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引言 (2)
1 美国页岩气藏特点分析 (2)
2 地层评价 (3)
3 岩石机械特性地质力学 (4)
4 钻完井技术 (5)
5 压裂技术 (8)
5.1 清水压裂技术 (8)
5.2 重复压裂技术 (9)
5.3 水平井分段压裂技术 (9)
5.4 同步压裂技术 (10)
6 结论和建议 (10)
美国页岩气勘探开发关键技术
引言
美国页岩气资源量达16. 9 万亿m3，可开采资源量7. 47 万亿m3。至20 世纪90 年代末，美国页岩气产量一直徘徊在( 30 ～50) 亿m3 /a。2000 年新技术的应用及推广，使得页岩气产量迅速增长。2005 年进入大规模勘探开发，成功开发了沃思堡等5 个盆地的页岩气田，产量以100 亿m3 /a 的速度增长。2008 年产量达到600 亿m3，占美国天然气总产量的8%，相当于中国石油当年天然气总产量，目前则已占到天然气总产量的13% ～15%。截至2008 年底，美国累计生产页岩气3 316 亿m3。预计2015 年美国页岩气产量将达到2 800 亿m3。自2009 年以来，北美的页岩气开发发生了革命性的变化，目前美国已取代俄罗斯成为世界最大的天然气生产国，实现了自给自足并能连续开采上百年。美国页岩气快速发展是技术进步、需求推动和政策支持等多种因素合力作用的结果。从技术进步角度来看，则主要得益于以下几方面的关键技术:前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石力学分析、后期的钻完井技术以及压裂增产技术。
1 美国页岩气藏特点分析
美国页岩气藏具有典型的衰竭特点，初始产量高，前3 年急剧下降，随后在很长的时间里保持稳产并有所下降，生产寿命可达25 a 以上。美国页岩气资源丰富，致密页岩分布范围广，有效厚度大，有机质丰富，含气量大，裂缝系统发育，
原始地质储量丰富，岩石埋深和粘度含量相对较低，有利于实施水力压裂，规模生产效果比较好。美国已经将具有合适页岩气类型、有机质含量、成熟度、孔隙度、渗透率、含气饱和度以及裂缝发育等综合条件的页岩作为开采目标。
2 地层评价
页岩气藏评价是一套综合的石油物理方法，主要是通过结合对页岩岩样的地球化学分析以及对测井资料的详细评价结果来完成。主要目的是为了确定岩样是否含有丰富的有机质，以及是否可以形成碳氢化合物。
成功页岩气藏产生的因素可以概括为“五高、二低、一体”，即: 高孔隙度，高基质渗透率，高有机质含量和成熟度，高的水力压裂裂缝接触范围; 低岩石敏感性，低压裂后颗粒产出; 大范围的均质连续岩体。通过分析岩心和测井资料，地质学家可以评价井筒范围的非均质性。通过对岩屑进行岩石力学分析可以确定页岩类型，再结合多井TOC 测量数据和测井分析，能够对盆地中储层潜力进行初步评估。许多地球化学实验室都采用法国石油研究院开发的程序化热解技术来描述有机物的丰富程度。也可以通过镜质体反射率鉴定样品的热成熟度。由于形成气窗的温度范围要比形成油窗的温度范围大，所以气的热成熟度Ro值要大于油的Ro值。成熟度值高( Ro ＞1. 5%) 表示干气占主导地位，成熟度值中等( 1. 1% ＜Ro ＜1. 5%) 表示在该范围内的低端，气有不断向油转化的趋势。在0. 8% ＜Ro ＜1. 1% 范围内能够发现湿气。Ro值低( 0. 6% ＜Ro ＜0. 8%) 时油占主导地位，而Ro ＜0. 6%时干酪根发育不成熟。常见的成熟度指标有基于显微镜测量的孢子颜色热变指数和热解温度评估。通过测井可以对页岩的其他性质进行评价，一般情况下含气页岩测井结果与普通页岩相比，含气页岩具有自然
伽马高、电阻率大、地层体积密度和光电效应低等特征。通过测井资料还可以确定页岩中复杂的矿物组分以及源岩空间内的游离气体积，确定页岩中有机碳含量并计算吸附气的含量。
