页岩气是什么(页岩气开采)

2023-06-14 22:02分类：沪港通阅读：

1、什么是页岩气？

页岩气，一种非常规天然气，主要成分是甲烷，蕴藏于页岩层。不同于常规天然气，页岩气是自生自储，作为烃源岩的页岩既是产气层又是储气层。常规油气的储层一般为孔隙较大、渗透性好的砂岩地层，因此需要良好的圈闭，才能将油气储存下来，而页岩的孔隙则小得多，页岩气以游离态或者吸附的形式储存在页岩之中。页岩中含有的有机质，经过复杂的生物化学变化，生成干酪根，再分解生成甲烷气体。部分甲烷气体能够吸附在矿物表面，当吸附达到饱和以后，则以游离态存在于孔隙以及裂缝之中，页岩内部温度和压力逐渐升高，形成高温高压的环境。

2、页岩气要怎么开采？

由于页岩储层的孔隙度小、渗透率低，气体无法自行汇集到井筒，也就不能像常规天然气那样：只需要在合适位置打垂井并射孔沟通地层，气体就能自行上升到地面，开采成本低。页岩气的开采，就需要采用水力压裂技术。在对地层射孔，沟通地层与井筒后，通过地面高压泵组，将大量的含有支撑剂的液体以大于地层吸收量的排量注入地层，由于页岩的脆性，地层会破裂形成多条裂缝，停泵以后，随着液体的滤失和后期的排采，支撑剂会阻止裂缝的闭合，从而有效的提升渗透率，为气体流向井筒打开通道。除此之外，打井方式上也与常规油气的打井方式不同，常规油气打井只需要打垂井，页岩气开采就需要打水平井。水平井，就是先垂直打井到储层附近，然后通过导向技术转向成水平方向，精准地在储层里面再往前打1500米至2000米。为了形成复杂缝网，增大开采程度，通常对这1500米至2000米的水平段进行分段压裂，段与段之间采用可溶桥塞进行分隔。

3、排采与输送

在所有分段全部压裂完成后，通过连续油管对井筒进行钻塞和通井，使井筒通畅，无桥塞以及其他井下工具残留物。开井排液，压裂过程中注入的液体要返排至地面，由于地层的滤失，通常不会100%的全部返出，排液的同时还要控制出口的油嘴尺寸，防止油嘴过大，将支撑剂携带至地面，导致裂缝闭合，降低导流能力，使产气量降低。整个排液过程持续数月，缓慢平稳排液，从井口出来的气液混合物经过分离器后，液体进入排池再利用，气体经过管线到达中心站，再向外输送。实际上，排液过程中都会带出部分支撑剂，相对于注入的支撑剂数量来说，只是一小部分。在后续的排采过程中，当压力下降到一定程度后，井筒中的液体会“压住”气体，使气体难以进入井筒，此时就要气举。在投产的初期，产量一般会在20-40x104m3/d，经过一段时间的开采后，会下降至几万方每天，随后便能长期稳产，部分高产井在投产初期，日产量甚至会达到数百万方。

4、结束语

相较于常规油气的开发，页岩气的开采难度大，投入成本高。随着技术的发展，页岩气开采技术日益成熟，很多必要的工具以及化工料都已经国产化，但是一口页岩气井的投入成本依然在数千万乃至上亿。我国的页岩气储量十分丰富，但是依然有很多的储量依靠现在的技术无法有效开采，相信随着科技的发展，这些都会得到有效的解决。

【来源：西安科普网_能源利用】

近年来，一种富含甲烷气体的新型绿色清洁能源，正在走进我们的生活，那就是页岩气。页岩气是什么？它的可采资源量是多少？现在，一图帮你读懂页岩气。

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页岩气开采与诱发地震之间关联的讨论近年来在西方国家屡被提及。尤其是在最早进行页岩气开采，也是规模最大的美国，这一争议话题更是一度被社会各界所关注。页岩气开采中应用的新技术究竟是否会导致地震活动更频繁地发生？页岩气开采和地震之间的关系是怎样的？澎湃新闻（www.thepaper.cn）对此进行了相关梳理。

