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頁巖氣
儲集巖系中的非常規(guī)天然氣
頁巖氣是指賦存于以富有機(jī)質(zhì)頁巖為主的儲集巖系中的非常規(guī)天然氣，是連續(xù)生成的生物化學(xué)成因氣、熱成因氣或二者的混合，可以游離態(tài)存在于天然裂縫和孔隙中，以吸附態(tài)存在于干酪根、黏土顆粒表面，還有極少量以溶解狀態(tài)儲存于干酪根和瀝青質(zhì)中，游離氣比例一般在20%～85%。
2017年7月7日，國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局在北京舉辦湖北宜昌鄂宜頁1井頁巖氣調(diào)查重大突破成果研討會。中國地質(zhì)調(diào)查局黨組成員、副局長，南方頁巖氣科技攻堅(jiān)戰(zhàn)宜昌地區(qū)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組組長王昆宣讀了院士、專家對鄂宜頁1井頁巖氣調(diào)查重大突破成果的鑒定意見，武漢地質(zhì)調(diào)查中心陳孝紅介紹了鄂宜頁1井取得的重大突破成果。研討會由中國地質(zhì)調(diào)查局資源評價部負(fù)責(zé)人邢樹文主持。
頁巖氣特點(diǎn)
天然氣在頁巖中的生成、吸附與溶解逃離，具有與煤層氣大致相同的機(jī)理過程。通過生物作用或熱成熟作用所產(chǎn)生的天然氣首先滿足有機(jī)質(zhì)和巖石顆粒表面吸附的需要，此時所形成的頁巖氣主要以吸附狀態(tài)賦存于頁巖內(nèi)部。當(dāng)吸附氣量與溶解的逃逸氣量達(dá)到飽和時，富裕的頁巖氣解吸進(jìn)入基質(zhì)孔隙。隨著天然氣的大量生成，頁巖內(nèi)壓力升高，出現(xiàn)造隙及排出，游離狀天然氣進(jìn)入頁巖裂縫中并聚積。
頁巖巖性多為瀝青質(zhì)或富含有機(jī)質(zhì)的暗色、黑色泥頁巖和高碳泥頁巖類，巖石組成一般包括30%～50%的粘土礦物、15%～25%的粉砂質(zhì)（石英顆粒）和4%～30%的有機(jī)質(zhì)。正是由于頁巖具有這樣的特性，所以頁巖中的天然氣具有多種存在方式，主要包括了2種形式，即游離態(tài)（大量存在于頁巖孔隙和裂縫中）和吸附態(tài)（大量存在于粘土礦物、有機(jī)質(zhì)、干酪根顆粒及孔隙表面上），其中吸附態(tài)存在的天然氣占天然氣賦存總量的20%以上（BarnettShale）到85%（LewisShale）。
頁巖氣是蘊(yùn)藏于頁巖層可供開采的天然氣資源，中國的頁巖氣可采儲量較大。
頁巖氣的形成和富集有著自身獨(dú)特的特點(diǎn)，往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中。較常規(guī)天然氣相比，頁巖氣開發(fā)具有開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點(diǎn)，大部分產(chǎn)頁巖氣分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。
頁巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔、高效的能源資源和化工原料，主要用于居民燃?xì)狻⒊鞘泄?、發(fā)電、汽車燃料和化工生產(chǎn)等，用途廣泛。頁巖氣生產(chǎn)過程中一般無需排水，生產(chǎn)周期長，一般為30年～50年，勘探開發(fā)成功率高，具有較高的工業(yè)經(jīng)濟(jì)價值。中國頁巖氣資源潛力大，初步估計(jì)中國頁巖氣可采資源量在36.1萬億立方米，與常規(guī)天然氣相當(dāng)，略少于淺煤層氣地質(zhì)資源量的約36.8萬億立方米。
頁巖氣形成
形成原因
前人對美國5大頁巖氣盆地頁巖氣的成因研究表明，頁巖氣可以通過以下2種途徑演變而來。
1、熱裂解成因氣（自然生成）
頁巖中熱成因氣的形成有3個途徑：①干酪根分解成氣體和瀝青；②瀝青分解成油和氣體（步驟1和步驟2為初次裂解）；③油分解成氣體、高含碳量的焦炭或者瀝青殘余物（二次裂解）。最后一個步驟主要取決于系統(tǒng)中油的殘余量和儲層的吸附作用。德克薩斯州的FortWorth盆地的Barnett頁巖氣就是通過來源于干酪根熱降解和殘余油的二次裂解，主要以殘余油的二次裂解為主，正因?yàn)槿绱?，使得Barnett頁巖氣具有較大資源潛力。
頁巖氣的開采
頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣，主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，頁巖氣是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣。天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、甚至砂巖地層中。天然氣生成之后，在源巖層內(nèi)的就近聚集，表現(xiàn)為典型的原地成藏模式，與油頁巖。
2、生物成因氣
一般指頁巖在成巖的生物化學(xué)階段直接由細(xì)菌降解而成的氣體，也有氣藏經(jīng)后期改造而成的生物氣。如美國密歇根盆地的Antrim頁巖氣是干酪根成熟過程中所產(chǎn)生的熱降解氣和產(chǎn)甲烷菌新陳代謝活動中所產(chǎn)生的生物成因氣，以后者為主。其原因可能是發(fā)育良好的裂縫系統(tǒng)不僅使天然氣和攜帶大量細(xì)菌的原始地層水進(jìn)入Antrim頁巖內(nèi)，而且來自上覆更新統(tǒng)冰川漂移物中含水層的大氣降水也同時侵入，有利于細(xì)菌甲烷的形成。
形成條件
1、沉積環(huán)境
較快的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境是黑色頁巖形成的重要條件。沉積速率較快可以使得富含有機(jī)質(zhì)頁巖在被氧化破壞之前能夠大量沉積下來，而水體缺氧可以抑制微生物的活動性，減小其對有機(jī)質(zhì)的破壞作用。如FortWorth盆地Barnett組富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖沉積于深水（120～215米）前陸盆地，具有低于風(fēng)暴浪基面和低氧帶（OMZ）的缺氧—厭氧特征，與開放海溝通有限。
2、有效厚度
廣泛分布的泥頁巖是形成頁巖氣的重要條件。同時，沉積有效厚度是保證足夠的有機(jī)質(zhì)及充足的儲集空間的前提條件，頁巖的厚度越大，頁巖的封蓋能力越強(qiáng)，有利于氣體的保存，從而有利于頁巖氣成藏。美國5大頁巖氣勘探開采區(qū)的頁巖凈厚度為9.14～91.44米，其中產(chǎn)氣量較高的Barnett頁巖和Lewis頁巖的平均厚度在30.48米以上。