通过地层评价可以得出页岩的测井资料、岩性和矿物解释以及流体评估综合数据，这些可以帮助确定天然气地质储量以及根据矿物组成和渗透率确定射孔位置;
同时，解释得到的矿物组成和孔隙度资料有助于确定在何处钻分支井; 通过矿物可以识别页岩中的石英、方解石或白云石，这些矿物增加了地层的脆性，可以改善水平井造缝。
3 岩石机械特性地质力学
分析页岩的机械特性主要是为钻井和压裂服务。通过力学分析可以找出页岩地层中最适合造缝的地方。贝克休斯的GMI 针对全球大概200 个致密/页岩气地层
建立了地质力学模型。开发地质力学模型是为了了解井筒稳定性和防止钻井过程中存在各种不稳定性。在这里不稳定性是指引起井眼扩大的井筒周围地层的机械( 压缩) 失效，导致井眼坍塌、过量岩屑和水力参数变化等。影响井眼稳定性的因素主要有优化钻井液密度，井身轨迹，弱层理，随着时间的变化流体渗入页岩，以及流体与页岩反应。通过地质力学模型可以分析岩石的各向应力，找出射孔的最佳位置，适于造缝。裂缝高度主要由纵向的最小主应力差( Δσh) 控制; 在应
力一定的情况下裂缝宽度主要受杨氏模量E 控制。最小水平主应力( σh) 作用在水力裂缝并使其闭合，它垂直于水力裂缝。岩石力学模型中有3 个互相垂直大
小不等的主应力: 垂直主应力(σv)、最大水平主应力(σH) 和最小水平主应力(σh) ;三者关系为σv ＞σH＞σh。杨氏模量E 为轴向应力与轴向应变之比，应变为长度
变化量与初始长度之比。泊松比= 横向应变/轴向应变，轴向应变= 长度变化量/初始长度，横向应变= 宽度变化量/初始宽度。通过单轴抗压强度测试可以得出应力与应变的关系。通常情况下人们对于岩石应力一般采用各向同性应力公式，但实际上各向异性对岩石的力学性质和应力都有影响。
综上所述，岩石的各向异性和构造应力均会对岩石的应力产生影响，这时就不能单纯地把页岩当作各向同性来计算，而要考虑各向异性和构造应力。即使这样，也必须同实测数据进行校核。通过岩石的力学分析，找出影响地应力的因素、各向异性、杨氏模量、泊松比和地质作用等，将其与实测数据进行校正，可以找出裂缝的最佳位置，为钻井和完井射孔提供依据。
4 钻完井技术
由于页岩气处于低渗低孔的裂缝储层中，通常以游离态和吸附态为主，为了较快地将其产出，增加产量通常采用水平井技术。可以说正是水平井技术的应用使得美国页岩气得到较快发展。从Barnett页岩的实际钻井经验表明，从水平井中获得的估计最终采收率大约是直井的3 倍，而费用只相当于直井的2 倍。页岩气水平井钻井过程中，前期的地层评价对于选择水平井定向的位置非常重要，水平井要选在有机质与硅质丰富、裂缝发育程度高的页岩区。通过岩石力学分析，钻井要沿着与最大水平主应力方向垂直的方向上钻井，因为最大水平主应力与裂缝方向垂直，这样就可以使水平段尽可能多地与裂缝接触，在压裂的过程中提高页岩气采收率。
页岩气水平井钻井是一项综合技术，需要与测井、油藏等学科结合起来。在钻井过程中，FMI 全井眼微电阻率扫描成像测井显示出水平井钻遇的裂缝和层理特
征。钻井诱发的裂缝沿着钻井轨迹顶部和底部，沿应力最高的井筒侧面终止。MWD 在钻井过程中提供井斜角和方位角信息; LWD 随钻测井实时获得所钻地层岩性和岩石中流体的状况;SWD 随钻地震提供钻头前方待钻地层岩石类型、岩石孔隙度、孔隙压力与其他声学敏感的岩石参数; 通过三维地震解释技术能够更好地设计水平井井眼轨迹，钻遇更多的产层; 采用GST 地质导向技术，根据随钻测量和随钻地质评价测井数据，控制井眼轨迹，使钻头始终沿油层钻进，自动避开地层和地层流体界面。水平井钻井在定向的时候由于扭矩高、摩阻大钻压高，造斜十分困难，通常采用旋转导向技术。美国威德福公司的带有膨胀封隔器的造斜器巧妙地解决了这个问题。钻页岩气表层的过程中，为了提高钻速，节省时间和成本，通常采用套管钻井和Supper 钻机钻表层。通过岩石力学分析，以及页岩水化伤害机理研究，防止井壁失稳。另外，为了使页岩气开采具有规模化，通常采取加密钻井、多分支井或者丛式水平井钻井。
