頁巖氣的開發現狀及特征分析

楊卓偉

【摘 要】頁巖氣作為一種非常規油氣資源，具有分布廣泛、資源量大、生產壽命長、產量穩定等特點，作為新興能源有廣闊的開發利用前景.本文說明目前開發頁巖氣的技術可行性，并介紹目前國內外的研究成果，為今后頁巖氣的勘探開發提供參考指示。

【關鍵詞】頁巖氣；特點；勘探開發

目前，隨著勘探和開發等方面的技術進步，人們越來越多的認識到非常規氣的勘探價值，全世界已進入常規油氣與非常規油氣并重發展的時代。而頁巖氣作為一種非常規油氣資源，具有分布廣泛、資源量大、生產壽命長、產量穩定等特點，使得頁巖氣在世界油氣可采資源量中所占的比例越來越大，日益引起各方專家學者的重視和研究。從全球不可再生能源的現狀分析表明，頁巖氣將成為最具價值的非常規天然氣資源之一。頁巖氣具有如下特點：

（1）自生自儲。頁巖氣是指發育于暗色泥頁巖或炭質泥頁巖中，以吸附狀態或游離狀態為主要存在方式的天然氣聚集。頁巖氣具自生自儲的特點。與氣藏不同，頁巖即可作為產出天然氣的源巖，也可作為儲層或蓋層來儲存或保存天然氣。因此，高TOC的頁巖、泥巖等常作為頁巖氣源巖及儲層。

（2）潛力巨大。2006年美國頁巖氣產量達205億立方米，頁巖氣已成為到致密砂巖氣和煤層氣之后的重要非常規油氣。21世紀初期，在我們國家很多地方，也發現很多與美國含氣頁巖特征相似的烴源巖條件，具有分布厚度大，有機質含量豐富且演化程度高、生烴強度高等特點，對頁巖氣成藏及頁巖氣的勘探開發具有良好的基礎條件，開拓我國頁巖氣勘探的新領域。

（3）資源豐富。經估算，我國頁巖氣可采資源量約為442×1012m3。頁巖氣在我國多個油氣盆地均有發現，在我國廣泛分布的海相、海陸交互相頁巖及陸相地層均有分布。我國的頁巖在各個地質歷史時期都有廣泛發育，既有古生界的海相頁巖，也有中、新生界的陸相頁巖，在油氣、煤炭勘探中，在油氣盆地及盆地外的沉積地層中發現多處頁巖氣顯示。因此我國頁巖氣資源勘探開發前景很好，具有加快勘探開發的巨大資源基礎。

1 國內外相關技術現狀及發展趨勢

最早研究頁巖氣的國家是美國，目前，美國已發現豐富的頁巖氣資源，擁有全世界最領先的勘探開發技術，而且取得了豐富的成果，并已全速進入到頁巖氣商業開發的快速發展階段。繼美國之后開發頁巖氣資源的另一個重要國家是加拿大。加拿大頁巖氣資源分布廣、層位多，主要的頁巖氣分布集中在西部沉積盆地。其西部地區大約有24.4×1012m3的頁巖氣儲量。目前，頁巖氣已成為加拿大重要的替代能源，已開始了對頁巖氣的商業性開發，但現還處于開發的初級階段。中國成為繼美國和加拿大之后的，正式開始頁巖氣勘探開發的國家。我國頁巖氣資源豐富，中國埋藏2000米以內的煤層氣資源總量為36.81萬億立方米，與陸上常規天然氣相當，僅次于俄羅斯、加拿大，位列世界第三位。但是目前我國的頁巖氣才剛剛起步，相關研究還相對較少、開發技術也尚未成熟，與美國相比，頁巖氣仍屬起步階段。

1.1 美國頁巖氣現狀

頁巖氣的研究始于美國。1821年，美國的第一口頁巖氣井鉆遇泥盆系Dunkirk頁巖[1-2]，發現少量頁巖氣卻沒有受到重視，但從此拉開了美國天然氣工業發展的序幕。直到20世紀20年代末期，頁巖氣的勘探工作已小有成就。從80年代開始，美國全面開始對頁巖氣地質、地化、工程等方面的系統研究，使得頁巖氣的研究和開發得到迅速擴展。自20世紀90年代初以來，隨著大量頁巖氣產量的增加及科研成果的指導，頁巖氣工業進入了快速的上升期。2003年，頁巖氣產量174億萬方，天然氣產量5437億萬方，所占比例為3.2%。近年來，美國頁巖氣產量仍處于穩步上升階段，而頁巖氣在整個國家天然氣產量中所占的比重也越來越高，對美國經濟建設及國家強大發揮著不同替代的重要作用。