總有機(jī)碳含量是烴源巖豐度評價的重要指標(biāo)，也是衡量生烴強(qiáng)度和生烴量的重要參數(shù)。有機(jī)碳含量隨巖性變化而變化，對于富含粘土的泥頁巖來說，由于吸附量很大，有機(jī)碳含量最高，因此，泥頁巖作為潛力源巖的有機(jī)含量下限值就愈高，而當(dāng)烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型愈好，熱演化程度高時，相應(yīng)的有機(jī)碳含量下限值就低。對泥質(zhì)油源巖中有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外的看法基本一致，為0.4%～0.6%，而泥質(zhì)氣源巖有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)則有所不同。大量研究結(jié)果表明，氣態(tài)烴分子小，在水中的溶解能力強(qiáng)，易于運(yùn)移，氣源巖有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)要比油源巖低得多。美國5大頁巖氣系統(tǒng)頁巖總有機(jī)碳含量較高，分布范圍大（0.5%～25%），可分為2類，Antrim頁巖和NewAlbany頁巖的TOC含量較高，一般分布于0.3%～25%之間；而Ohio頁巖、Barnett頁巖和Lewis頁巖的TOC含量在0.45%～4.7%之間。
4、干酪根類型和成熟度
在不同的沉積環(huán)境中，由不同來源有機(jī)質(zhì)形成的干酪根，其組成有明顯的差別，其性質(zhì)和生油氣潛能也有很大差別。因此，研究干酪根的類型（性質(zhì)）是油氣地球化學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是評價干酪根生油、生氣潛力的基礎(chǔ)。干酪根類型是衡量有機(jī)質(zhì)產(chǎn)烴能力的參數(shù)，不同類型的干酪根同時也決定了產(chǎn)物以油為主還是以氣為主。一般來說，Ⅰ型干酪根和Ⅱ型干酪根以生油為主，Ⅲ型干酪根則以生氣為主。縱觀美國頁巖氣盆地的頁巖干酪根類型，主要以Ⅰ型干酪根與Ⅱ型干酪根為主，也有部分Ⅲ型干酪根，而且不同干酪根類型的頁巖都生成了數(shù)量可觀的氣，有理由相信，干酪根類型并不是決定產(chǎn)氣量的關(guān)鍵因素。沉積巖石中分散有機(jī)質(zhì)的豐度和成烴母質(zhì)類型是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，而有機(jī)質(zhì)的成熟度則是油氣生成的關(guān)鍵。干酪根只有達(dá)到一定的成熟度才能開始大量生烴和排烴。不同類型的干酪根在熱演化的不同階段生烴量也不同。在低熟階段（0.4%～0.6%），有機(jī)質(zhì)就可以向烴類轉(zhuǎn)變。美國5大頁巖盆地頁巖的熱成熟度分布范圍在0.4%～2.0%之間，可見在有機(jī)質(zhì)生烴的整個過程都有頁巖氣的生成。隨著成熟度的增加，早期所生成的原油開始裂解成氣。美國Barnett頁巖之所以含氣量大，主要源于生烴體積（有機(jī)質(zhì)豐度、生烴潛力和頁巖厚度引起的結(jié)果），成熟度以及部分液態(tài)烴持續(xù)裂解生氣。成熟度越低的Barnett頁巖區(qū)，其氣體產(chǎn)量就越低，這可能是因?yàn)樯鷼馍?，殘留烴的流動阻塞孔隙的緣故。許多高熟的Barnett頁巖區(qū)干酪根和油的裂解使生氣量大幅提高，導(dǎo)致頁巖氣井氣體流量大。因此，成熟度是評價高流量頁巖氣相似性的關(guān)鍵地球化學(xué)參數(shù)。
影響成藏因素
1、孔隙度
在常規(guī)儲層中，孔隙度是描述儲層特性的一個重要方面。頁巖儲層也是如此。作為儲層，頁巖多顯示出較低的孔隙度（<10%），當(dāng)然也可以有很大的孔隙度，且在這些孔隙里儲存大量的游離氣，即使在較老的巖層，游離氣也可以充填孔隙的50%。游離氣含量與孔隙體積的大小密切聯(lián)系。一般來說，孔隙體積越大，所含的游離氣量就越大。
2、裂縫發(fā)育
頁巖的礦物成分較復(fù)雜，石英含量高，且多呈粘土粒級，常以紋層形式出現(xiàn)，而有機(jī)質(zhì)、石英含量都很高的頁巖脆性較強(qiáng)，容易在外力作用下形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，有利于天然氣滲流，說明巖性、巖石礦物成分是控制裂縫發(fā)育程度的主要內(nèi)在因素。
由于頁巖具有低孔隙度低滲透率的特性，產(chǎn)氣量不高，而那些開放的矩形天然裂縫彌補(bǔ)了這一不足，大大提高了頁巖氣產(chǎn)量。裂縫改善了泥頁巖的滲流能力，裂縫既是儲集空間，也是滲流通道，是頁巖氣從基質(zhì)孔隙流入井底的必要途徑。并不是所有優(yōu)質(zhì)烴源巖都能夠形成具有經(jīng)濟(jì)開采價值的裂縫性油氣藏，只有那些低泊松比、高彈性模量、富含有機(jī)質(zhì)的脆性頁巖才是頁巖氣資源的首要勘探目標(biāo)。
3、有機(jī)碳含量
在裂縫性頁巖氣系統(tǒng)中，頁巖對氣的吸附能力與頁巖的總有機(jī)碳含量之間存在線性關(guān)系。
在相同壓力下，總有機(jī)碳含量較高的頁巖比其含量較低的頁巖的甲烷吸附量明顯要高。頁巖氣除了被有機(jī)質(zhì)表面所吸附之外，還可以吸附在粘土的表面（干燥）。在有機(jī)碳含量接近和壓力相同的情況下，粘土含量高的頁巖所吸附的氣體量要比粘土含量低的頁巖高。而且隨著壓力的增大，差距也隨之增大。
4、地層壓力
地層壓力也是影響頁巖氣產(chǎn)量的因素之一。研究表明，地層壓力與吸附氣有著正相關(guān)性，地層壓力越大，頁巖的吸附能力就越大，吸附氣的含量也就越高。游離氣含量也會隨著壓力的增加而增加，兩者基本上呈線性關(guān)系。值得注意的是，壓力在6.89MPa以前，吸附氣含量隨壓力增加的幅度很明顯，而在其之后，增加的幅度不太明顯，類似于常規(guī)的致密氣藏。當(dāng)然，不同地區(qū)由于有機(jī)質(zhì)含量和周圍圍巖封存能力的不同，壓力梯度也會產(chǎn)生差異。
除了上述影響因素之外，有機(jī)質(zhì)類型、成熟度等也會影響頁巖氣含量。
成藏過程
頁巖氣經(jīng)歷了復(fù)雜多變的成藏過程，是天然氣成藏機(jī)理序列中的重要構(gòu)成和典型代表。根據(jù)不同的成藏條件，頁巖氣成藏可以表現(xiàn)為典型的吸附機(jī)理、活塞運(yùn)聚機(jī)理或置換運(yùn)聚機(jī)理。按照成藏機(jī)理的不同，可將天然氣成藏過程分為3個主要階段，而前2個階段即是頁巖氣的成藏過程。
第1階段是天然氣的生成與吸附。該階段發(fā)生在成藏初期，與煤層氣的成藏機(jī)理相同。由于頁巖中的有機(jī)碳等物質(zhì)表面具有吸附能力，頁巖生氣過程中，最開始生成的少量天然氣均被有機(jī)碳等物質(zhì)吸附，故頁巖層中僅存有吸附態(tài)的天然氣.
