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走进“页岩气”
时间:2016/3/8 22:34:18 点击数:次 总张数:1张 作者:王仁山 加入收藏 投它一票
页岩气层
页岩气层

页岩气,是从页岩层中开采出来的天然气,是一种重要的非常规天然气资源。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点,往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比,页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点,大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气,这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。

页岩气-基本信息

词目:页岩气

英文:shale gas

释文:特指赋存于页岩中的非常规气。页岩亦属致密岩石,故也可归入致密气层气。取得工业开发成功的仅为北美洲(以美国为主)。它起始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩,为暗褐色和黑色,富有机质,可大量生气。储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存,为低(负)压、低饱和度(30%左右),因而为低产。但在裂缝发育带可获较高产量,井下爆炸和压裂等改造措施效果也好。20世纪90年代中期已扩大到密歇根和伊利诺伊盆地,产层扩大到下石炭统页岩,产量达84亿立方米。其资源量可达数万亿立方米。

页岩气-简介

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(大约50%)存在于裂缝、孔隙及其它储集空间,以吸附状态(大约50%)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。

页岩气发育具有广泛的地质意义,存在于几乎所有的盆地中,只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。中国传统意义上的泥页岩裂隙气、泥页岩油气藏、泥岩裂缝油气藏、裂缝性油气藏等大致与此相当,但其中没有考虑吸附作用机理也不考虑其中天然气的原生属性,并在主体上理解为聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气。因此属于不完整意义上的页岩气。因此,中国的泥页岩裂缝性油气藏概念与美国现今的页岩气内涵并不完全相同,分别在烃类的物质内容、储存相态、来源特点及成分组成等方面存在较大差异。

中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿-30万亿立方米,与美国28.3万亿立方米大致相当,经济价值巨大。另一方面,生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气田开采寿命一般可达30~50年,甚至更长。美国联邦地质调查局最新数据显示,美国沃思堡盆地Barnett页岩气田开采寿命可达80~100年。开采寿命长,就意味着可开发利用的价值大,这也决定了它的发展潜力。

页岩气-分布

页岩气分布北美克拉通盆地、前陆盆地侏罗系、泥盆系-密西西比系富集多种成因、多种成熟度页岩气资源。

中国许多盆地发育有多套煤系及暗色泥、页岩地层,互层分布大套的致密砂岩存在根缘气、页岩气发育有利条件,不同规模的天然气发现,但目前尚未在大面积区域内实现天然气勘探的进一突破。资料显示,中国南方海相页岩地层可能是页岩气的主要富集地区。除此之外,松辽、鄂尔多斯、吐哈、准噶尔等陆相沉积盆地的页岩地层也有页岩气富集的基础和条件。重庆綦江、万盛、南川、武隆、彭水、酉阳、秀山和巫溪等区县是页岩气资源最有利的成矿区带,因此被确定为首批实地勘查工作目标区。

页岩气-特点

开采特点

页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点——大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气,使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低,开采难度较大。随着世界能源消费的不断攀升,包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。

气藏特点

页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征,气流的阻力比常规天然气大,所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来,而我国至今还没有形成成熟的技术。

另一方面,页岩气采收率比常规天然气低,常规天然气采收率在60%以上,而页岩气仅为5%~60%。低产影响着人们对它的热衷,现在美国已经有一些先进技术可以提高页岩气井的产量。中国页岩气藏的储层与美国相比有所差异,如四川盆地的页岩气层埋深要比美国的大,美国的页岩气层深度在800~2600米,而四川盆地的页岩气层埋深在2000~3500米。页岩气层深度的增加无疑在我们本不成熟的技术上又增添了难度。

页岩气-成藏机理

对页岩气成藏机理进行了全面分析,获得了四个方面的认识。①页岩气成藏机理兼具煤层吸附气和常规圈闭气藏特征,体现出了复杂的多机理递变特点。②在页岩气的成藏过程中,天然气的赋存方式和成藏类型逐渐改变,含气丰度和富集程度逐渐增加。③完整的页岩气成藏与演化可分为3个主要的作用过程,自身构成了从吸附聚集、膨胀造隙富集到活塞武推进或置换武运移的机理序列。④相应的成藏条件和成藏机理变化对页岩气的成藏与分布产生了控制和影响作用,岩性特征变化和裂缝发育状况对页岩气藏中天然气的赋存特征和分布规律具有控制作用。研究了我国的情况,认为我国的许多盆地存在工业性页岩气藏发育的基本地质条件,其中,吐哈盆地吐鲁番坳陷的水西沟群是页岩气发育的重要区域之一。

