世界页岩气开发现状及对我国的启示-【zixun】

发布时间：2021-10-12 17:38:34 阅读：次来源：千斤顶厂家

世界页岩气开发现状及对我国的启示

编者按：目前，来自世界各地的石油公司正准备大规模开采深藏在地下的一种天然气——页岩气，并掀起一场席卷全球的页岩气开发热潮。专家们认为，这一动向将引发世界能源供给结构的深刻变化，进而对国际关系也将产生无可估量的重大影响。“页岩气革命过去几年发生在美国，使其能源领域发生了巨大变化，这场革命也有可能在中国发生。”今年4月，国土资源部油气战略研究中心召开全国页岩气资源战略调查和勘探开发学术研讨会，来自国内油气领域产学研各界的专家、科技人员以及政府部门的代表180多人参加了会议。这表明，页岩气这一新类型能源资源的勘查开发，已经引起了我国地质界的广泛关注和重视。虽然相对于欧美国家来说，我国的页岩气开发利用工作还很“年轻”，但我国拥有丰富的页岩气资源，具有广阔的页岩气开发前景。页岩气勘探开发的快速起步和稳定发展对于缓解我国油气能源的需求压力具有明显意义，有利于加快我国油气勘探开发事业的发展，有利于改善我国的能源构成，从而进一步保证国家的能源安全，也会对能源供需结构的改善产生积极影响。有鉴于此，编者特邀专家冯三利撰文，简练而有重点地介绍了世界页岩气资源的勘查开发现状，及其主要应用技术，并对我国的页岩气开发提出了中肯可行的建议，以期与读者共同探讨。

快速发展，崭露头角——世界页岩气资源及勘探开发现状

从全世界范围看，泥、页岩约占全部沉积岩的60%，页岩气资源前景巨大。全球页岩气资源量为456.24×1012立方米，主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非及前苏联。

美国：经验丰富，独占鳌头

美国页岩气资源丰富，据美国国家油气资源委员会的估计，美国页岩气资源总量大约在14.2×1012立方米~19.8×1012立方米，可采资源量约为3.62×1012立方米，截至2008年年底，美国探明页岩气储量为9289亿立方米。

美国目前已在多个盆地中发现并开采了页岩气，在1981年~1999年期间，美国的页岩气钻井总数超过了2.8万口，2006年时，已超过了3.95万口，页岩气年产量逐年递增，1998年，美国页岩气产量占其天然气总产量的1.6%，2005年，该比例为4.5%，2008年，美国页岩气总产量为572.226×108立方米，占天然气总量的7.83%，预测2010年美国页岩气产量将占到天然气总产量13%。参与开发页岩气的石油企业也从2005年的23家发展到2007年的64家。

加拿大：资源丰富，快速发展

加拿大页岩气资源也十分丰富，主要分布在不列颠哥伦比亚省东北部的Horn River盆地泥盆系Muskwa页岩气聚集带和魁北克省奥陶系Utica页岩气聚集带。目前，已有多家油气生产商在加拿大西部地区进行页岩气开发试验。2007年，该区页岩气产量约8.5×108立方米，其中，3口水平井日产量较高(9.9×104立方米~14.2×104立方米)。

加拿大非常规天然气协会（CSUG）认为，西部（包括不列颠哥伦比亚盆地北部和Bowser盆地）Colorado页岩段、侏罗系及古生界页岩和东南部的泥盆系页岩具有开发的潜力。不列颠哥伦比亚能源矿产部2004年将页岩气区域资源评价列入能源发展目录，截至2006年，不列颠哥伦比亚油气委员会已核准的白垩系和泥盆系页岩气试验区块共计22个。

中国：潜力巨大，静待开发

我国页岩气资源量约为100×1012立方米，约为常规天然气资源量的2倍。平面上以我国南方和西北地区最为有利（也包括鄂尔多斯盆地及其周缘），剖面上以古生界资源量为最大，中生界位居其次。

从震旦纪到中三叠纪，我国南方发育了广泛的海相沉积，分布面积约200×104平方千米，其中，下寒武统、上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组、下二叠统、上二叠统等4套地层是南方地区区域上的页岩气发育最有利的层位，四川盆地、鄂东渝西及下扬子地区是平面上分布的有利区。

在我国西北地区，准噶尔盆地南缘上二叠统、中-下侏罗统页岩，陕甘宁盆地上三叠统页岩及吐哈盆地中-下侏罗统碳质页岩是页岩气形成有利的层系和地区。

我国各地质时期页岩分布广泛，页岩气勘探开发潜力巨大。据国土资源部的最新预估结果显示，如果资源储量能够得到合理开发，2020年，我国的天然气产量可望达到2000亿立方米，同期石油产量在2亿吨左右，在能源生产方面，天然气将能和石油平分秋色。