第2階段是天然氣的造隙及排出。該階段處于生氣高峰期，與根緣氣的形成機(jī)理類似。隨著天然氣的大量生成，頁巖中的有機(jī)碳無法將其完全吸附，因此未被吸附的天然氣在頁巖層中以游離態(tài)聚集。隨著頁巖氣的不斷生成，聚集的大量游離氣因膨脹而形成高壓，直至巖層破裂并產(chǎn)生微裂隙。由于此時產(chǎn)生的裂縫或孔隙極其微小，使得頁巖氣無法在頁巖層內(nèi)部自由流動。在此后的強(qiáng)力生烴作用即生氣膨脹力的作用下，頁巖氣沿構(gòu)造上傾方向從底部高壓區(qū)向高部相對低壓區(qū)發(fā)生排驅(qū)和整體推進(jìn)作用，從而使地層處于大面積包含氣狀態(tài)。此階段生成的天然氣不受浮力作用，表現(xiàn)為活塞式的運(yùn)聚特征。
第3階段是天然氣的置換與運(yùn)移。如果天然氣的生成量持續(xù)增加而頁巖層的外部又有合適的儲層，則在浮力作用下，天然氣將以置換方式沿裂縫從泥頁巖層向儲層運(yùn)移，從而形成常規(guī)天然氣藏。
發(fā)展沿革
美國進(jìn)行頁巖氣開采大約有80多年歷史。在加拿大，作為商業(yè)開采還處于起步階段。因?yàn)槟苎a(bǔ)償常規(guī)天然氣開采量下降的問題，這些很難開采的氣體在加拿大天然氣開采中的作用越來越重要。數(shù)據(jù)顯示，加拿大西部地區(qū)大約有550萬至860萬億立方英尺頁巖氣儲量。
美國和加拿大已經(jīng)開始了對頁巖氣的勘探開發(fā)，特別是美國，已對密西根、印第安納等5個盆地的頁巖氣進(jìn)行商業(yè)性開采，2005年頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到198億立方米，成為一種重要的天然氣資源。
世界頁巖氣資源量為457萬億立方米，同常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)，其中頁巖氣技術(shù)可采資源量為187萬億立方米。全球頁巖氣技術(shù)可采資源量排名前5位國家依次為：中國（36萬億立方米，約占20%）、美國（24萬億立方米，約占13%）、阿根廷、墨西哥和南非。中國頁巖氣資源豐富，技術(shù)可采資源量為36萬億立方米，是常規(guī)天然氣的1.6倍。在開采技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)性適當(dāng)時，將會產(chǎn)生巨大的商業(yè)價值。
2011年中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭消費(fèi)占比70%，石油消費(fèi)占比18%，天然氣占比僅為5%。隨著煤炭資源的消耗以及對清潔能源的日益重視，中國必然會加大天然氣等清潔能源的開采和利用。到2012年，中國頁巖氣開發(fā)處
于氣藏勘探和初步開采試點(diǎn)階段。截至2012年4月，中國共確定33個頁巖氣有利區(qū)，頁巖氣完井58口，其中水平井15口。隨著頁巖氣勘探權(quán)逐步向民間開放，未來十年頁巖氣開發(fā)將有望迎來快速發(fā)展的“黃金十年”。到2015年末，僅頁巖氣開采階段設(shè)備需求超過150億元，至2020年末相關(guān)設(shè)備需求則超過1000億元。
頁巖氣
2011年，國務(wù)院批準(zhǔn)頁巖氣為新的獨(dú)立礦種，為中國第172種礦產(chǎn)。按國務(wù)院指示精神，考慮頁巖氣自身特點(diǎn)和中國頁巖氣勘查開采進(jìn)展以及國外經(jīng)驗(yàn)，國土資源部將頁巖氣按獨(dú)立礦種進(jìn)行管理。
2012年11月中國發(fā)布了支持頁巖氣開發(fā)利用的補(bǔ)貼政策，規(guī)定今后三年中央財(cái)政對頁巖氣開采企業(yè)給予補(bǔ)貼，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.4元/立方米。補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)的出臺將刺激頁巖氣消費(fèi)需求，有助于行業(yè)開發(fā)進(jìn)度加快。
2021年4月6日，從重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獲悉，該實(shí)驗(yàn)室在頁巖氣綠色開采上面取得了新進(jìn)展。新技術(shù)在提高頁巖氣采收率的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳的地下封存，有望讓頁巖氣在開采過程中實(shí)現(xiàn)碳中和，甚至負(fù)碳排放。
2021年6月，恩施市舞陽壩街道辦事處陽鵲壩村發(fā)現(xiàn)高含氣量頁巖氣。
2022年12月11日消息，位于重慶市梁平區(qū)的勘探井獲高產(chǎn)油氣流，發(fā)現(xiàn)四川盆地頁巖氣規(guī)模增儲新層系，新增頁巖氣資源量萬億立方米。
成藏機(jī)理
對頁巖氣成藏機(jī)理進(jìn)行全面分析，獲得四個方面的認(rèn)識。
①頁巖氣成藏機(jī)理兼具煤層吸附氣和常規(guī)圈閉氣藏特征，體現(xiàn)出了復(fù)雜的多機(jī)理遞變特點(diǎn)。
②在頁巖氣的成藏過程中，天然氣的賦存方式和成藏類型逐漸改變，含氣豐度和富集程度逐漸增加。
③完整的頁巖氣成藏與演化可分為3個主要的作用過程，自身構(gòu)成了從吸附聚集、膨脹造隙富集到活塞式推進(jìn)或置換式運(yùn)移的機(jī)理序列。
④相應(yīng)的成藏條件和成藏機(jī)理變化對頁巖氣的成藏與分布產(chǎn)生了控制和影響作用，巖性特征變化和裂縫發(fā)育狀況對頁巖氣藏中天然氣的賦存特征和分布規(guī)律具有控制作用。研究了中國的情況，認(rèn)為中國的許多盆地存在工業(yè)性頁巖氣藏發(fā)育的基本地質(zhì)條件，其中，吐哈盆地吐魯番坳陷的水西溝群是頁巖氣發(fā)育的重要區(qū)域之一。
自然生成
頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣，主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，頁巖氣是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣，它可以生成于有機(jī)成因的各種階段天然氣主體上以游離相態(tài)（大約50%）存在于裂縫、孔隙及其它儲集空間，以吸附狀態(tài)（大約50%）存在于干酪根、粘土顆粒及孔隙表面，極少量以溶解狀態(tài)儲存于干酪根、瀝青質(zhì)及石油中。天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、甚至砂巖地層中。天然氣生成之后，在源巖層內(nèi)的就近聚集，表現(xiàn)為典型
的原地成藏模式，與油頁巖、油砂、地瀝青等差別較大。與常規(guī)儲層氣藏不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。因此，有機(jī)質(zhì)含量高的黑色頁巖、高碳泥巖等常是最好的頁巖氣發(fā)育條件。
頁巖氣
頁巖氣發(fā)育具有廣泛的地質(zhì)意義，存在于幾乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含氣飽和度等差別較大分別具有不同的工業(yè)價值。中國傳統(tǒng)意義上的泥頁巖裂隙氣、泥頁巖油氣藏、泥巖裂縫油氣藏、裂縫性油氣藏等大致與此相當(dāng)，但其中沒有考慮吸附作用機(jī)理也不考慮其中天然氣的原生屬性，并在主體上理解為聚集于泥頁巖裂縫中的游離相油氣。因此屬于不完整意義上的頁巖氣。因此，中國的泥頁巖裂縫性油氣藏概念與美國現(xiàn)今的頁巖氣內(nèi)涵并不完全相同，分別在烴類的物質(zhì)內(nèi)容、儲存相態(tài)、來源特點(diǎn)及成分組成等方面存在較大差異。
資源分布
世界儲量及分布
全球頁巖氣資源十分豐富且分布普遍，據(jù)美國國家石油委員會(NPC)統(tǒng)計(jì)，截至2009年底，全球頁巖氣資源量約為456.2萬億立方米，占全球非常規(guī)氣資源量近50%，與常規(guī)天然氣相當(dāng)，頁巖氣的資源潛力甚至還可能明顯大于常規(guī)天然氣。主要分布在北美、中亞和中國、中東和北非、太平洋國家、拉美、其他地區(qū)等(見下表)。
世界主要地區(qū)頁巖氣估計(jì)資源量 | ||
地區(qū) | 資源量/萬億立方米 | 占全球比例/% |
北美 | 108.79 | 23.8 |
中亞和中國 | 99.9 | 21.9 |
中東和北非 | 72.15 | 15.8 |
太平洋國家 | 65.5 | 14.4 |
展開表格
美國本土有48個州廣泛分布著有機(jī)頁巖，具有豐富的頁巖氣資源。據(jù)美國國家油氣資源委員會估計(jì)，美國頁巖氣資源總量大約在14.2萬億~19.8萬億立方米，可采資源量約為3.62萬億立方米，截至2008年底，美國探明頁巖氣儲量9289億立方米。
