頁(yè)巖氣，是從頁(yè)巖層中開采出來的天然氣，是一種重要的非常規(guī)天然氣資源。頁(yè)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(yè)巖烴源巖地層中。較常規(guī)天然氣相比，頁(yè)巖氣開發(fā)具有開采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，大部分產(chǎn)氣頁(yè)巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。

　頁(yè)巖氣 - 概述

頁(yè)巖氣，是從頁(yè)巖層中開采出來的天然氣，是一種重要的非常規(guī)天然氣資源，與“煤層氣”、“致密氣”同屬一類。頁(yè)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(yè)巖烴源巖地層中。與常規(guī)天然氣相比，頁(yè)巖氣開發(fā)具有開采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，這使得頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。

頁(yè)巖氣很早就已經(jīng)被人們所認(rèn)知，但采集比傳統(tǒng)天然氣困難，因此只有美國(guó)和加拿大對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)商業(yè)開發(fā)。隨著資源能源日益匱乏，作為傳統(tǒng)天然氣的有益補(bǔ)充，人們逐漸意識(shí)到頁(yè)巖氣的重要性。伴隨開采技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)力度的增大，頁(yè)巖氣必將給人們生活帶來更大的驚喜。

頁(yè)巖氣 - 存在位置

頁(yè)巖氣主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，頁(yè)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(yè)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(chǔ)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(chǔ)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、甚至砂巖地層中為天然氣生成之后，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(yè)巖、油砂、地瀝青等差別較大。與常規(guī)儲(chǔ)層氣藏不同，頁(yè)巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲(chǔ)層和蓋層。因此，有機(jī)質(zhì)含量高的黑色頁(yè)巖、高碳泥巖等常是最好的頁(yè)巖氣發(fā)育條件。

頁(yè)巖氣 - 特點(diǎn)

開采特點(diǎn)

頁(yè)巖氣開發(fā)具有開采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)——大部分產(chǎn)氣頁(yè)巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，使得頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期地穩(wěn)定產(chǎn)氣。但頁(yè)巖氣儲(chǔ)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(yè)巖氣在內(nèi)的非常規(guī)能源越來越受到重視。美國(guó)和加拿大等國(guó)已實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣商業(yè)性開發(fā)。

氣藏特點(diǎn)

頁(yè)巖氣藏的儲(chǔ)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(chǔ)層壓裂改造才能開采出來，而我國(guó)至今還沒有形成成熟的技術(shù)。另一方面，頁(yè)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(yè)巖氣僅為5%～60%。低產(chǎn)影響著人們對(duì)它的熱衷，現(xiàn)在美國(guó)已經(jīng)有一些先進(jìn)技術(shù)可以提高頁(yè)巖氣井的產(chǎn)量。中國(guó)頁(yè)巖氣藏的儲(chǔ)層與美國(guó)相比有所差異，如四川盆地的頁(yè)巖氣層埋深要比美國(guó)的大，美國(guó)的頁(yè)巖氣層深度在800～2600米，而四川盆地的頁(yè)巖氣層埋深在2000～3500米。頁(yè)巖氣層深度的增加無疑在人們本不成熟的技術(shù)上又增添了難度。

頁(yè)巖氣 - 成藏條件

頁(yè)巖氣成藏受多種因素綜合影響，包括沉積環(huán)境、總有機(jī)碳含量、干酪根類型和熱演化程度等。

沉積環(huán)境

頁(yè)巖氣的工業(yè)聚集需要豐富的氣源物質(zhì)基礎(chǔ)，要求生烴有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。那些有機(jī)質(zhì)豐度高的黑色泥頁(yè)巖是頁(yè)巖氣成藏的最好源巖，它們的形成需要較快速的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境。沉積速率較快可以使得富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)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(dòng)性，減小其對(duì)有機(jī)質(zhì)的破壞作用。在沉積埋藏后控制甲烷產(chǎn)量的因素是缺氧、缺硫酸鹽環(huán)境，低溫、富含有機(jī)物質(zhì)和具有充足的儲(chǔ)存氣體的空間。

總有機(jī)碳含量(TOC)

總有機(jī)碳含量是烴源巖豐度評(píng)價(jià)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(duì)于富含粘土的泥頁(yè)巖來說，由于吸附量很大，有機(jī)碳含量最高，因此，泥頁(yè)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(shí)，相應(yīng)的有機(jī)碳含量下限值就低。

干酪根類型

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(píng)價(jià)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(shí)也決定了產(chǎn)物以油為主還是以氣為主。頁(yè)巖氣可以在不同有機(jī)質(zhì)類型的源巖中產(chǎn)出，有機(jī)質(zhì)的總量和成熟度才是決定源巖產(chǎn)氣能力的重要因素。

熱演化程度

熱演化程度含氣頁(yè)巖的熱成熟度通常用Ro來表示，Ro越高表明生氣的可能越大。美國(guó)五大產(chǎn)氣頁(yè)巖的熱成熟度可以從0.4%~0.6%(臨界值)到0.6%~2.0%(成熟)，頁(yè)巖氣的生成貫穿于有機(jī)質(zhì)向烴類演化的整個(gè)過程。也就是說，只要頁(yè)巖層中的有機(jī)質(zhì)達(dá)到了生烴標(biāo)準(zhǔn)，即Ro>0.4%，就可以生成天然氣，它們就有可能在頁(yè)巖中聚集成藏。一般地，當(dāng)Ro>1.0%更易于生氣，1.0%1.4%時(shí)則生成干氣;Ro<0.6%為未成熟階段，0.4%

