页岩气开发现状与前景

付 琛 张建营 周世明

（山东科技大学地球科学与工程学院，山东 青岛266000）

1 页岩气赋存条件分析

页岩在地层组成上,多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。在页岩中,天然气的赋存状态多种多样。除极少量的溶解状态天然气以外,大部分均以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面,或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中。吸附状天然气的赋存与有机质含量密切有关,它与游离状天然气含量之间呈彼此消长关系,其中吸附状态天然气的含量变化于20%~85%之间。因此从赋存状态观察,页岩气介于煤层吸附气(吸附气含量在85%以上)和常规圈闭气(吸附气含量通常忽略为零)之间。页岩气成藏体现出了非常复杂的多机理递变特点,除天然气在孔隙水、干酪根有机质以及液态烃类中的溶解作用机理以外,天然气从生烃初期时的吸附聚集到大量生烃时期的活塞式运聚,再到生烃高峰时期的置换式运聚,体现出了页岩气自身所构成的完整性天然气成藏机理序列。

2 页岩气的生成

第一阶段是天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离,具有与煤层气成藏大致相同的机理过程。在天然气的最初生成阶段,主要由生物作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要,当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时,富裕的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散,条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。此时所形成的页岩气藏分布限于页岩内部且以吸附状态为主要赋存方式,总体含气量有限。在热裂解气大量生成过程中,由于天然气的生成作用主要来自于热化学能的转化,它将较高密度的有机母质转换成较低密度的天然气。在相对密闭的系统中,物质密度的变小导致了体积的膨胀和压力的提高,天然气的大量生成作用使原有的地层压力得到不断提高,从而产生原始的高异常地层压力,即/高压锅原理。由于压力的升高作用,页岩内部沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生裂缝,天然气聚集其中则易于形成以游离相为主的工业性页岩气藏,此时页岩气藏的形成在主体上表现为由生气膨胀力所促动的成藏过程,天然气原地或就近分布,构成了挤压造隙式的运聚成藏特征。

在通常情况下,与页岩间互出现的储层主要为粉-细砂岩类,具有低孔低渗特点,它限定了天然气的运移方式为活塞式排水特点,这种气水排驱方式从页岩开始,从而在页岩边缘以活塞式推进方式产生根缘气聚集。此时的天然气聚集已经超越了页岩本身,表现为无边、底水和浮力作用发生的地层含气特点。因此从整套页岩层系考察,不论是页岩地层本身还是薄互层分布的砂岩储层,均表现为普遍的饱含气性。若地层中的砂岩含量逐渐增多并逐步转变为以致密砂岩为主,则页岩气藏逐渐改变为根缘气藏。如果生气量继续增加,则天然气分布范围进一步扩大,直到遇常规储层或输导通道后,天然气受浮力作用而进行置换式运移,从而导致常规圈闭气藏的大范围出现。

3 国外页岩气开发情况

1821年,美国钻探了第一口商业性页岩气井,井深8.23米二战后,天然气成为重要能源,极大地推动了美国包括页岩气在内的天然气开采到20世纪70年代后期,美国页岩气开发已步入规模化产业发展阶段,年产页岩气20亿立方米左右。近10年,随着经济发展和技术进步美国页岩气开发进入了快速发展阶段,页岩气产量不断增长,提高了美国国内天然气供给能力,缓解了进口压力,增强了美国的能源安全。据统计,2000年全美页岩气产量近200亿立方米,页岩气井2.8万口,开发企业10余家;到2008年,页岩气产量增至507亿立方米,占全美天然气总产量的9%左右,年均增长12.5%,页岩气井超过4万口,开发企业达到64家据预测,美国页岩气产量将继续保持较快增长,2010年产量将达到830亿立方米,超过煤层气产量;2015年达到2800亿立方米,约占当时全美天然气产量的40%。目前,美国页岩气开发主要集中在五大页岩气区,其中,位于美国得克萨斯州的沃思堡盆地的巴纳特(Barnett)页岩气区,截至2008年底完钻页岩气生产井271口,获得页岩气可采储量2.7万亿立方米,同年生产页岩气366亿立方米,其核心产区NewarkEast气田页岩气产量超过110亿立方米,成为美国境内12个大气田之一。

4 我国页岩气的现状与展望

1966年在四川盆地威远构造钻探的威5井，在2795~2798m井深寒武系笨竹寺组页岩中获口产气2.46 X 104m3，成为中国早期发现的典型的页岩产气井。2000年以来，中国政府及相关企业就已高度重视页岩气的勘探开发，密切注视北美页岩气的发展动态。近年来，更是将页岩气的勘探开发提到重要口程。2006年中国石油与美国新田石油公司进行了首次页岩气国际研讨，2007年进一步开展了威远地区页岩气潜力与开发可行性联合研究;2008年国土资源部在全国油气资源战略选区调查与评价专项中确立了中国重点地区页岩气资源潜力和有利区带优选项目。2009年中国石油与美国、挪威等国专家组织召开了页岩气国际研讨会，与壳牌(Shell)公司在四川盆地富顺一永川区块启动了中国第一个页岩气国际合作勘探开发项目，在四川盆地威远一长宁、云南昭通等地区率先开展了中国页岩气工业生产先导试验区建设。国土资源部与中国地质大学在四川盆地东部钻探了地质调查井一一渝页1井，探索了页岩地层广泛出露区和高陡构造复杂区的页岩气勘探前景。中国石油勘探开发研究院、中国石油西南油气田公司综合运用伽马能谱仪、元素捕获仪、探地雷达、陆地激光三维全信息扫描仪等新技术，开展了中国南方古生界页岩露头地质调查与实测，在四川盆地长宁地区建立了中国第一个海相页岩地层数字化标准剖面一一长宁双河上奥陶统五峰组一下志留统龙马溪组页岩地层剖面。国土资源部、石油企业和相关科研院校开展了中国扬子地区页岩气资源调查与选区评价示范区建设，使中国页岩气占天然气消费量的50%到100%。总之，借鉴北美页岩气勘探开发经验、广泛的国际交流与合作，目前中国已在南方多个地区开展针对古生界海相页岩地层的页岩气工业化勘探开发试验区建设，正在进行扬子、鄂尔多斯、塔里木、渤海湾、松辽等盆地或地区的页岩气基础研究和前期评价。但中国的页岩气勘探开发和相关研究起步较晚，目前总体仍处于起步阶段。

近几十年来，页岩气的开发走过了漫长曲折的道路。页岩气的研究和勘探开发最早始于美国，1821年美国东部第一口页岩气井开钻，20世纪20年代开始步入规模化生产，20世纪70年代页岩气勘探开发区扩展到美国中西部地区。到现在已经近40年了。我们可以预见到21世纪中期，在政策、价格和开发技术进步等因素的推动下，页岩气或将成为石油天然气产业最重要的勘探开发目标和领域。

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