页岩气--中文百科全书

基本简介

页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。页岩气很早就已经被人们所认知，但採集比传统天然气困难，随着资源能源日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，人们逐渐意识到页岩气的重要性。

据智研咨询发布的《2015年中国页岩气开採市场面临的挑战》中资料显示：目前中国页岩气勘察已累计投入70多亿元，施工钻井80余口，水準井20余口。2012年通过天然气管网销售页岩气1500万立方米，累计销售3000万立方米。　　国家发改委发布的《页岩气发展规划》显示，到2015年，中国页岩气年产量将达到65亿立方米，2020年力争达到1000亿立方米。届时，页岩气将佔到中国能源需求的10%。　　但相对于美国的“页岩气革命”来说，中国的页岩气开採仍面临着诸多难题。中国2015年要达到65亿立方米的产量目标存在四个挑战。　　第一个挑战就是岩石、地质方面的挑战。　　第二个挑战就是钻井方面的挑战。尤其是在一开始的开採和勘探期，需要钻探上百个井去找到以后会用的井，这些服务体系是不是能跟上，从而保证比较高效的钻井，这是一个很重要的挑战。　　第三个是非技术方面的挑战，比如说涉及到很多利益相关方，怎麽样把各个利益相关方的关系处理好。比如说有些井存在的问题刚好是人口比较多的地方，涉及到水资源的保护，还有防治污染的问题等等。　　第四个也是最关键的，就是一定要有比较好的政府监管架构和行业构架，因为这是决定开採速度的前提。她说：“我并不是很担心中国是否能够实现很高效的钻井。但比较重要的是，一定要有好的监管来防止对地下水和环境的污染。”　　中国的页岩石和美国的不一样，所以设计的钻井、深度和方法也不一样。此外，中国的页岩气多数位于山区，所需要的基础设施也不一样，这些都需要时间来解决。　　国家能源局正在製定页岩气产业政策，目前已经形成初稿。国家能源局有关负责人曾公开表示，产业政策将对页岩气产业的準入、环保、监管、对外开放等问题有更细致的规定，可操作性也将更强。　　而由国土资源部製定的《页岩气探矿权招投标管理办法》也计画出台。国土资源部鼓励各类投资主体进入，鼓励国外企业以技术服务等方式参与，鼓励国内企业开展对外合作。下一步还要继续完善出台符合页岩气勘查开发实际的探矿权竞争出让办法。

主要特点

页岩气主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间。

以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和储存天然气的储层和盖层。因此有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。

页岩亦属致密岩石，故也可归入致密气层气。它起始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩，为暗褐色和黑色，富有机质，可大量生气。储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存，为低（负）压、低饱和度（30％左右），因而为低产。但在裂缝发育带可获较高产量，井下爆炸和压裂等改造措施效果也好。

页岩气开发具有开採寿命长和生产周期长的优点——大部分产气页岩分布範围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开採难度较大。随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。

储量分布

北美的克拉通盆地、前陆盆地侏罗系、泥盆系-密西西比系富集多种成因、多种成熟度的页岩气资源。而在中国许多盆地发育有多套煤系及暗色泥、页岩地层，互层分布大套的致密砂岩存在根缘气、页岩气发育有利条件，不同规模的天然气发现，但尚未在大面积区域内实现天然气勘探的进一突破。

页岩气

中国南方海相页岩地层可能是页岩气的主要富集地区。除此之外，松辽、鄂尔多斯、吐哈、準噶尔等陆相沉积盆地的页岩地层也有页岩气富集的基础和条件。重庆綦江、万盛、南川、武隆、彭水、酉阳、秀山和巫溪等区县是页岩气资源最有利的成矿区带，因此被确定为首批实地勘查工作目标区。

从全世界範围看，泥、页岩约佔全部沉积岩的60%，页岩气资源前景巨大。主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联。加拿大西部地区大约有550万至860万亿立方英尺页岩气储量。美国页岩气地质储量约28万亿立方米。2007年美国页岩气总产量500亿立方米，佔当年美国天然气总量的8%以上。中国的页岩气储量超过其它任何一个国家，可採储量有36万亿立方米。按当前的消耗水準，这些储量足够中国使用300多年。