歐洲頁巖氣儲藏量可達(dá)15萬億立方米，瑞典的明礬片巖，德國北部、荷蘭和英國南部的波西多尼亞片巖等，都與美國的頁巖類似。歐洲的頁巖主要呈黑色或深棕色，表示巖層在形成過程中，富含了泥土中生長的生物所具有的有機(jī)物質(zhì)，而這些有機(jī)物質(zhì)大部分都變成了現(xiàn)在的頁巖氣。如果頁巖儲藏能夠證實(shí)，那么這將改變歐洲國家長期依賴俄羅斯天然氣的命運(yùn)。目前，歐盟成員國天然氣供給的1/4來自俄羅斯。拉美頁巖氣資源主要集中在阿根廷、墨西哥和巴西等國。
中國儲量及分布
我國頁巖氣資源很豐富，但開發(fā)還處于起始階段。國家正在積極推進(jìn)頁巖氣的開發(fā)利用工作。
2018年自然資源部礦產(chǎn)資源保護(hù)監(jiān)督工作小組透露，自2014年9月到2018年4月，不到4年時間，我國頁巖氣累計(jì)新增探明地質(zhì)儲量突破萬億立方米，產(chǎn)能達(dá)135億立方米，累計(jì)產(chǎn)氣225.80億立方米。自2014年9月到2018年4月，不到4年時間，在四川盆地探明涪陵、威遠(yuǎn)、長寧、威榮4個整裝頁巖氣田，頁巖氣累計(jì)新增探明地質(zhì)儲量突破萬億立方米，產(chǎn)能達(dá)135億立方米，累計(jì)產(chǎn)氣225.80億立方米。
雖然中國頁巖氣勘探還處于起步階段，但經(jīng)過成藏條件的初步對比發(fā)現(xiàn)，中國的許多盆地與美國東部地區(qū)頁巖氣藏的地質(zhì)條件類似，故勘探潛力巨大。中國的頁巖氣發(fā)育區(qū)可劃分為與板塊大致對應(yīng)的四大區(qū)域，即南方地區(qū)、中東部地區(qū)、西北地區(qū)及青藏地區(qū)，這些區(qū)域都具有良好的頁巖氣勘探前景。
中國南方揚(yáng)子地臺區(qū)共發(fā)育8套以黑色頁巖為主體的烴源巖層：上震旦統(tǒng)陡山沱組、下寒武統(tǒng)筇竹寺組、上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組、中泥盆統(tǒng)羅富組、下石炭統(tǒng)河州組、下二疊統(tǒng)棲霞組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M及大隆組、下三疊統(tǒng)青龍組。以上各層位分布廣、埋藏淺、厚度大、有機(jī)質(zhì)豐富、成熟度高，且具備優(yōu)越的頁巖氣成藏條件，因此是頁巖氣發(fā)育的有利區(qū)域，勘探潛力巨大。其中，四川盆地經(jīng)歷了克拉通和前陸盆地演化過程中復(fù)雜的構(gòu)造變動，形成了與美國典型頁巖氣盆地相似的構(gòu)造演化特點(diǎn)和地質(zhì)條件，其下古生界烴源巖具有分布廣、厚度大、成熟度高、微裂縫發(fā)育、有機(jī)質(zhì)生烴作用強(qiáng)的特點(diǎn)，并有大量證據(jù)顯示該盆地存在豐富的頁巖氣。例如，該盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組的黑色筆石頁巖最為發(fā)育，而南部長寧構(gòu)造新完鉆的頁巖氣淺井的分析測試數(shù)據(jù)也證實(shí)了龍馬溪組具有形成頁巖氣藏的優(yōu)越條件；采用體積法初步估算四川盆地及鄰區(qū)的龍馬溪組頁巖氣資源量為4.0×10~12.4×10立方米，顯示了該區(qū)頁巖氣巨大的勘探潛力；2009年，在重慶彭水鉆探的第一口頁巖氣戰(zhàn)略調(diào)查井——渝頁1井見到良好的頁巖氣顯示，對渝頁1井的后期實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果也表明，渝東南地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜的高陡構(gòu)造帶具有良好的頁巖氣成藏地質(zhì)條件，同時也預(yù)示著上揚(yáng)子乃至整個揚(yáng)子地區(qū)都可能是頁巖氣發(fā)育的有利潛力區(qū)。因此，總體看來，川東和川南地區(qū)（包括川西南）下寒武統(tǒng)和下志留統(tǒng)頁巖最具潛力，而鄂西-渝東地區(qū)乃至整個中下?lián)P子地區(qū)為頁巖氣分布的重要區(qū)域。
中東部地區(qū)的頁巖氣可能分布在主力油氣層的底部，區(qū)域上的中生界至古生界。松遼盆地白堊系、鄂爾多斯盆地三疊系、渤海灣盆地埋藏較淺的古近系等頁巖均有利于頁巖氣的發(fā)育。其中，鄂爾多斯盆地中生界頁巖埋藏深度在3千米以內(nèi)，厚度>5米，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)>2%，對頁巖氣的發(fā)育十分有利。在西北部地區(qū)，受現(xiàn)今盆地特點(diǎn)的約束，區(qū)域上分布的侏羅系、三疊系和盆地邊緣埋藏較淺的古生界泥頁巖具有較大的厚度和有機(jī)碳含量，具有頁巖氣勘探潛力。青藏地區(qū)的中—古生界泥頁巖地層厚度大，有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中，同樣具有頁巖氣勘探的潛力。
勘測調(diào)查
2004年以來，以中國地質(zhì)大學(xué)張金川教授、中國石油勘探開發(fā)研究院李新景和王社教授、中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院王紅巖和李景明教授以及長江大學(xué)潘仁芳教授為代表的杰出石油地質(zhì)科技工作者開始了頁巖氣勘探開發(fā)基礎(chǔ)理論的相關(guān)研究，在頁巖氣成藏機(jī)理、儲量評價、資源量分類、頁巖氣滲流機(jī)理等方面取得了可喜的成果，為中國頁巖氣勘探開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)；2009年，中國啟動“中國重點(diǎn)地區(qū)頁巖氣資源潛力及有利區(qū)優(yōu)選”項(xiàng)目；2010年，中國分三個梯次開展了研究工作，第一啟動了“川渝黔鄂頁巖氣
調(diào)查先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)”工作開展重點(diǎn)調(diào)查，第二在下?lián)P子蘇皖浙地區(qū)開展頁巖氣資源調(diào)查，第三在北方地區(qū)（華北、東北和西北）開展頁巖氣資源前期調(diào)查研究；2011年，結(jié)合前期調(diào)查研究成果，國土資源部在川渝黔鄂開展了5個項(xiàng)目的先導(dǎo)性試驗(yàn)，在上揚(yáng)子及滇黔桂區(qū)、中揚(yáng)子及東南區(qū)、西北區(qū)、青藏區(qū)、華東-東北區(qū)5個大區(qū)繼續(xù)開展資源潛力調(diào)查，同時開展了5個頁巖氣勘探開發(fā)相關(guān)工藝技術(shù)的攻關(guān)項(xiàng)目。
頁巖氣
其中，中國石油在川南、黔北地區(qū)選取了4個有利區(qū)塊，已完鉆11口評價井，其中有4口直井見氣；中國石化在黔東、皖南、川東地區(qū)優(yōu)選了2個有利區(qū)塊，已完鉆5口評價井，其中有2口直井見氣；延長石油在延安完鉆3口頁巖氣井，取得陸相頁巖氣技術(shù)突破；中國海油、中聯(lián)煤也開始在皖浙地區(qū)、山西沁水盆地開展前期調(diào)查。
據(jù)國內(nèi)最大的石油公司中國石油天然氣股份有限公司披露，中國石油計(jì)劃在2015年從中國西南部的四川盆地生產(chǎn)出10×10m的頁巖氣，四川盆地屆時將向中國市場提供第一批商業(yè)頁巖氣產(chǎn)量。
經(jīng)過7年的勘測調(diào)查和反復(fù)研究，專家跑遍滇、黔、桂、湘、鄂、川、渝、陜等8省區(qū)，最終將優(yōu)勢區(qū)域鎖定在重慶東南部，并確定了一條以綦江為起點(diǎn)，經(jīng)萬盛、南川、武隆、彭水、黔江、酉陽、秀山的開發(fā)路線。也就是說，中國頁巖氣開發(fā)將會從綦江起步，走向全國。綦江有著獨(dú)特的地理位置和資源優(yōu)勢，它處于云貴高原到四川盆地過渡區(qū)域，沉積地層齊全，頁巖氣埋藏淺，深度大概在200米到700百米之間，有利于開發(fā)。中國的頁巖氣勘探開發(fā)將會迅速發(fā)展。
鄭州中牟地下發(fā)現(xiàn)豐富頁巖氣可開采127億立方米。中牟區(qū)塊地下3500米以上有可開采的頁巖氣127.5億立方米。
開發(fā)評價標(biāo)準(zhǔn)
目前進(jìn)行頁巖氣經(jīng)濟(jì)開發(fā)的核心區(qū)的條件有五個，通常是指TOC值大于2%、處在生氣窗內(nèi)、脆性礦物含量大于40%的有效頁巖。有效頁巖厚度大約30~50米。有效頁巖連續(xù)發(fā)育時大于30米，斷續(xù)發(fā)育或TOC值小于2%時，累計(jì)厚度大于50米時亦足以滿足商業(yè)開發(fā)要求。