美国开采页岩气的历史

页岩气，是指蕴藏于地底页岩层中的天然气。而对其进行开采，需要使用一些特殊的技术，包括水力压裂技术——将深直井打到几千米的地下，再向水平方向钻进数百米到上千米，将大量掺入化学物质的高压水流注入页岩层进行液压碎裂，人为造成缝隙、“撬开”岩层，从而让石油或天然气顺着井筒流到地表。

世界上对页岩气资源的研究和勘探开发最早始于19世纪的美国，然而直到20世纪中期，第一口页岩气井钻才在美国东部进入规模生产，此后页岩气勘探开发区逐渐扩展到储量最丰富的美国中西部。

长期以来，由于技术限制，页岩气被认为是无法大规模商业开发的资源。然而面对传统天然气储量的下滑，美国联邦政府对许多替代能源项目进行了投资，其中就包括页岩气开采。1998年，美国Mitchell Energy公司终于成功实现了第一次具有经济效益的页岩压裂，引发了“页岩气革命”。此后，页岩气成为了美国发展最为迅猛的主要能源组成部分。

2008年前后，美国页岩气产量猛增；2009年，美国以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国。2000年，美国页岩气产量仅占天然气总量的1%；而到2010年，页岩气所占的比重已超过20%。根据美国能源情报总署（EIA）的统计，2017年全美的页岩气产量约为4620亿立方米，较2016年增长了7%，开采量已占全美天然气开采总量的一半以上。美国能源信息署预测，到2035年，美国46%的天然气供给将来自页岩气。

而据国际能源署估计，页岩气能够从技术上增加50%的全球可开采天然气储量。随着美国在页岩气开发上的快速发展，世界各国也纷纷开始页岩气开采的研究。

页岩气技术与地震的关联

过去十年里，在美国页岩气开采数据“节节攀升”的同时，相关技术的应用是否导致了多处开采地“地震频发”的争论就一直没有停过。

美国地质调查局（United States Geological Survey）早在2013年的美国地质学年会上就发布报告称，美国中西部地区近十年来的地震频发现象，“几乎可以肯定是人为的”。

3年后在该机构的另一份报告中，研究人员根据最新发现进一步指出，存在诱发地震活动风险的地区，从高到低包括中西部的奥克拉荷马州、堪萨斯州、得克萨斯州、科罗拉多州、新墨西哥州与阿肯色州等，在上述地区居住的约700万居民身处险境。而这些地区正是美国页岩气开采的主要产区，在历史上，该地区罕有地震发生。

上述研究指出，与传统存在地震风险的地区如加利福尼亚州相比，上述地区地震风险的最大区别是人为诱因，包括开采石油及天然气时的废水处置。事实上，学术界对于页岩气开采中所采用的水力压裂法和地震之间的关系，以及该技术潜在的其他风险早有研究。最著名的案例便是美国主要页岩油气产地奥克拉荷马州的地震频次提高。

奥克拉荷马州位于美国中部，远离所有主要断层，法新社报道称，1975年至2008年，该州每年最多发生3起3.0级以上的地震。但从2009年开始，3级以上地震次数不断猛增。2014年达到创纪录的585起。2016年9月，该州中北部发生5.6级地震，为该州有记录以来最强地震。

这次地震再次令外界关注油气公司开采页岩时向地底倾注污水，可能引发地震的问题，州政府下令震中附近37个污水井关闭。

斯坦福大学研究人员在美国《科学进展》杂志上发表的一项研究表明，奥克拉荷马州近几年来地震频发，主要原因是当地企业把用水力压裂法开采油气时产生的大量含盐废水回注到地球深处沉积层。研究人员认为，这种以非自然方式增加的水不断沉积后，可以改变断层的压力，导致断层滑动，继而引发地震。

就断层会如何被“唤醒”和后果有多严重，科学家们分为两派。一派认为，奥克拉荷马州不会发生规模超过5.0级的中强震；另一派认为，可能发生7.0级强震，足以导致建筑物坍塌。

“风险在于，把（废）水回注地下后，它就再也不会流出来。这些水被注入以前从未存在的地方，回注的水量越大，影响的区域也越大。我们不清楚长期影响会是怎样。”研究人员指出。

上述研究并非孤例。去年10月，美国科学家Bridget Scanlon在“ 地震研究快报”上发表论文称，在地质构造中储存采出水所造成的压力增加，提高了了诱发地震的风险。在井内和区域范围内，随着注入水量以及注入速度的增加，这种风险也会增加。

