頁巖氣新礦種的確立依據及其意義

李玉喜張大偉張金川

1.國土資源部油氣資源戰略研究中心 2.中國地質大學（北京）能源學院

頁巖氣新礦種的確立依據及其意義

李玉喜1張大偉1張金川2

1.國土資源部油氣資源戰略研究中心 2.中國地質大學（北京）能源學院

李玉喜等.頁巖氣新礦種的確立依據及其意義.天然氣工業，2012，32（7）：93-98.

我國頁巖氣資源潛力大，所開展的研究及勘查發現已經引起了國內外的極大關注。2011年12月，國務院批準頁巖氣為新發現礦種，至此，我國的獨立礦種增加到172種。以我國第一口頁巖氣資源戰略調查井——渝頁1井及全國頁巖氣資源調查現狀為基礎，在探討我國頁巖氣資源條件及勘查開發前景的基礎上，就確立頁巖氣為新的礦種，以及其勘探開發意義和經濟價值等進行了分析。結果表明：①中國陸上頁巖氣地質資源潛力和可采資源潛力分別為134.42×1012m3、25.08×1012m3（不含青藏區）；②全國可優選出頁巖氣有利區共計180個；③中國頁巖氣分布面積廣、發育層系多；④到2015年，中國頁巖氣探明可采儲量約2 000×108m3，年產量將達65×108m3，頁巖氣勘探開發初見成效；⑤到2020年，中國頁巖氣探明可采儲量約2×1012m3，年產量將達800×108m3，頁巖氣勘查開發初具規模；⑥頁巖氣儲量、產量的增長將主要來自四川、重慶、貴州、湖北、湖南、陜西、新疆等省（區、市）的四川盆地、渝東鄂西地區、黔湘地區、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地等。確立頁巖氣的獨立礦種地位，對油氣和非油氣企業，特別是資金實力雄厚的非油氣企業從事頁巖氣勘查開發提供了相同的條件，對放開市場，引入競爭，科技攻關，促進勘查開發，提高清潔能源保障能力等都具有重要意義：有利于放開頁巖氣礦業權市場、有利于促進油氣勘查理論創新和技術進步、有利于推動油氣資源管理制定創新、有利于增加清潔能源供給量。

中國 頁巖氣 新礦種 地質資源潛力 可采資源潛力 有利區 探明可采儲量 年產量 渝頁1井

2011年，由國土資源部油氣資源戰略研究中心牽頭，聯合中國地質大學（北京）、重慶市國土資源和房屋管理局、重慶市地質礦產研究院，以國土資源部油氣資源戰略研究中心在重慶市彭水縣蓮湖鄉實施的第一口頁巖氣資源戰略調查井——渝頁1井頁巖氣發現為依據，在充分分析頁巖氣特點及其與常規天然氣、煤層氣區別的基礎上，編制了頁巖氣新礦種申報報告。經專家論證后，國土資源部向國務院正式申報頁巖氣新礦種，并得到國務院的批準，確立了頁巖氣新礦種的地位。

1 頁巖氣的發現

1.1 渝頁1井及頁巖氣的發現

2009年，依托《中國重點地區頁巖氣資源潛力及有利區優選》項目，由國家財政出資，實施了渝頁1井。該井位于四川盆地東緣七曜山背斜帶郭廠壩背斜核部，地表出露下古生界龍馬溪組下段第六小段地層，巖性為灰—黃綠色頁巖，推測龍馬溪組下段第二小層和第一小層富含有機質頁巖，埋深介于80～100 m，厚度在120 m左右。該井從100 m開始鉆遇下志留統龍馬溪組富有機質頁巖層系，完鉆井深325 m（未穿），鉆遇的富有機質頁巖厚度遠大于預測厚度。

該井獲取巖心300 m，通過巖心解析獲取了頁巖氣氣樣（圖1）。在9個氣樣中，7個氣樣的主要成分為甲烷、乙烷和一定數量的二氧化碳及氮氣，在206.75～209.18 m深度的樣品中還發現了丙烷的存在。樣品中甲烷含量一般變化于61%～88%之間，乙烷含量一般變化于5%～15%之間，丙烷含量一般變化于0～5%之間。渝頁1井取得了頁巖氣發現。