在页岩气完井方面，主要有尾管固井完井、裸眼尾管不固井完井以及多分支水平井完井。其中尾管固井完井是一种组合式桥塞完井，也就是用组合式桥塞分隔各段，分别进行射孔，这种方法需要坐封桥塞、射孔，然后钻开桥塞，是最好的完井方式。裸眼尾管不固井完井是采用可膨胀或机械式的裸眼封隔器以及特殊的压裂滑套，在一趟钻的过程中完成固井并进行分段压裂，适于用水平井裸眼井段压裂。多分支水平井完井则是将OHMS与分支井技术相结合的完井方式，可以是双分支式也可以是叠式双分支。
与常规钻井相比，页岩气钻井主要要实现3 个方面的要求: 第一，浅层的快速批钻钻井，即为了节省时间降低钻井成本，要实现浅层的快速钻进，往往采用表层特殊钻机实现批钻; 第二，水平段快速侧钻; 第三，在钻井过程中，要时刻了解
随钻过程中的岩石储层物性，以实现水平段着陆。因此，页岩气钻完井的主要设备为表层特殊钻机; 导向工具包括旋转导向和地质导向工具; 随钻测量工具包括LWD、MWD 和EM-MWD 等。由于页岩气是低孔低渗透的非常规天然气，与常规天然气相比，主要靠压裂改造生产。与常规压裂相比，页岩气压裂需要很多的压裂液，因此压裂的主要设备为多个大型的压裂车和压裂罐，以及分段压裂时必须下入的封隔器。
表层特殊钻机是页岩气钻井必备的设备之一，其特点是体形小，十分轻便，价格低廉，在钻表层时速度很快，对于500 m 的表层每口井只用36 h。这样就可以迅速完成表层钻井，钻完第1 口井迅速转到第2 口井，第1 口井则由普通钻机接替继续钻进，钻井时间大大减少。
电磁MWD 是井底实时传输系统，与常规MWD 相比，它不受钻井时井眼流体和循环漏失物质的限制，传输信号更精确。其结构如图3 所示，主要由3 部分组成，即间接接头、着陆器接头以及发射机探测器。其中间接接头分离2 个电极天线，向地层放射电磁波。着陆器接头由卡箍接头和压力扶正器组成，后者坐落在着陆器接头卡箍上，下端连接探针，具有井眼和环空传感器的作用。发射机探测器包括发射机传到井口的电子系统、井眼压力电子数据和环空压力测试器( 井底钻井问题早期检测) 以及高分辨率数据记录的存储器模块。它采用锂电池组为井底系统提供电源。
页岩气钻井在钻水平井的过程中主要存在以下难点: 滑动钻井时间长、控制井眼轨迹和垂深的难度大、扭矩高、摩阻大和机械钻速低等。为了解决水平井侧钻的这些难题，通常采用旋转导向技术。旋转导向工具主要由模块化柔性稳定器、旋转导向转向机构以及非旋转套筒(长1. 22 m) 等3 部分组成，如图4 所示。其
中非旋转套筒包括近钻头传感器( 钻头盒上方0. 94 m 处) 和独立转向臂。独立转向臂为液压式，共有3 个，具有独立电动液压模块和控制系统，通过精确控制3 个转向臂与井壁的连续作用力实现导向。非旋转套筒利用闭环控制系统每秒自动测量套筒位置，及时修正摩擦与振动引起的套筒非正常转动，确保导向矢量方向准确。旋转导向工具可以将造斜率控制在每30. 48 m ( 100 ft)10°内。
压裂用膨胀式封隔器如图5 所示，其作用是使用自动坐封裸眼封隔器将井筒封隔。封隔器间配有压裂孔，可采用液压启动或利用特定尺寸的投球法移动滑套打开压裂孔进行压裂。这种封隔器可以根据温度/压力、井眼尺寸和流体条件等量身定做，能控制其在井内的性能变化。
5 压裂技术
5.1 清水压裂技术