目前，美國在阿巴拉契亞盆地（Appalachian Basin）的Ohio頁巖、密歇根盆地（Michigan Basin）的Antrim頁巖、福特沃斯盆地（Fort Worth Basin）的Barnett頁巖、伊利諾斯盆地（Illinois Basin）的New Albany頁巖和圣胡安盆地（San Juan Basin）的Lewis頁巖等頁巖中，已發現豐富的頁巖氣資源，已進入頁巖氣勘探開發的快速發展階段了。2007年美國的頁巖氣生產井有42000口，頁巖氣年產量450×108m3，占美國年天然氣產量的9%；2009年產量將近876×108m3，超過我國常規天然氣的年產量，頁巖氣快速勘探開發使美國天然氣儲量增加了40%；到2014年，美國頁巖氣產量達到了1000×108m3，占美國年天然氣總產量的23%。

1.2 加拿大頁巖氣的現狀

除美國以外，加拿大是另一個對頁巖氣進行經濟開采開發的國家。頁巖氣早已成為加拿大重要的替代能源。加拿大頁巖氣資源分布廣、層位多，主要的頁巖氣項目集中在西部沉積盆地。根據預測，加拿大頁巖氣資源量超過28.3×1012m3，而西部地區大約有24.4×1012m3的頁巖氣儲量，其不列顛哥倫比亞地區的泥盆系、三疊系、侏羅系和白堊系的頁巖氣資源量約7.6×1012m3。西部的沉積盆地大部分由優質的頁巖組成，據阿爾伯特地質調查局研究表明，該地區存在多個有利的頁巖氣儲層。2008年，加拿大天然氣產量已占據北美天然氣市場將近50%的份額，其中頁巖氣的商業開采起到了重要的作用。在加拿大西部地區沉積盆地中三疊系 Montney 頁巖、泥盆系 Muskwa頁巖和Colorad頁巖段頁巖氣潛力巨大，據統計其頁巖氣儲量達到15.8×1012m3～24.6×1012m3，其中Montney 頁巖和Muskwa頁巖為加拿大頁巖氣的主要產層。

加拿大非常規天然氣協會認為西部Colorad頁巖段、古生界及侏羅系頁巖以及東南部的泥盆系頁巖均具有開發的潛力。截至2006年，油氣委員會已核準的泥盆系和白堊系頁巖氣試驗區塊共計25個。

據美國油氣雜志報道，在北美洲的不列顛哥倫比亞北部發現了一套泥盆紀的頁巖氣藏。在卡爾加里的東北部Horn River盆地分布的Muskwa頁巖，其厚度為520m，孔隙度為3.5%，滲透率20×10-3μm2，生氣強度為1.9×1010m3/km2。估計含氣總量約有2.9×1013m3，為Barnett頁巖的2倍。雖然在埋深上，Muskwa頁巖和Barnett頁巖有相當的水平，在源巖厚度以及滲透性上，Muskwa比后者更厚更好。

加拿大頁巖氣開發技術上仍處于初級階段，只有有限的資源被開發利用，大規模的商業性開采由于條件限制還未進行。2006年頁巖氣開發在加拿大發生了巨大變化。目前，有關方面投入大量資金，應用先進技術來勘探不列顛哥倫比亞、薩斯喀徹溫省、安大略等地區頁巖氣資源，其中Montney深盆地gn HornRiver盆地成為最有價值盆地。

1.3 中國是繼美國和加拿大之后，正式開始頁巖氣資源勘探開發的國家。在我國，頁巖氣資源十分豐富，各地質時期頁巖分布較廣泛，勘探開發潛力較大[3]。據初步統計總資源量可達100×1012m3，相當于常規天然氣量的兩倍，經濟價值巨大，與美國的頁巖氣資源量大體相當。

