页岩气

页岩气(英文:shale gas),是从页岩层中开采出来的一种非常重要的非常规天然气资源。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点,往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比,页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点,大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气,这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。特指赋存于页岩中的非常规气。页岩亦属致密岩石,故也可归入致密气层气。取得工业开发成功的仅为北美洲(以美国为主)。它起始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩,为暗褐色和黑色,富有机质,可大量生气。储集空间以裂缝为主,并以吸附气和水溶气形式赋存,为低(负)压、低饱和度(30%左右),因而为低产。

编辑摘要
百科帮你涨姿势

中国储量超过其它任何一个国家 按当前消耗水平足够使用300多年

开采可能导致气井周围一公里内的饮用水被甲烷 乙烷和丙烷污染

不仅改变美国能源结构和能源战略 也影响世界政治和能源供应格局

科学 +
页岩气

基维亚特曾指出,水力压裂法开采页岩气,会造成生存空间减少、化学污染、水质变差等后果。”[详细]

中文名: 页岩气 英文名: shale gas
优点: 寿命长和生产周期长 属于: 天然气
颜色: 无色 应用: 新能源
分部: 北美、中国、拉美 属性: 非常规天然气
别称: 致密气层气
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  • 下自成奚目前美国是页岩气商业开采最成功的国家,中国被认为将是未来除美国以外页岩气开发最快的国家。

目录

页岩气 - 气体概述

页岩气钻井现场页岩气钻井现场

页岩气(shale gas)是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气,成分以甲烷为主,与“煤层气”、“致密气”同属一类。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点,往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。页岩气很早就已经被人们所认知,但采集比传统天然气困难,随着资源能源日益匮乏,作为传统天然气的有益补充,人们逐渐意识到页岩气的重要性。[1]

页岩气 - 主要特点

页岩气分布示意图页岩气分布示意图
页岩气主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气,它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态(大约50%)存在于裂缝、孔隙及其它储集空间。

以吸附状态(大约50%)存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面,极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后,在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式,与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同,页岩既是天然气生成的源岩,也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。

页岩亦属致密岩石,故也可归入致密气层气。它起始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩,为暗褐色和黑色,富有机质,可大量生气。储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存,为低(负)压、低饱和度(30%左右),因而为低产。但在裂缝发育带可获较高产量,井下爆炸和压裂等改造措施效果也好。

页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点——大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气,使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低,开采难度较大。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越来越受到重视。美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。

页岩气 - 储量分布

页岩气勘探中国页岩气勘探

北美的克拉通盆地前陆盆地侏罗系、泥盆系-密西西比系富集多种成因、多种成熟度的页岩气资源。而在中国许多盆地发育有多套煤系及暗色泥、页岩地层,互层分布大套的致密砂岩存在根缘气、页岩气发育有利条件,不同规模的天然气发现,但尚未在大面积区域内实现天然气勘探的进一突破。

中国南方海相页岩地层可能是页岩气的主要富集地区。除此之外,松辽、鄂尔多斯、吐哈、准噶尔等陆相沉积盆地的页岩地层也有页岩气富集的基础和条件。重庆綦江、万盛、南川、武隆、彭水、酉阳、秀山和巫溪等区县是页岩气资源最有利的成矿区带,因此被确定为首批实地勘查工作目标区。[2]

从全世界范围看,泥、页岩约占全部沉积岩的60%,页岩气资源前景巨大。主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联。加拿大西部地区大约有550万至860万亿立方英尺页岩气储量。美国页岩气地质储量约28万亿立方米。2007年美国页岩气总产量500亿立方米,占当年美国天然气总量的8%以上。中国的页岩气储量超过其它任何一个国家,可采储量有36万亿立方米。按当前的消耗水平,这些储量足够中国使用300多年。

页岩气 - 成藏条件

沉积环境

页岩气的工业聚集需要丰富的气源物质基础,要求生有机质含量达到一定标准。那些有机质丰度高的黑色泥页岩是页岩气成藏的最好源岩,它们的形成需要较快速的沉积条件和封闭性较好的还原环境。沉积速率较快可以使得富含有机质页岩在被氧化破坏之前能够大量沉积下来,而水体缺氧可以抑制微生物的活动性,减小其对有机质的破坏作用。在沉积埋藏后控制甲烷产量的因素是缺氧、缺硫酸盐环境,低温、富含有机物质和具有充足的储存气体的空间。

总有机碳含量

有机碳含量是烃源岩丰度评价的重要指标,也是衡量生烃强度和生烃量的重要参数。有机碳含量随岩性变化而变化,对于富含粘土的泥页岩来说,由于吸附量很大,有机碳含量最高,因此,泥页岩作为潜力源岩的有机含量下限值就愈高,而当烃源岩的有机质类型愈好,热演化程度高时,相应的有机碳含量下限值就低。