通過對渝頁1井巖心的等溫吸附模擬（圖2），研究了該層段富有機質頁巖的吸附能力；經分析測試，獲取了系統的頁巖氣資源潛力評價參數數據。該井的數據揭示了中國南方臺隆地區古生界頁巖氣的廣闊前景，為在區域范圍內進一步實施中國頁巖氣資源戰略部署和勘查開發提供了重要基礎，也為頁巖氣新礦種的確立提供了基本依據。

圖1 渝頁1井287.5 m巖心樣品累計解吸氣量圖

圖2 渝頁1井225.0～324.8 m頁巖的甲烷等溫吸附線圖

1.2 頁巖氣資源調查歷程回顧

中國已經開展了一些頁巖氣資源研究和調查評價工作。從2004年開始，國土資源部油氣資源戰略研究中心與中國地質大學（北京）合作，系統跟蹤調研國外頁巖氣研究和勘探開發進展；2005年，對中國頁巖氣地質條件進行初步分析；2006年，分析中新生代含油氣盆地頁巖氣資源前景；2007年，分析盆地內和出露區古生界富有機質頁巖分布規律和資源前景；2008年，對比中美頁巖氣地質特征，重點分析上揚子地區頁巖氣資源前景，初步優選遠景區。

2009年，啟動“中國重點地區頁巖氣資源潛力及有利區優選”項目，以川渝黔鄂地區為主，兼顧中下揚子地區和北方地區，開展頁巖氣資源調查，優選頁巖氣遠景區；在重慶市彭水縣實施了中國第一口頁巖氣資源戰略調查井——渝頁1井，獲得了頁巖氣發現，并取得了一系列評價參數。2010年，根據中國頁巖氣地質特點，分3個層次在全國有重點地展開頁巖氣資源戰略調查。在上揚子川渝黔鄂地區，針對下古生界海相頁巖，建設頁巖氣資源戰略調查先導試驗區；在下揚子蘇皖浙地區，開展頁巖氣資源調查；在華北、東北、西北部分地區，重點針對陸相、海陸過渡相頁巖，開展頁巖氣資源前景研究。通過上述工作，總結了中國富有機質頁巖類型、分布規律及頁巖氣富集特征，確定了頁巖氣調查主要領域及評價重點層系，探索了頁巖氣資源潛力評價方法和有利區優選標準。

2011年，啟動“全國頁巖氣資源潛力調查評價及有利區優選”項目，將中國陸域劃分為上揚子及滇黔桂區、中下揚子及東南區、華北及東北區、西北區、青藏區5個大區（圖3），并在除青藏區以外的4個大區優選出41個盆地和地區，將這41個盆地和地區進一步劃分為87個評價單元、57個含氣頁巖層段開展資源評價和有利區優選工作。

1.3 2010年以來頁巖氣勘查進展

在以往的常規油氣勘查鉆探中，經常在泥頁巖段發現天然氣顯示，但一直沒有得到充分的重視。2009年開始，中國石油天然氣股份有限公司（以下簡稱中國石油）將頁巖氣作為新的勘查目標實施勘探。2009年以來，中國石油、中國石油化工股份有限公司（以下簡稱中國石化）、陜西延長石油（集團）有限責任公司（以下簡稱延長石油）相繼在我國四川盆地南部和滇黔北、遼河坳陷東部、下揚子、渝東鄂西、黔東南和鄂爾多斯盆地東南部等地區開展了頁巖氣勘查工作，相繼完鉆頁巖氣探井60余口，頁巖氣勘查取得明顯進展。

2010年4月，中國石油在四川盆地南部威遠地區的威201井完鉆，井深1 900 m左右，通過壓裂分別在下寒武統牛蹄塘組和下志留統龍馬溪組獲得頁巖氣氣流，初始產量超過1×104m3／d，龍馬溪組穩定產量在2 000 m3／d。之后，中國石油在四川盆地南部長寧、滇黔北部昭通的頁巖氣探井也取得了成功。

2010年中國石化在安徽宣城、河南泌陽、湖北恩施和建南、貴州黃平實施了多口頁巖氣探井。其中建111井井深690 m，于2010年年底實施壓裂，通過排采，2011年初獲得頁巖氣氣流，初始產量約5 000 m3／d，穩定產量2 300 m3／d，取得了侏羅系頁巖氣勘查突破。