資源儲量
頁巖氣
中國許多盆地發(fā)育有多套煤系及暗色泥、頁巖地層，互層分布大套的致密砂巖存在根緣氣、頁巖氣發(fā)育有利條件，不同規(guī)模的天然氣發(fā)現(xiàn)，尚未在大面積區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)天然氣勘探的進(jìn)一步突破。資料顯示，中國南方海相頁巖地層可能是頁巖氣的主要富集地區(qū)。除此之外，松遼、鄂爾多斯、吐哈、準(zhǔn)噶爾等陸相沉積盆地的頁巖地層也有頁巖氣富集的基礎(chǔ)和條件。重慶綦江、萬盛、南川、武隆、彭水、酉陽、秀山和巫溪等區(qū)縣是頁巖氣資源最有利的成礦區(qū)帶，因此被確定為首批實(shí)地勘查工作目標(biāo)區(qū)。
據(jù)估計(jì)，全球頁巖氣資源約為456萬億立方米，主要分布在北美、中亞、中國、拉美、中東、北非和前蘇聯(lián)，其中北美最多。但其豐度低，技術(shù)可采量占資源總量的比例較低，同時頁巖氣的儲層具有低孔隙率和低滲透率的特點(diǎn)，開采難度大，需要高水平的鉆井和完井技術(shù)。在21世紀(jì)剛開始開采頁巖氣時，多采用水平鉆井技術(shù)和水基液壓裂技術(shù)提高采收率。
2012年前后，已實(shí)現(xiàn)對頁巖氣商業(yè)開發(fā)的國家有美國和加拿大，其中美國已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。中國頁巖氣資源也很豐富，但開發(fā)還處于起始階段。國家正在積極推進(jìn)頁巖氣的開發(fā)利用工作。
中國主要盆地和地區(qū)頁巖氣資源量約為15萬億－30萬億立方米，與美國28．3萬億立方米大致相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)價值巨大。另一方面，生產(chǎn)周期長也是頁巖氣的顯著特點(diǎn)。頁巖氣田開采壽命一般可達(dá)30～50年，甚至更長。美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局最新數(shù)據(jù)顯示，美國沃思堡盆地Barnett頁巖氣田開采壽命可達(dá)80～100年。開采壽命長，就意味著可開發(fā)利用的價值大，這也決定了它的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
2015年10月21日，國土資源部發(fā)布《中國礦產(chǎn)資源報(bào)告（2015）》顯示，2014年中國地質(zhì)勘查投入1145億元，新發(fā)現(xiàn)大中型礦產(chǎn)地249處。油氣勘查取得重大突破，頁巖氣首次探明地質(zhì)儲量1068億立方米。
2018年8月24日，地球頁巖層內(nèi)的天然氣資源與常規(guī)天然氣可采儲量相當(dāng)?！爸袊搸r氣開發(fā)起步雖晚，卻是繼美加之后第三個形成規(guī)模和產(chǎn)業(yè)的國家，產(chǎn)量近期可達(dá)百億立方米能級。國內(nèi)最早研究頁巖氣的專家之一、國土資源部礦產(chǎn)資源儲量評審中心主任張大偉這樣表示。北京國際圖書博覽會開幕，頁巖氣第三大國首次向世界“亮家底”。作為“十三五”國家重點(diǎn)圖書、國家出版基金項(xiàng)目，由華東理工大學(xué)出版社出版的“中國能源新戰(zhàn)略――頁巖氣出版工程”，向世界最大出版商之一的施普林格?自然集團(tuán)輸出英文版權(quán)，預(yù)計(jì)5年內(nèi)陸續(xù)向全球發(fā)行。
總主編、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源實(shí)驗(yàn)中心主任張金川表示，頁巖氣頭號大國美國至今無相關(guān)科學(xué)與工程著作給世界參考，而先期15冊體量的“頁巖氣出版工程”不僅是國內(nèi)第一套頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈叢書，在未來多年可能仍是中國乃至全球最系統(tǒng)的頁巖氣科技圖書，填補(bǔ)該領(lǐng)域空白。
2022年4月，四川探明頁巖氣地質(zhì)資源量超40萬億立方米。
經(jīng)濟(jì)價值
頁巖氣開發(fā)具有開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點(diǎn)——大部分產(chǎn)氣頁巖分布范圍廣、
厚度大，且普遍含氣，使得頁巖氣井能夠長期地穩(wěn)定產(chǎn)氣。但頁巖氣儲集層滲透率低，開采難度較大。隨著世界能源消費(fèi)的不斷攀升，包括頁巖氣在內(nèi)的非常規(guī)能源越來越受到重視。美國和加拿大等國已實(shí)現(xiàn)頁巖氣商業(yè)性開發(fā)。頁巖氣藏的儲層一般呈低孔、低滲透率的物性特征，氣流的阻力比常規(guī)天然氣大，所有的井都需要實(shí)施儲層壓裂改造才能開采出來. 另一方面，頁巖氣采收率比常規(guī)天然氣低，常規(guī)天然氣采收率在60%以上，而頁巖氣僅為5%～60%。低產(chǎn)影響著人們對它的熱衷，美國已經(jīng)有一些先進(jìn)技術(shù)可以提高頁巖氣井的產(chǎn)量。中國頁巖氣藏的儲層與美國相比有所差異，如四川盆地的頁巖氣層埋深要比美國的大，美國的頁巖氣層深度在800～2600米，而四川盆地的頁巖氣層埋深在2000～3500米。頁巖氣層深度的增加無疑在本不成熟的技術(shù)上又增添了難度。
頁巖氣
隨著技術(shù)的進(jìn)步，頁巖氣井壓裂措施的費(fèi)用也逐步降低。水平井是頁巖氣藏成功開發(fā)的另一關(guān)鍵因素。根據(jù)美國經(jīng)驗(yàn)，水平井的日均產(chǎn)氣量及最終產(chǎn)氣量是垂直井的3-5倍，產(chǎn)氣速率則提高10倍，而水平井的成本則不足垂直井的2-4倍。因此，水平井的推廣應(yīng)用加速了頁巖氣的開發(fā)進(jìn)程。由于頁巖氣發(fā)育規(guī)模較大、單口井的控制可采儲量高（可達(dá)6千萬方），采取措施后的單井日產(chǎn)量可達(dá)3萬方。加之頁巖氣井的產(chǎn)量遞減率低，容易實(shí)現(xiàn)30-50年的穩(wěn)產(chǎn)時間，因此能實(shí)現(xiàn)相對的高產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價值。
中石油(PetroChina)在中國四川省發(fā)現(xiàn)了頁巖氣，這證實(shí)了，在中國這個渴求能源的國家，這種非常規(guī)燃料儲量巨大。根據(jù)預(yù)期，頁巖氣即蘊(yùn)藏在頁巖中的天然氣可以通過提供廉價而充足的新型燃料來源，在未來幾十年里改變世界第一大能源消耗國中國的能源供給格局。
中國石油天然氣集團(tuán)公司(CNPC)的上市子公司中石油對英國《金融時報(bào)》透露，該
公司已經(jīng)在四川省南部的頁巖區(qū)鉆探了約20口氣井，初步結(jié)果很積極?！艾F(xiàn)平均每口井的日產(chǎn)量在一萬立方米以上，”中石油董事會高級助理秘書毛澤鋒表示?！叭匀辉谠u估潛在儲量的確切規(guī)模。”頁巖氣的開采需要通過一種稱為“水力壓裂法”(fracking)的步驟，將巖石層壓裂，從而釋放出其中的天然氣。這種開采方法壓低了天然氣價格，為美國和一些國家的能源市場帶來了革命性巨變。
頁巖氣
美國是世界最大的頁巖氣生產(chǎn)國。根據(jù)美國能源情報(bào)署(EnergyInformationAdministration)估計(jì)，中國的頁巖氣儲量超過其它任何一個國家，可采儲量有1275萬億立方英尺。按當(dāng)前的消耗水平，這些儲量足夠中國使用300多年。北京將天然氣視為解決中國日益增長的能源需求的方案的一部分，國家鼓勵對頁巖氣和煤層氣等“非常規(guī)”天然氣資源進(jìn)行開發(fā)。在舉行的一場新聞發(fā)布會上，中石化董事長傅成玉稱，中國頁巖氣產(chǎn)量最終將超過美國。
開發(fā)利用
開發(fā)影響
受美國頁巖氣成功開發(fā)影響，全球頁巖氣勘探開發(fā)呈快速發(fā)展態(tài)勢。
頁巖氣
隨著水力壓裂技術(shù)日臻成熟，美國興起了頁巖氣開發(fā)熱潮。成功開采頁巖氣使美國躍居全球第一產(chǎn)氣大國，隨著技術(shù)的進(jìn)步及探明儲量的持續(xù)增加，未來頁巖氣開采將進(jìn)入爆發(fā)式增長期，并帶動美國的天然氣生產(chǎn)進(jìn)入“黃金時代”。
數(shù)據(jù)顯示，在2000年，頁巖氣產(chǎn)量不足美國天然氣供應(yīng)的1%，而今天已經(jīng)占到30%，而且份額還在上升。得益于頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)，2009年，美國取代俄羅斯成為世界第一大天然氣生產(chǎn)國，占世界天然氣總產(chǎn)量份額達(dá)到20%。2012年，美國天然氣銷售量更達(dá)到7160億立方米，比2006年增加30%。