干酪根类型

在不同的沉积环境中,由不同来源有机质形成的干酪根,其组成有明显的差别,其性质和生油气潜能也有很大差别。因此研究干酪根的类型(性质)是油气地球化学的一项重要内容,也是评价干酪根生油、生气潜力的基础。干酪根类型是衡量有机质产烃能力的参数,不同类型的干酪根同时也决定了产物以油为主还是以气为主。页岩气可以在不同有机质类型的源岩中产出,有机质的总量和成熟度才是决定源岩产气能力的重要因素。

热演化程度

热演化程度含气页岩的热成熟度通常用Ro来表示,Ro越高表明生气的可能越大。美国五大产气页岩的热成熟度可以从0.4%~0.6%(临界值)到0.6%~2.0%(成熟),页岩气的生成贯穿于有机质向烃类演化的整个过程。也就是说,只要页岩层中的有机质达到了生烃标准,即Ro>0.4%,就可以生成天然气,它们就有可能在页岩中聚集成藏。一般地,当Ro>1.0%更易于生气,1.0%<Ro<2.0%为生气窗,当Ro>1.4%时则生成干气;Ro<0.6%为未成熟阶段,0.4%<Ro<0.6%时可生成生物成因气。[3]

[3]

页岩气 - 主要用途

页岩气是一种清洁、高效的能源资源和化工原料,主要用于民用和工业燃料,化工和发电等,具有广阔开发前景,页岩气的开发和利用有利于缓解油气资源短缺,增加清洁能源供应,是常规能源的重要补充。[4]

页岩气开采技术,主要有水平井+多段压裂技术、清水压裂技术和压裂技术-同步压裂技术,这些先进的技术不断提高着页岩气井的产量。正是这些先进技术的成功应用,促进了美国页岩气开发的快速发展。

页岩气 - 开采历史

美国

美国能源结构示意图及预测(来源EIA2011年度能源报告)美国能源结构示意图及预测(来源EIA2011年度能源报告)
美国进行页岩气开采大约有80多年历史。页岩气开发极大改善了美国天然气供应格局和能源安全状况,其占美国天然气产量的比重从1996年的1.6%猛增至2010年的约23%,并使美国在2009年超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国和资源国。随着技术的进步及探明储量的持续增加,未来页岩气开采将进入爆发式增长期,带动美国的天然气生产进入“黄金时代”。
1821年,在美国纽约的弗里多尼亚商业天然气井中首次生产出页岩气。
1859年,埃德温·德雷克表示油可大量生产,启动了美国的石油工业。[5]
19世纪60年代到20世纪20年代,天然气,包括在阿巴拉契亚山脉和伊利诺伊州的盆地由浅,低压产出的页岩气,仅限于用在靠近生产领域的城市。
20世纪30年代,技术的发展使得运用大口径管道把大量的中大陆和东南部油田的天然气输送到东北部城市成为可能;天然气工业的迅速发展。
20世纪40年代后期,液压压裂首次用于刺激石油和天然气井。1947年泛美石油股份公司经营的堪萨斯州格兰特县的气井第一次运用了水力压裂技术。
20世纪70年代初,井下发动机,作为定向钻井技术的关键组成部分,发展加速。在随后的三十年里,定向钻井能力继续向前推进。
20世纪70年代末和80年代初,出于对美国的天然气资源日益减少的担心,联邦政府开始资助“非常规天然气藏”,如页岩气,致密砂岩和煤层的气体等方面的估算方法的研究和如何改善将气体从这些岩石中提取的方法。页岩埋藏较深,如得克萨斯州Barnett和宾夕法尼亚州Marcellus区块,都是被众所周知,认为其通透性基本上为零,因此也不考虑其经济性。
20世纪80至90年代初,Mitchell能源公司结合大裂缝设计,严谨的油藏描述,水平井,更低的成本和水力压裂,使得Barnett页岩区块具有经济性。
2003年至2004年,从Barnett页岩区块生产的页岩气超越了一些浅层天然气井的产量,如历史上的阿巴拉契亚俄亥俄区块和密歇根盆地Antrim页岩区块。现在每天约有20亿立方英尺的天然气是产自美国页岩气。
2005年至2010年,Barnett区块的页岩产量增长到大约每天5亿立方英尺。在其他主要盆地的主要页岩区块也开始发展。
2010年,Marcellus页岩区块亚特兰大中部/东北部地区--靠近东海岸的大城市的天然气需求中心的一个重要的组成部分-被认为拥有接近一半的技术可采近的页岩气资源。

