頁(yè)巖氣資源及開(kāi)采介紹

頁(yè)巖氣資源分布、開(kāi)采技術(shù)及體制機(jī)制頁(yè)巖氣發(fā)現(xiàn)于1821年，但由于開(kāi)采成本相對(duì)較高，開(kāi)發(fā)利用緩慢。近幾年，美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)突破，產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，對(duì)國(guó)際天然氣市場(chǎng)及世界能源格局產(chǎn)生重大影響，世界主要資源國(guó)都加大了對(duì)頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)力度。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃也明確要求“推進(jìn)頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)利用”，大力推動(dòng)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)，增加天然氣資源供應(yīng)，緩解我國(guó)天然氣供需矛盾，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排。一、頁(yè)巖氣及資源概況常規(guī)天然氣是指采自氣田的天然氣和油田的伴生氣。非常規(guī)天然氣是指在地下的儲(chǔ)存狀態(tài)和聚集方式與常規(guī)天然氣有明顯差異的天然氣聚集，較為典型的有頁(yè)巖氣、煤層氣、致密砂巖氣等。全球頁(yè)巖氣資源量相當(dāng)于煤層氣和致密氣資源量總和。頁(yè)巖氣是指主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣聚集。頁(yè)巖氣在成分上與天然氣并無(wú)明顯差別，都是以甲烷為主。而與天然氣的主要區(qū)別是分布方式不同，頁(yè)巖氣吸附或游離在頁(yè)巖孔隙中，頁(yè)巖和頁(yè)巖氣共同存在于頁(yè)巖礦藏中。而常規(guī)天然氣形成氣田或者與石油伴生，是具有封閉圈的氣體聚集，不吸附在任何礦藏內(nèi)。如果想象天然氣的狀態(tài)為一個(gè)封閉空間內(nèi)的所有甲烷等氣體的結(jié)合，那么頁(yè)巖氣狀態(tài)的就是封閉空間內(nèi)裝滿了泡沫材料后的甲烷等氣體的結(jié)合。下圖詳細(xì)介紹了各種非常規(guī)天然氣在地下的儲(chǔ)藏深度比例及分布情況。下表對(duì)比了天然氣和非常規(guī)天然氣的基本區(qū)別。類別氣體名稱主要成分存在于狀態(tài)占非常規(guī)天然氣的比例非常規(guī)頁(yè)巖氣甲烷泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖類夾層吸附和游離50%煤層氣甲烷煤基質(zhì)顆粒表面、煤孔隙吸附為主、游離為輔28%致密砂巖氣甲烷砂巖層，致密砂巖分布游離22%二、頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)頁(yè)巖氣具有開(kāi)采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)優(yōu)點(diǎn),但頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層滲透率低，開(kāi)采難度較大，目前，只有美國(guó)和加拿大等國(guó)已實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣的大規(guī)模開(kāi)發(fā)。從美國(guó)和加拿大的頁(yè)巖氣生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)大致涉及資源評(píng)價(jià)、氣田勘探和氣層開(kāi)采3個(gè)主要階段。（1）在資源評(píng)價(jià)階段需要對(duì)頁(yè)巖及其儲(chǔ)層潛力做出評(píng)估，并綜合考慮其他因素篩選出有利勘探目標(biāo)區(qū)。（2）在氣田勘探階段主要通過(guò)地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)以及鉆探試驗(yàn)井等多學(xué)科綜合方法，確定主要產(chǎn)層。（3）頁(yè)巖氣開(kāi)采的工藝流程主要包括5個(gè)環(huán)節(jié)：=1\*GB3①鉆豎直井道頁(yè)巖層，=2\*GB3②鉆水平井進(jìn)入頁(yè)巖儲(chǔ)氣層，=3\*GB3③向頁(yè)巖氣井中注入由水、砂及化學(xué)添加劑配比而成的高壓混合液，=4\*GB3④進(jìn)行水力壓裂，形成巖層縫隙，由砂類支撐劑保持巖層縫隙的張開(kāi)狀態(tài)=5\*GB3⑤抽采頁(yè)巖氣到地表。其中，頁(yè)巖氣開(kāi)采的核心技術(shù)是水平井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)也是我國(guó)在頁(yè)巖氣開(kāi)采方面的技術(shù)瓶頸和未來(lái)需要攻克的技術(shù)難點(diǎn)。另外由于我國(guó)地形多變，頁(yè)巖氣富集區(qū)（如四川盆地、塔里木盆地等）大多在山區(qū)、沙漠等地，并且我國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏較深，都增加了勘探和開(kāi)采的難度。壓裂技術(shù)中也需要消耗大量的清水及砂類支撐劑，水資源消耗及地下水污染也是潛在的問(wèn)題。下面兩圖分別介紹了水平井技術(shù)和分段壓裂技術(shù)。頁(yè)巖氣藏的特征決定開(kāi)發(fā)初期和單井小規(guī)模難以形成穩(wěn)定的投資回報(bào)、頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)的有效模式關(guān)鍵是形成規(guī)模化“采”氣，而不像常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)是否投入產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵是“找”氣。三、中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)面臨的主要問(wèn)題及開(kāi)發(fā)潛力主要問(wèn)題可歸納為：資源調(diào)查與評(píng)價(jià)滯后，資源“家底”不請(qǐng)；成套技術(shù)不成熟，核心技術(shù)引進(jìn)尚需“本地化”；管網(wǎng)及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施尚不配套；頁(yè)巖氣管理缺乏法律依據(jù)，礦業(yè)權(quán)管理存在障礙；缺乏有利于企業(yè)投入的政策支持。雖然我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)尚屬起步階段，還有很多問(wèn)題函待解決。但是我國(guó)在天然氣開(kāi)采上技術(shù)裝備已有一定基礎(chǔ)，可通過(guò)國(guó)際合作和自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。另外，我國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力巨大。我國(guó)頁(yè)巖氣可開(kāi)采量為25-35萬(wàn)億立方米，與常規(guī)天然氣相當(dāng)。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)我國(guó)具有戰(zhàn)略意義。清潔低碳的頁(yè)巖氣能夠增加天然氣供應(yīng)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、緩解減排壓力。頁(yè)巖氣一旦實(shí)現(xiàn)規(guī)模化開(kāi)采，可以拉動(dòng)尤其裝備制造業(yè)與工程技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。四、美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)體制機(jī)制美國(guó)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)化主要由中小公司推動(dòng)，因?yàn)橹行」緞?chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、敢于承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，在發(fā)現(xiàn)新機(jī)會(huì)和技術(shù)革新行動(dòng)上更為快捷。中小公司實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和商業(yè)化后，大公司在長(zhǎng)期性和投資能力上更有優(yōu)勢(shì)，其后期介入能夠?qū)㈨?yè)巖氣市場(chǎng)迅速規(guī)模化。另外，由于高度分工，使得單個(gè)開(kāi)采環(huán)節(jié)的投入小、效率高、作業(yè)周期短、資金回收快、資本效率高。美國(guó)政府牽頭組織技術(shù)和地質(zhì)