清水压裂技术是指在清水中添加很少量的减阻剂、黏土稳定剂和表面活性剂作为压裂液来进行压裂的技术。清水压裂的过程如图6 所示，首先泵入“岩石酸”来清理可能被钻井液封堵的近井地带;然后进行清水压裂，将大量的带有少量粗砂支撑剂的清水注入裂缝中，使裂缝延伸; 最后进行冲刷，将支撑剂从井眼中移除。清水压裂利用储层中的天然裂缝，将压裂液注入其中使地层产生诱导裂缝，在压裂过程中，岩石碎屑脱落到裂缝中，与注入的粗砂一起起到支撑剂的作用，使裂缝在冲刷之后仍保持张开。清水压裂成本低，伤害轻，很少需要清洗，可以提供很长的裂缝将支撑剂运移到压裂网格，因此在低渗透气藏中获得了很好的应用。该技术已经成为德克萨斯Barnett 页岩气田的主要开采手段。
5.2 重复压裂技术
重复压裂技术是指在初始压裂无效，或者现有支撑剂性能下降情况下，在同层不同方向上进行2次或者2 次以上的压裂，诱导产生新的裂缝，从而增加裂缝网格，提高生产能力。要使重复压裂获得成功，必须评估重复压裂前后的平均储层压力、渗透率厚度乘积和有效裂缝长度与导流能力等，以确定初始压裂产能不好的原因以及影响重复压裂效果的因素。重复压裂的另一个重要因素是裂缝转向。在Barnett 页岩气重复压裂历史中，通过对远近地应力研究，了解到重复压裂裂缝刚开始沿着原先的裂缝延伸，很短的一段距离后裂缝开始转向。这是因为初始压裂后的井，由于多年生产，会引起初始裂缝椭圆形区域的局部空间应力重新分布，储层压力减小，储层应力状态改变。由于裂缝周围应力干扰区域延伸形状，最大和最小水平主应力有时会发生倒转，如果2 水平应力的倒转足够大或初始压裂产生的裂缝被有效封堵了，就形成重复压裂在转向上的适宜条件。此时，新裂缝可在90°方向传播到初始裂缝，直到达到应力紊乱区。在2 水平应力相等以外部分，新裂缝的方向与原始裂缝方向相同或在其原始裂缝平面上发展。如果渗透性是各向异性的，那么裂缝附近的区域，应力的衰减规律将更加复杂。图7 显示了重复压裂的再取向过程。
5.3 水平井分段压裂技术
水平井分段压裂技术广泛运用于页岩气开采中。如图8 所示，水平井分段压裂利用封隔器或桥塞分隔各段，然后在水平井井筒内1 次压裂1 个井段，逐段压裂，在1 个井筒中压开多条裂缝。它通常分为3 个阶段: 即先将前置液(无支撑剂) 泵入储层，然后将含有一定浓度支撑剂( 通常为砂)的压裂液泵入储层，最后
使用更高浓度的支撑剂压裂液进行压裂。依此类推，相继泵入数量不定的压裂液到储层，同时泵入比之前浓度更高的支撑剂，直到达到要求。通常还可以通过使用桥塞、封隔器以及连续管等工具辅助压裂。利用水平井分段压裂技术可以增大水平井的导流能力，提高水平井产能。
5.4 同步压裂技术
同步压裂技术是指同时对2 口或2 口以上的邻近平行井进行压裂。在同步压裂中，压裂液及支撑剂在高压下从一口井沿最短距离向另一口井运移，这样就增加了裂缝网格的密度和表面积，从而快速提高页岩气井的产量。同步压裂一方面可以促使水力裂缝扩展过程中相互作用，产生更复杂的缝网，增加改造体积，提高气井产量和最终采收率;另一方面它是2 口或2 口以上相邻且平行的水平井交互作业、逐段实施分段压裂，如图9 所示。采用这种技术在短期内增产效果很明显。
6 结论和建议
(1) 美国页岩气勘探开发取得巨大成功，离不开集成的解决方案。从地层评价了解到页岩的非均质性及岩石的矿物组成，确定气藏的好坏，为射孔位置、水平段着陆以及造缝提供依据; 通过对岩石的力学分析，结合地层评价找出最佳的射孔位置和水平段钻井方向; 而水平井钻完井优化，以及压裂措施则是页岩气增产的关键技术。
(2) 美国页岩气的成功开发为中国页岩气开采展示了良好的前景。为了加快国内页岩气资源的开发利用，需要借鉴美国页岩气勘探开发的先进经验和技术，选择有实力的国外公司开展页岩气的合作开发。
(3) 为了实现页岩气的规模化开采，建议向钻页岩气长水平段水平井、多分支井、丛式井和加密丛式井方向发展，并展开技术攻关，包括开发新型的地质导向工具、旋转导向工具，配制低摩阻钻井液等，以保证长水平段水平井的快速钻进。(4) 页岩气的后期增产主要依靠压裂，为此要掌握长水平段水平井多级压裂技术，开展膨胀式封隔器、多级滑套分段改造以及连续管分层压裂等技术攻关，实现压裂方式的多元化、高效化。
