頁巖氣的開發(fā)現(xiàn)狀及特征分析

楊卓偉

【摘 要】頁巖氣作為一種非常規(guī)油氣資源，具有分布廣泛、資源量大、生產(chǎn)壽命長、產(chǎn)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，作為新興能源有廣闊的開發(fā)利用前景.本文說明目前開發(fā)頁巖氣的技術(shù)可行性，并介紹目前國內(nèi)外的研究成果，為今后頁巖氣的勘探開發(fā)提供參考指示。

【關(guān)鍵詞】頁巖氣；特點(diǎn)；勘探開發(fā)

目前，隨著勘探和開發(fā)等方面的技術(shù)進(jìn)步，人們?cè)絹碓蕉嗟恼J(rèn)識(shí)到非常規(guī)氣的勘探價(jià)值，全世界已進(jìn)入常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣并重發(fā)展的時(shí)代。而頁巖氣作為一種非常規(guī)油氣資源，具有分布廣泛、資源量大、生產(chǎn)壽命長、產(chǎn)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，使得頁巖氣在世界油氣可采資源量中所占的比例越來越大，日益引起各方專家學(xué)者的重視和研究。從全球不可再生能源的現(xiàn)狀分析表明，頁巖氣將成為最具價(jià)值的非常規(guī)天然氣資源之一。頁巖氣具有如下特點(diǎn)：

（1）自生自儲(chǔ)。頁巖氣是指發(fā)育于暗色泥頁巖或炭質(zhì)泥頁巖中，以吸附狀態(tài)或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。頁巖氣具自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)。與氣藏不同，頁巖即可作為產(chǎn)出天然氣的源巖，也可作為儲(chǔ)層或蓋層來儲(chǔ)存或保存天然氣。因此，高TOC的頁巖、泥巖等常作為頁巖氣源巖及儲(chǔ)層。

（2）潛力巨大。2006年美國頁巖氣產(chǎn)量達(dá)205億立方米，頁巖氣已成為到致密砂巖氣和煤層氣之后的重要非常規(guī)油氣。21世紀(jì)初期，在我們國家很多地方，也發(fā)現(xiàn)很多與美國含氣頁巖特征相似的烴源巖條件，具有分布厚度大，有機(jī)質(zhì)含量豐富且演化程度高、生烴強(qiáng)度高等特點(diǎn)，對(duì)頁巖氣成藏及頁巖氣的勘探開發(fā)具有良好的基礎(chǔ)條件，開拓我國頁巖氣勘探的新領(lǐng)域。

（3）資源豐富。經(jīng)估算，我國頁巖氣可采資源量約為442×1012m3。頁巖氣在我國多個(gè)油氣盆地均有發(fā)現(xiàn)，在我國廣泛分布的海相、海陸交互相頁巖及陸相地層均有分布。我國的頁巖在各個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期都有廣泛發(fā)育，既有古生界的海相頁巖，也有中、新生界的陸相頁巖，在油氣、煤炭勘探中，在油氣盆地及盆地外的沉積地層中發(fā)現(xiàn)多處頁巖氣顯示。因此我國頁巖氣資源勘探開發(fā)前景很好，具有加快勘探開發(fā)的巨大資源基礎(chǔ)。

1 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

最早研究頁巖氣的國家是美國，目前，美國已發(fā)現(xiàn)豐富的頁巖氣資源，擁有全世界最領(lǐng)先的勘探開發(fā)技術(shù)，而且取得了豐富的成果，并已全速進(jìn)入到頁巖氣商業(yè)開發(fā)的快速發(fā)展階段。繼美國之后開發(fā)頁巖氣資源的另一個(gè)重要國家是加拿大。加拿大頁巖氣資源分布廣、層位多，主要的頁巖氣分布集中在西部沉積盆地。其西部地區(qū)大約有24.4×1012m3的頁巖氣儲(chǔ)量。目前，頁巖氣已成為加拿大重要的替代能源，已開始了對(duì)頁巖氣的商業(yè)性開發(fā)，但現(xiàn)還處于開發(fā)的初級(jí)階段。中國成為繼美國和加拿大之后的，正式開始頁巖氣勘探開發(fā)的國家。我國頁巖氣資源豐富，中國埋藏2000米以內(nèi)的煤層氣資源總量為36.81萬億立方米，與陸上常規(guī)天然氣相當(dāng)，僅次于俄羅斯、加拿大，位列世界第三位。但是目前我國的頁巖氣才剛剛起步，相關(guān)研究還相對(duì)較少、開發(fā)技術(shù)也尚未成熟，與美國相比，頁巖氣仍屬起步階段。