受美國頁巖氣成功開發(fā)影響，全球頁巖氣勘探開發(fā)呈快速發(fā)展態(tài)勢。墨西哥計(jì)劃未來2年投資20億美元開發(fā)頁巖氣。已有40多家跨國石油公司在歐洲尋找頁巖氣，埃克森美孚公司已開始在德國進(jìn)行鉆探，雪佛龍公司和康菲石油公司開始在波蘭進(jìn)行勘探，奧地利OMV公司在維也納附近測試地質(zhì)構(gòu)造，殼牌公司將頁巖氣勘探目標(biāo)鎖定在瑞典。能源供應(yīng)大國俄羅斯盡管具有超大規(guī)模的常規(guī)天然氣儲量，但也還是做好了開采頁巖氣的準(zhǔn)備。印度尼西亞等亞洲國家以及非洲的南非等都不同程度地進(jìn)行著頁巖氣的發(fā)展規(guī)劃。
頁巖氣成為新寵，不僅深刻影響天然氣市場格局，而且開始改變美國一些高能耗的重化工業(yè)的命運(yùn)。由于能源成本下降明顯，美國的化工、制造業(yè)出現(xiàn)“回流”現(xiàn)象，產(chǎn)業(yè)競爭力有所提升。
在中國，根據(jù)《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》，“十二五”期間，中國將完成探明頁巖氣地質(zhì)儲量6000億立方米，可采儲量2000億立方米，實(shí)現(xiàn)2015年頁巖氣產(chǎn)量65億立方米，2020年力爭達(dá)到頁巖氣年開采量為600億至1000億立方米。如果這一目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，中國天然氣自給率有望提升到60%至70%，并使天然氣在中國一次能源消耗中的占比提升至8%左右。這將有助于扭轉(zhuǎn)中國過度依賴煤炭的能源結(jié)構(gòu)，并減少能源對外依存度。
開采技術(shù)
頁巖氣開采技術(shù)，主要包括水平井技術(shù)和多層壓裂技術(shù)、清水壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)及最新的同步壓裂技術(shù)，這些技術(shù)正不斷提高著頁巖氣井的產(chǎn)量。正是這些先進(jìn)技術(shù)的成功應(yīng)用，促進(jìn)了美國頁巖氣開發(fā)的快速發(fā)展。如果能引進(jìn)這些先進(jìn)技術(shù)，將為中國頁巖氣開發(fā)助一臂之力。
中國頁巖氣開發(fā)技術(shù)不斷進(jìn)步：一個是鉆井技術(shù)，3500米的頁巖氣井、2000米的水平鉆最快45天就完成。二是分鉆壓裂技術(shù)已經(jīng)完全掌握并基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。
開發(fā)方式
雖然有吸附與游離相天然氣的同時存在，但頁巖氣的開發(fā)并不需要排水降壓。由于頁巖中游離相天然氣的采出，能夠自然達(dá)到壓力降低的目的，從而導(dǎo)吸附相及少量溶解相天然氣的游離化，達(dá)到進(jìn)一步提高天然氣產(chǎn)能并實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)產(chǎn)之目的。由于孔隙度和滲透率較低天然氣的生產(chǎn)率和采收率也較低，因此巖氣的最終采收率依賴于有效的壓裂措施，壓裂技術(shù)和開采工藝均直接影響著頁巖氣井的經(jīng)濟(jì)效益。
有專家提到根緣氣，J.A.Masters(1979）提出了深盆氣（Deepbagas)思想，建立了氣水倒置的模式，描述了天然氣勘探開發(fā)的廣闊前景。由于識別難度大，P.R.Rose等（1986）提出了盆地中心氣（Basin-centergas)，B．E．Law等人研究思路將該類氣藏的識別方法從“區(qū)域氣水倒置”改進(jìn)為“沒有邊水”，從而簡化了繁瑣的識別過程并在很大程度上提前了對該類氣藏的識別時間。由于對“無邊底水的確定仍然較多的鉆井地質(zhì)資料故仍然不是最佳的解決方案。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，將根緣氣確定為致密砂巖中與氣源巖直接相連的天然氣聚集，并強(qiáng)調(diào)其中的砂巖底部含氣特點(diǎn)。由于緊鄰氣源巖（根）天然氣與地層水在運(yùn)移動力上形成直接傳遞的
連續(xù)介質(zhì)，故被視之為根緣氣。該類氣藏主體形成于砂巖普遍致密化后，大致對應(yīng)于煤系及暗色泥巖的熱解及石油的裂解生氣階段，故一般的埋藏深度相對較大。
頁巖氣
根緣氣研究方法基于天然氣成藏動力學(xué)原理，將氣藏識別技術(shù)推進(jìn)到單井剖面即是否出現(xiàn)并發(fā)育砂巖底部含氣特征（與常規(guī)圈閉中的砂巖頂部含氣模式和特點(diǎn)完全不同），在野貓井（而不是預(yù)探井甚至開發(fā)井）上即可對氣藏類型進(jìn)行最早期的快速識別。只砂巖底部含氣就能夠說明天然氣在成藏動力上的連續(xù)性，并進(jìn)一步闡述天然氣成藏的機(jī)理特點(diǎn)，從而確定天然氣的聚集機(jī)理類型，即深盆氣、盆地中心氣、緣氣甚至向斜含氣或滿盆氣等的存在，確定天然氣的成藏、富集及分布特點(diǎn)將氣藏類型識別的時間向前延伸至勘探限為后續(xù)勘探思路最大限度的時間。
開發(fā)現(xiàn)狀
頁巖氣改變了美國的能源結(jié)構(gòu)，也帶來一系列潛在的問題，比如水資源的耗費(fèi)和污染《國際先驅(qū)導(dǎo)報(bào)》陽建發(fā)自華盛頓美國是頁巖氣開發(fā)最早、最成功的國家，由于儲量豐富、開發(fā)技術(shù)先進(jìn)，美國的頁巖油氣資源開發(fā)已漸成規(guī)模，2011年其頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到1800億立方米，占美國天然氣總產(chǎn)量的34%。曾有專家預(yù)測，有了頁巖氣的補(bǔ)充，美國的天然氣足夠使用100年。不過，雖然頁巖氣減少了美國的對外能源依賴，對于大規(guī)模開發(fā)頁巖氣，美國國內(nèi)仍然存在諸多爭議。頁巖開發(fā)助美成油氣大國美國非常規(guī)能源儲備十分豐富，根據(jù)美國能源情報(bào)署的數(shù)據(jù)，在美國可開采的天然氣儲量中，頁巖氣、致密型砂巖氣和煤層氣等非常規(guī)能源天然氣儲量占到60%。美國石油協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示，算上頁巖天然氣資源，美國達(dá)到開采標(biāo)準(zhǔn)的油氣資源居世界首位，比沙特阿拉伯多24%。
自上世紀(jì)90年代以來，在國內(nèi)政策、技術(shù)進(jìn)步等支持下，美國率先在全球勘探和開發(fā)頁巖氣等非常規(guī)能源。之后，美國在水壓破裂和水平鉆井技術(shù)方面的進(jìn)步，解決了從頁巖中開采油氣的技術(shù)和成本挑戰(zhàn)，美國頁巖氣開發(fā)逐漸形成規(guī)模。
2000年，美國頁巖石油每天開采僅20萬桶，僅占美國國內(nèi)總開采量的3%，而2012年每天開采100萬桶。美國頁巖氣產(chǎn)量也從2000年的122億立方米暴增至2010年的1378億立方米。
美國劍橋能源咨詢公司預(yù)計(jì)，到2020年底美國每天可產(chǎn)出300萬桶頁巖石油，超過2012年原油產(chǎn)量的一半。美國PFC能源咨詢公司的數(shù)據(jù)顯示，到2020年，頁巖油氣資源將占美國油氣產(chǎn)出約三分之一，屆時美國將是全球最大的油氣生產(chǎn)國，超過俄羅斯和沙特阿拉伯。因浪費(fèi)水、易污染遭抵制
頁巖氣的開發(fā)改變了美國的能源結(jié)構(gòu)。過去數(shù)十年來，煤電一直是美國電力的主要來源，2003年占比仍達(dá)53%。但隨著頁巖天然氣的開發(fā)，市場上出現(xiàn)了大量廉價天然氣，造成很多煤電廠關(guān)停，天然氣發(fā)電廠興起。2011年前9個月，煤電比例降至43%，而天然氣發(fā)電比例則從2003年的不足17%升至25%左右。不過，頁巖氣也引發(fā)了一系列潛在的問題。
首先是消耗大量水資源且不可回收。頁巖天然氣開采所使用的水壓破裂技術(shù)需要消耗大量水資源，由此油氣開發(fā)商開始搶占農(nóng)業(yè)用水，甚至?xí)D占市政用水。據(jù)介紹，灌溉640英畝（約合2.6平方公里）干旱土地需要4.07億加侖（約合15.4億升）水，可收獲價值20萬美元的玉米，等量的水如果用于水壓破裂技術(shù)鉆井，可獲得價值25億美元的石油。由于鉆井所使用的水注入頁巖層，比地下蓄水層要深得多，主要被巖石吸收，不能再回收利用。
開發(fā)頁巖氣還容易造成環(huán)境污染。頁巖油氣開采在鉆井過程中要經(jīng)過蓄水層，鉆井使用的化學(xué)添加劑會對地下水形成污染威脅。主要輸送從油砂中提煉的重油的“Keystone”管道在2010年5月就曾發(fā)生兩次重大泄漏事故，造成嚴(yán)重污染和生態(tài)破壞。