中国页岩气勘探开发进展（1-5） 胡经国 二、四川页岩气勘探开发新进展 1、四川宜宾建成国内最长民用页岩气管道 据报道（20140324），20日，创下中国页岩气民用“第一单”的四川省宜宾市在筠连县建成全国最长民用页岩气管道并对外通气。至此，当地农户告别了做饭靠柴火、树枝和煤炭的时代。这条长30余公里的输气管道还延伸至城市，每天可向筠连县城输气3万立方米，并向临近县的城市社区供气。 2012年7月，宜宾上罗镇10余户居民家中正式安装页岩气管道，成功用上页岩气，创下中国页岩气民用“第一单”。今天，筠连县成为宜宾市继珙县之后第二个使用页岩气的区县。 页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长等优点。 地质勘探数据显示，宜宾是川南地区乃至全川页岩气最为富集的地区之一。经过为期两年的勘探，专业勘测部门在宜宾筠连明确了滇黔北页岩气有利层系，探得沐爱镇实验区页岩气资源量为6000亿立方米，其中优质页岩气层储量为1400亿立方米。筠连县已成为页岩气先导示范区。 2013年2月7日，筠连开发利用页岩气项目签约，项目总投资额2.5亿元人民币。页岩气开发既是保障国家能源供应和能源安全的需要，也是促进宜宾当地资源开发的重大机遇。当天，宜宾市政府有关负责人告诉记者，宜宾市将以此为契机加快推进宜宾页岩气资源勘探开发进程，规划、指导和支持页岩气就地利用项目，更多地服务西部，惠及更多城乡群众。 2、西南油气田长宁页岩气试采干线双河末站建设 据报道（20140331），西南油气田公司长宁页岩气试采干线起于宁201-H1井集气站，终于高县双河集输末站，全长92.8千米。 双河末站位于四川省宜宾市高县双河乡新农村6组，2013年9月中旬开工建设。 目前，这个场站工艺流程建设正按期推进，将于近期竣工投产试运行。 据悉，双河末站建成投产后，长宁页岩气进入纳安线。届时，以这个站为依托，长宁地区页岩气开发将进一步加快，为广大用户提供安全、清洁和环保的能源。 3、中国首条页岩气专用外输干线组焊贯通 据报道（20140403），3月31日，四川长宁页岩气试采干线工程完成最后
吴晓东复杂结构井/页岩气勘探开发技术现状与展望 6非常规气藏开发中面临的主要问题及解决思路？ （1）深层超高压气藏的开发 ①动态监测，包括地层压力变化、底水上升、压敏性影响等： ?安全高效的钻完井技术； ③高压下的地面安全集输技术： （2）髙含硫气田的开发 ①防毒防腐的安全开采及集输技术； ②硫沉积的相态问题及英防治技术，有的还含C02,更加复杂化； ?生产动态的监测问题： ④地面脱硫与硫的综合利用： （3）大而积低渗透气田的开发 ①加强气藏描述，在差中选优，寻找相对富集区，逐步滚动发展，提高钻井成功率: ②提高单井产能：大型压裂、进一步提高压裂液的流变性能和携砂性能，减少压裂液对地层的伤害是大型压裂水平升级的关键，大型压裂的优化设计技术。 复杂结构井技术：提髙泄流范围，提高单井产能，尽可能穿过更多的质量较好的气层； 水平井段倾斜，减小对垂直流动造成的可能阻碍：尽可能穿过更多的与河道相交的水平和垂直阻流带：穿过多个砂体和裂缝带 ③降低建井成本 降低钻井成本（提高钻速，改变管理体制，市场化） 发展小井眼技术； （4）火山岩气田开发 ①火山岩气藏储层受火山口控制，岩性复杂，岩相变化剧烈，裂缝比较发冇，识别难度大，需要加强有效储层的描述和预测； ?渗透率低，发展有效的提高单井产能的技术； ③C02防腐及其分离和综合利用： （5）多层疏松含水气藏开发 ①防砂控水，研究出水后的防砂技术： ②大跨度、长井段开采工艺技术： （6）多层疏松含水气藏开发 ①C02的防腐： ? C02的分离及利用： 7页岩气综合地质评价？ （1）基础地质特征①没有找到②页岩厚度和而积保证：充足的有机质，利于页岩气生成：储渗空间，利于页岩气富集。（2）地化分析①地化参数测试②生炷特征（3）储层研究①物性特征：孔隙度与页岩的气体总量之间呈正相关关系：随孔隙度的增加，含气疑中游离气量的比例增加。②温压条件。温度对页岩气成藏的影响：在相同压力下，温度增高，吸附气含量降低。压力对岩气成藏的影响：一方面，含气量与压力之间呈正相关关系：另一方面，压力对
