页岩气

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页岩气(Shale Gas)

　　页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气。页岩气是非常规天然气的重要类型，近几年，美国页岩气勘探开发技术突破，产量快速增长，对国际天然气市场及世界能源格局产生重大影响，世界主要资源国都加大了对页岩气的勘探开发力度；2012年3月，我国发布了《岩气发展规划(2011-2015年)》，标志着我国在页岩气资源开发利用上迈出了重要的一步^[2]。

　　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存在于裂缝、孔隙及其它储集空间, 以吸附状态存在于干酪根、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。

　　页岩气从成因上看包含了生物化学成因，热解、裂解成因以及混合成因等几乎所有有机质生气作用方式，并且从未熟到高成熟各个阶段均可成藏。生物成因气主要形成于有机物的埋深较小，地层温、压相对较低的成岩作用初期，但其生化作用是有限的，他只能将一部分有机物转化成甲烷气，剩余的有机物则在漫长的地质演化过程中，伴随着上覆沉积物不断加积，埋深加大，温、压升高，先转化为干酪根，进而转化为沥青再转化为液态的碳氢化合物，最后当埋藏条件达到高、过成熟阶段后，干酪根的短侧链直接热裂解成气或者由已生成的液态油进一步裂解成气。而混合成因页岩气则是指不同成因类型的天然气同时存在的页岩气藏。

　　页岩气的形成是一个漫长而复杂的过程，下面从页岩的有机碳含量、干酪根类型和有机质成熟度三方面简要介绍页岩气的形成条件。

　　1.有机碳含量

　　页岩气的工业聚集需要有丰富的有机质为基础，研究表明黑色页岩和碳质页岩有机质丰度高，是页岩气藏形成的最有利岩石类型，其有机质含量在3％～15％之间或者更高。有机质作为页岩产气的物质基础与泥页岩的生烃潜力成正相关，同时有机质还具有吸附天然气的能力，可以作为页岩气的赋存介质之一，因而页岩中有机质的含量越高，吸附气的含量也就越多。

　　有机碳含量(TOC)，是反映页岩有机质丰度的最重要指标，对页岩气的生成与聚集都有着重要的控制作用。美国含气页岩的TOC含量通常在1．5％～25％之间，中国页岩的TOC含量分布范围更广，在0．2％～30％之间(张金川等，2009)。关于页岩气聚集的有机碳下限问题，业界尚无统一定论，但它必将随着页岩气开采技术的进步不断降低。

　　2.干酪根类型

　　干酪根(Kerogen)是指沉积岩中不溶于碱、非氧化性酸和有机溶剂的分散有机质(Hunt，1979)。但是在未固结的沉积物中有机质主要以腐植酸的形式存在，系干酪根的前身，干酪根是有机碳最主要的存在方式。

　　干酪根可分为以下三种类型：①型干酪根：又称腐泥型干酪根，以类脂化合物为主，具有高氢多氧的特点；②型干酪根：又称混合型干酪根，含氢量较高(低于①型)，为高饱和的多环碳骨架；③型干酪根：又称腐殖型干酪根，氧含量高，但氢含量较低。不同类型的干酪根生烃潜力及其产物各异。通常情况下，①型和②型干酪根以生油为主，③型干酪根以生气为主；但在热演化程度比较高的情况下，三种干酪根及先成液态油等都可以热解或裂解而大量成气。据美国页岩气的研究，其干酪根主要为①型和②型，部分为③型。而我国，南方型海相黑色页岩为①～②型干酪根为主；北方型陆相含煤炭质页岩则以③型为主，均具有较好的资源潜力(邹才能等，2010)。

　　3.有机质成熟度

　　按照Tissot模型，干酪根的热演化阶段分为：Ro<0．5％，属未熟～低熟的成岩作用阶段；Ro在O．5％～1．3％间，为生油窗内的深成热解阶段；Ro在1．3％～2.0％时处于深成热解作用阶段的湿气和凝析油相带；Ro>2％时便进入千气带后成岩阶段。当然，成熟度高低不是制约页岩气成藏的主要因素，通过对美国主要页岩气盆地的研究，页岩气藏可以是高成熟度的(如Lewis和Barnett页岩气藏)，可以是低成熟度，还可为二者混合型的。

