漫话页岩气及其勘探开发（1）
胡经国
本文作者的话
页岩气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改变全球能源规则页岩气：打开中国能源勘探开发新局面页岩气有望改变国能源开发格局国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选成果加快页岩气勘开发攻关国24口页岩气井获得工业气流建立规划落实机制推进页岩气勘探开发页岩气有望成为国能源重要组成部分加强页岩气勘开采和监督管理2012年中国国际页岩气大会国发展页岩气的16字理念页岩气开发加快页岩气发展的八项基础工作全国页岩气勘开发进展直击两会热词之页岩气出台政策加大页岩气产业扶持力度博鳌亚洲论坛2013页岩气革命分论坛
1、页岩气基本概念
页岩气（ShaleGas）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”同属一类非常规天然气。
非常规油气资源包括：页岩气煤层气（瓦斯）、致密气油砂矿、油页岩、可燃冰等致密气（TightGas）是指渗透率小于0.1md的砂岩地层天然气。
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，但采集比传统天然气困难随着能源资源日益匮乏，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。20120609），什么是页岩气？页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，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，也是聚集和保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。
页岩气发育具有广泛的地质意义，存在于几乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大因而分别具有不同的工业价值。中国传统意义上的泥页岩裂隙气、泥页岩油气藏、泥岩裂缝油气藏、裂缝性油气藏等大致与此相当，但其中没有考虑吸附作用机理也不考虑其中天然气的原生属性，并在主体上理解为聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气因属于不完整意义上的页岩气。因此，中国的泥页岩裂缝性油气藏概念与美国现今的页岩气内涵并不完全相同，分别在烃类的物质内容、储存相态、来源特点及成分组成等方面存在较大差异。页岩气主体于暗色泥页岩或高碳泥页岩中页岩气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主体以游离相态（大约50％）存于裂、孔隙及其它储集空间以吸附状态（大约50％）存于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面极少量以溶解状态存于干酪根、沥青质及石油中
干酪根Kerogen）为腊状有机物质是动植物遗骸通常是藻类或木质植物在地下深部经过细菌分解，除去糖类、脂肪酸及氨基酸后残留下的不溶于有机溶剂的高分子聚合物。除了含有碳、氢、氧之外，也含有氮和硫的化合物。气也存于夹层状的粉砂岩、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，也是聚集和保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。
由于页岩属于致密岩石，也可归入致密气层气。它始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩，暗褐色和黑色，富有机质，可大量生气。储集空间以裂为主并可以吸附气和水溶气形式赋存，低（负）压、低饱和度（30％左右），因而为低产。但在裂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。
页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。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。
中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15～30万亿立方米，与美国28.3万亿立方米大致相当，经济价值巨大。另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气田开采寿命一般可达30～50年，甚至更长。美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年。开采寿命长，就意味着可开发利用的价值大，这也决定了它的发展潜力。
3、页岩气主要用途
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，具有十分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。
页岩气开采技术，主要有水平井＋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应用，促进了美国页岩气开发的快速发展。
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准。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制微生物的活动性，减小其对有机质的破坏作用。在沉积埋藏后控制甲烷产量的因素是缺氧、缺硫酸盐环境低温、富含有机物质具有充足的储存气体的空间。
烃，或称碳氢化合物（Hydrocarbon），是有机化合物的一种。这种化合物只由碳和氢组成，其中包含了烷烃、烯烃、炔烃、环烃及芳烃，是许多其他有机化合物的基体。
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。
烃源岩，是富含有机质、大量生成油气与排出油气的岩石。烃源岩应该具备的条件：含有大量有机质即干酪根；达到干酪根转化成油气的门限温度即埋藏深度。烃源岩有利于有机质大量和保存的环境浅海相、三角洲相、深水半深水湖相烃源岩粘土岩类烃源岩、碳酸盐岩类烃源岩、煤系烃源岩
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。
热演化程度含气页岩的热成熟度通常用Ro来表示Ro值越高表明生气的可能越大。
2013年7月18日编写于重庆
2022年2月7日修改于重庆
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