美国页岩气开发情况的分析 美国页岩气的快速发展为世人瞩目，对美国乃至全球的能源格局形成了不容忽视的影响。在此我们进行介绍，以期对我国页岩气产业的发展提供借鉴。 页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，它与煤层气、致密砂岩气一起，被称为非常规油气资源的三大品种。相对常规天然气而言，页岩气实际上是原生原储的天然气贫矿。有一个形象的说法，常规天然气好比是“大金娃娃”，页岩气相对富集的地质块体不过是“甜点”。就是这种贫矿，十年前美国的开采还微不足道，而现在已占美国天然气开采总量的约1/4，一场页岩气开发热潮正在美国上演。而且，页岩气的开发也在深刻影响着美国的能源利用和应对气候变化行动。 美国页岩气开发现状 美国是世界上最早进行页岩气资源勘探开发的国家，开采历史可以追溯到1821年。但是，页岩致密低渗的特点导致页岩气开采难度大、成本高，在本世纪以前，页岩气大规模开发并不具有经济上的可行性。随着水平井技术和水力压裂技术的成熟，开采成本大幅下降，页岩气的商业化开发具备了可行性。 近年来美国页岩气勘探开发的发展速度惊人。2004年，美国页岩气井仅有2900口，2005年不过3400口，2007年暴增 至41726口，到2009年，页岩气生产井数达到了98590口。而且，这种增长势头还在继续保持，2011年仅新建页岩油气井数就达到了10173口。 美国页岩气的大开发，提高了美国能源自给水平，美国能源对外依存度降至20世纪80年代以来最低水平。美国石油进口从2005年占石油总消费量的60%下降到2012年的42%，净进口量从1300多万桶/天降至800万桶/天。而且，美国60年来首次成为炼油产品出口国，美国在2009年已经超越俄罗斯成为最大的天然气生产国。国际能源署在2012年11月份发布一份十分乐观的预测：在2017年将超过沙特成为最大的石油生产国，到2035年美国将实现能源自给自足。 美国页岩气开发热潮出现的原因 北美大陆页岩气储量丰富。2013年，由美国能源信息署组织的研究团队对世界41个国家、137个页岩气沉积盆地进 行了全球页岩气评估。结果显示，全球页岩气技术可采资源量为206.68万亿立方米，与常规天然气探明可采储量相当。其中，北美洲页岩气资源最为丰富，占全球总量的23.4%。按照国家分布情况，美国页岩气技术可采资源量为18.8万亿立方米，位居世界第四。
关于页岩气开发的基本知识和思路 一口页岩气的勘探井一般成本加起来估计8000万至一个亿，一口页岩气井日产约2万方，一年720万方，一方气2元算，一年是1440万元。这样6-8年收回成本，但必须保证这口井的勘探成功率是100%。而目前中国天然气的勘探成功率也就是25%左右，也就是说前期投入3-4个亿年收入1400万，怎么看都是赔本买卖。页岩气勘探开发不是一般民营企业可以承受的。 页岩气(shale gas)这个概念引入中国是比较早的，目前公认的是2003年张金川老师现代地质上发表的《页岩气及其成藏机理》一文。但在当时，页岩气并没有引起业界的重视。 这和当时的油气勘探背景有很大关系，因为当时中国的天然气勘探正处于一个上升阶段，到处有大气田的发现，比如苏里格、克拉2、普光等，从碎屑岩到碳酸盐岩层系都有发现，到处开花，页岩气夹在中间不上不下的，又没有什么大的勘探开发价值，所以在当时很少人注意这种新的勘探领域。只有中国地质大学和国土资源部油气中心还在坚持这个项目的研究。 页岩气在中国大行其道为2009年，这也和当时的油气勘探背景有很大关系。2008年，国内基本上没有大的气田发现了，该找的层系也差不多了，这时候，突然发现居然有新的层系，还