　　总之，页岩气的成因是多方面的，它的最终形成需要上述条件的有机组合与合理配置。

　　1.中国页岩气的勘探特点

　　页岩气就是指那些存在于暗色泥页岩或者是高碳泥页岩当中，其中存在着吸附或者是游离状态天然气的一种燃气资源。作为一种典型的新能源，不仅是一种潜在的常规能源替代品，同时还是一种环保的新能源。

　　基于页岩气埋藏的特点，对页岩气的开发技术要求较高。同时，页岩气的存储层通常都表现出低孔，低渗透率等物理特性，且页岩气流的阻力要比常规的天然气大，开采井都需要经过储层压裂等改造手段之后才能进行开采作业，而我国在这方面还欠缺成熟的技术 再次，页岩气的采收效率通常要比常规天然气的采收率低，一般在5％～60％之间。

　　中国当前正在积极的进行页岩气的勘探与开发工作，目前的勘探结果表明中国具有较大的页岩气开发潜力。虽然页岩气在形成大规模效益之前还需要相当长的一段时间，但在政府相关政策的扶持、企业的实践下，将促进页岩气勘探技术的稳步成熟，最终给我国的能源安全做出对应的贡献。

　　2.中国页岩气的基本分布特征

　　相关的专家对中国的页岩气资源进行了较为详细的调查和预测，认为我国的四川盆地寒武系筇竹寺组、志留系龙马溪组的页岩层中分布有较为丰富的页岩气资源。根据初步的估算，这两个地层中的页岩气资源总量就可以与整个四川盆地中的其他常规油气资源总量相媲美。而且一些地质专家还预测，我国的页岩气资源总量应该是常规天然气资源总量的几倍以上，具有不可限量的开发潜力。油气是部分连续式富集页岩气矿藏，其在盆地中厚度大、分布广的页岩烃源岩地层中和常规油气资源共同形成与生长，具有密切而稳定的关系。而我国由于具有较多的陆上沉积盆地，而且海相、陆相沉积发育充分，这给油气资源的形成提供了基础，为页岩气资源的富集创造了十分有利的条件。

　　相关资料表明，除了在南方海相页岩地层中存在页岩气之外，在我国的北方广大地区，诸如松辽、吐哈、鄂尔多斯以及准噶尔等陆相沉积盆地中也具备页岩气的富集与形成地质条件。

　　我国与美国在页岩气地质条件上具有许多相似之处。我国页岩气富集地质条件优越，页岩气资源总量高达约100×10¹²m³，是我国常规天然气储量的2倍，具有与美国大致相同的页岩气资源前景和开发潜力。虽然前景诱人，但由于页岩气在我国发展起步较慢，技术相对落后，要把页岩气开采出来，还面临着成套技术不成熟、管网及相关基础设施尚不配套等一系列难题。

　　2011年，国土资源部初步评价，我国陆地(不含青藏地区)页岩气可采资源潜力约为25万亿m³，与常规天然气资源量相当；页岩气资源分布相对集中，四川、新疆、重庆、贵州、湖北、湖南、陕西7省区资源潜力占全国总量的近70％。目前，我国已优选出有利区180个，面积约为111万km²。其中全国页岩气施工探井80余口，四川长宁和富顺、重庆彭水、陕西延安等地30余口井压裂获工业气流。另外，中国“十二五”规划也明确要求：“推进页岩气等非常规油气资源开发利用”，初步提出2015年达到65亿m³的产量目标。可以预计，未来几年，我国的页岩气开采将进入高速发展阶段，年产量有望突破1 000亿m³以上，页岩气将在我国能源结构中占据非常重要的地位。通过积极参与全球能源“页岩气革命”，我国页岩气资源开发落后及天然气资源对外依赖度过高的局面将有望得以改变。