美國頁巖氣資源潛力及開發現狀

杜婧華

山西省國新能源發展集團有限公司， 山西 太原 030006

美國頁巖氣資源潛力及開發現狀

杜婧華

山西省國新能源發展集團有限公司， 山西 太原 030006

頁巖氣是一種重要的非常規資源。近年來，美國頁巖氣發展勢頭強勁，正在改變美國天然氣供應格局，甚至會影響美國未來的整體能源局勢。加拿大、中國、澳大利亞等也開始關注頁巖氣。頁巖氣儼然成為全球油氣行業的新寵。本文對全球頁巖氣資源與開發概況、美國頁巖氣開發的推動因素與障礙等進行了重點剖析。

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1 全球頁巖氣資源與開發概況

1.1 全球頁巖氣資源豐富

現今不斷攀升的能源需求和巨大的資源壓力，天然氣價格的增長、開發技術不斷提高以及人們對天然氣的依賴，使得頁巖氣成為天然氣工業化勘探的重要領域和目標。據統計，世界頁巖氣的資源量為636.283×1012m3，相當于煤層氣和致密砂巖氣的總和。主要分布在北美、中亞和中國、中東和北非、拉丁美洲、前蘇聯等地區。

1.2 美國頁巖氣開發最成熟

美國是最早研究頁巖氣的國家，早在1821年就成功鉆探了世界第一口頁巖氣井。從20世紀70年代開始，美國政府大力支持頁巖氣開發, 有效推動了頁巖氣發展。

2000年，美國頁巖氣年產量為122×108m3。2005年，美國有頁巖氣井40000余口，年產量168×108～196×108m3。2007年，僅NewarkEast頁巖氣田的年產量就達217×108m3，美國頁巖氣總年產量接近500×108m3，占美國天然氣總量的8%以上。2009年，美國頁巖氣產量接近1000×108m3，超過我國常規天然氣的年產量。至2010年為止，過去的十年里美國頁巖氣生產總量增加了12倍，頁巖氣產量占全美天然氣產量的25%。頁巖氣開采技術的突破使美國天然氣儲量增加了近40%，因此頁巖氣在美國扮演著至關重要的角色，已成為美國重要供給能源之一。頁巖氣產量的大幅增長，扭轉了美國天然氣產量下降的趨勢，降低了美國對進口天然氣（尤其是LNG）的依賴。據美國能源信息署（EIA）預測，未來二十多年，頁巖氣產量還會大幅上漲，到2035年頁巖氣產量將占到美國天然氣總產量的46%。

2 美國頁巖氣開發地區

美國頁巖氣資源量十分豐富,其地質資源量高達141.6×1012m3～169.9×1012m3。技術可采資源量(L e w i s頁巖除外)在9.5×1012m3～23.2×1012m3之間。其中以Ohio頁巖的地質資源量和技術可采資源量最多。目前頁巖氣的主產區以及潛在產區主要分布于美國的南部、中部及東部。

著名的頁巖氣區塊包括:南部Marcellus、Barnett、Haynesville、Fayetteville頁巖氣區塊以及位于東部、中東部的New Albany和Antrim頁巖氣區塊等。據Chesapeake能源公司預測，美國四大頁巖產區的儲量見表1。

表1 美國四大頁巖產區的儲量 1012m3

2.1 Barnett頁巖

Barnett頁巖位于德克薩斯FortWorth盆地中部,隨著勘探技術的不斷提高其技術可采儲量逐年增長。1996年Barnett頁巖技術可采儲量僅為8.5×1010m3，2002年以后發展迅猛,2004年達到7.419×1011，到2008年該區頁巖氣的技術可采儲量上升到1.8×1012m3[1]。