2011年，延長石油在其鄂爾多斯盆地礦權區內，對三疊系延長組的長7段張家灘頁巖和長9段李家畔頁巖實施了16口頁巖氣勘查井。其中完成壓裂的井有6口，均獲得頁巖氣流，取得了陸相頁巖氣勘查的初步成功。

圖3 全國頁巖氣資源潛力調查評價分區圖

這些探井的成功，證實了中國頁巖氣的廣泛存在，為進一步開展頁巖氣勘查開采打下了堅實的基礎。

2 頁巖氣的特點

2.1 頁巖氣的基本特點

頁巖氣是指賦存于富有機質泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態為主要存在方式的烴類氣體，是一種清潔、高效的化石能源資源。

2.1.1 理化性質

頁巖氣在自然狀態下無色、無味，密度介于0.6～0.75 g／cm3，熱值為8 500～9 500 kcal／m3（1cal＝4.187 J），常溫易燃。頁巖氣化學成分主要為甲烷（CH4），一般含量在85%以上，最高達到99.8%，另外還含有少量的乙烷（C2H6）、丙烷 （C3H8）和丁烷（C4H10）等。

2.1.2 賦存特征

當頁巖或泥巖埋深達到一定程度、有機質經受一定程度地熱演化后，即可以生物化學或熱裂解作用在原位生成烴類氣體并以多種方式（吸附、游離和溶解狀態）儲集于泥巖或頁巖層系中。與常規天然氣不同，頁巖氣沒有明顯運移，也沒有氣水界面。頁巖具有超低孔滲特性，一般無自然產能，開采難度相對較大，通常需要對儲層進行大規模增產改造。此外，頁巖氣在其他許多方面都存在著與常規天然氣之間的明顯差別。

2.1.3 主要用途

頁巖氣是一種清潔、高效的能源資源和化工原料，主要可用于居民燃氣、城市供熱、發電、汽車燃料和化工原料等。頁巖氣發電具有清潔環保低污染、熱電聯產利用率高等特點——特別是在產地附近就地發電，頁巖氣對于發展分布式能源體系具有較高的價值。頁巖氣的化工應用主要是通過裂解、蒸氣轉化、氧化、氯化、硫化、硝化、脫氫等反應生產合成乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、氨、甲醇、乙烯、二硫化碳、硝基甲烷、炭黑等。

2.2 頁巖氣聚集的特點及開發條件

頁巖氣之所以確立為新礦種，與其他類型天然氣藏相比，特點十分突出。

2.2.1 含氣頁巖層段基本固定，自生、自儲、原地聚集

頁巖氣主要分布于富有機質泥頁巖地層中，這類地層在沉積地層中的形成時代和分布層位基本固定，在以往大量的地質調查、油氣、煤炭和煤層氣，以及固體礦產勘查中已經獲取了大量的地質資料信息，對其基本地質特征均有不同程度的掌握，但因沒有將其作為頁巖氣目的層開展針對性工作，對其含氣性和儲集能力等頁巖氣相關地質、有機地球化學的研究基本上為空白。頁巖氣具有自生、自儲、自保的成藏特征。中國富有機質頁巖層系分布廣泛，類型多樣。其中的海相富有機質頁巖主要形成于下寒武統、上奧陶統—下志留統和泥盆系，頁巖沉積厚度大、分布面積廣，在揚子和塔里木等地區廣有發育；湖相富有機質泥巖主要形成于二疊紀、侏羅紀、白堊紀及古近紀，在我國含油氣盆地中廣泛存在；海陸過渡相泥頁巖層系主要形成于石炭—二疊系，在華北、滇黔桂等地區廣泛分布。

2.2.2 賦存方式以吸附和游離為主

烴類氣體在頁巖中以吸附和游離賦存方式為主。其中吸附氣含量隨著埋藏深度的增加而增加，梯度由快變慢，深度超過2 000 m，增加速率明顯降低；游離氣隨深度的增加平穩增加。在1 500～2 500 m深度范圍內，吸附氣和游離氣各占50%左右。吸附相的存在，使其明顯區別于常規氣和致密氣；游離相的存在，又使其有別于煤層氣。

2.2.3 儲層具有超低孔滲特征

頁巖儲層基質孔隙度一般小于10%；孔隙空間包括粒間孔、有機質孔隙和微裂隙等，孔隙類型多樣。其中，有機質演化形成的孔隙對儲集空間有明顯的作用和貢獻，一般超過25%。頁巖基質滲透率極低，一般可達納米級，如果天然裂縫不發育，頁巖氣無法自行流動，不能形成自然產能。

