页岩气——当前石油能源最靓的仔

1、什么是页岩气

页岩气是指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，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，主要用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等，用途广泛。

页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，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、空隙及其它储集空间，以吸附状态（大约50%）存在于干酪根、黏土颗粒及孔隙表面，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。天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集，表现为典型页岩气的开采的原地成藏模式，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。页岩气发育具有广泛的地质意义，存在于几乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。

2、成藏机理

对页岩气成藏机理进行全面分析，获得四个方面的认识。①页岩气成藏机理兼具煤层吸附气和常规圈闭气藏特征，体现出了复杂的多机理递变特点。②在页岩气的成藏过程中，天然气的赋存方式和成藏类型逐渐改变，含气丰度和富集程度逐渐增加。③完整的页岩气成藏与演化可分为3个主要的作用过程，自身构成了从吸附聚集、膨胀造隙富集到活塞式推进或置换式运移的机理序列。④相应的成藏条件和成藏机理变化对页岩气的成藏与分布产生了控制和影响作用，岩性特征变化和裂缝发育状况对页岩气藏中天然气的赋存特征和分布规律具有控制作用。

3、经济价值

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、中国岩层气分布图厚度大，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. 　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，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我们本不成熟的技术上又增添了难度。随着技术的进步，页岩气井压裂措施的费用也逐步降低。水平井是页岩气藏成功开发的另一关键因素。根据美国经验，水平井的日均产气量及最终产气量是垂直井的3-5倍，产气速率则提高10倍，而水平井的成本则不足垂直井的2-4倍。因此，水平井的推广应用加速了页岩气的开发进程。由于页岩气发育规模较大、单口井的控制可采储量高（可达6千万方），采取措施后的单井日产量可达3万方。加之页岩气井的产量递减率低，容易实现30-50年的稳产时间，因此能实现相对的高产的经济价值。中石油(PetroChina)在中国四川省发现了页岩气，这证实了，在中国这个渴求能源的国家，这种非常规燃料储量巨大。根据预期，页岩气即蕴藏在页岩中的天然气可以通过提供廉价而充足的新型燃料来源，在未来几十年里改变世界第一大能源消耗国中国的能源供给格局。

4、开发影响

受美国页岩气成功开发影响，全球页岩气勘探开发呈快速发展态势。页岩气随着水力压裂技术日臻成熟，美国兴起了页岩气开发热潮。成功开采页岩气使美国跃居全球第一产气大国，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，并带动美国的天然气生产进入“黄金时代”。数据显示，在2000年，页岩气产量不足美国天然气供应的1%，而今天已经占到30%，而且份额还在上升。得益于页岩气的大规模开发，2009年，美国取代俄罗斯成为世界第一大天然气生产国，占世界天然气总产量份额达到20%。2012年，美国天然气销售量更达到7160亿立方米，比2006年增加30%。受美国页岩气成功开发影响，全球页岩气勘探开发呈快速发展态势。墨西哥计划未来2年投资20亿美元开发页岩气。能源供应大国俄罗斯尽管具有超大规模的常规天然气储量，但也还是做好了开采页岩气的准备。印度尼西亚等亚洲国家以及非洲的南非等都不同程度地进行着页岩气的发展规划。页岩气成为新宠，不仅深刻影响天然气市场格局，而且开始改变美国一些高能耗的重化工业的命运。由于能源成本下降明显，美国的化工、制造业出现“回流”现象，产业竞争力有所提升。在我国，根据《页岩气发展规划（2011-2015）》，“十二五”期间，我国将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，2020年力争达到页岩气年开采量为600亿至1000亿立方米。如果这一目标得以实现，我国天然气自给率有望提升到60%至70%，并使天然气在我国一次能源消耗中的占比提升至8%左右。这将有助于扭转我国过度依赖煤炭的能源结构，并减少能源对外依存度。

5、开发技术

页岩气开采技术，主要包括水平井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、页岩气开发重复压裂技术及最新的同步压裂技术，这些技术正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。如果能引进这些先进技术，将为中国页岩气开发助一臂之力。中国页岩气开发技术不断进步：一个是钻井技术，3500米的页岩气井、2000米的水平钻最快45天就完成。二是分钻压裂技术已经完全掌握并基本实现了国产化。

