據(jù)消息稱，正當國際石油價格頻繁受到地緣政治等因素影響，持續(xù)高位波動之際，一種非常規(guī)天然氣——頁巖氣在現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)中逐漸占據(jù)重要地位，成為能源中的亮點。國際能源署近日稱，全球非常規(guī)天然氣將進入一個黃金發(fā)展期。
為加快頁巖氣開發(fā)，減少對外石油天然氣進口依賴，中國已經(jīng)將頁巖氣開發(fā)列入“十二五”規(guī)劃，有分析人士認為，如果中國能在一個相對較短的時間內(nèi)達到量產(chǎn)規(guī)模，甚至與美國的頁巖氣產(chǎn)量齊頭并進，則世界能源結(jié)構(gòu)的版圖將會發(fā)生巨大改變。
頁巖氣開發(fā)緣何受到廣泛關(guān)注？頁巖氣能否緩解能源危機？頁巖氣開采難在哪？還需邁過幾道坎？非常規(guī)油氣資源時代是不是來了？本期《科技之謎》中國地質(zhì)大學能源學院教授侯讀杰為讀者答疑釋惑。
非常規(guī)油氣礦藏豐富？
“有一個‘貪心’的人，正在吃著碗里的，看著鍋里的。重油和致密砂巖是管今天的事情，頁巖氣和煤層氣是管明天的事情，而天然氣水合物是管后天的事情。”侯讀杰以詼諧的方式比喻了現(xiàn)在對非常規(guī)油氣資源的開發(fā)。
當下頁巖氣已經(jīng)正式成為我國第172種礦產(chǎn)，國土資源部也將按獨立礦種制定了投資政策，進行頁巖氣資源管理。頁巖氣的開發(fā)利用漸漸走進了大眾視野，非常規(guī)油氣資源一詞也頻頻出現(xiàn)。那么，非常規(guī)油氣資源指的是什么？我國非常規(guī)能源有哪些呢？
侯讀杰解釋說：“非常規(guī)油氣源包括頁巖氣、煤層氣、頁巖油、致密砂巖油氣、天然氣水合物和重油資源等。而其中目前最具有開發(fā)價值的是：頁巖氣、煤層氣、致密砂巖油氣和重油資源。在我國，對致密砂巖油氣和重油資源開發(fā)的實踐較早，其次是煤層氣，然后才是頁巖氣。”
侯讀杰分別介紹了這幾種比較具有開發(fā)價值的非常規(guī)油氣資源的優(yōu)勢。比如致密砂巖油氣的優(yōu)點是過去勘探程度低，剩余的資源比較多；而重質(zhì)油資源則勝在開發(fā)應(yīng)用技術(shù)比較成熟，資源量大，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)挿?，除了作為能源和化工原材料外，也可為公路交通和建筑的重要原料；而主要分布在煤礦區(qū)的煤層氣，它的優(yōu)點是目前勘探程度低、剩余資源多、建設(shè)速度快，開采煤層氣的同時也可降低煤礦生產(chǎn)的安全隱患。
被人們稱為“可燃冰”的天然氣水合物也有其優(yōu)勢，比如其巨大的資源量會在未來的能源利用中，起到越來越大的作用。但是目前在技術(shù)上還有許多需要克服的難關(guān)，比如開采后如何收集、如何避免泄露造成大氣污染等。所以現(xiàn)在還無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化開采。
頁巖氣并非局限于泥頁巖層段？
那么什么樣的物質(zhì)被稱為頁巖氣呢？侯讀杰說：“頁巖氣（shalegas）是在泥頁巖中，由于有機質(zhì)通過生物化學作用和熱降解，以吸附或游離的狀態(tài)未排出源巖層系，滯留在源巖層系中呈連續(xù)狀分布的氣藏。它是存在于富有機質(zhì)泥頁巖層段中具有商業(yè)性產(chǎn)出的天然氣。兩種成因之中，熱降解成因形成的頁巖氣比較多。”
“但是，頁巖氣的賦存地層并不局限于嚴格意義上的泥頁巖層段，它還可以保存在泥頁巖中，同時也有一部分可能賦存在這一地層單元的薄層狀的粉砂巖甚至砂巖和碳酸鹽巖層中。如果該層段的粉砂巖、砂巖為主體，就變成致密砂巖氣（TightSandstoneGas）。另外，目前國外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的頁巖氣的源巖范圍很廣泛，包括了熱裂解成因的熱解氣和生物氣。但應(yīng)該注意的是，熱解氣源巖應(yīng)該是我們頁巖氣研究和發(fā)現(xiàn)的主體。”侯讀杰教授補充道。