正是因?yàn)榇嬖谥T多隱患，美國環(huán)保團(tuán)體和農(nóng)牧業(yè)團(tuán)體強(qiáng)烈反對非常規(guī)油氣資源開發(fā)，奧巴馬政府也推遲決定“Keystone”管道延長線項(xiàng)目的實(shí)施。
開發(fā)措施
一是編制中國頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)中長期發(fā)展規(guī)劃。在認(rèn)真分析世界頁巖氣勘探開發(fā)的態(tài)勢和中國現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，科學(xué)評價和分析中國頁巖氣資源潛力，進(jìn)行頁巖氣探明儲量趨勢預(yù)測研究，對中國頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)目標(biāo)、重點(diǎn)和發(fā)展階段作出科學(xué)規(guī)劃，明確發(fā)展定位，編制頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)中長期發(fā)展規(guī)劃。
二是制定鼓勵頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)政策。在對美國等國家頁巖氣發(fā)展中給予的優(yōu)惠政策研究基礎(chǔ)上，結(jié)合中國實(shí)際，參照國內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)的優(yōu)惠政策，給予頁巖氣勘探開發(fā)的優(yōu)惠政策。國家財(cái)政加大對頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查的投入，鼓勵社會資金投入頁巖氣；減免頁巖氣探礦權(quán)和采礦權(quán)使用費(fèi)；對頁巖氣開采企業(yè)增值稅實(shí)行先征后退政策，企業(yè)所得稅實(shí)行優(yōu)惠；頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵設(shè)備免征進(jìn)口環(huán)節(jié)增值稅和關(guān)稅；對頁巖氣開采給予定額補(bǔ)貼；對關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用給予優(yōu)惠等，引導(dǎo)和推動頁巖氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
三是完善和創(chuàng)新頁巖氣礦業(yè)權(quán)管理制度。根據(jù)頁巖氣分布廣、勘探開發(fā)靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，深入研究中國頁巖氣礦業(yè)權(quán)設(shè)置制度。借鑒煤層氣礦業(yè)權(quán)管理經(jīng)驗(yàn)，設(shè)立專門的頁巖氣區(qū)塊登記制度，實(shí)行國家一級管理。允許具備資質(zhì)的地方企業(yè)、民營資本等，通過合資、入股等多種方式參與頁巖氣的勘探開發(fā)，也可獨(dú)立投資，直接從事頁巖氣勘探開發(fā)。
四是加快制定頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。加強(qiáng)政府引導(dǎo)，依托頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查重大項(xiàng)目和勘探開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的實(shí)施，加快頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系建設(shè)，促進(jìn)信息資料共享和規(guī)范管理。
此外，要密切關(guān)注世界頁巖氣發(fā)展動向，建立和完善頁巖氣國際合作交流機(jī)制。加強(qiáng)與國外有實(shí)力公司的合作開發(fā)，引進(jìn)先進(jìn)理念與開發(fā)技術(shù)，通過引進(jìn)和消化頁巖氣開發(fā)技術(shù)，探索和創(chuàng)新適合中國頁巖氣開發(fā)的核心技術(shù)，為中國頁巖氣大規(guī)模開發(fā)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
技術(shù)進(jìn)度
國外發(fā)展
全球?qū)搸r氣的開發(fā)并不普遍，僅美國和加拿大在這方面做了大量工作。
其中，美國已進(jìn)入頁巖氣開發(fā)的快速發(fā)展階段，加拿大商業(yè)開采還處于起步階段。美國頁巖氣開發(fā)有80多年的歷史，參與的石油企業(yè)從2005年的23家發(fā)展到2007年的64家。2000年美國頁巖氣年產(chǎn)量為122億立方米，而2007年，僅NewarkEast頁巖氣田的年產(chǎn)量就達(dá)217億立方米，美國頁巖氣總產(chǎn)量接近500億立方米，占美國天然氣總量的8%以上。
頁巖氣
但來自美國能源情報(bào)署網(wǎng)站的數(shù)據(jù)顯示：美國頁巖氣產(chǎn)量占天然氣產(chǎn)量比例從2007年到2011年分別是8.07%（2007），11.09%（2008），15.19%（2009），21.69%（2010），29.85%（2011）
專家表示，美國頁巖氣發(fā)展速度之快，離不開國家政策上的支持和先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)，而這也是至少在2015年以前中國所不具備的。
20世紀(jì)70年代末期，美國政府在《能源意外獲利法》中規(guī)定非常規(guī)能源開發(fā)稅收補(bǔ)貼政策，而得克薩斯州自20世紀(jì)90年代初以來，對頁巖氣的開發(fā)不收生產(chǎn)稅。另外，美國還專門設(shè)立了非常規(guī)油氣資源研究基金?？梢哉f，美國政府對頁巖氣開發(fā)的重視為頁巖氣發(fā)展提供了強(qiáng)勁的動力。對頁巖氣這個新生事物而言，有利的政策支持無疑會大大降低開發(fā)成本，刺激頁巖氣的發(fā)展。
隨著頁巖氣產(chǎn)量迅速提高，國際能源署預(yù)計(jì)，到2015年美國將超越俄羅斯成為全球最大天然氣生產(chǎn)國。
美國能源當(dāng)局則預(yù)測說，頁巖氣將取代煤炭而成為僅次于石油的美國第二大能源資源，而且可能改變美國能源生產(chǎn)格局。
至2012年，頁巖氣產(chǎn)量增加已經(jīng)拉低了能源價格，已成為美國振興制造業(yè)的一大法寶。歐洲空中客車公司等許多國際大企業(yè)將一些制造項(xiàng)目遷入美國，看重的正是當(dāng)?shù)氐土哪茉磧r格。
此外，得益于頁巖氣革命中的“水力壓裂”技術(shù)，頁巖油（一種石油）的產(chǎn)量也飛速增加，使美國石油產(chǎn)量強(qiáng)勁反彈，導(dǎo)致2011年，美國自1949年以來首次成為精煉石油產(chǎn)品凈出口國。國際能源署認(rèn)為，到2020年美國將成為全球最大原油生產(chǎn)國。美國康菲石油公司總裁瑞安·蘭斯表示，到本世紀(jì)20年代中期美國將不必進(jìn)口石油。
美國頁巖氣的快速發(fā)展改變了美國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，不僅降低了煤炭以及其他能源的消耗比例，也減少了對中東國家石油能源的依賴，引發(fā)了全球范圍內(nèi)的頁巖氣開發(fā)革命。
國內(nèi)發(fā)展
國土資源部2009年10月份在重慶市綦江縣啟動了中國首個頁巖氣資源勘查項(xiàng)目。這標(biāo)志著繼美國和加拿大之后，中國正式開始這一新型能源頁巖氣資源的勘探開發(fā)。將對中國新型能源建設(shè)起到積極的示范作用，在中國油氣領(lǐng)域具有里程碑意義。2012年3月20日，殼牌公司已經(jīng)與中國石油簽署了一份產(chǎn)品分成合同，將在中國四川盆地的富順—永川區(qū)塊進(jìn)行頁巖氣勘探、開發(fā)及生產(chǎn)。兩家公司對頁巖氣的開發(fā)還處于勘探階段，暫并未進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開采。2012年9月24日，全國首個頁巖油氣產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目——中石化梁平頁巖油氣勘探開發(fā)及產(chǎn)能建設(shè)示范區(qū)8個鉆井平臺全面開鉆。