《纽约时报》2015年的一项报道也显示，一项科学研究将俄亥俄州断层附近的页岩气开采与数十次地震联系起来。这项发表在《美国地震学会公报》的研究表明，水力压裂法在地下形成了压力，会在距离油井半英里(约合800米)的现有断层处造成滑移。

而美国的地震频发现象也并不是孤例。《华尔街日报》报道指出，原本不在地震带上的荷兰最近几年也地震频发，仅2012年，格罗宁根（Groningen）就发生了93次地震，最高为3.2级。而政府研究表明，这与荷兰格罗宁根地区的页岩气生产有关。在加拿大，近年来随着页岩气的开采，小型地震的数量大约每年增加了20-30起。研究人员已经着手研究，试图找出这些增加的微震数量与页岩气开采的关系。

相关地震研究亟须跟上

尽管美国石油协会组织曾表示，废液井造成地震的风险比例很低。但不可否认的事实是，随着水力压裂法被广泛使用，全美各地废液井的整体数量正在急剧增长。《华盛顿邮报》的报道就指出，仅得克萨斯州达拉斯地区面临人为诱发地震威胁的几率比2014年提升了10倍。

上述报道指出，仅在得州废液井就有5万多口，每口井内大约储存着450万加仑的废液。联邦紧急事务管理署估计，一旦该地区发生5.6级以上地震，将会摧毁8万栋建筑，造成堤坝崩溃，导致95亿美元的经济损失。

“我们需要来自能源开采行业的相关信息做出更好的预测，查明危害，使得政策制定者能够决定该怎么做。与此同时，我们也要帮助大家认识到面临诱发地震的风险，人们需要采取预防措施，如加固建筑物或改变保险费率等，但可能需要数年时间。”美国地质调查局地震灾害专家彼得森说道。

过去几年，美国的页岩气革命几乎重塑了美国的能源版图。 2015年，美国解除了延续40年之久的原油出口禁令，国内的页岩气开发持续增长，一改长期以来美国在全球能源市场上“买家”的身份，转换成为一个实力派“卖家”。美国页岩气革命的成功对全球能源供应及诸多行业产生了深远影响，也由此引发全球页岩气开发浪潮。

然而，美国开采页岩气的水力压裂法被美国地质调查局认为可能引发地震。尽管目前仍难判断“页岩气开采引发地震”这一说法的科学性，但对世界其他从事页岩气开采的国家而言，这或是一个及时的警钟，与页岩气开采相关的地震研究亟须跟上。

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“‘十四五’”期间，非常规天然气若持续发力保持较快增储上产，迫切需要解决的仍是关键技术问题。特别是页岩气，要改善中浅层开发经济性偏低现状、攻克4000米以下深部页岩气的开发，不仅要改变‘补贴产量’的原有思路，更应充分调动技术各有所长的企业包括民企共同推动页岩气发展。”自然资源部油气资源战略研究中心研究员潘继平日前在2019全球能源转型高层论坛上指出。

今年初，页岩气凭借可观储量和产量稳坐非常规油气“头把交椅”。但与美国页岩气井遍布全国各地有所不同，目前国内页岩气产量主要集中在中石油和中石化的个别区块，分布局限、数量有限，如何保证其稳定持续性开采是重点也是难点。

（文丨本报记者渠沛然）

▍技术问题最为迫切

截至2018年底，页岩气累计探明地质储量10456亿立方米、可采储量2494亿立方米，产量从2013年的2亿立方米攀升至2018年的108.8亿立方米，实现大跨越。

“巨大的资源基础决定了我国页岩气前景可期，但复杂的地质条件、资源禀赋和突出的技术瓶颈，又决定了我国页岩气开发充满挑战、曲折与坎坷。”潘继平对记者说。

在潘继平看来，页岩气长足发展，技术和体制问题二者皆存，但目前最为迫切需要解决的是技术问题。“在关键技术和装备上，长距离水平钻井、多段体积压裂等诸多技术工艺和装备上不能国产化、本地化，一些关键技术依赖进口，受制于人。关键技术的短板导致页岩气经济效益偏低，深部页岩气、陆相页岩气等资源至今不能实现规模效益开发。而没有技术、人才实力的勘探新主体进入时更面临关键技术障碍的问题”，潘继平说，“因此‘十四五’期间，要想页岩气长远发展，解决关键技术掣肘是当务之急。”