有漏网之鱼—页岩气，而且实事求是地来讲，美国页岩气产量真正上台阶是在2007年之后，因此，这两个要素促使大家开始关注页岩气。但这个时候对于页岩气的研究是乱七八糟的，主要在几个方面： 1．研究人员五花八门，当时研究页岩气的人很杂，不仅仅石油与天然气地质学界，搞煤层气的，搞矿产地质的，搞区调的都在做页岩气方面的研究，导制这个时期的研究处于一种多家来做，但没有一个研究体系； 2．页岩气前景争论较大，对于页岩气的勘探开发前景，业内主要持三种思想，一种乐观认为很有发展前途；一种折中，认为收缩研究为主；一种悲观，没有前途。这三种思想目前来讲，折中的思想开始占多数了； 3．页岩气概念混乱不清，对于页岩气这个词，引入后在使用过程中存在很大的争议，因为页岩就是指具有层理构造的泥岩，如大家享受的油页岩。但页岩气的这个页岩，随着研究的深入，发现在很大程度上并不是，而是粉砂岩或砂岩或页岩内夹的较粗粒的岩层。因此，后来又修订成页岩层系气，但最终大家约定俗成还是用页岩气，但行内人如果使用这个名词，一定要注意它的范围，比原来的页岩宽多了； 4．页岩气研究区域崇山峻岭，页岩气在中国研究的区域主要位于中国的南方，但中国南方这些地区，多是山区地貌，因此
美国页岩气开发现状及对四川盆地页岩气开发的建议 张家振张娟孙永兴戴强杜济明 川庆钻探钻采技术研究院钻完井中心，广汉，618300； 摘要：伴随着世界能源供需矛盾的加剧和美国页岩气商业性开发的巨大成功，全世界将目光不约而同的聚焦于页岩气开发。四川盆地拥有潜力巨大的页岩气资源，且作为中国天然气的主要产区之一，加快页岩气的勘探开发及配套技术的研究和战略储备已迫在眉睫。本文着重调研了美国几个主要页岩气藏的完井开发现状，对四川区块的页岩气勘探开发做了简要概述，并针对目前情况提出了几点建议。 页岩气是产出于暗色泥页岩或高碳页岩中的天然气资源，和煤层气、致密砂岩气藏一样属于非常规天然气范畴。全球页岩气资源量巨大，据专家预测可能为常规天然气资源量的2倍，全世界的页岩气总资源量约为456×1012m3[1]。 页岩气藏储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气体的阻力比常规天然气大，采收率比常规天然气低，一般认为必须采用水平井钻探并进行大型水力压裂增产作业，或采用多分支井等其他技术增加井眼与气藏沟通面积才可获得商业油气流[2]。1 美国页岩气资源 美国本土48个州范围内页岩气藏的分布广泛，其中蕴藏的页岩气资源也非常丰富。钻井和改造技术的进步为页岩气的商业开采做出了巨大贡献。美国页岩气产量近几年内飞速增长，产气量由2006年的311×108m3增至2008年的507×108m3，2009年的900×108m3，预计2010年页岩气产量将占美国天然气产量的13%。图1展示的是美国本土48州中富含天然气的高碳泥页岩分布范围。 图1美国页岩气藏分布范围 美国页岩气藏的开采达到商业化依赖于以下三种因素的综合作用：水平井钻井技术的巨大进步、水力压裂技术的极大成熟、近年来天然气价格的快速增长。其中，水力压裂技术的进步对页岩气商业开采起到了至关重要的作用。前两项技术的贡献使得许多之前无法开采的天然气资源实现了商业性开发。 Navigant咨询公司的调查数据表明，近几年Barnett页岩气藏等较早开采的页岩气藏页岩气开发获得了巨大成功：Barnett页岩气产量从1998年的266×104m3/天增长到2007年的0.85×108m3/天，增长率超过3000%；同时，Fayetteville页岩、Haynesville页岩、Woodford页岩和Marcellus页岩均表现出了相似的增长势头。该公司对生产商的调研结果显示预期页岩气产业在未来将会有持续且高速的增长。据预测美国南部7大页岩气藏在下一个十年里持续产量保守估计在7.65~11.04×108m3/d，有可能占到美国天然气产量的一半左右[3]。 美国的页岩气藏的分布超过20个州至少21个