2015年10月21日，国土资源部发布《中国矿产资源报告（2015）》显示，2014年中国地质勘查投入1145亿元，新发现大中型矿产地249处。油气勘查取得重大突破，页岩气首次探明地质储量1068亿立方米。

去年我国页岩气首次探明地质储量1068亿立方

成藏条件

沉积环境

页岩气的工业聚集需要丰富的气源物质基础，要求生烃有机质含量达到一定标準。那些有机质丰度高的黑色泥页岩是页岩气成藏的最好源岩，它们的形成需要较快速的沉积条件和封闭性较好的还原环境。沉积速率较快可以使得富含有机质页岩在被氧化破坏之前能够大量沉积下来，而水体缺氧可以抑製微生物的活动性，减小其对有机质的破坏作用。在沉积埋藏后控製甲烷产量的因素是缺氧、缺硫酸盐环境，低温、富含有机物质和具有充足的储存气体的空间。

总有机碳含量

总有机碳含量是烃源岩丰度评价的重要指标，也是衡量生烃强度和生烃量的重要参数。有机碳含量随岩性变化而变化，对于富含粘土的泥页岩来说，由于吸附量很大，有机碳含量最高，因此，泥页岩作为潜力源岩的有机含量下限值就愈高，而当烃源岩的有机质类型愈好，热演化程度高时，相应的有机碳含量下限值就低。

干酪根类型

在不同的沉积环境中，由不同来源有机质形成的干酪根，其组成有明显的差别，其性质和生油气潜能也有很大差别。因此研究干酪根的类型（性质）是油气地球化学的一项重要内容，也是评价干酪根生油、生气潜力的基础。干酪根类型是衡量有机质产烃能力的参数，不同类型的干酪根同时也决定了产物以油为主还是以气为主。页岩气可以在不同有机质类型的源岩中产出，有机质的总量和成熟度才是决定源岩产气能力的重要因素。

热演化程度

热演化程度含气页岩的热成熟度通常用Ro来表示，Ro越高表明生气的可能越大。美国五大产气页岩的热成熟度可以从0.4%~0.6%（临界值）到0.6%~2.0%（成熟），页岩气的生成贯穿于有机质向烃类演化的整个过程。也就是说，只要页岩层中的有机质达到了生烃标準，即Ro>0.4%，就可以生成天然气，它们就有可能在页岩中聚集成藏。一般地，当Ro>1.0%更易于生气，1.0%1.4%时则生成干气；Ro<0.6%为未成熟阶段，0.4%

主要用途

页岩气是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，主要用于民用和工业燃料，化工和发电等，具有广阔开发前景，页岩气的开发和利用有利于缓解油气资源短缺，增加清洁能源供应，是常规能源的重要补充。

页岩气开採技术，主要有水準井＋多段压裂技术、清水压裂技术和压裂技术-同步压裂技术，这些先进的技术不断提高着页岩气井的产量。正是这些先进技术的成功套用，促进了美国页岩气开发的快速发展。

开採污染

新华社华盛顿6月24日电（记者林小春）页岩气开採及其对环境的影响一直是热门话题。在美国宾夕法尼亚州进行的一项研究或许会引发新的争论。该研究显示，页岩气开採可能导致气井周围半径一公裏範围内的饮用水被甲烷、乙烷和丙烷污染。

页岩气

页岩气是从页岩层中开採的天然气，在美国天然气供应中，页岩气所佔比例越来越高。页岩气开採主要使用水力压裂法，即将化学物质和大量水、泥沙的混合物，用高压注入地下井，压裂附近的岩石构造，进而收集天然气。一些专家认为，这些活动可能会影响环境，污染空气、水源和土壤。

美国杜克大学的研究人员24日在美国《国家科学院学报》上报告说，他们分析了宾夕法尼亚州东北部马塞勒斯产气区的141口私人饮用水井，发现约82%水井的水样中含有甲烷。平均而言，气井周围半径一公裏内饮用水的甲烷浓度是正常水準的6倍，乙烷浓度是正常水準的23倍。此外，在10份水样中发现了丙烷，这些水样同样取自气井周围半径一公裏内的水井。