6、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。有专家提到根源气，J.A.Masters (1979）提出了深盆气（Deep bagas)思想，建立了气水倒置的模式，描述了天然气勘探开发的广阔前景。由于识别难度大，P. R. Rose等（1986）提出了盆地中心气（Basin-centergas)，B．E．Law等人研究思路将该类气藏的识别方法从“区域气水倒置”改进为“没有边水”，从而简化了繁琐的识别过程并在很大程度上提前了对该类气藏的识别时间。由于对“无边底水的确定仍然较多的钻井地质资料故仍然不是最佳的解决方案。经过实验研究，将根源气确定为致密砂岩中与气源岩直接相连的天然气聚集，并强调其中的砂岩底部含气特点。由于紧邻气源岩（根）天然气与地层水在运移动力上形成直接传递的连续介质，故被视之为根缘气。该类气藏主体形成于砂岩普遍致密化后，大致对应于煤系及暗色泥岩的热解及石油的裂解生气阶段，故一般的埋藏深度相对较大。根缘气研究方法基于天然气成藏动力学原理，将气藏识别技术推进到单井剖面即是否出现并发育砂岩底部含气特征（与常规圈闭中的砂岩顶部含气模式和特点完全不同），在野猫井（而不是预探井甚至开发井）上即可对气藏类型进行最早期的快速识别。只砂岩底部含气就能够说明天然气在成藏动力上的连续性，并进一步阐述天然气成藏的机理特点，从而确定天然气的聚集机理类型，即深盆气、盆地中心气、缘气甚至向斜含气或满盆气等的存在，确定天然气的成藏、富集及分布特点将气藏类型识别的时间向前延伸至勘探限为后续勘探思路最大限度的时间。

7、开发现状

页岩气改变了美国的能源结构，也带来一系列潜在的问题，美国是页岩气开发最早、最成功的国家，由于储量丰富、开发技术先进，美国的页岩油气资源开发已渐成规模，2011年其页岩气产量达到1800亿立方米，占美国天然气总产量的34%。曾有专家预测，有了页岩气的补充，美国的天然气足够使用100年。不过，虽然页岩气减少了美国的对外能源依赖，对于大规模开发页岩气，美国国内仍然存在诸多争议。页岩开发助美成油气大国美国非常规能源储备十分丰富，根据美国能源情报署的数据，在美国可开采的天然气储量中，页岩气、致密型砂岩气和煤层气等非常规能源天然气储量占到60%。美国石油协会公布的数据显示，算上页岩天然气资源，美国达到开采标准的油气资源居世界首位，比沙特阿拉伯多24%。自上世纪90年代以来，在国内政策、技术进步等支持下，美国率先在全球勘探和开发页岩气等非常规能源。之后，美国在水压破裂和水平钻井技术方面的进步，解决了从页岩中开采油气的技术和成本挑战，美国页岩气开发逐渐形成规模。2000年，美国页岩石油每天开采仅20万桶，仅占美国国内总开采量的3%，而2012年每天开采100万桶。美国页岩气产量也从2000年的122亿立方米暴增至2010年的1378亿立方米。美国剑桥能源咨询公司预计，到2020年底美国每天可产出300万桶页岩石油，超过2012年原油产量的一半。美国PFC能源咨询公司的数据显示，到2020年，页岩油气资源将占美国油气产出约三分之一，届时美国将是全球最大的油气生产国，超过俄罗斯和沙特阿拉伯。 因浪费水、易污染遭抵制页岩气的开发改变了美国的能源结构。过去数十年来，煤电一直是美国电力的主要来源，2003年占比仍达53%。但随着页岩天然气的开发，市场上出现了大量廉价天然气，造成很多煤电厂关停，天然气发电厂兴起。2011年前9个月，煤电比例降至43%，而天然气发电比例则从2003年的不足17%升至25%左右。 不过，页岩气也引发了一系列潜在的问题。首先是消耗大量水资源且不可回收。页岩天然气开采所使用的水压破裂技术需要消耗大量水资源，由此油气开发商开始抢占农业用水，甚至会挤占市政用水。据介绍，灌溉640英亩（约合2.6平方公里）干旱土地需要4.07亿加仑（约合15.4亿升）水，可收获价值20万美元的玉米，等量的水如果用于水压破裂技术钻井，可获得价值25亿美元的石油。由于钻井所使用的水注入页岩层，比地下蓄水层要深得多，主要被岩石吸收，不能再回收利用。开发页岩气还容易造成环境污染。页岩油气开采在钻井过程中要经过蓄水层，钻井使用的化学添加剂会对地下水形成污染威胁。主要输送从油砂中提炼的重油的“Keystone”管道在2010年5月就曾发生两次重大泄漏事故，造成严重污染和生态破坏。正是因为存在诸多隐患，美国环保团体和农牧业团体强烈反对非常规油气资源开发，奥巴马政府也推迟决定“Keystone”管道延长线项目的实施。2018年自然资源部矿产资源保护监督工作小组透露，自2014年9月到2018年4月，不到4年时间，我国页岩气累计新增探明地质储量突破万亿立方米，产能达135亿立方米，累计产气225.80亿立方米。自2014年9月到2018年4月，不到4年时间，在四川盆地探明涪陵、威远、长宁、威荣4个整装页岩气田，页岩气累计新增探明地质储量突破万亿立方米，产能达135亿立方米，累计产气225.80亿立方米。