1.1 美國頁巖氣現(xiàn)狀

頁巖氣的研究始于美國。1821年，美國的第一口頁巖氣井鉆遇泥盆系Dunkirk頁巖[1-2]，發(fā)現(xiàn)少量頁巖氣卻沒有受到重視，但從此拉開了美國天然氣工業(yè)發(fā)展的序幕。直到20世紀(jì)20年代末期，頁巖氣的勘探工作已小有成就。從80年代開始，美國全面開始對(duì)頁巖氣地質(zhì)、地化、工程等方面的系統(tǒng)研究，使得頁巖氣的研究和開發(fā)得到迅速擴(kuò)展。自20世紀(jì)90年代初以來，隨著大量頁巖氣產(chǎn)量的增加及科研成果的指導(dǎo)，頁巖氣工業(yè)進(jìn)入了快速的上升期。2003年，頁巖氣產(chǎn)量174億萬方，天然氣產(chǎn)量5437億萬方，所占比例為3.2%。近年來，美國頁巖氣產(chǎn)量仍處于穩(wěn)步上升階段，而頁巖氣在整個(gè)國家天然氣產(chǎn)量中所占的比重也越來越高，對(duì)美國經(jīng)濟(jì)建設(shè)及國家強(qiáng)大發(fā)揮著不同替代的重要作用。

目前，美國在阿巴拉契亞盆地（Appalachian Basin）的Ohio頁巖、密歇根盆地（Michigan Basin）的Antrim頁巖、福特沃斯盆地（Fort Worth Basin）的Barnett頁巖、伊利諾斯盆地（Illinois Basin）的New Albany頁巖和圣胡安盆地（San Juan Basin）的Lewis頁巖等頁巖中，已發(fā)現(xiàn)豐富的頁巖氣資源，已進(jìn)入頁巖氣勘探開發(fā)的快速發(fā)展階段了。2007年美國的頁巖氣生產(chǎn)井有42000口，頁巖氣年產(chǎn)量450×108m3，占美國年天然氣產(chǎn)量的9%；2009年產(chǎn)量將近876×108m3，超過我國常規(guī)天然氣的年產(chǎn)量，頁巖氣快速勘探開發(fā)使美國天然氣儲(chǔ)量增加了40%；到2014年，美國頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到了1000×108m3，占美國年天然氣總產(chǎn)量的23%。

1.2 加拿大頁巖氣的現(xiàn)狀

除美國以外，加拿大是另一個(gè)對(duì)頁巖氣進(jìn)行經(jīng)濟(jì)開采開發(fā)的國家。頁巖氣早已成為加拿大重要的替代能源。加拿大頁巖氣資源分布廣、層位多，主要的頁巖氣項(xiàng)目集中在西部沉積盆地。根據(jù)預(yù)測(cè)，加拿大頁巖氣資源量超過28.3×1012m3，而西部地區(qū)大約有24.4×1012m3的頁巖氣儲(chǔ)量，其不列顛哥倫比亞地區(qū)的泥盆系、三疊系、侏羅系和白堊系的頁巖氣資源量約7.6×1012m3。西部的沉積盆地大部分由優(yōu)質(zhì)的頁巖組成，據(jù)阿爾伯特地質(zhì)調(diào)查局研究表明，該地區(qū)存在多個(gè)有利的頁巖氣儲(chǔ)層。2008年，加拿大天然氣產(chǎn)量已占據(jù)北美天然氣市場(chǎng)將近50%的份額，其中頁巖氣的商業(yè)開采起到了重要的作用。在加拿大西部地區(qū)沉積盆地中三疊系 Montney 頁巖、泥盆系 Muskwa頁巖和Colorad頁巖段頁巖氣潛力巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)其頁巖氣儲(chǔ)量達(dá)到15.8×1012m3～24.6×1012m3，其中Montney 頁巖和Muskwa頁巖為加拿大頁巖氣的主要產(chǎn)層。

加拿大非常規(guī)天然氣協(xié)會(huì)認(rèn)為西部Colorad頁巖段、古生界及侏羅系頁巖以及東南部的泥盆系頁巖均具有開發(fā)的潛力。截至2006年，油氣委員會(huì)已核準(zhǔn)的泥盆系和白堊系頁巖氣試驗(yàn)區(qū)塊共計(jì)25個(gè)。

據(jù)美國油氣雜志報(bào)道，在北美洲的不列顛哥倫比亞北部發(fā)現(xiàn)了一套泥盆紀(jì)的頁巖氣藏。在卡爾加里的東北部Horn River盆地分布的Muskwa頁巖，其厚度為520m，孔隙度為3.5%，滲透率20×10-3μm2，生氣強(qiáng)度為1.9×1010m3/km2。估計(jì)含氣總量約有2.9×1013m3，為Barnett頁巖的2倍。雖然在埋深上，Muskwa頁巖和Barnett頁巖有相當(dāng)?shù)乃剑谠磶r厚度以及滲透性上，Muskwa比后者更厚更好。

加拿大頁巖氣開發(fā)技術(shù)上仍處于初級(jí)階段，只有有限的資源被開發(fā)利用，大規(guī)模的商業(yè)性開采由于條件限制還未進(jìn)行。2006年頁巖氣開發(fā)在加拿大發(fā)生了巨大變化。目前，有關(guān)方面投入大量資金，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)來勘探不列顛哥倫比亞、薩斯喀徹溫省、安大略等地區(qū)頁巖氣資源，其中Montney深盆地gn HornRiver盆地成為最有價(jià)值盆地。