报告第一作者罗伯特·杰克逊表示，这些资料和上述3种气体的同位素特征表明，页岩气开採影响了一些居民的饮用水。马塞勒斯地区并无乙烷和丙烷的生物来源，在饮用水中发现较高浓度的乙烷和丙烷是页岩气开採影响环境的“最新和难以驳倒”的证据。

研究人员表示，新发现表明在进行页岩气开採前要把对地下水的影响考虑在内。

此前，开展过两项类似研究的杜克大学研究人员表示，他们发现了页岩气开採气井附近饮用水被甲烷污染的直接证据，引起能源行业争论。但美国地质勘探局在阿肯色州进行的相关研究显示，没有发现饮用水遭受这种污染的证据。

随着国土部酝酿的第三次页岩气招标地块的逐渐清晰，中国政府对于页岩气开发的态度也逐渐明朗化。每立方米0.4元的中央财政补贴，让更多的企业对这块能源肥肉跃跃欲试。而这场“页岩气革命”背后的种种环境危机却被人为的隐藏在了“显而易见”的经济红利之下。

开发一口页岩气井需近万吨水，而作为压裂液的核心化学成分则有596种之多。这些被注入破裂地层的污染水会随时间的推移融入地下水中，这一问题已在美国的众多页岩气採区出现。就曾有报到指称在被污染地区的自来水中检测出超过了300种化学成分。其中多数均来自压裂液，而危害远不止于此。

除此之外，更为影响广泛的就是因地层压裂导致的地震，在阿肯色州的页岩气採区3级以下的地震一年内发生了近千起，而在地质条件更为不稳定的地区甚至会发生3级以上强度的地震活动。这些频繁的小震引起了当地居民的惊恐与不满，导致了大量集体诉讼案件的出现。

而据国内一份发表在《地球物理学报》的论文显示，2009年1月，天然气採空废井“家33井”在人为加压注水后，周边即出现小震增强现象，随着注水压力的增加，周边先后发生4.4级和4.2级地震，当月地震总数也达160余次。注水下降后地震频次与震级出现回落。

开採历史

美国

美国进行页岩气开採大约有80多年历史。页岩气开发极大改善了美国天然气供应格局和能源安全状况，其佔美国天然气产量的比重从1996年的1.6%猛增至2010年的约23%，并使美国在2009年超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国和资源国。随着技术的进步及探明储量的持续增加，未来页岩气开採将进入爆发式成长期，带动美国的天然气生产进入“黄金时代”。

加拿大

加拿大是继美国之后第二个实现页岩气商业化开採的国家，2009年的产量已达到72亿立方米。资料显示，加拿大西部地区大约有550万至860万亿立方英尺页岩气储量。

欧洲（除俄罗斯以外）

页岩气技术可採资源量相对较低，但分布广泛，主要集中在波兰、挪威、乌克兰和瑞典等国。波兰的页岩气可採资源量为欧洲之最。此外，德国、英国、西班牙等国也已开始开展页岩气研究和试探性开发，部分企业已着手商业性勘探开发。

法国由于担心页岩气的开採会对水资源管理带来较大负面影响，已暂时停止相关开採活动。2013年7月，法国总统奥朗德日前发表声明说，不允许在法国境内开採页岩气，因为这将给生态带来风险。

在亚太地区

中国和澳大利亚的页岩气储量都很丰富，上述两国以及印度、印尼都已相继开始对页岩气资源展开调查与勘探。中国页岩气开发刚刚起步，整体处于以资源评估与勘探为主的探索和準备阶段。2011年7月，中国国土资源部举行了首轮页岩气探矿权招标。中国相关部门和石油公司也已着手与美国有关机构在页岩气开发、技术合作研究等方面展开多种形式的合作。