Barnett頁巖是美國最早的頁巖氣產區，產層位于地下1981m～2895m，其儲層厚度為35m，孔隙度為4.5%，滲透率為250×10-3μm2，產氣量為1.4×1010m3/ km2。Barnett富有機質黑色頁巖主要由含鈣硅質頁巖和含黏土灰質泥巖構成。最早發現的頁巖氣產于該區塊的東部，隨后向西逐步發現頁巖氣儲層。1999年，Barnett頁巖氣產量幾乎為零。2005年,達到1.3×104m3/d，其中水平井的產量巨大。2007年，Barnett頁巖為美國提供了2.5×109m3頁巖氣。2009年產量增長到1.1×108m3/d[2]。

2.2 Marcellus頁巖

Marcellus頁巖位于紐約西部、賓夕法尼亞州、俄亥俄州以及弗吉尼亞西部，是美國頁巖氣儲層面積最大的頁巖，其面積約為17×104km2，甚至超過了希臘國土的面積[3]。

Marcellus頁巖氣潛在產能巨大。儲層較淺，位于地下610.0m～2438.2m范圍內，儲層厚為91.4～304.8m。據報道最初產能為1.4×104m3/d～1.13×104m3/d，據預測該地區頁巖氣總儲量相當于得克薩斯Barnett頁巖氣的總儲量[3-4]。

2.3 Fayetteville頁巖

F a y e t t e v i l l e頁巖位于阿肯色州Arkoma盆地。頁巖厚度15m～168m，深度位于457m～1981m，預計儲量為1.6×1014m3～1.8×1014m3。開發技術的提高使得該地區頁巖氣產量快速增加，據報道，該地區直井的最初產量為0.5×104m3/ d～1.6×104m3/d，水平井技術使產量增加到2.8×104m3/d～9.9×104m3/d。

Fayetteville頁巖的分布范圍尚未知曉，因此需要進一步研究，有望發現更多的頁巖氣資源。

2.4 New Albany頁巖

New Albany頁巖位于伊利諾伊州的南部以及印地安娜州和肯塔基州。埋藏深度為152m～1493m，厚30.5m～122.0m。垂直井的最初產能為7.0×104m3/ d～21.2×104m3/d，而水平井的最初產能達到5.7m3/d×105m3/d。Illinois盆地98%的油氣來源于NewAlbany黑色頁巖，該頁巖形成于深水環境，富含有機質，某些層段有機質含量高達20%。

2.5 Antrim頁巖

Antrim頁巖是位于密歇根州的較淺的頁巖氣儲層。Antrim黑色頁巖有機質豐度高，熱成熟度Ro較低，未進入生油窗,產氣區位于盆地北部Michigan湖和Huron湖之間高角度裂縫發育帶,埋深120m～600m，厚36m～180m，頁巖氣以吸附氣為主，含氣量1.415m3/t～2.83m3/t，含氣高低與有機碳含量呈現良好的正相關性。

目前,該地區擁有9000多口井，累計產量為7.0m3×1012m3。單井產量為1.4×104m3/d～1.7×104m3/d。雖然該地區頁巖氣最初產量較低，但生產井長期保持穩產，而且埋藏淺，鉆井費用低，因此是個不錯的頁巖氣產區。

2.6 Haynesville頁巖

Haynesville頁巖是個令人矚目的頁巖儲層開發區,位于路易斯安那州北部以及得克薩斯州東部,埋深于地下3048m高溫高壓的環境下(底部溫度194℃,壓力20670～27580kPa)。這里發現的黑色頁巖層厚達45～90m, 其天然氣儲量預計在3×1012m3～7×1012m3,上限儲量能夠滿足美國12年的能源需求。Haynesville頁巖并不是美國頁巖氣儲量面積最大的地區。但勘探的結果顯示,它很有可能是產量最高的頁巖氣藏之一。

[1] Navigant Consulting Inc. North American natural gas supply assessment[R]. Chicago Navigant Consulting Inc，2008

[2] Sandrea R. Estimating new field production potential could assist in quantigying supply trends[J]. Oil& Gas Journal，2006，5(22):30

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.008