根據總結美國頁巖氣成藏機理條件以及國內外地質條件的相似性對比，結果表明，我國具有與美國一樣可觀的頁巖氣資源前景與開發潛力。其中，四川盆地具有與美國東部典型盆地相似的構造演化和地質條件，均為古生代沉積的海相盆地，頁巖氣勘探前景良好。

到目前為止，雖然很多學者對中國頁巖氣的勘探開發技術進行研究[4-5]，但對中國的頁巖氣資源進行整體系統的調查評價還沒有專業機構統一實行。張金川等通過各種方法估算，認為中國的頁巖氣總量約為30×1012m3。而國外專家估算，中國的頁巖氣地質資源量將達到100×1012m3。

中國的頁巖地層在各地質歷史時期十分發育，既有有機質豐度很好的南方海相頁巖地層，也有含碳量高的北方湖相頁巖地層。因此，中國的頁巖地層具有形成頁巖氣藏的良好的生烴條件。在南方地區，主要有海相地層有上震旦統、下寒武統、上奧陶統—下志留統、中泥盆統、下石炭統、下二疊統、上二疊統、下三疊統共8套以黑色頁巖為主體的烴源巖層。這些地層具有分布廣、埋深淺、厚度大、含碳量高以及成熟度高的特點，擁有了優越的頁巖氣成藏基本地質條件，將成為頁巖氣開發勘探的熱點區域。在北方地區，中、新生代發育眾多陸相湖盆，為泥頁巖地層的發育創造了條件。

自2009年起，中國也陸續的在相關的富有機質頁巖分布區開展工作，且取得了一定的成果。如2009年12月18日，中石油西南油氣田在威遠地區鉆遇寒武系牛蹄塘組和志留系龍馬溪組富有機質頁巖的威201井獲工業氣流；2010年10月1日中石化江漢油田在湘鄂西地區鉆探的河頁1井，在龍馬溪組取芯段井碳質泥頁巖出筒巖心表面可見零星、針孔狀氣泡分布；2012年5月中石化江漢油田在彭頁1井對五峰組-龍馬溪組厚度達103m的優質頁巖取芯并現場解析含氣量最高可達2.3m3/t，通過測井解釋表明含氣量2.1～5.4m3/t；2012年12月焦頁1井對五峰組-龍馬溪組富有機質頁巖進行試氣，獲得6萬方氣流；2013年9月25日，涪陵頁巖氣產能建設示范區開發評價井（焦頁6-2HF井）在龍馬溪組泥頁巖段獲得37.6萬方高產氣流。

2 結語

作為一種巨有很大潛力的非常規能源，頁巖氣資源的開發需要大量、資金、技術、人員的全力支撐，而我國頁巖氣的勘探剛起步，經驗匱乏，技術不成熟，頁巖氣資源的規模開發仍需要走很長的路。

針對我國含氣頁巖地質條件的特殊性，目前，有待解決的關鍵技術問題有：我國頁巖氣資源及其富集特點的客觀評價，頁巖氣勘探開發選區及評價技術，頁巖氣低成本開發技術等。

我國國內地質、石油高校和企業研究機構的學者已做過相關研究。結合以往發表的文章、專著和研究報告，主要取得了以下成果和地質認識：

1）明確了巖石礦物組分及有機地球化學指標等頁巖氣儲層內部屬性的重要性；

2）認識到頁巖氣儲層為低孔超低滲致密儲層；

3）揭示了頁巖氣儲層儲集空間的特殊性；

4）總結了頁巖氣儲層含氣性的影響因素。

【參考文獻】

[1]Ahmed Chaouche.Petroleum system attributes of the Bossier Shale of East Texas and Barnett Shale of North-Central Texas：evolving ideas and their impact on shale and tight sand gas resource assessment[J].Gulf Coast Association of Geological Societies Transactions，2008，56（1）：139-149.

[2]李新景，呂宗剛，董大忠，等.北美頁巖氣資源形成的地質條件[J].天然氣工業，2009，29（5）：27-32.

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[5]陳吉，肖賢明.南方古生界3套富有機質頁巖礦物組成與脆性分析[J].煤炭學報，2013，38（5）.

[責任編輯：湯靜]