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一场新的能源革命正在发生
发布日期:2015-03-11 来源:中国科学院生态环境研究中心 作者:马惠昌 浏览次数: 字号:【

  前言

     大约在1.4亿年前形成的页岩,是一种沉积岩,成分复杂,具有薄片层状的节理,硬度小,易风化,因此,页岩本身似乎没有什么重要用途,主要用于制砖、陶粒和水泥等建材。

     但是页岩在地下非常丰富的,世界各国都有。而页岩具有另外的一些非常重要的特性,就是具有生成游离态天然气或储存吸附态天然气的性能。使它成为天然气的另一个重要资源。如果能将这些天然气开采出来,将是一件有非常重大意义的事情。也正因为如此,而发生了一场新的能源革命。

  美国人和加拿大人在页岩气的开采和利用方面开展了多年的工作,已有近百年的历史。在近几十年美国在页岩气的开采技术方面,主要在水平式鑽井(horizontal drilling)和水力壓裂(fracking)两项重大技术方面取得了突破。水平式鑽井就是由纵向钻井可转换为水平方向鑽井,因此,鑽一個井,下面像個八爪魚,可收集四面八方的石油或天然氣;水力壓裂則是用水壓加一些特殊的化學药剂将页岩撑裂,从而释放出天然气。在八年以前,页岩还什么都不是,但现在,美国的天然气有20%是来自页岩的。美国生产页岩气的年产量2005年已经达到520×10亿m³。这几年增速更快,估计用不了几年,美国有望成为世界第一天然气生产国。预计到2020年美国将成为能源自给自足的国家。页岩气的意义由此可见一斑。

  页岩气的地下存储见示意图:

   

  

   

  Conventional non-associated gas: 传统的非伴生天然气

  Conventional associated gas:传统的伴生天然气

  Gas-rich shale: 天然气储量丰富的页岩:

  Coalbed methane: 煤层气

  Seal: 密封层

  Land surface: 地面

  Sandstone: 砂岩

  一. 页岩气的储量

  页岩普遍存在,且大都含有页岩气,页岩世界各国都有,页岩中的暗色泥页岩和高碳泥页岩含天然气更多一些。据估计全球页岩气的总储量约有187万亿立方米,含页岩气较多的国家是中国、美国、加拿大和阿根廷等,现有的数据并不很准确,因为勘探工作一直在进行中。中国的储量约为36.08万亿立方米,占世界总量的20%。美国能源情报署估计,中国的可开采储量为1275万亿立方米,按当前的消费水平,足够中国使用300年。中国页岩气的储量约占全球总储量的20%,位列世界第一。中国将很好的利用这个宝贵的战略资源,这也将深刻地影响中国乃至世界的未来。影响地缘政治和国际格局。

  二.中国页岩气资源的分布,所在主要盆地和地区

  资源量约为(21.5~45)×1012 m3 ,中值为30.7×1012 m3。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,但目前尚未在大面积区域内实现天然气勘探的进一步突破。资料显示,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、准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。

   

  

   

  从中国能源网研究中心收集的资料来看,截止2013年,在全国页岩气3大相、9大层系中,我国已在南方下古生界海相、四川盆地侏罗系陆相、鄂尔多斯盆地三叠系陆相三个领域实现了突破,在西北地区侏罗系陆相、东部断陷盆地古近系陆相、南方上古生界海陆过渡相三个领域取得了的重要进展,国土资源部将我国陆域页岩气分布区分为五大区,即上扬子及滇黔桂区、中下扬子及东南区、华北及东北区、西北区、青藏区。

  三. 页岩气的开采方法和特点

  1. 页岩气的开采方法

  由于页岩气像海绵吸水一样渗透在岩石的空隙中,钻探人员通常又把它称为“致密气”。要开采出这些 “致密气”简直就像从石头里榨油那么困难。

  美国人尝试用各种方式减少开采成本。本世纪初,水力压裂技术和水平钻井技术这两项关键技术的结合,实现了历史性的飞跃。简单地说,水力压裂技术主要是利用高压的水,使页岩层产生裂缝,接着,向岩石裂缝注入混合着沙子的水,将页岩气挤压出来,进入气井。而水平井能解决页岩层产层薄、孔隙度小和渗透率低等问题,使单井产量增大、生产周期延长,采收率大约是直井的3倍。

  开采的主要步骤如下:

  1.页岩气从气井中出来,2.水泵车把水压入气井,3.运水卡车运水,4.页岩气通过管道被运往各地,5.回收水池,6回收的水被储存在露天的水池中,7.然后被运回废水处理厂。

  2)页岩气的特点

  ⅰ.页岩气的开采寿命和生产周期长,通常可达30-50年,甚至可达80-100年。

  ⅱ.产气页岩分布范围广,厚度大,使得页岩气能够长期稳定产气。

  ⅲ.得益于水力压裂技术的另一项产物,就是页岩油,在美国已经证明其产量可观。

  ⅳ.页岩气储层渗透率低,开采难度较大。

  3)我国与美国产气页岩地质条件的比较

  ⅰ中国页岩气层埋藏深度(2000-3500米),高于美国(800-2600米)。地质复杂程度也超过美国。从而增加了开采难度和生产成本。

  ⅱ我国页岩气产地距用气地区较远,增加了输气成本。

  ⅲ水力压裂技术需要大量的水资源,产气地相对匮乏。

  四 。我国页岩气开发生产的前景

  美国是生产页岩气的先行者,早在百年之前就开展了这方面的研究和试验工作。近十几年来才获得技术上的突破。页岩气的开采可分为四个阶段:1997年以前采用直井大型水压裂技术;1997-2002年,以直井大型清水压裂技术为主;2002-2007年,水平井压裂技术开始实验;2007年---至今,水平井套管完井分段压裂技术逐渐成为主体技术模式。

  从产量来看:美国2000年的年产量为122亿m³;2005年为196亿m³;2007年为500m³;2010年为1378亿m³。由此可见,在获得技术突破之后,页岩气生产的进展是很快的,可以说是突飞猛进,预期2015年美国天然气的总产量将超过俄罗斯成为全球最大的天然气生产国。

  中国是后进者,后进者有后进的优势,美国的经验是一个榜样,可供我们借鉴和学习,少走弯路。中国肯定不会用那么长的摸索时间,事实也正在证明这一点。我国第一口页岩气井是2010年在四川威远开建的威201井,3月开始产气,7月达到1.08万m³/日。重庆涪陵示范区页岩气井平均单井产量达到15万m³/日,涪陵页岩气田,2013年底已完成页岩钻井285口,全年产能已达2亿m³,其中日产超过10万m³的有23口井。2014年底预计产能可达18亿m³,2015年底产能将达到50亿m³,2017年将建成我国首个产能100亿m³的页岩气田——发了页岩气田。部分区块的产气前景远超预期,我国的页岩气生产的发展速度非常迅速,到2015年有望超额完成页岩气产量65亿m³的规划指标,实现大规模生产。中国页岩气产量最终将超过美国。也许20-30年后,中国的雾霾天气会逐渐减轻乃至消失,重现蓝天白云的朗朗乾坤;我们也有理由相信,20-30年后一个能源强国将会矗立在世界的东方,成为一个天然气的出口国也在情理之中。

   

   

   

   

   

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