2.2.4 無明顯的氣藏邊界

頁巖氣主要受富有機質頁巖分布和埋深控制，具有區域性分布的特點，勘探成功率較高；與常規油氣的分布主要受烴源巖和圈閉控制的特點有明顯差別，在構造破壞嚴重地區往往會有意想不到的發現。頁巖氣富集主要受富有機質頁巖層系分布的影響。

2.2.5 頁巖氣的開發高度依賴于技術進步

頁巖氣開發的主體技術主要是頁巖層系水平井鉆完井技術和水平井分段壓裂技術。頁巖層系水平井技術的關鍵是準確鉆遇目地層、并保持井眼完整，便于后續固井和壓裂。水平井分段壓裂技術的關鍵是實現頁巖層系的體積壓裂，這種壓裂要求盡量在頁巖層系中形成網狀裂縫，增加泄氣面積。這與常規油氣儲層改造中要求盡量造長縫的理念完全不同，兩者在壓裂的技術細節方面差別較大。

2.2.6 頁巖氣開發生產要求在高技術應用前提下大幅降低成本

頁巖氣水平井的初始產量一般為6×104～8×104m3／d，初期產量下降快，第一年產量將下降60%～70%，降至2×104m3／d左右，之后產量下降速度明顯減緩，生產周期一般為30～50 a。頁巖氣為低品位資源，如果按照常規油氣思路進行開發，必然導致成本居高不下，難以實現經濟有效開發。對于頁巖氣的低成本開發，一般通過水平井組開發方式實現，即在一個井場實施10～20口水平井，集約用地，降低鉆井、壓裂和開采成本；也可通過頁巖氣、頁巖油等多類型資源綜合開發，或者引入競爭機制，通過競爭等多種方式綜合降低成本。

3 確立頁巖氣新礦種的意義

將頁巖氣確定為新礦種的最大意義在于，為多種投資主體平等進入頁巖氣勘查開發領域創造了機會，符合國家利益和企業利益。確立頁巖氣的獨立礦種地位，對油氣和非油氣企業，特別是資金實力雄厚的非油氣企業從事頁巖氣勘查開發提供了相同的條件，對放開市場，引入競爭，科技攻關，促進勘查開發，提高清潔能源保障能力具有重要意義。

3.1 有利于放開頁巖氣礦業權市場

確定頁巖氣為獨立的新礦種，與常規天然氣區分開來，開放頁巖氣礦業權市場，是油氣領域的一項重大創新，其意義是空前的。有利于推進頁巖氣勘查開發投資主體多元化，鼓勵國內具有資金、技術實力的多種投資主體進入頁巖氣勘查開發領域。同時，為國外企業以合資、合作等方式參與頁巖氣勘探開發，也為民營資本、中央和地方國有資本等以獨資、參股、合作、提供專業服務等方式參與頁巖氣投資開發提供了平等、相同的機會，可以極大地激發市場的活力。

3.2 有利于促進油氣勘查理論創新和技術進步

確定頁巖氣為獨立的新礦種，就要加大科技攻關力度，用無限的科技潛力，改變有限的資源狀況，通過加大科技攻關和對外合作，引進、消化、吸收先進技術，掌握頁巖氣勘查開發的核心技術，最終形成適合中國地質條件的頁巖氣地質調查與資源評價技術方法、頁巖氣勘查開發關鍵技術及配套裝備。同時，有利于開拓其他非常規油氣資源勘查開發技術的思路，并應用到其他非常規油氣的勘探開發中，近而促進油氣資源領域技術的全面進步。

3.3 有利于推動油氣資源管理制度創新

確定頁巖氣為獨立的新礦種，就要加快頁巖氣礦業權管理制度的改革創新，這不僅是頁巖氣本身的問題，而且還是關系整個油氣資源管理體制和能源供應安全的問題。以頁巖氣礦業權管理制度改革為切入點，先行先試，不斷探索，總結成功經驗，進而促進整個能源管理體制實現創新，不僅可以促進頁巖氣自身的勘查開發，盡快落實儲量，形成產能，還將對中國常規油氣改革起到重要的先導示范作用。