頁巖氣的形成條件并不復(fù)雜，侯讀杰教授說，首先需要一定厚度的泥頁巖或包括有薄的砂條。像這樣有一定的巖性組合，才能讓生成的天然氣不會大量的逸散，而殘留在該泥頁巖段內(nèi)；當然，還需要在泥頁巖中有一定的有機質(zhì)，這是生成天然氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。這樣在一定的埋深和溫度下，才能保證有機質(zhì)大量轉(zhuǎn)化成為天然氣。另外，泥頁巖中需要有一定的孔隙度和滲透條件，讓其能夠流動。當然，最好具有相對較高的脆性礦物含量，讓其容易壓裂以增加產(chǎn)量，這樣殘留的天然氣能比較容易流出來。
頁巖氣“好”在哪兒？
為什么對非常規(guī)油氣資源的研究開發(fā)如此迫切？事實上，到2015年，我國天然氣缺口將達1200億立方米以上，如果沒有可代替的能源，就只能從國外大量進口。但是解決之道并不是無跡可尋，美國就依靠“非常規(guī)天然氣”令其在2009年一度取代俄羅斯，成為了全球最大的天然氣生產(chǎn)國。
2012年國土資源部發(fā)布我國頁巖氣地質(zhì)資源潛力為134。42萬億立方米，可采資源潛力為25。08萬億立方米（不含青藏區(qū)）。這說明我國在非常規(guī)天然氣的開采上是很有潛力的。
頁巖氣的開發(fā)有哪些優(yōu)勢？侯教授提出了一些自己的看法。比如在用途方面，頁巖氣除了屬于一種潔凈能源外，也是一種重要的化工原料；而儲存和使用方面，因為一般的太陽能和風能需要轉(zhuǎn)化為電能才能使用，所以頁巖氣更有優(yōu)勢。從實現(xiàn)長期、穩(wěn)定的生產(chǎn)的要求上來看，頁巖氣的生產(chǎn)只與地下地質(zhì)條件有關(guān)，不同于風能、太陽能受地面氣候如風速和日照條件限制較大。
據(jù)分析研究估計，在我國缺油少氣的中國南方海相頁巖地層可能是頁巖氣的主要富集地區(qū)，所以從頁巖氣的未來發(fā)展來看，對南方地區(qū)的工業(yè)發(fā)展具有相當?shù)耐苿幼饔谩?br>
開采頁巖氣“難”在哪兒？
“頁巖氣的貯藏條件使得頁巖氣的開采有一定的困難。我們平時使用的天然氣與頁巖氣的區(qū)別在于頁巖氣是殘留在源巖或源巖附近的低孔滲的巖石中，而普通的天然氣是運移到儲集層中富集的。因此從開采難度來說，頁巖氣的開采難度要明顯高于普通的天然氣，開采成本也相對較高。”侯讀杰說。
侯讀杰介紹，對頁巖氣進行開發(fā)的主要難點其實在工程和工藝方面。其一，難在鉆井技術(shù)，主要是鉆水平井。要保持井壁的穩(wěn)定，控制好水平鉆井對井眼的軌跡，這樣才能準確的鉆到目的層；同時，鉆井液和完井液還要能保護儲層，避免泥頁巖儲層遭到破壞。其二，難在固井和完井的技術(shù)。必須要能滿足分段壓裂和射孔優(yōu)化的要求。
而最為關(guān)鍵的，是頁巖氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)以及對壓裂效果進行檢測分析的技術(shù)。頁巖氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)會用到壓裂液（包括水基的和其他的壓裂液），因為有水敏性的儲層，如果當有與地層不配伍的外來流體進入儲層，可能會引起儲層中的粘土礦物發(fā)生水化膨脹和分散運移而造成儲層滲透率下降的可能性及其程度，從而導(dǎo)致頁巖氣被堵住無法開采。
當然，我國在開采頁巖氣方面做了許多工作，也取得了長足的進步。早在2004年，國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心和中國地質(zhì)大學（北京）就開展了頁巖氣的資源研究工作。近年來與美國的國際合作和國家在資金、政策上的支持，都促進了頁巖氣的開發(fā)。
侯讀杰說，目前，我國在頁巖氣的研究領(lǐng)域已有了很多突破進展，比如通過國內(nèi)各個單位共同合作，已經(jīng)大致掌握了頁巖氣富集模式和分布規(guī)律。并且通過對頁巖氣地質(zhì)條件、儲層特點、地化特征等方面的綜合分析，建立起了頁巖氣發(fā)育區(qū)的主要評價參數(shù)和選區(qū)評價標準。我國還建立了頁巖氣資源評價方面標準，并對國內(nèi)主要的區(qū)塊的頁巖氣資源潛力進行了評價，初步摸清了我國頁巖氣的資源“家底”。此外，對頁巖氣區(qū)塊進行了實地的鉆井工作并綜合應(yīng)用壓裂測試技術(shù)，也取得了許多寶貴的開發(fā)經(jīng)驗。
