6%?8.5%)、單位面積資源量豐度高以及含液比例高的特點。Yoho能源公司的13-22井含壓裂的鉆完井費用為1340萬美元,該井水平段1461米、10級壓裂,11天試采產油氣分別為658桶/日、600萬立方英尺/日。WoodMackenzie預計Duvernay富液頁巖氣富集帶在2015年氣液產量將分別為3.9億立方英尺/日和3萬桶/日,2020年氣液產量將分別為15億立方英尺/日和13萬桶/日。

圖4 加拿大Duvernay頁巖厚度與有機質成熟度分布

                                                                                    圖4 加拿大Duvernay頁巖厚度與有機質成熟度分布
    四、結語和啟示
    1.加拿大的頁巖氣資源豐富,頁巖富集帶多
    加拿大頁巖氣的勘探開發主要集中在西加拿大沉積盆地,不論Montney頁巖還是Duvernay頁巖氣均位于西加拿大沉積盆地的西部。西加拿大沉積盆地面積大,具有構造穩定、海相沉積發育、頁巖埋深適中,利于油氣的生成和保存等頁巖氣發育的條件。
    2.利用已有資料勘探頁巖氣
    雖然頁巖氣屬于非常規資源,但是它常常借助常規油氣井的資料,尤其是在頁巖氣富集帶評價階段。例如Duvernay頁巖富集帶的評價基礎是大量的已鉆穿該層的鉆井資料。利用已有資料開展頁巖氣勘探既經濟又實用,值得我國借鑒。建議針對目前國內油田的地質、鉆井等資料,開展對烴源巖作為頁巖儲層的可能性評價。國外頁巖都是海相沉積,國內以陸相頁巖居多,以黃汲清為首的石油人提出了陸相生油理論摘掉中國貧油帽,陸相頁巖發現并成功開采頁巖氣也是完全有可能的。
    3.頁巖氣需要勘探開發一體化
    鉆完井和壓裂費用在頁巖氣勘探開發費用中所占比例很高,這就需要從甜點預測、井位設計到鉆井、完井、壓裂以及試采、生產各專業之間互相有效的溝通與合作。同時,頁巖氣井壓裂需要大量的水和一定面積的井場,需要考慮水源和地表條件。
    4.頁巖氣勘探風險高
    對一個公司來說,從事油氣勘探開發是商業行為,其目的是通過頁巖氣的開采獲得經濟利益。近兩年國際天然氣價跌幅很大,油氣公司從干氣頁巖氣勘探開發轉向富液頁巖氣和致密油。然而國內頁巖氣勘探的熱情不降反升,2011年國土資源部出讓4個頁巖氣探礦權區塊,2012年16家企業共獲19個區塊頁巖氣探礦權。這些區塊都是新區,能夠參考的地質資料少,地質研究薄弱,不能盲目的與美國和加拿大的頁巖氣富集帶簡單類比。頁巖氣勘探過程中,鉆遇頁巖氣的成功率非常高,但頁巖氣能否規模開發才是成功開采頁巖氣的關鍵。國內頁巖氣鉆完井及壓裂等技術相對落后、依賴國外技術服務公司費用又高,地質認識薄弱和工程技術需求增加了國內頁巖氣的勘探風險。
    5.天然氣運輸管網設計需要重新謀劃
    加拿大油氣管網相對發達,頁巖氣經處理后大多修建較短管線即可付費接入天然氣管網外輸。Montney和Duvernay頁巖處于原有油氣田附近,距離天然氣管網較近,只需修建與已有天然氣管網連接的較短天然氣管線。HornRiver盆地由于無常規油氣田分布,同時距離消費市場遠,需要修建長距離天然氣管道。我國的絕大多數頁巖氣區塊遠離天然氣管線,需要考慮以何種形式將天然氣輸送至用戶。如果修建天然氣管道,不但要考慮頁巖氣生產規模、市場需要,還要重點分析天然氣管道的可行性和經濟性等。
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2020年08月06日

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