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页岩气,一种方兴未艾的清洁能源

2018-1-26 9:00:10 来源:中国矿业报 作者:李会军 王宗秀 张林炎

页岩气是指位于富有机质泥页岩及其夹层中的天然气。泥页岩是指以粘土矿物为主(含量大于50%)的沉积岩,有的粘土岩容易分离成薄片,称之为页岩;有的粘土岩比较均一,不容易分离成薄片,称之为泥岩。泥页岩中的粘土矿物颗粒直径一般在0.0039(1/256)毫米以下。

黑色页岩,其中的灰色长条状物质为古生物笔石

什么是富有机质泥页岩?泥页岩颜色多样,常见的颜色有红、紫、褐黄、灰绿、灰黑、黑色等,颜色不同标志着形成的环境不同,一般情况下灰黑、黑色泥页岩富含有机质,能够生成大量油气,为富有机质泥页岩(烃源岩)。

由富有机质泥页岩生成并储存在富有机质泥页岩中的天然气就是页岩气,页岩气成分以甲烷为主,另含少量乙烷、丙烷。2011年,国务院批准页岩气为新的独立矿种,为我国第172种矿产。

页岩气与常规油气剖面分布示意图

页岩气具有以下特点:一是成藏时间早。烃源岩(富有机质泥页岩)在一系列地质作用下生成大量烃类,部分排出烃源岩层,部分留在烃源岩层中原地聚集形成页岩气藏,因此页岩气藏的形成时间在所有类型的油气藏中是最早的。二是分布面积大。目前形成页岩气田的富有机质页岩皆形成于海洋环境,具有分布面积广、单层厚度大、横向变化连续性强的特点,雄厚的物质基础使形成的页岩气田规模巨大。三是储集空间微小。组成泥页岩的粘土矿物颗粒本来就小,其中的孔隙、裂缝就更小,为纳米级,导致孔隙、裂缝中的天然气不易开采出来。随着技术的进步,通过实施水平井及多井段压裂在泥页岩层中大规模制造人工裂缝,开采页岩气才具有商业价值。四是生产周期长。由于页岩气层分布范围广、厚度大,且普遍含气,从而使页岩气井能够长期稳定地生产,一般为30年~50年。

页岩气与常规油气平面分布示意图

美国早在1821年就成功钻探了第1口页岩气井,至今页岩气的发展已有近200年历史。在全球,美国的页岩气资源勘探开发最为成功。美国页岩气开采可以分为三个阶段:一是页岩气地质、技术探索阶段(1821年~1980年),页岩气年产量0立方米~10亿立方米;二是页岩气地质认识突破、技术攻关阶段(1981年~2000年),页岩气年产量10亿立方米~100亿立方米;三是页岩气开采技术突破、产量快速提高阶段(2001年~现今),美国页岩气年产量由2000年的236.61亿立方米,快速增加到2015年的4300亿立方米,页岩气占天然气总产量的比例也快速增加,2015年为56.1%。

加拿大是继美国之后,世界上第二个对页岩气进行商业开发的国家,2008年开始生产页岩气,年产量为10亿立方米,2015年产量为350亿立方米。

美国能源信息署2013年的数据显示,全球页岩气技术可采资源量为219.7万亿立方米,其中美国页岩气技术可采资源量为32.9万亿立方米,位列第一;我国页岩气技术可采资源量为31.6万亿立方米,位列第二。我国页岩气实现了跨越式发展,成为继美国、加拿大之后,第三个实现页岩气工业化生产的国家。

我国页岩气发展历程很短,位于涪陵的焦页1HF井于2012年11月28日获日产20.3万立方米高产工业气流,是国内第一口实现规模化、商业化开发的页岩气井,标志着我国页岩气进入商业化发展阶段,焦页1HF井被重庆市政府命名为“页岩气开发功勋井”。涪陵页岩气田累计探明含气面积575.92平方千米,累计探明地质储量6008.14亿立方米,为全球除北美之外最大的页岩气田。此后又相继发现了长宁、威远等页岩气田,富顺-永川、彭水、南川-丁山等页岩气区带。威远页岩气田、长宁页岩气田分别探明页岩含气面积48.23平方千米、159.64平方千米,探明的页岩气地质储量分别为273.51亿立方米、1361.80亿立方米。这些页岩气田的发现为我国页岩气产业发展奠定了良好的资源基础。

涪陵页岩气田剖面图

同时,我国页岩气产量快速增加,2012年产量为1亿立方米,2013年产量为2亿立方米,2014年产量为13亿立方米,2015年产量为44.71亿立方米,2016年产量达到78.82亿立方米,仅次于美国、加拿大,位于世界第三位。

中国工程院、国土资源部2012年对我国页岩气资源量进行了估算,可采资源量分别为10万亿立方米~13万亿立方米、25.08万亿立方米,和美国能源信息署2013年公布的数据相比存在一定的差别,这主要和现阶段我国页岩气地质情况认识程度较低、有关测试数据较少有关。

涪陵页岩气田位置图

通过对比可以看出,我国和美国页岩气技术可采资源量相差不大,而产量仅为美国的1.8%,这恰恰说明我国页岩气产量还有很大的发展潜力。但是我国页岩气发展之路注定不会一帆风顺,因为我国页岩气地质条件先天上就不如美国。美国页岩气地质条件较为简单,断层和褶皱不发育,富有机质页岩大面积连续分布,页岩层厚度也大,在49米~610米之间;而我国页岩气地质条件比较复杂,富含有机质的页岩年代更老,页岩气藏散失时间较长;构造活动期次多,断层和褶皱较发育,导致页岩气藏经历的改造比较强,页岩气藏保存条件要求较为严格,具有开发潜力的面积相对较小。□

(作者单位:中国地质科学院地质力学研究所)

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