多样可行——页岩气勘探开发关键技术

页岩以小粒径物质为主，最主要组分一般为粘土和泥质，砂所占的组分相对较少，储层渗透率极低，一般比致密砂岩储层低2个~3个数量级。页岩气储层渗透率极低的特点决定了其开发必须采用适当的增产技术，才能实现商业开发。

1 储层评价技术

测井和取心是页岩气储层评价的两种主要手段。测井数据可用来识别裂缝及其方向、最大主应力方向、断层的存在及页岩分层等储层特征，进而为气井增产提供数据；岩心分析主要是用来确定孔隙度、储层渗透率、泥岩组分、流体及储层敏感性，并分析测试TOC和吸附等温曲线等。

2 射孔优化技术

射孔的目的是沟通裂缝和井筒，减少井筒附近裂缝的弯曲程度，进而减少井筒附近的压力损失，为压裂时产生的流体提供通道。页岩气井射孔应遵循下列原则：（1）主要射开低应力区、高孔隙度区、石英富集区和富干酪根区；（2）采用大孔径射孔；（3）对水平井射孔时，射孔垂直向上或向下。

3 压裂增产技术

一般页岩气藏均需人工压裂改造之后才具有商业价值。美国在页岩气商业开发早期，主要以压裂方式实现增产。20世纪70年代，美国在对东部泥盆纪页岩气开发中曾采用裸眼完井、硝化甘油爆炸增产技术来提高页岩气的采收率；20世纪80年代，使用高能气体压裂以及氮气泡沫压裂，使得页岩气产量提高了3倍~4倍；进入21世纪后，随着水力压裂、二次压裂及同步平行压裂等新技术的运用和推广，页岩气单井产量增长显著，极大地促进了页岩气产业的快速发展。

（1）水力压裂技术

水力压裂技术以清水为压裂液，支撑剂较凝胶压裂少90%，并且不需要黏土稳定剂与表面活性剂，大部分地区完全可以不用泵增压，较凝胶压裂技术可节约成本50%~60%，并能提高估计最终采收率，目前，该技术已成为美国页岩气井最主要的增产措施。

（2）二次压裂技术

当页岩气井初始压裂处理已经无效或现有的支撑剂因时间关系损坏或质量下降，导致气体产量大幅下降时，可采用二次压裂技术，二次压裂能重建储层到井眼的线性流，恢复或增加生产产能，可使估计最终采收率提高8%~10%，可采储量增加60%，是一种低成本增产方法。一般情况下，二次压裂后页岩气井的产气速度能达到或超过原始产气速度。

（3）同步平行压裂技术

同步平行压裂是采用使压裂液及支撑剂在高压下从一口井向另一口井以增加水力压裂裂缝网络的密度及表面积，从而使运移距离最短的方法。2006年，同步平行压裂技术开始在Barnett页岩气井完井中实施，作业者在相隔152米~305米范围内钻两口平行的水平井，并同时进行压裂，显示出广阔的发展前景。目前，已发展成3口井同步平行压裂，甚至4口井同步平行压裂，采用该技术的页岩气井短期内增产效果非常明显。

4 水平井增产技术

水平井技术的应用可以使无裂缝通道或少裂缝通道的页岩气藏得到经济有效的开发。与直井相比，该技术具有无可比拟的优势。

水平井井位与井眼方位应选择在有机质与硅质富集、裂缝发育程度高的页岩区及层位，选择与主要裂缝网络系统大致平行的方位钻井，能够生成众多横向诱导裂缝，使天然或诱导裂缝网络彼此联通，增大了气体接触表面积，提高了页岩气的采收率。在水平钻井过程中，应采用MWD(随钻测井)和自然伽马测井曲线在页岩段内定向控制和定位，并应用对比井数据和地震数据避开有井漏问题、断层及构造复杂的区域。

在水平井段采用分段压裂，能有效产生裂缝网络，尽可能提高最终采收率。最初水平井的压裂分段一般采用单段或2段，目前，已增至7段甚至更多。水平井水力多段压裂技术的广泛运用，极大地延伸了页岩气在横向与纵向的开采范围，是目前美国页岩气快速发展最关键的技术。

需要注意的是，页岩储集层改造技术的应用始终不能脱离地质条件的约束，需针对页岩储集层特点优选压裂层位和施工工艺。对于埋藏较浅、地层压力较低的储集层，通常采用N2泡沫压裂。清水压裂的压裂液中一般已加入适量抑制剂，但仍要求储集层中膨胀性蒙脱石含量不能很高，原因是其水敏性强，遇水易膨胀、分散和运移，导致岩石渗透率下降，所以，利用X-衍射和SEM测试结果分析黏土矿物的类型和含量十分必要。