加拿大

页岩气开采页岩气开采
加拿大是继美国之后第二个实现页岩气商业化开采的国家,2009年的产量已达到72亿立方米。数据显示,加拿大西部地区大约有550万至860万亿立方英尺页岩气储量。

欧洲(除俄罗斯以外)

页岩气
技术可采资源量相对较低,但分布广泛,主要集中在波兰、挪威乌克兰瑞典等国。波兰的页岩气可采资源量为欧洲之最。此外,德国、英国、西班牙等国也已开始开展页岩气研究和试探性开发,部分企业已着手商业性勘探开发。
法国由于担心页岩气的开采会对水资源管理带来较大负面影响,已暂时停止相关开采活动[6] 2013年7月,法国总统奥朗德日前发表声明说,不允许在法国境内开采页岩气,因为这将给生态带来风险。[7]

在亚太地区

中国和澳大利亚的页岩气储量都很丰富,上述两国以及印度、印尼都已相继开始对页岩气资源展开调查与勘探。中国页岩气开发刚刚起步,总体处于以资源评估与勘探为主的探索和准备阶段。2011年7月,中国国土资源部举行了首轮页岩气探矿权招标。中国相关部门和石油公司也已着手与美国有关机构在页岩气开发、技术合作研究等方面展开多种形式的合作

拉丁美洲

页岩气资源主要集中在阿根廷、墨西哥和巴西等国。目前道达尔、埃克森美孚等能源公司已经开始与阿根廷国内的石油公司合作,参与其国内矿区页岩气的开采。墨西哥的页岩气可采资源量位列世界第四,2011年10月墨西哥北部与美交界处发现大规模页岩气田,预计该气田能满足墨西哥90多年的天然气需求。

页岩气 - 美国影响

美国页岩气的大开发,一是改变了全国能源供应结构,促使全国油气进口预期不断降低,对外依存度有望降至20世纪80年代以来的最低水平;二是诱发了油气价格联动机制减弱。自2009年初至2010年3月1日,原油价格已上涨了73%,而美国天然气价格却下降了15%;三是刺激了传统能源的替代应用。如,在交通行业中增加压缩天然气替代石油,发电行业中增加天然气替代煤炭等,其中在2005年至2010年的5年间,用于交通燃料的天然气消费量增长了43.5%,气发电的消费份额(相对于天然气的消费总量)从2005年的26%攀升至2010年的30.1%;四是带来了更多的就业机会、税收收入以及一定程度的区域经济增长。如,2008年Marcellus页岩气的发展给宾夕法尼亚州带来了23亿美元的经济收入,创造了29000个就业机会,给州政府和当地政府带来了2.4亿美元的税收。

页岩气 - 中国开发

长宁-威远页岩气示范区长宁区块长宁-威远页岩气示范区长宁区块[5]
中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿-30万亿立方米,与美国28.3万亿立方米大致相当,经济价值巨大。[8]

2009年10月,中国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。2012年3月,中国国家能源局于发布了《页岩气发展规划(2011-2015年)》,根据该规划,中国计划在“十二五”期间,完成探明页岩气地质储量6000亿立方米,可采储量2000亿立方米,实现2015年页岩气产量65亿立方米,基本完成全国页岩气资源潜力的评估与勘探,为“十三五”打好基础,目标是到2020年力争达到页岩气年开采量为600亿-1000亿立方米。

中国是北美以外唯一一个现有石油服务行业规模较大而且政策和税收环境较为宽松的地区,加之中国页岩气储量丰富且能源供需严重不平衡,中国已被视为未来除美国之外页岩气开发最快的国家。

近年来,我国对页岩气的越发重视,与美国开展的“页岩气革命”有很大关系,2006年美国页岩气产量为当年天然气总产量的1%,2010年该比例跃升至17%,超过1000亿立方米,随后五年间,美国页岩气产量增长近20倍。可以说,美国页岩气开发为我国企业描绘了一幅十分美好的蓝图,企业纷纷摩拳擦掌、跃跃欲试,但是由于我国地质条件、技术条件和市场条件与美国有很大不同,企业在进行开发时照搬美国技术经验不免屡屡碰壁。[9]

相关文献

参考资料:
[1]^引用日期:2011-07-18
[2]^引用日期:2012-01-04
[3]^引用日期:2011-07-18
[4]^引用日期:2012-01-04
[5]^引用日期:2013-02-13
[6]^引用日期:2012-06-22
[7]^引用日期:2013-07-15
[8]^引用日期:2012-06-22
[9]^引用日期:2015-08-10

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