鉆“巖”取“金”

苗淼 高堋

天然氣，一種主要由甲烷組成的氣態化石燃料，它與石油的“黑金”相對應，被譽為“藍金”。天然氣相對清潔，且開發、利用技術較為成熟，日益成為能源消費的“頂梁柱”。然而，它具有不可再生性。隨著常規天然氣資源的不斷枯竭，以頁巖氣為代表的非常規天然氣逐漸成為全球天然氣開發的熱門。

自“書頁”中來

頁巖氣與常規天然氣在成分上并無差異，它們的區別在于產層不同。常規天然氣通常產自砂巖（主要由石英碎屑和填隙物組成）或碳酸巖（主要由碳酸鹽礦物組成），而頁巖氣則產自頁巖（黏土礦物經多種長期的固化作用后形成的沉積巖，具有明顯的書頁狀層理，多呈灰黑色或黑色）。

頁巖層雜質較多，露出地表的部分常位于地勢低洼處或被植被覆蓋，易遭受風化侵蝕，且它的孔隙和滲透條件較差，常被視為常規天然氣的蓋層（常規天然氣藏通常需要兼具生氣層、儲層和蓋層，生氣層可產生天然氣，儲層具備儲存和輸出的雙重要求，蓋層則像一層蓋在儲層之上的厚厚的棉被，可以阻止天然氣“逃脫”）。隨著研究的進步，人們發現，頁巖中含有大量直徑僅有頭發絲1‰的納米級孔隙，這些孔隙能同時讓天然氣“居住”和“出門”。在這一理念的指導下，頁巖氣被成功開發。

廣西壯族自治區柳州市暴露在地表的頁巖（供圖/高堋）

“出逃”的天然氣

按成因，可將頁巖氣分為兩種。一種為生物成因氣，通常埋藏于較淺且溫度較低的環境，由厭氧微生物對沉積的有機質分解而成，成分較為單一，以甲烷為主；另一種為熱成因氣，通常埋藏于較深且溫度較高的環境，由有機物的裂解（在高溫作用下，物質的分子發生斷裂、聚合等反應，生成新的產物）或石油的二次裂解形成，成分較為復雜，包括甲烷等多種烴（tīng，僅由碳和氫兩種元素組成的有機化合物）類物質。

頁巖氣水力壓裂生產流程示意圖（供圖/苗淼）

與常規天然氣“大哥”們喜歡在儲層中過“集體生活”不同，剛剛“出生”的頁巖氣“寶寶”十分挑剔，既要住單間，又要足夠深。它們會吸附在有機質的微納米孔隙或礦物的表面，但這些物質的吸附能力有限，因此，有部分頁巖氣擺脫了吸附“生活”，逃逸到頁巖的微裂縫中，成為“游離氣”，為其開發、利用提供了可行性。但它們依然無法像常規天然氣那樣，通過鉆井來到地表，頁巖氣的“克星”——水力壓裂技術應運而生。

水壓石穿

水力壓裂技術是一種將水、沙子和/或化學品注入井中，破壞地下基巖，釋放巖石中儲存的石油或天然氣的技術，主要包括鉆探、壓裂和生產3大階段。首先，垂直鉆探一口井，鉆到含有天然氣的巖層后改為水平方向鉆，并用鋼材或水泥覆蓋井壁。隨后，將在地面上處理好的壓裂液通過機械以極高的壓力泵（bèng）入井中，擊碎巖石，釋放藏在巖石孔隙中的石油或天然氣。這些物質會順著裂縫逸出，通過生產井到達地表。

中國頁巖氣資源豐富，但主要位于四川、重慶等地的山地、丘陵地區，這些地區地形崎嶇，人口稠密。不僅如此，這些地區位于板塊交會處，地質構造穩定性差，斷層、褶皺等后期地質活動強烈，十分容易破壞頁巖氣藏。這些客觀條件不僅增加了頁巖氣鉆井的作業難度和成本，也限制了作業規模，因此，相關科研人員正在“對癥下藥”，因地制宜地探索開采技術。

2017年，中國成為全球第三頁巖氣生產大國。目前，中國頁巖氣井水平段創下的最長記錄為，2022年重慶市涪（fú）陵頁巖氣田，4286米；日進尺（鉆探速度的衡量標準）創下的最快記錄為，2024年四川省宜賓市長寧頁巖氣田，1619米。中國正在“鉆得遠”“鉆得快”“鉆得深”上比肩國際水平。

頁巖氣，藏在地下幾千米的巖縫之中，是自納米級孔隙中“擠壓”出的“藍金”。它正不斷走進人們的生活，讓這個世界變得更清潔、更環保。

（責任編輯 / 牛一名? 美術編輯 /周游）