页岩气-开采历史

美国进行页岩气[2]开采大约有80多年历史。在加拿大,作为商业开采还处于起步阶段。因为能补偿常规天然气开采量下降的问题,这些很难开采的气体在加拿大天然气开采中的作用越来越重要。数据显示,加拿大西部地区大约有550万至860万亿立方英尺页岩气储量。

美国和加拿大已经开始了对页岩气的勘探开发,特别是美国,目前已对密西根、印第安纳等5个盆地的页岩气进行商业性开采,2005年页岩气产量达到198亿立方米,成为一种重要的天然气资源。

页岩气-国外发展

全球对页岩气的开发并不普遍,仅美国和加拿大在这方面做了大量工作。其中,美国已进入页岩气开发的快速发展阶段,加拿大商业开采还处于起步阶段。美国页岩气开发有80多年的历史,参与的石油企业从2005年的23家发展到2007年的64家。2000年美国页岩气年产量为122亿立方米,而2007年,仅Newark East页岩气田的年产量就达217亿立方米,美国页岩气总产量接近500亿立方米,占美国天然气总量的8%以上。

专家表示,美国页岩气发展速度之快,离不开国家政策上的支持和先进的开发技术,而这也是我国目前所不具备的。

20世纪70年代末期,美国政府在《能源意外获利法》中规定非常规能源开发税收补贴政策,而得克萨斯州自20世纪90年代初以来,对页岩气的开发不收生产税。另外,美国还专门设立了非常规油气资源研究基金。可以说,美国政府对页岩气开发的重视为页岩气发展提供了强劲的动力。对页岩气这个新生事物而言,有利的政策支持无疑会大大降低开发成本,刺激页岩气的发展。

页岩气-开采技术

页岩气开采技术,主要有水平井+多段压裂技术、清水压裂技术和近期出现的最新压裂技术-同步压裂技术,这些先进的技术不断提高着页岩气井的产量。正是这些先进技术的成功应用,促进了美国页岩气开发的快速发展。如果能引进这些先进技术,将为中国页岩气开发助一臂之力。

中国四川盆地属于海相页岩储层,而美国新田石油公司正好在海相页岩储层开发方面具有先进的经验和技术,所以双方的合作将有力地推动四川盆地的页岩气开发。相反,我国吉林东部盆地则属于陆相页岩储层,海相页岩储层的开采技术可能就不适用。

页岩气-开发方式

虽然有吸附与游离相天然气的同时存在,但页岩气的开发并不需要排水降压。由于页岩中游离相天然气的采出,能够自然达到压力降低的目的,从而导吸附相及少量溶解相天然气的游离化,达到进一步提高天然气产能并实现长期稳产之目的。由于孔隙度和渗透率较低天然气的生产率和采收率也较低,因此岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施,压裂技术和开采工艺均直接影响着页岩气井的经济效益。

最近常有专家提到根缘气,J.A.Masters (1979)提出了深盆气(Deep bagas)思想,建立了气水倒置的模式,描述了天然气勘探开发的广阔前景。由于识别难度大,P. R. Rose等(1986)提出了盆地中心气(Basin-centergas),B.E.Law等人研究思路将该类气藏的识别方法从“区域气水倒置”改进为“没有边水”,从而简化了繁琐的识别过程并在很大程度上提前了对该类气藏的识别时间。由于对“无边底水的确定仍然较多的钻井地质资料故仍然不是最佳的解决方案。经过实验研究,将根缘气确定为致密砂岩中与气源岩直接相连的天然气聚集,并强调其中的砂岩底部含气特点。由于紧邻气源岩(根)天然气与地层水在运移动力上形成直接传递的连续介质,故被视之为根缘气。该类气藏主体形成于砂岩普遍致密化后,大致对应于煤系及暗色泥岩的热解及石油的裂解生气阶段,故一般的埋藏深度相对较大。根缘气研究方法基于天然气成藏动力学原理,将气藏识别技术推进到单井剖面即是否出现并发育砂岩底部含气特征(与常规圈闭中的砂岩顶部含气模式和特点完全不同),在野猫井(而不是预探井甚至开发井)上即可对气藏类型进行最早期的快速识别。只砂岩底部含气就能够说明天然气在成藏动力上的连续性,并进一步阐述天然气成藏的机理特点,从而确定天然气的聚集机理类型,即深盆气、盆地中心气、缘气甚至向斜含气或满盆气等的存在,确定天然气的成藏、富集及分布特点将气藏类型识别的时间向前延伸至勘探限为后续勘探思路最大限度的时间。