攻玉之石——美国页岩气产业发展对我国的启示

页岩气资源的主要勘探风险是能否从低渗透的裂缝性页岩气藏中获得经济可采储量。在满足地球化学基本条件(有机质丰度、类型、成熟度和天然气成因)的情况下，裂缝系统发育程度和产生条件是获得具有商业价值页岩气的重要控制因素。

美国页岩气产业经过近40年的发展，已成为美国天然气供应中的一支重要力量，其成功发展对我国发展页岩气产业具有重要启示。我国应从以下几个方面着手，采取切实可行的措施，以促进我国页岩气勘探开发的尽快开展。

1.开展页岩气资源战略调查，确定勘探开发方向。

目前，我国页岩气资源研究薄弱，资源潜力尚不明确，应尽快开展页岩气资源战略调查。在综合地质研究基础上，预测页岩气资源潜力，优选页岩气富集有利区，为进一步勘探开发指明方向。

2.尽快启动页岩气探矿权审批程序。

为促进我国页岩气勘探开发的开展，建议国家有关部门尽快启动页岩气探矿权审批程序。

3.加强对外合作，引进页岩气勘探开发技术。

页岩气资源开发难度大、产量低、经济性差，而国外已经探索出一套切实可行的页岩气勘探开发技术，因此，通过对外合作，引进技术，可以加快建立符合我国页岩气藏特点的配套技术系列的步伐。

4.增强自主创新能力，制定发展战略。

我国页岩气有自己独特的地质条件，不能照搬国外的钻井及储层增产改造技术，应在积极引进、消化和吸收国外成功技术和经验的基础上，必须要有自己的技术创新和技术发展战略。

5.制定优惠政策，推进页岩气产业化快速发展。

国家对页岩气资源应制定针对性强的税收优惠政策，对页岩气资源的勘探开发进行扶持。在税收政策改革过程中，有必要借鉴国外经验，降低页岩气资源产业运行各项税率，以鼓励该产业发展。□

（作者单位：中国煤炭学会煤层气专业委员会）

相关链接

1 页岩气是怎么形成的

页岩气（Shale Gas）是指以热成熟作用或连续的生物作用为主以及两者相互作用在富含有机质的页岩中生成并富集在其中的非常规天然气。生成页岩气的源岩可以是暗色页岩、页岩和泥沙的互层、页岩质的粉砂岩及页岩质的砂岩等。页岩气或游离于页岩的天然裂缝与粒间孔隙中，或吸附于有机质和粘土颗粒表面，甚至有少量在干酪根、沥青质、残留水以及液体原油中以溶解状态存在，其中，吸附作用是页岩气的重要机理之一。作为天然气家族的一员，页岩气在全球分布广泛，资源量约456万亿立方米，相当于煤层气和致密砂岩气的总和。

2 国外开发页岩气的成功经验

页岩气、煤层气与致密砂岩气构成当今世界三大非常规天然气，是一种新类型的能源资源。近年来，随着认识的提高和技术的进步，页岩气成为全球油气资源勘探开发的新亮点。目前，美国和加拿大是页岩气规模开发的两个主要国家，澳大利亚、德国、法国、瑞典、波兰等也开始了页岩气研究和开发。

美国是目前惟一实现页岩气商业开采的国家，其页岩气的快速发展主要得益于3点原因：

一是国家政策的大力扶持。20世纪70年代末期，美国政府在《新能源获利法》中规定了开发非常规能源的税收补贴政策，得克萨斯州制定了对页岩气开发不收生产税的政策。另外，美国设立了非常规油气资源研究基金，有力地扶持了本国页岩气业务的发展。

二是技术突破和规模推广应用。利用油气开发积累的技术和经验，经过多年攻关，美国探索出了一套先进的、低成本的页岩气开采技术，主要有水平井＋多段连续压裂改造技术、清水压裂技术、同步压裂技术等。这些先进、实用的技术的成功应用，大幅度地提高了页岩气单井产量。

三是依托现有四通八达的天然气管网和城市供气网络，大大减少了页岩气在末端的前期投入，迅速实现了商品的市场化。□（编者整理）

3 我国页岩气开发的进展

我国页岩气资源勘探开发基本上还处于空白状态，页岩气相关的资源情况、理论研究、技术开发应用、评价测试等基本问题还处于探索起步阶段。从2004年起，国土资源部油气战略研究中心跟踪世界页岩气资源发展动态并开展了一些工作，2009年，该中心在全国油气资源战略选区专项中设立了“中国重点地区页岩气资源潜力及有利区带优选”项目。11月，在重庆市彭水县实施了第一口页岩气战略调查井。2010年，该中心启动了页岩气资源战略调查先导试验区建设。此外，2009年11月，中石油与壳牌公司在重庆富顺-永川区块启动了页岩气首个中外合作勘探开发项目。中石化、中海油等油公司和相关科研机构、高等院校等也已开展了对页岩气研究工作。