頁岩氣

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頁岩氣(Shale Gas)

　　頁岩氣是指賦存於富有機質泥頁岩及其夾層中，以吸附或游離狀態為主要存在方式的非常規天然氣。頁岩氣是非常規天然氣的重要類型，近幾年，美國頁岩氣勘探開發技術突破，產量快速增長，對國際天然氣市場及世界能源格局產生重大影響，世界主要資源國都加大了對頁岩氣的勘探開發力度；2012年3月，我國發佈了《岩氣發展規劃(2011-2015年)》，標誌著我國在頁岩氣資源開發利用上邁出了重要的一步^[2]。

　　頁岩氣是從頁岩層中開采出來的天然氣, 主體位於暗色泥頁岩或高碳泥頁岩中, 頁岩氣是主體上以吸附或游離狀態存在於泥岩、高碳泥岩、頁岩及粉砂質岩類夾層中的天然氣, 它可以生成於有機成因的各種階段天然氣主體上以游離相態存在於裂縫、孔隙及其它儲集空間, 以吸附狀態存在於乾酪根、粘土顆粒及孔隙錶面, 極少量以溶解狀態儲存於乾酪根、瀝青質及石油中天然氣也存在於夾層狀的粉砂岩、粉砂質泥岩、泥質粉砂岩、甚至砂岩地層中為天然氣生成之後, 在源岩層內的就近聚集表現為典型的原地成藏模式, 與油頁岩、油砂、地瀝青等差別較大。與常規儲層氣藏不同, 頁岩既是天然氣生成的源岩, 也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。因此, 有機質含量高的黑色頁岩、高碳泥岩等常是最好的頁岩氣發育條件。

　　頁岩氣從成因上看包含了生物化學成因，熱解、裂解成因以及混合成因等幾乎所有有機質生氣作用方式，並且從未熟到高成熟各個階段均可成藏。生物成因氣主要形成於有機物的埋深較小，地層溫、壓相對較低的成岩作用初期，但其生化作用是有限的，他只能將一部分有機物轉化成甲烷氣，剩餘的有機物則在漫長的地質演化過程中，伴隨著上覆沉積物不斷加積，埋深加大，溫、壓升高，先轉化為乾酪根，進而轉化為瀝青再轉化為液態的碳氫化合物，最後當埋藏條件達到高、過成熟階段後，乾酪根的短側鏈直接熱裂解成氣或者由已生成的液態油進一步裂解成氣。而混合成因頁岩氣則是指不同成因類型的天然氣同時存在的頁岩氣藏。

　　頁岩氣的形成是一個漫長而複雜的過程，下麵從頁岩的有機碳含量、乾酪根類型和有機質成熟度三方面簡要介紹頁岩氣的形成條件。

　　1.有機碳含量

　　頁岩氣的工業聚集需要有豐富的有機質為基礎，研究表明黑色頁岩和碳質頁岩有機質豐度高，是頁岩氣藏形成的最有利岩石類型，其有機質含量在3％～15％之間或者更高。有機質作為頁岩產氣的物質基礎與泥頁岩的生烴潛力成正相關，同時有機質還具有吸附天然氣的能力，可以作為頁岩氣的賦存介質之一，因而頁岩中有機質的含量越高，吸附氣的含量也就越多。

　　有機碳含量(TOC)，是反映頁岩有機質豐度的最重要指標，對頁岩氣的生成與聚集都有著重要的控制作用。美國含氣頁岩的TOC含量通常在1．5％～25％之間，中國頁岩的TOC含量分佈範圍更廣，在0．2％～30％之間(張金川等，2009)。關於頁岩氣聚集的有機碳下限問題，業界尚無統一定論，但它必將隨著頁岩氣開采技術的進步不斷降低。

　　2.乾酪根類型

　　乾酪根(Kerogen)是指沉積岩中不溶於鹼、非氧化性酸和有機溶劑的分散有機質(Hunt，1979)。但是在未固結的沉積物中有機質主要以腐植酸的形式存在，系乾酪根的前身，乾酪根是有機碳最主要的存在方式。

　　乾酪根可分為以下三種類型：①型乾酪根：又稱腐泥型乾酪根，以類脂化合物為主，具有高氫多氧的特點；②型乾酪根：又稱混合型乾酪根，含氫量較高(低於①型)，為高飽和的多環碳骨架；③型乾酪根：又稱腐殖型乾酪根，氧含量高，但氫含量較低。不同類型的乾酪根生烴潛力及其產物各異。通常情況下，①型和②型乾酪根以生油為主，③型乾酪根以生氣為主；但在熱演化程度比較高的情況下，三種乾酪根及先成液態油等都可以熱解或裂解而大量成氣。據美國頁岩氣的研究，其乾酪根主要為①型和②型，部分為③型。而我國，南方型海相黑色頁岩為①～②型乾酪根為主；北方型陸相含煤炭質頁岩則以③型為主，均具有較好的資源潛力(鄒才能等，2010)。