作為頁(yè)巖儲(chǔ)層系統(tǒng)有機(jī)成因氣研究的指標(biāo)，干酪根的成熟度不僅可以用來預(yù)測(cè)源巖中生烴潛能，還可以用于高變質(zhì)地區(qū)尋找裂縫性頁(yè)巖氣儲(chǔ)層潛能。干酪根的熱成熟度也影響頁(yè)巖中能夠被吸附在有機(jī)物質(zhì)表面的天然氣量。因此，熱成熟度是評(píng)價(jià)可能的高產(chǎn)頁(yè)巖氣的關(guān)鍵參數(shù)，熱成熟度越高越有利于頁(yè)巖氣的生成，也有利于頁(yè)巖氣的產(chǎn)出。[2]

頁(yè)巖氣 - 儲(chǔ)量

從全世界范圍看，泥、頁(yè)巖約占全部沉積巖的60%，頁(yè)巖氣資源前景巨大。主要分布在北美、中亞和中國(guó)、拉美、中東和北非、前蘇聯(lián)。

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，加拿大西部地區(qū)大約有550萬至860萬億立方英尺頁(yè)巖氣儲(chǔ)量。

美國(guó)頁(yè)巖氣總產(chǎn)量接近500萬億立方米，占美國(guó)天然氣總量的8%以上。

根據(jù)美國(guó)能源情報(bào)署估計(jì)，中國(guó)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量超過其它任何一個(gè)國(guó)家，可采儲(chǔ)量有1275萬億立方英尺。按當(dāng)前的消耗水平，這些儲(chǔ)量足夠中國(guó)使用300多年。

頁(yè)巖氣 - 開發(fā)

開發(fā)歷史

20世紀(jì)70年代末期，美國(guó)政府在《新能源獲利法》中規(guī)定了開發(fā)非常規(guī)能源的稅收補(bǔ)貼政策，而得克薩斯州在20世紀(jì)90年代則制定了對(duì)頁(yè)巖氣開發(fā)免除生產(chǎn)稅的政策。另外，美國(guó)還設(shè)立了非常規(guī)油氣資源研究基金，有力地扶持了美國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展。

美國(guó)頁(yè)巖氣開采已有80多年歷史，在油氣開發(fā)方面積累了經(jīng)驗(yàn)，探索出一些頁(yè)巖氣開采技術(shù)。2000年美國(guó)頁(yè)巖氣年產(chǎn)量?jī)H為122億立方米，而2010年美國(guó)頁(yè)巖氣總產(chǎn)量接近890億立方米，相當(dāng)于中國(guó)天然氣年產(chǎn)量。

國(guó)土資源部2009年10月份在重慶市綦江縣啟動(dòng)了中國(guó)首個(gè)頁(yè)巖氣資源勘查項(xiàng)目。這標(biāo)志著繼美國(guó)和加拿大之后，中國(guó)正式開始這一新型能源頁(yè)巖氣資源的勘探開發(fā)，將對(duì)中國(guó)新型能源建設(shè)起到積極的示范作用，在中國(guó)油氣領(lǐng)域具有里程碑意義。

實(shí)際開發(fā)

1、美國(guó)

2007年美國(guó)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的主要來源為頁(yè)巖氣，增長(zhǎng)率為20%，其他產(chǎn)量則有所下降。2005年，北美的Barrent 盆地頁(yè)巖氣產(chǎn)量為1.3×104m3，2009年，美國(guó)頁(yè)巖氣年產(chǎn)量已達(dá)900億方。

2、加拿大

與美國(guó)相比，加拿大的頁(yè)巖氣商業(yè)開采還處于起步階段，西部地區(qū)大約有15.6×1012~24.4×1012m3的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量，目前頁(yè)巖氣已成為加拿大重要的替代能源，已實(shí)現(xiàn)了對(duì)頁(yè)巖氣的商業(yè)性開發(fā)，但還處于初級(jí)階段。

3、中國(guó)

中國(guó)是繼美國(guó)和加拿大之后，正式開始頁(yè)巖氣資源勘探開發(fā)的國(guó)家，但中國(guó)頁(yè)巖氣領(lǐng)域剛剛開始發(fā)展，頁(yè)巖氣藏的研究相對(duì)欠缺，頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù)還尚未成熟，與常規(guī)天然氣和煤層氣相比頁(yè)巖氣仍屬起步階段。

4、其他國(guó)家

歐洲也逐步開展頁(yè)巖氣勘探，如英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、奧地利、波蘭、匈牙利和瑞典。

開采技術(shù)

頁(yè)巖氣開采技術(shù)，主要有水平井+多段壓裂技術(shù)、清水壓裂技術(shù)和近期出現(xiàn)的最新壓裂技術(shù)-同步壓裂技術(shù)，這些先進(jìn)的技術(shù)不斷提高著頁(yè)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(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)的快速發(fā)展。

開發(fā)方式:雖然有吸附與游離相天然氣的同時(shí)存在，但頁(yè)巖氣的開發(fā)并不需要排水降壓。由于頁(yè)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(zhǎng)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(yè)巖氣井的經(jīng)濟(jì)效益。