专家透露，预计2035年，中国油气增量最大的是最复杂陆上非常规的油气，届时常规和非常规气各占50%。由此来看，未来油气勘探的主体是非常规和更加复杂、勘探成本更高的领域，包括深层深水和极地。“由于我们的技术、经济指标与美国相距甚远，因此未来需要地质、工程、市场一体化的解决方案，加快建设大型丛式水平井高效开发模式及其工程技术支撑体系，以满足资源难开采时代技术不断更新的需求。”中国科学院院士高德利说。

作为未来我国天然气增量的主力军，应加强深层页岩气低成本关键技术与装备攻关，释放低品位页岩气潜在产能。

高德利指出，页岩气开发技术迭代更新，不仅需要大型央企国企，更离不开专业的服务公司。目前，中国未有行业耳熟能详、具备竞争力的页岩气技术服务公司。“我们需要这样的公司，为页岩气发展提供技术支持。未来要将人才优势转化为技术优势，让更多的技术公司投入到页岩气的开发中，提升产量和效益。”

▍创新需要民企力量

2018年以来，油气勘探开发明显回暖，油气管网公司成立和上游外资准入新规以及勘查开采体制改革方案的出台，为常规和非常规油气勘探开发带来机遇。最为迫切的技术问题如何解决？

“要实现技术研发和创新，完全依靠国家和政府重大技术攻关不可行，应充分发挥市场作用，鼓励调动术业有专攻、富有探索创新精神的各类型社会主体进入市场，同时降低新技术推广应用的准入门槛，为真正有技术有能力的企业提供有利的创新环境。”潘继平说。

多位专家表示，良好的创新环境更离不开创新资金的支持。据了解，目前，仅重庆创建了国内首个页岩气专业创投基金，其他省市几乎没有。“页岩气科技创新，应增加基金建设，让‘资本’向更多有专长的装备和技术企业开放”，潘继平说，“我们应该转变思路，由直接的产量补贴转为技术补贴，告别传统科研体制打天下的局面，鼓励更多市场主体投入页岩气技术的创新研发中。”

中国工程院院士赵文智认为，让更多大中小型民企进入页岩气开发，建议实行差异化税费政策，给予稳定的扶持政策。可借鉴欧美做法，考虑页岩气开发投资回收之前，资源税免征或按销售收入1-2%征收(目前按销售收入的3.6%征收)。同时，可对新开发层系进一步提高开发补贴水平。

▍高效稳定开发“需冷静”

“不论是常规还是非常规天然气，就上游而言，‘十四五’甚至‘十五五’、‘十六五’的发展难点和重点都是在储量和产量不断增加的同时，避免消费市场增速大起大落，应政策、战略和规划保持持续、相对稳定发展势头。”潘继平说。

开发页岩气难度越来越大，实现稳产增产需要理论创新。而如何将创新转化为技术、转化成作业能力，需要体制机制进一步改革、完善和保障，更需要理性看待非常规油气发开发。

2011年前后，国家前所未有地两次公开招标页岩气区块矿权，前后共计二十余家企业中标，除传统的中石油中石化这样的企业以外，有数家混合所有制甚至纯民营企业中标。由于对页岩气勘探开发高风险、高投入、低回报行业特点不够了解，企业仅凭一腔热情只能“全军覆没”，以至于到今天，第三轮招标也迟迟没有下文。

“虽然结果不甚理想，却是上游改革的破冰之举，意义重大。没有页岩气探矿权的招标，在某种程度上就难以拉开油气上游改革的序幕”，潘继平对记者说。“未来，政府有关部门应加强区块的优选和评价，增加资源可靠性，尽可能为企业降低投资风险。”

中国石油大学（华东）校长郝芳对记者表示，企业应对风险和挑战做足心理准备，不可存有投机心理。未来，有实力、有经验、机制灵活的各类企业，在吸取改革试点经验教训的基础上，有可能成为油气勘探开发的新生力量。

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出品 | 中国能源报（ID：cnenergy）

责编 | 闫志强

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