拉丁美洲

页岩气资源主要集中在阿根廷、墨西哥和巴西等国。目前道达尔、埃克森美孚等能源公司已经开始与阿根廷国内的石油公司合作，参与其国内矿区页岩气的开採。墨西哥的页岩气可採资源量位列世界第四， 2011年10月墨西哥北部与美交界处发现大规模页岩气田，预计该气田能满足墨西哥90多年的天然气需求。

中国情况

中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿-30万亿立方米，与美国28.3万亿立方米大致相当，经济价值巨大。

2009年10月，中国国土资源部在重庆市綦江县啓动了中国首个页岩气资源勘查项目。2012年3月，中国国家能源局于发布了《页岩气发展规划（2011-2015年）》，根据该规划，中国计画在“十二五”期间，完成探明页岩气地质储量6000亿立方米，可採储量2000亿立方米，实现2015年页岩气产量65亿立方米，基本完成全国页岩气资源潜力的评估与勘探，为“十三五”打好基础，目标是到2020年力争达到页岩气年开採量为600亿-1000亿立方米。

中国是北美以外唯一一个现有石油服务行业规模较大而且政策和税收环境较为宽松的地区，加之中国页岩气储量丰富且能源供需严重不平衡，中国已被视为未来除美国之外页岩气开发最快的国家。

近年来，我国对页岩气的越发重视，与美国开展的“页岩气革命”有很大关系，2006年美国页岩气产量为当年天然气总产量的1%，2010年该比例跃升至17%，超过1000亿立方米，随后五年间，美国页岩气产量成长近20倍。可以说，美国页岩气开发为我国企业描绘了一幅十分美好的蓝图，企业纷纷摩拳擦掌、跃跃欲试，但是由于我国地质条件、技术条件和市场条件与美国有很大不同，企业在进行开发时照搬美国技术经验不免屡屡碰壁。

市场前景

经济的发展离不开能源，石油有"工业的血液"之称，但是目前我国对石油的对外依存度一直很高，据前瞻产业研究院发布的《2014-2018年中国页岩气行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》资料显示，2007-2013年我国原油对外依存度整体呈现上升的趋势，2013年这一比例达到了60%。此外，天然气的对外依赖程度也较高，2013年对外依存度高达31.6%。由于经济的发展需要能源的不断供给来保证，能源具有很重要的战略意义，所以掌握能源的供给线显得至关重要。

而页岩气作为一种非常规天然气资源，以其开採寿命长和生产周期长在清洁能源中倍受青睐，加之我国又是页岩气储量大国，所以在我国经济转型期，页岩气开发的经济性受到国家层面的关注。目前我国有近77%的页岩气资源存在于现有的常规油气区块中，在现实中区块重叠、勘探不足等问题让页岩气开发步履维艰。第二轮招标之后，尽管中标的企业大多已有行动，但出于种种原因，这些动作大多是少量的地质勘探工作。

此外，目前页岩气的主要开採技术--水力压裂技术也备受争议，其原理是通过大量掺入化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂以释放天然气，该种技术不仅浪费大量的水资源，还可能导致气井附近出现地下水污染，面临着较大的环保风险。另外，从目前的勘探情况来看，由于我国的页岩气产区主要分布在西北、西南等水资源缺乏的地区，而页岩气的开发有可能加大当地水资源缺口，即页岩气开发技术的套用也面临着广泛的风险。

分析认为，页岩气经济价值的开发进程，有待从以下几方面着手：①提升开採技术，国家可以加大对院校和研究所的支持力度，加快核心开採技术的自主研发进程；②开採企业可以考虑引入页岩气行业的国际战略投资者，一来是增加开採融资渠道，二来是借助其技术加快开採进程；③精準地寻到到页岩气的"甜点区"，可以由国家和政府部门牵头，实现勘探资源、地震资料等寻找的关键资料的共享，降低花费在勘探上的成本。

