页岩气

页岩气

页岩气，是从页岩层中开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气常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。

页岩气 - 概述

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。

页岩气很早就已经被人们所认知，但采集比传统天然气困难，因此只有美国和加拿大对其进行了系统商业开发。20世纪90年代中期已扩大到密歇根和伊利诺伊盆地，产层扩大到下石炭统页岩，产量达84亿立方米。其资源量可达数万亿立方米。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。

页岩气 - 存在位置

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。

页岩气 - 分布范围

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。资料显示，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。

页岩气 - 主要特点

开采特点

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。

气藏特点

页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来，而我国至今还没有形成成熟的技术。另一方面，页岩气采收率比常规天然气低，常规天然气采收率在60%以上，而页岩气仅为5%～60%。低产影响着人们对它的热衷，现在美国已经有一些先进技术可以提高页岩气井的产量。中国页岩气藏的储层与美国相比有所差异，如四川盆地的页岩气层埋深要比美国的大，美国的页岩气层深度在800～2600米，而四川盆地的页岩气层埋深在2000～3500米。页岩气层深度的增加无疑在人们本不成熟的技术上又增添了难度。

页岩气 - 成藏条件

页岩气成藏受多种因素综合影响，包括沉积环境、总有机碳含量、干酪根类型和热演化程度等。

沉积环境

页岩气的工业聚集需要丰富的气源物质基础，要求生烃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（TOC）

总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%1.4%时则生成干气；Ro<0.6%为未成熟阶段，0.4%

作为页岩储层系统有机成因气研究的指标，干酪根的成熟度不仅可以用来预测源岩中生烃潜能，还可以用于高变质地区寻找裂缝性页岩气储层潜能。干酪根的热成熟度也影响页岩中能够被吸附在有机物质表面的天然气量。因此，热成熟度是评价可能的高产页岩气的关键参数，热成熟度越高越有利于页岩气的生成，也有利于页岩气的产出。

页岩气 - 储量

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。

有数据统计，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。

美国页岩气总产量接近500万亿立方米，占美国天然气总量的8%以上。

根据美国能源情报署估计，中国的页岩气储量超过其它任何一个国家，可采储量有1275万亿立方英尺。按当前的消耗水平，这些储量足够中国使用300多年。

页岩气 - 开发

开发历史

20世纪70年代末期，美国政府在《新能源获利法》中规定了开发非常规能源的税收补贴政策，而得克萨斯州在20世纪90年代则制定了对页岩气开发免除生产税的政策。另外，美国还设立了非常规油气资源研究基金，有力地扶持了美国页岩气发展。

美国页岩气开采已有80多年历史，在油气开发方面积累了经验，探索出一些页岩气开采技术。2000年美国页岩气年产量仅为122亿立方米，而2010年美国页岩气总产量接近890亿立方米，相当于中国天然气年产量。

国土资源部2009年10月份在重庆市綦江县启动了中国首个页岩气资源勘查项目。这标志着继美国和加拿大之后，中国正式开始这一新型能源页岩气资源的勘探开发，将对中国新型能源建设起到积极的示范作用，在中国油气领域具有里程碑意义。

实际开发

1、美国

1997年起，美国在巴尼特盆地钻探了1.35万口页岩气探井，到2004年这些探井的产量有下降趋势。但恰巧当时，美国成功开发了页岩气水平井生产技术，实现了对原有技术的突破，因此受该技术应用和推广影响，2004年反而成为巴尼特盆地页岩气产量迅速增长元年。2007年美国天然气产量增长的主要来源为页岩气，增长率为20%，其他产量则有所下降。2005年，北美的Barrent 盆地页岩气产量为1.3×104m3，2009年，美国页岩气年产量已达900亿方。

2、加拿大

与美国相比，加拿大的页岩气商业开采还处于起步阶段，西部地区大约有15.6×1012~24.4×1012m3的页岩气储量，页岩气已成为加拿大重要的替代能源，已实现了对页岩气的商业性开发，但还处于初级阶段。

3、中国

2004年以来，以中国地质大学、中国石油勘探开发研究院及长江大学为代表的杰出石油地质科技工作者开始了页岩气勘探开发基础理论的相关研究，在页岩气成藏机理、储量评价、资源量分类、页岩气渗流机理等方面取得了可喜的成果，为中国页岩气勘探开发奠定了理论基础；

2006年年初，中国石油勘探开发研究院油气资源规划所组织专家在四川盆地西南地区进行了页岩气资源调查研究，据体积法估算结果，中国页岩气资源量高达（26～31）×10m，与美国页岩气储量相当。其中，中国南方、北方、西北及青藏地区各占页岩气资源总量的46.8%、8.9%、43%和1.3%。

2009年，启动“中国重点地区页岩气资源潜力及有利区优选”项目；

2010年，中国分三个梯次开展了研究工作，第一启动了“川渝黔鄂页岩气调查先导试验区”工作开展重点调查，第二在下扬子苏皖浙地区开展页岩气资源调查，第三在北方地区（华北、东北和西北）开展页岩气资源前期调查研究；

2011年，结合前期调查研究成果，国土资源部在川渝黔鄂开展了5个项目的先导性试验，在上扬子及滇黔桂区、中扬子及东南区、西北区、青藏区、华东-东北区5个大区继续开展资源潜力调查，同时开展了5个页岩气勘探开发相关工艺技术的攻关项目。其中，中国石油在川南、黔北地区选取了4个有利区块，已完钻11口评价井，其中有4口直井见气；中国石化在黔东、皖南、川东地区优选了2个有利区块，已完钻5口评价井，其中有2口直井见气；延长石油在延安完钻3口页岩气井，取得陆相页岩气技术突破；中国海油、中联煤也开始在皖浙地区、山西沁水盆地开展前期调查。

中国是继美国和加拿大之后，正式开始页岩气资源勘探开发的国家，但中国页岩气领域刚刚开始发展，页岩气藏的研究相对欠缺，页岩气勘探开发技术还尚未成熟，与常规天然气和煤层气相比页岩气仍属起步阶段。

4、其他国家

欧洲也逐步开展页岩气勘探，如英国、法国、德国、奥地利、波兰、匈牙利和瑞典。

开采技术

页岩气开采技术，主要有水平井＋多段压裂技术、清水压裂技术和近期出现的最新压裂技术-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。

开发方式：虽然有吸附与游离相天然气的同时存在，但页岩气的开发并不需要排水降压。由于页岩中游离相天然气的采出，能够自然达到压力降低的目的，从而导吸附相及少量溶解相天然气的游离化，达到进一步提高天然气产能并实现长期稳产之目的。由于孔隙度和渗透率较低天然气的生产率和采收率也较低，因此岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施，压裂技术和开采工艺均直接影响着页岩气井的经济效益。

页岩气 - 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。

页岩气 - 被列为独立矿种

中国国土资源部2011年12月31日在其官网发布新发现矿种公告，称页岩气已被正式列为新发现矿种，将对其按单独矿种进行投资管理，至此中国已发现172种矿产。根据《中华人民共和国矿产资源法实施细则》的有关规定，经国务院批准，将中国新发现的页岩气予以公布。此次新矿种的发现单位是国土资源部油气资源战略研究中心、重庆市国土资源和房屋管理局、中国地质大学（北京）、重庆地质矿产研究院。