為加快頁巖氣開發(fā)，減少對外石油天然氣進口依賴，中國已經(jīng)將頁巖氣開發(fā)列入“十二五”規(guī)劃，有分析人士認為，如果中國能在一個相對較短的時間內(nèi)達到量產(chǎn)規(guī)模，甚至與美國的頁巖氣產(chǎn)量齊頭并進，則世界能源結(jié)構(gòu)的版圖將會發(fā)生巨大改變。
頁巖氣開發(fā)緣何受到廣泛關(guān)注？頁巖氣能否緩解能源危機？頁巖氣開采難在哪？還需邁過幾道坎？非常規(guī)油氣資源時代是不是來了？本期《科技之謎》中國地質(zhì)大學能源學院教授侯讀杰為讀者答疑釋惑。
非常規(guī)油氣礦藏豐富？
“有一個‘貪心’的人，正在吃著碗里的，看著鍋里的。重油和致密砂巖是管今天的事情，頁巖氣和煤層氣是管明天的事情，而天然氣水合物是管后天的事情。”侯讀杰以詼諧的方式比喻了現(xiàn)在對非常規(guī)油氣資源的開發(fā)。
當下頁巖氣已經(jīng)正式成為我國第172種礦產(chǎn)，國土資源部也將按獨立礦種制定了投資政策，進行頁巖氣資源管理。頁巖氣的開發(fā)利用漸漸走進了大眾視野，非常規(guī)油氣資源一詞也頻頻出現(xiàn)。那么，非常規(guī)油氣資源指的是什么？我國非常規(guī)能源有哪些呢？
侯讀杰解釋說：“非常規(guī)油氣源包括頁巖氣、煤層氣、頁巖油、致密砂巖油氣、天然氣水合物和重油資源等。而其中目前最具有開發(fā)價值的是：頁巖氣、煤層氣、致密砂巖油氣和重油資源。在我國，對致密砂巖油氣和重油資源開發(fā)的實踐較早，其次是煤層氣，然后才是頁巖氣。”
侯讀杰分別介紹了這幾種比較具有開發(fā)價值的非常規(guī)油氣資源的優(yōu)勢。比如致密砂巖油氣的優(yōu)點是過去勘探程度低，剩余的資源比較多；而重質(zhì)油資源則勝在開發(fā)應(yīng)用技術(shù)比較成熟，資源量大，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)挿?，除了作為能源和化工原材料外，也可為公路交通和建筑的重要原料；而主要分布在煤礦區(qū)的煤層氣，它的優(yōu)點是目前勘探程度低、剩余資源多、建設(shè)速度快，開采煤層氣的同時也可降低煤礦生產(chǎn)的安全隱患。
被人們稱為“可燃冰”的天然氣水合物也有其優(yōu)勢，比如其巨大的資源量會在未來的能源利用中，起到越來越大的作用。但是目前在技術(shù)上還有許多需要克服的難關(guān)，比如開采后如何收集、如何避免泄露造成大氣污染等。所以現(xiàn)在還無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化開采。
頁巖氣并非局限于泥頁巖層段？
那么什么樣的物質(zhì)被稱為頁巖氣呢？侯讀杰說：“頁巖氣（shalegas）是在泥頁巖中，由于有機質(zhì)通過生物化學作用和熱降解，以吸附或游離的狀態(tài)未排出源巖層系，滯留在源巖層系中呈連續(xù)狀分布的氣藏。它是存在于富有機質(zhì)泥頁巖層段中具有商業(yè)性產(chǎn)出的天然氣。兩種成因之中，熱降解成因形成的頁巖氣比較多。”
“但是，頁巖氣的賦存地層并不局限于嚴格意義上的泥頁巖層段，它還可以保存在泥頁巖中，同時也有一部分可能賦存在這一地層單元的薄層狀的粉砂巖甚至砂巖和碳酸鹽巖層中。如果該層段的粉砂巖、砂巖為主體，就變成致密砂巖氣（TightSandstoneGas）。另外，目前國外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的頁巖氣的源巖范圍很廣泛，包括了熱裂解成因的熱解氣和生物氣。但應(yīng)該注意的是，熱解氣源巖應(yīng)該是我們頁巖氣研究和發(fā)現(xiàn)的主體。”侯讀杰教授補充道。