2012年11月13日-16日，為期四天的2012年中國國際頁巖氣大會在重慶召開，主題為“促進(jìn)投資與合作，推動中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展”。200多名全球各地的頁巖氣資源開發(fā)商、購買商、貿(mào)易商、技術(shù)支持方、油田服務(wù)及設(shè)備供應(yīng)商、頂尖的頁巖氣產(chǎn)業(yè)研究專家以及政府顧問人士參會。而重慶瑞博、?？?/span>
森美孚、三菱商事、西門子等多家外企和三一重工、山東能源集團(tuán)、華電重工等國內(nèi)公司也到場，尋找挖掘潛在的頁巖氣裝備項(xiàng)目機(jī)會。
頁巖氣
會上，國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心研究員李玉喜透露，多項(xiàng)扶持頁巖氣產(chǎn)業(yè)化的政策正在醞釀中。這一系列扶持政策主要包括：一是頁巖氣市場化定價政策，同時頁巖氣利用方式可以靈活；二是監(jiān)管體系強(qiáng)調(diào)一級管理，實(shí)際又分為二級三級監(jiān)管，即讓各省各級參與管理的監(jiān)管體系，使整個監(jiān)管過程向下延伸到頁巖氣井；三是稅收上將多數(shù)利稅留給地方，以對企業(yè)和地方都有利。
盡管業(yè)界對中國頁巖氣的關(guān)注度持續(xù)升溫，但日前參與“2012年中國頁巖氣發(fā)展論壇”的業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，中國頁巖氣開發(fā)中仍然面臨一些問題亟待解決，包括技術(shù)準(zhǔn)備、資源儲量評價、政策研究到開發(fā)模式等方面，都需借鑒美國的成功經(jīng)驗(yàn)，不能急于求成。
中國涉及油氣特種裝備制造的公司包括杰瑞股份、石油濟(jì)柴、江鉆股份、神開股份、寶德股份、海默科技、惠博普、吉艾科技8家機(jī)械制造公司。李玉喜在會上透露頁巖氣開發(fā)三大利好后，這8家機(jī)械設(shè)備制造商全線飄紅。
2012年11月15日，在北京舉行的財(cái)富CEO高峰論壇上，中外能源行業(yè)的專家就能源世界新格局進(jìn)行了探討。此次探討中，各方專家逐步形成一致觀點(diǎn)：中國頁巖氣開發(fā)應(yīng)當(dāng)推進(jìn)，更應(yīng)當(dāng)保持謹(jǐn)慎態(tài)度。相關(guān)專家表示，中國的頁巖氣儲藏深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國，而且地質(zhì)復(fù)雜程度也超過美國，加上多數(shù)頁巖氣開發(fā)地區(qū)人口密集，從技術(shù)和社會兩方面來講，開發(fā)難度都很大，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎推進(jìn)。由于開采頁巖氣所需的水力壓裂技術(shù)需要大量的水資源，而中國頁巖氣儲量豐富地區(qū)多為水資源匱乏地區(qū)，同時水力壓裂技術(shù)可能會帶來地下水污染問題。這也是一個不容忽視的問題。
中國將基本完成全國頁巖氣資源潛力調(diào)查與評價，建成一批頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)，初步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，頁巖氣年產(chǎn)量達(dá)到65億立方米。
“十二五”期間，中國在頁巖氣開發(fā)上的重點(diǎn)任務(wù)包括：一是開展頁巖氣資源潛力調(diào)查評價；二是開展科技攻關(guān)，掌握適用于中國頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)；三是在全國重點(diǎn)地區(qū)建設(shè)19個頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)。
中國的頁巖氣進(jìn)入到大規(guī)模商業(yè)開發(fā)階段還需要技術(shù)、資金、管道和政策上的種種支持，但是頁巖氣開發(fā)各方的準(zhǔn)備工作也已經(jīng)陸續(xù)展開。中國頁巖氣開發(fā)距離大規(guī)模商業(yè)化還有3-5年的距離，預(yù)計(jì)2015年中國頁巖氣產(chǎn)量將會在40億立方米左右，2020年將會達(dá)到500-700億立方米之間。而由頁巖氣開發(fā)帶來的相關(guān)技術(shù)和服務(wù)的市場空間將在2015年達(dá)到420-430億元。
由國家能源局制定的頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策已經(jīng)制定完成，待有關(guān)部門批準(zhǔn)后將會發(fā)布。同時，由國土資源部制定的頁巖氣探礦權(quán)招投標(biāo)管理辦法也計(jì)劃出臺。
國家能源局石油天然氣司副司長楊雷表示，除國土資源部開展了一些頁巖氣基礎(chǔ)性的資源調(diào)查工作外，國家發(fā)改委或能源局也從科技、研發(fā)中心、裝備、示范中心等方面做了四位一體的科研攻關(guān)：一是依托重大科技專項(xiàng)，國家有很大的投入；二是設(shè)置了頁巖氣研發(fā)中心，給了很多裝備和設(shè)備的投入；三是裝備的國產(chǎn)化，支持國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行國產(chǎn)化的實(shí)驗(yàn)；四是依托示范工程，能源局已批準(zhǔn)了三個頁巖氣的示范區(qū)，包括四川、重慶和陜北。
“下一步，國家能源局將在前面工作基礎(chǔ)上繼續(xù)推進(jìn)科技攻關(guān)，包括示范區(qū)建設(shè)、資源評估等工作。另外，要加大政府支持和推動的力度。”楊雷說，備受關(guān)注的頁巖氣產(chǎn)業(yè)政策已經(jīng)有了一個文本，里面包括了產(chǎn)業(yè)的準(zhǔn)入、環(huán)保、監(jiān)管及對外開放等問題，都有一些更細(xì)致的規(guī)定，更具有可操作性。此外，規(guī)劃里還有一些財(cái)稅支持、用地優(yōu)惠等都會明確。
2013年10月18日，煙臺杰瑞集團(tuán)發(fā)布了“小井場大作業(yè)”成套頁巖氣壓裂解決方案，并成功實(shí)現(xiàn)了全套設(shè)備的現(xiàn)場聯(lián)機(jī)測試。這是專門針對復(fù)雜地理?xiàng)l件下頁巖氣壓裂的解決方案，開創(chuàng)了中國頁巖氣等非常規(guī)能源壓裂增產(chǎn)完井設(shè)備的新方向。
2013年10月30日，國家能源局在其官網(wǎng)發(fā)布了《頁巖氣產(chǎn)業(yè)政策》，進(jìn)一步深化頁巖氣發(fā)展地位，明確將頁巖氣開發(fā)納入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。這是在2012年3月發(fā)布《頁巖氣發(fā)展十二五規(guī)劃》和2012年11月出臺《關(guān)于出臺頁巖氣開發(fā)利用補(bǔ)貼政策的通知》之后，國家有關(guān)部門對頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的再次有力的扶持。
2022年6月30日消息，中國再增萬億方頁巖氣資源“家底”。
2022年10月18日消息，中國石化西南石油局在四川盆地部署的金石103HF探井獲高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)工業(yè)氣流，日產(chǎn)天然氣25.86萬立方米，評價落實(shí)地質(zhì)資源量3878億立方米。這是中國首次在寒武系筇竹寺組地層取得頁巖氣勘探的重大突破，開辟了頁巖氣規(guī)模增儲新陣地，對推動四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)具有重要意義。
參考資料
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好消息！恩施一地發(fā)現(xiàn)高含氣量頁巖氣 · 今日頭條[引用日期2021-06-02]
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四川探明頁巖氣地質(zhì)資源量超40萬億立方米 · 今日頭條[引用日期2022-04-11]
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中國石化新層系新類型頁巖氣勘探取得重大突破 · 今日頭條-財(cái)聯(lián)社[引用日期2022-10-18]
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作者