3.4 有利于增加清潔能源供給量

確定頁巖氣為獨立的新礦種，加大勘查開發力度，盡快實現產業化，可以促進改善能源結構，增加氣體能源供給量，緩解中國天然氣供需矛盾，降低溫室氣體排放量；也可以帶動基礎設施建設，改善頁巖氣產地基礎設施建設，促進管網、液化天然氣（LNG）、壓縮天然氣（CNG）等相關產業的發展；同時，還可以拉動鋼鐵、水泥、化工、裝備制造、工程建設等相關行業和領域的發展，增加就業和稅收，促進地方經濟乃至國民經濟的可持續發展。

4 頁巖氣資源前景及加快勘查開發的建議

4.1 中國頁巖氣資源前景

頁巖氣可在富有機質頁巖中大面積連續分布。中國富有機質頁巖分布廣泛，在海相、海陸過渡相和陸相地層中廣泛發育：在揚子、滇黔桂和新疆地區，海相頁巖發育；在四川、鄂爾多斯等含油氣盆地，陸相富有機質頁巖發育；在華北、滇黔桂以及其他含煤盆地（群）中，海陸過渡相泥頁巖發育。這些富有機質泥頁巖多具備頁巖氣成藏條件，資源潛力巨大。

全國頁巖氣資源評價及有利區優選項目評價和優選結果是以每個評價單元含氣（油）頁巖層段劃分為基礎，在系統解剖典型含氣（油）頁巖層段基礎上，進行各項參數的區域展開，形成系統的評價參數。這種評價方式所獲取的參數資料信息系統全面，評價結果的依據充分。經評價，中國陸上頁巖氣地質資源潛力和可采資源潛力分別為134.42×1012m3、25.08×1012m3（不含青藏區）；共優選出頁巖氣有利區180個。評價結果表明，中國頁巖氣資源潛力大，分布面積廣、發育層系多。初步預測，到2015年中國頁巖氣探明可采儲量約2 000×108m3，年產量將達65×108m3，頁巖氣勘探開發初見成效；展望2020年頁巖氣探明可采儲量約2×1012m3，年產量達800×108m3，頁巖氣勘查開發初具規模。頁巖氣儲量、產量的增長將主要來自四川、重慶、貴州、湖北、湖南、陜西、新疆等省（區、市）的四川盆地、渝東鄂西地區、黔湘地區、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地等。

4.2 加快勘查開發建議

4.2.1 加強頁巖氣資源潛力調查評價工作

國家加大對全國頁巖氣資源潛力調查評價的投入，將全國分成上揚子及滇黔桂區、中下揚子及東南區、華北及東北區、西北區、青藏區5個大區開展頁巖氣資源調查評價，掌握中國富有機質泥頁巖發育特點和分布特征，獲取各區主要目的層位的富有機質頁巖基本參數，評價全國頁巖氣資源潛力，優選頁巖氣遠景區和有利目標區。

4.2.2 創新頁巖氣資源管理制度

實行國土資源部一級管理，有序放開。由國土資源部編制和落實頁巖氣資源勘查開發規劃，采用礦業權招標方式出讓，實行一級登記，頒發勘查許可證或采礦許可證。允許資金雄厚和具備勘查資質條件的企業參與頁巖氣礦業權競標，有序進入頁巖氣勘查開發領域。加強監督管理，明確頁巖氣勘查開發監管職責，規范監督管理程序和內容，維護國家和頁巖氣礦業權人合法權益。

4.2.3 加大政策支持力度，實現頁巖氣跨越式發展

參照現行煤層氣優惠政策，給予頁巖氣適度政策扶持；減免礦產資源補償費和資源稅；對頁巖氣勘查開采等鼓勵類項目進口的國內不能生產的自用設備（包括隨設備進口的技術），按有關規定免征關稅；研究制訂科學合理的頁巖氣價格形成機制；在用地審批等方面給予支持。

結合中國頁巖氣資源條件和勘查開發技術，制定頁巖氣跨越式發展的勘查開發規劃，督促頁巖氣勘查開采企業加大勘查投入，盡快落實儲量，形成規模產量，推動頁巖氣產業健康快速發展。

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10.3787／j.issn.1000-0976.2012.07.023

2012-05-28 編輯 居維清）

李玉喜，1962年生，研究員；現主要從事石油地質、資源戰略等研究工作。地址：（100034）北京市西城區西四羊肉胡同17號 。電話：（010）66558861。E-mail：liiyuxi＠163.com