美国发展

开发背景

美国是世界能源消费大国，长期以来，美国政府将“能源独立”作为政策纲领，希望通过各种手段寻求更多能源供给渠道，改变石油对外依存度高的被动局面。1973年以阿战争，阿拉伯等石油输出国家组织（OPEC）对美国实施石油禁运，1979年伊朗革命造成中东政治陷入混乱造成全球石油短缺，1990年伊拉克入侵科威特带来两国石油减产沖击美国石油进口，这三次“石油震撼”加上对本国油气资源日益减少的担心迫使美国政府进一步落实能源供给分散的策略，加快天然气以及非常规油气的勘探研究步伐，页岩气前期的勘探研发工作就是在这样的大背景下实现突破的。

2007年，美国页岩气产量366.2亿立方米，到2010年，产量突破千亿，达到1379.2亿立方米（相当于美国天然气总产量的23%）。预计，到2035年，美国页岩气产量将佔到本国天然气总产量的45%，在未来能源格局中扮演更重要的角色。美国页岩气开发获得的巨大成功并非“偶然事件”，在很大程度上得益于技术进步，美国系统完善的、有利于新兴产业发展的市场环境与政策等多方面因素。

开发时间表

页岩气的时间表包括了若干个重要的裏程碑：

1821年，在美国纽约的弗裏多尼亚商业天然气井中首次生产出页岩气。

1859年，埃德温·德雷克表示油可大量生产，啓动了美国的石油工业。

19世纪60年代到20世纪20年代，天然气，包括在阿巴拉契亚山脉和伊利诺伊州的盆地由浅，低压产出的页岩气，仅限于用在靠近生产领域的城市。

20世纪30年代，技术的发展使得运用大口径通路把大量的中大陆和东南部油田的天然气输送到东北部城市成为可能;天然气工业的迅速发展。

页岩气

20世纪40年代后期，液压压裂首次用于刺激石油和天然气井。1947年泛美石油股份公司经营的堪萨斯州格兰特县的气井第一次运用了水力压裂技术。

20世纪70年代初，井下发动机，作为定向钻井技术的关键组成部分，发展加速。在随后的三十年裏，定向钻井能力继续向前推进。

20世纪70年代末和80年代初，出于对美国的天然气资源日益减少的担心，联邦政府开始资助“非常规天然气藏”，如页岩气，致密砂岩和煤层的气体等方面的估算方法的研究和如何改善将气体从这些岩石中提取的方法。页岩埋藏较深，如得克萨斯州Barnett和宾夕法尼亚州Marcellus区块，都是被众所周知，认为其通透性基本上为零，因此也不考虑其经济性。

20世纪80至90年代初，Mitchell 能源公司结合大裂缝设计，严谨的油藏描述，水準井，更低的成本和水力压裂，使得Barnett页岩区块具有经济性。

2003年至2004年，从Barnett页岩区块生产的页岩气超越了一些浅层天然气井的产量，如历史上的阿巴拉契亚俄亥俄区块和密歇根盆地Antrim页岩区块。现在每天约有20亿立方英尺的天然气是产自美国页岩气。

2005年至2010年，Barnett区块的页岩产量成长到大约每天5亿立方英尺。在其他主要盆地的主要页岩区块也开始发展。

2010年，Marcellus页岩区块亚特兰大中部/东北部地区--靠近东海岸的大城市的天然气需求中心的一个重要的组成部分-被认为拥有接近一半的技术可採近的页岩气资源。

对美国产生的影响

美国页岩气的大开发，一是改变了全国能源供应结构，促使全国油气进口预期不断降低，对外依存度有望降至20世纪80年代以来的最低水準；二是诱发了油气价格联动机製减弱。自2009年初至2010年3月1日，原油价格已上涨了73%，而美国天然气价格却下降了15%；三是刺激了传统能源的替代套用。如，在交通行业中增加压缩天然气替代石油，发电行业中增加天然气替代煤炭等，其中在2005年至2010年的5年间，用于交通燃料的天然气消费量成长了43.5%，气发电的消费份额（相对于天然气的消费总量）从2005年的26%攀升至2010年的30.1%；四是带来了更多的就业机会、税收收入以及一定程度的区域经济成长。如，2008年Marcellus页岩气的发展给宾夕法尼亚州带来了23亿美元的经济收入，创造了29000个就业机会，给州政府和当地政府带来了2.4亿美元的税收。