页岩气-中国开发

国土资源部2009年10月份在重庆市綦江县启动了中国首个页岩气资源勘查项目。[1]这标志着继美国和加拿大之后,中国正式开始这一新型能源页岩气资源的勘探开发。 将对中国新型能源建设起到积极的示范作用,在中国油气领域具有里程碑意义。

开发背景

世界各国对于煤、石油、天然气资源的需求不断攀升,能源压力日益增大。作为常规能源的重要补充,页岩气、煤层气、油砂等非常规能源逐渐进入人们的视野。页岩气在美国、加拿大等地已是重要的替代能源,正广泛应用于燃气化工、汽车燃料等方面。

勘测调查

经过7年的勘测调查和反复研究,专家跑遍滇、黔、桂、湘、鄂、川、渝、陕等8省区,最终将优势区域锁定在重庆东南部,并确定了一条以綦江为起点,经万盛、南川、武隆、彭水、黔江、酉阳、秀山的开发路线。也就是说,中国页岩气开发将会从綦江起步,走向全国。綦江有着独特的地理位置和资源优势,它处于云贵高原到四川盆地过渡区域,沉积地层齐全,页岩气埋藏浅,深度大概在200米到700百米之间,有利于开发。 中国的页岩气勘探开发将会迅速发展。

资源丰富

有关专家预测在四川盆地寒武系筇竹寺组、志留系龙马溪组页岩地层中存在丰富的页岩气资源。据初步估算,单这两个组的页岩气资源就可以和整个四川盆地的常规天然气资源总量相媲美。

2006年年初,中国石油勘探开发研究院油气资源规划所组织专家在四川盆地西南地区进行了页岩气资源调查研究。经过一年的艰难跋涉和潜心分析,专家们虽然没有对页岩气资源进行全面准确的估算,但是也给我们带来了振奋人心的消息。

开发瓶颈

中国页岩气开发还处于探索阶段,仅松辽、伊通盆地有几口井开始试气,初产在1000立方米左右,四川盆地和鄂尔多斯盆地也已经着手准备成立先导试验区。

作为一个新兴的非常规能源,页岩气资源的开发需要大量技术、资金和人员投入。而中国页岩气资源的开发刚刚起步,经验匮乏,技术不成熟,这些因素制约着中国页岩气的发展,页岩气资源的规模开发还有很长的路要走。页岩气开发对技术的要求很高,相对常规天然气来说,开采起来比较难,这主要是由页岩气藏的特点决定的。

合作之道

与国外石油公司合作,用最短的时间学习他们的先进技术,降低资金投入,将加快中国页岩气资源开采的步伐。资源勘探程度低、技术不成熟,是当前中国页岩气发展面临的主要问题。要想突破开发瓶颈,尚需要大量的勘探工作量和资金投入。吸引有资质的国外石油公司把人才、技术、资金、管理等生产要素投入到国内页岩气开发中来,对促进国内页岩气产业发展将有着积极的现实意义,将有助于改善我国能源消费结构。

中国在对外合作方面已经迈出了可喜的步伐。在经过了长达10个月之久的谈判后,2007年10月,中国石油天然气集团公司与美国新田石油公司签署了《威远地区页岩气联合研究》协议,研究内容是四川威远地区页岩气资源勘探开发前景综合评价,这是我国页岩气开发对外合作签署的第一个协议。

页岩气-价值

随着技术的进步,页岩气井压裂措施的费用也逐步降低。水平井是页岩气藏成功开发的另一关键因素。根据美国经验,水平井的日均产气量及最终产气量是垂直井的3-5倍,产气速率则提高10倍,而水平井的成本则不足垂直井的2-4倍。因此,水平井的推广应用加速了页岩气的开发进程。由于页岩气发育规模较大单口井的控制可采储量高(可达6千万方),采取措施后的单并日产量可达3万方加之页岩气井的产量,递减率低,容易实现30-50年的稳产时间,因此能实现相对的高产的经济价值。


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