1.3 中國是繼美國和加拿大之后，正式開始頁巖氣資源勘探開發(fā)的國家。在我國，頁巖氣資源十分豐富，各地質(zhì)時(shí)期頁巖分布較廣泛，勘探開發(fā)潛力較大[3]。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)總資源量可達(dá)100×1012m3，相當(dāng)于常規(guī)天然氣量的兩倍，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大，與美國的頁巖氣資源量大體相當(dāng)。

根據(jù)總結(jié)美國頁巖氣成藏機(jī)理?xiàng)l件以及國內(nèi)外地質(zhì)條件的相似性對(duì)比，結(jié)果表明，我國具有與美國一樣可觀的頁巖氣資源前景與開發(fā)潛力。其中，四川盆地具有與美國東部典型盆地相似的構(gòu)造演化和地質(zhì)條件，均為古生代沉積的海相盆地，頁巖氣勘探前景良好。

到目前為止，雖然很多學(xué)者對(duì)中國頁巖氣的勘探開發(fā)技術(shù)進(jìn)行研究[4-5]，但對(duì)中國的頁巖氣資源進(jìn)行整體系統(tǒng)的調(diào)查評(píng)價(jià)還沒有專業(yè)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一實(shí)行。張金川等通過各種方法估算，認(rèn)為中國的頁巖氣總量約為30×1012m3。而國外專家估算，中國的頁巖氣地質(zhì)資源量將達(dá)到100×1012m3。

中國的頁巖地層在各地質(zhì)歷史時(shí)期十分發(fā)育，既有有機(jī)質(zhì)豐度很好的南方海相頁巖地層，也有含碳量高的北方湖相頁巖地層。因此，中國的頁巖地層具有形成頁巖氣藏的良好的生烴條件。在南方地區(qū)，主要有海相地層有上震旦統(tǒng)、下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)、中泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、下三疊統(tǒng)共8套以黑色頁巖為主體的烴源巖層。這些地層具有分布廣、埋深淺、厚度大、含碳量高以及成熟度高的特點(diǎn)，擁有了優(yōu)越的頁巖氣成藏基本地質(zhì)條件，將成為頁巖氣開發(fā)勘探的熱點(diǎn)區(qū)域。在北方地區(qū)，中、新生代發(fā)育眾多陸相湖盆，為泥頁巖地層的發(fā)育創(chuàng)造了條件。

自2009年起，中國也陸續(xù)的在相關(guān)的富有機(jī)質(zhì)頁巖分布區(qū)開展工作，且取得了一定的成果。如2009年12月18日，中石油西南油氣田在威遠(yuǎn)地區(qū)鉆遇寒武系牛蹄塘組和志留系龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖的威201井獲工業(yè)氣流；2010年10月1日中石化江漢油田在湘鄂西地區(qū)鉆探的河頁1井，在龍馬溪組取芯段井碳質(zhì)泥頁巖出筒巖心表面可見零星、針孔狀氣泡分布；2012年5月中石化江漢油田在彭頁1井對(duì)五峰組-龍馬溪組厚度達(dá)103m的優(yōu)質(zhì)頁巖取芯并現(xiàn)場(chǎng)解析含氣量最高可達(dá)2.3m3/t，通過測(cè)井解釋表明含氣量2.1～5.4m3/t；2012年12月焦頁1井對(duì)五峰組-龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁巖進(jìn)行試氣，獲得6萬方氣流；2013年9月25日，涪陵頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)示范區(qū)開發(fā)評(píng)價(jià)井（焦頁6-2HF井）在龍馬溪組泥頁巖段獲得37.6萬方高產(chǎn)氣流。

2 結(jié)語

作為一種巨有很大潛力的非常規(guī)能源，頁巖氣資源的開發(fā)需要大量、資金、技術(shù)、人員的全力支撐，而我國頁巖氣的勘探剛起步，經(jīng)驗(yàn)匱乏，技術(shù)不成熟，頁巖氣資源的規(guī)模開發(fā)仍需要走很長的路。

針對(duì)我國含氣頁巖地質(zhì)條件的特殊性，目前，有待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有：我國頁巖氣資源及其富集特點(diǎn)的客觀評(píng)價(jià)，頁巖氣勘探開發(fā)選區(qū)及評(píng)價(jià)技術(shù)，頁巖氣低成本開發(fā)技術(shù)等。

我國國內(nèi)地質(zhì)、石油高校和企業(yè)研究機(jī)構(gòu)的學(xué)者已做過相關(guān)研究。結(jié)合以往發(fā)表的文章、專著和研究報(bào)告，主要取得了以下成果和地質(zhì)認(rèn)識(shí)：

1）明確了巖石礦物組分及有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)等頁巖氣儲(chǔ)層內(nèi)部屬性的重要性；

2）認(rèn)識(shí)到頁巖氣儲(chǔ)層為低孔超低滲致密儲(chǔ)層；

3）揭示了頁巖氣儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的特殊性；

4）總結(jié)了頁巖氣儲(chǔ)層含氣性的影響因素。

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[責(zé)任編輯：湯靜]