頁巖氣的形成條件并不復(fù)雜，侯讀杰教授說，首先需要一定厚度的泥頁巖或包括有薄的砂條。像這樣有一定的巖性組合，才能讓生成的天然氣不會大量的逸散，而殘留在該泥頁巖段內(nèi)；當然，還需要在泥頁巖中有一定的有機質(zhì)，這是生成天然氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。這樣在一定的埋深和溫度下，才能保證有機質(zhì)大量轉(zhuǎn)化成為天然氣。另外，泥頁巖中需要有一定的孔隙度和滲透條件，讓其能夠流動。當然，最好具有相對較高的脆性礦物含量，讓其容易壓裂以增加產(chǎn)量，這樣殘留的天然氣能比較容易流出來。
頁巖氣“好”在哪兒？
為什么對非常規(guī)油氣資源的研究開發(fā)如此迫切？事實上，到2015年，我國天然氣缺口將達1200億立方米以上，如果沒有可代替的能源，就只能從國外大量進口。但是解決之道并不是無跡可尋，美國就依靠“非常規(guī)天然氣”令其在2009年一度取代俄羅斯，成為了全球最大的天然氣生產(chǎn)國。
2012年國土資源部發(fā)布我國頁巖氣地質(zhì)資源潛力為134。42萬億立方米，可采資源潛力為25。08萬億立方米（不含青藏區(qū)）。這說明我國在非常規(guī)天然氣的開采上是很有潛力的。
頁巖氣的開發(fā)有哪些優(yōu)勢？侯教授提出了一些自己的看法。比如在用途方面，頁巖氣除了屬于一種潔凈能源外，也是一種重要的化工原料；而儲存和使用方面，因為一般的太陽能和風能需要轉(zhuǎn)化為電能才能使用，所以頁巖氣更有優(yōu)勢。從實現(xiàn)長期、穩(wěn)定的生產(chǎn)的要求上來看，頁巖氣的生產(chǎn)只與地下地質(zhì)條件有關(guān)，不同于風能、太陽能受地面氣候如風速和日照條件限制較大。
據(jù)分析研究估計，在我國缺油少氣的中國南方海相頁巖地層可能是頁巖氣的主要富集地區(qū)，所以從頁巖氣的未來發(fā)展來看，對南方地區(qū)的工業(yè)發(fā)展具有相當?shù)耐苿幼饔谩?br>
開采頁巖氣“難”在哪兒？
“頁巖氣的貯藏條件使得頁巖氣的開采有一定的困難。我們平時使用的天然氣與頁巖氣的區(qū)別在于頁巖氣是殘留在源巖或源巖附近的低孔滲的巖石中，而普通的天然氣是運移到儲集層中富集的。因此從開采難度來說，頁巖氣的開采難度要明顯高于普通的天然氣，開采成本也相對較高。”侯讀杰說。
侯讀杰介紹，對頁巖氣進行開發(fā)的主要難點其實在工程和工藝方面。其一，難在鉆井技術(shù)，主要是鉆水平井。要保持井壁的穩(wěn)定，控制好水平鉆井對井眼的軌跡，這樣才能準確的鉆到目的層；同時，鉆井液和完井液還要能保護儲層，避免泥頁巖儲層遭到破壞。其二，難在固井和完井的技術(shù)。必須要能滿足分段壓裂和射孔優(yōu)化的要求。
而最為關(guān)鍵的，是頁巖氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)以及對壓裂效果進行檢測分析的技術(shù)。頁巖氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)會用到壓裂液（包括水基的和其他的壓裂液），因為有水敏性的儲層，如果當有與地層不配伍的外來流體進入儲層，可能會引起儲層中的粘土礦物發(fā)生水化膨脹和分散運移而造成儲層滲透率下降的可能性及其程度，從而導(dǎo)致頁巖氣被堵住無法開采。
當然，我國在開采頁巖氣方面做了許多工作，也取得了長足的進步。早在2004年，國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心和中國地質(zhì)大學（北京）就開展了頁巖氣的資源研究工作。近年來與美國的國際合作和國家在資金、政策上的支持，都促進了頁巖氣的開發(fā)。
侯讀杰說，目前，我國在頁巖氣的研究領(lǐng)域已有了很多突破進展，比如通過國內(nèi)各個單位共同合作，已經(jīng)大致掌握了頁巖氣富集模式和分布規(guī)律。并且通過對頁巖氣地質(zhì)條件、儲層特點、地化特征等方面的綜合分析，建立起了頁巖氣發(fā)育區(qū)的主要評價參數(shù)和選區(qū)評價標準。我國還建立了頁巖氣資源評價方面標準，并對國內(nèi)主要的區(qū)塊的頁巖氣資源潛力進行了評價，初步摸清了我國頁巖氣的資源“家底”。此外，對頁巖氣區(qū)塊進行了實地的鉆井工作并綜合應(yīng)用壓裂測試技術(shù)，也取得了許多寶貴的開發(fā)經(jīng)驗。