　　3.有機質成熟度

　　按照Tissot模型，乾酪根的熱演化階段分為：Ro<0．5％，屬未熟～低熟的成岩作用階段；Ro在O．5％～1．3％間，為生油窗內的深成熱解階段；Ro在1．3％～2.0％時處於深成熱解作用階段的濕氣和凝析油相帶；Ro>2％時便進入千氣帶後成岩階段。當然，成熟度高低不是制約頁岩氣成藏的主要因素，通過對美國主要頁岩氣盆地的研究，頁岩氣藏可以是高成熟度的(如Lewis和Barnett頁岩氣藏)，可以是低成熟度，還可為二者混合型的。

　　總之，頁岩氣的成因是多方面的，它的最終形成需要上述條件的有機組合與合理配置。

　　1.中國頁岩氣的勘探特點

　　頁岩氣就是指那些存在於暗色泥頁岩或者是高碳泥頁岩當中，其中存在著吸附或者是游離狀態天然氣的一種燃氣資源。作為一種典型的新能源，不僅是一種潛在的常規能源替代品，同時還是一種環保的新能源。

　　基於頁岩氣埋藏的特點，對頁岩氣的開發技術要求較高。同時，頁岩氣的存儲層通常都表現出低孔，低滲透率等物理特性，且頁岩氣流的阻力要比常規的天然氣大，開采井都需要經過儲層壓裂等改造手段之後才能進行開采作業，而我國在這方面還欠缺成熟的技術 再次，頁岩氣的採收效率通常要比常規天然氣的採收率低，一般在5％～60％之間。

　　中國當前正在積極的進行頁岩氣的勘探與開發工作，目前的勘探結果表明中國具有較大的頁岩氣開發潛力。雖然頁岩氣在形成大規模效益之前還需要相當長的一段時間，但在政府相關政策的扶持、企業的實踐下，將促進頁岩氣勘探技術的穩步成熟，最終給我國的能源安全做出對應的貢獻。

　　2.中國頁岩氣的基本分佈特征

　　相關的專家對中國的頁岩氣資源進行了較為詳細的調查和預測，認為我國的四川盆地寒武系筇竹寺組、志留系龍馬溪組的頁岩層中分佈有較為豐富的頁岩氣資源。根據初步的估算，這兩個地層中的頁岩氣資源總量就可以與整個四川盆地中的其他常規油氣資源總量相媲美。而且一些地質專家還預測，我國的頁岩氣資源總量應該是常規天然氣資源總量的幾倍以上，具有不可限量的開發潛力。油氣是部分連續式富集頁岩氣礦藏，其在盆地中厚度大、分佈廣的頁岩烴源岩地層中和常規油氣資源共同形成與生長，具有密切而穩定的關係。而我國由於具有較多的陸上沉積盆地，而且海相、陸相沉積發育充分，這給油氣資源的形成提供了基礎，為頁岩氣資源的富集創造了十分有利的條件。

　　相關資料表明，除了在南方海相頁岩地層中存在頁岩氣之外，在我國的北方廣大地區，諸如松遼、吐哈、鄂爾多斯以及準噶爾等陸相沉積盆地中也具備頁岩氣的富集與形成地質條件。

　　我國與美國在頁岩氣地質條件上具有許多相似之處。我國頁岩氣富集地質條件優越，頁岩氣資源總量高達約100×10¹²m³，是我國常規天然氣儲量的2倍，具有與美國大致相同的頁岩氣資源前景和開發潛力。雖然前景誘人，但由於頁岩氣在我國發展起步較慢，技術相對落後，要把頁岩氣開采出來，還面臨著成套技術不成熟、管網及相關基礎設施尚不配套等一系列難題。

　　2011年，國土資源部初步評價，我國陸地(不含青藏地區)頁岩氣可採資源潛力約為25萬億m³，與常規天然氣資源量相當；頁岩氣資源分佈相對集中，四川、新疆、重慶、貴州、湖北、湖南、陝西7省區資源潛力占全國總量的近70％。目前，我國已優選出有利區180個，面積約為111萬km²。其中全國頁岩氣施工探井80餘口，四川長寧和富順、重慶彭水、陝西延安等地30餘口井壓裂獲工業氣流。另外，中國“十二五”規劃也明確要求：“推進頁岩氣等非常規油氣資源開發利用”，初步提出2015年達到65億m³的產量目標。可以預計，未來幾年，我國的頁岩氣開采將進入高速發展階段，年產量有望突破1 000億m³以上，頁岩氣將在我國能源結構中占據非常重要的地位。通過積极參与全球能源“頁岩氣革命”，我國頁岩氣資源開發落後及天然氣資源對外依賴度過高的局面將有望得以改變。