北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖 1、阿巴拉契亚盆地俄亥俄页岩系统 （1）概况 阿巴拉契亚盆地（Appalachian）位于美国的东部,面积280000平方公里，包括New York西部、Pennsylvania、West Virginia、Ohio、Kentucky和Tennessee 州等，是美国发现页岩气最早的地方。俄亥俄（Ohio）页岩发育在阿巴拉契压盆地西部,分布在肯塔州东北部和俄亥俄州，是该盆地的主要页岩区（图2）。该区古生代沉积岩是个巨大的楔形体，总体上是富含有机质页岩、碎屑岩和碳酸盐岩构成的旋回沉积体。 图1 美国含页岩气盆地分布图 1953年，Hunter和Young对Ohio页岩气3400口井统计，只有6%的井具有较高自然产能（平均无阻流量为2.98万m2/d），主要原因是这些井的页岩中天然裂缝网络比较。其余94%的井平均产量为1726m3/d，经爆破或压裂改造后产量达8063m3/d，提高产量4倍多。1988年前，美国页岩气主要来自Ohio页岩气系统。截止1999年末,该盆地钻了多达21000口页岩井。年产量将近34亿m3。天然气资源量58332—566337亿m3,技术性可采收资源量4106~7787亿m3。每口井的成本$200000-$300000，完井成本$25~$50。 （2）构造及沉积特征 阿巴拉契亚盆地东临Appalachian山脉，西濒中部平原，构造上属于北美地台和阿巴拉契亚褶皱带间的山前坳陷。伴随Laurentian古陆经历了由被动边缘型
向前陆盆地的演化过程。盆地以前寒武纪结晶岩为基底，古生代沉积岩呈巨大的楔形体(最大厚度12 000 m)埋藏于不对称的、向东变深的前陆盆地中。寒武系和志留一密西西比系为碎屑岩夹碳酸盐岩，奥陶系为碳酸盐岩夹页岩，宾夕法尼亚系为碎屑岩夹石灰岩及煤层。总体上由富有机质泥页岩(主要为碳质页岩)、粉砂质页岩、粉砂岩、砂岩和碳酸盐岩等形成3～4个沉积旋回构成，每个旋回底部通常为富有机质页岩，上部为碳酸盐岩。泥盆系黑色页岩处于第3个旋回之中，分布于泥盆纪Acadian 造山运动下形成的碎屑岩楔形体内（James,2000）。该页岩层可再分成由碳质页岩和较粗粒碎屑岩互层组成的五个次级旋迥(Ettensohn ，1985)。它们是在阿卡德造山运动的动力作用下和Catskill 三角洲的向西进积中沉积下来的。 （3）页岩气成烃条件分析 ①页岩分布特征 阿巴拉契亚盆地中南部最老的泥盆纪 页岩层系属于晚泥盆世。Antrim 页岩和New Albany 大致为Chattanooga 页岩和Ohio 页 岩的横向同位层系（Matthews,1993）。在俄 亥俄东边和南边,Huron 段分岔。有的地区已 经被插入的灰色页岩和粉砂岩分成两个层。 俄亥俄页岩系统，覆盖于Java 组之上 (图3)。由三个岩性段组成：下部 Huron 段 为放射性黑色页岩，中部Three Lick 层为 灰色与黑色互层的薄单元，上部Cleveland 段为放射性黑色页岩。俄亥俄页岩矿物组成 包括：石英、粘土、白云岩、重金属矿（黄 铁矿）、有机物。 图2是西弗吉尼亚中部和西部产气区泥 盆纪页岩层的地层剖面。中上泥盆统的分布 面积约128，000mi 2(331，520km 2)，它们沿 盆地边缘出露地表。页岩埋藏深度为610～ 1520m ，页岩厚度一般在100－400ft(30— 120m),泥盆系黑色页岩最大厚度在宾夕尼亚州的中北部(图3)(deWitt 等，1993)。 ②页岩地球化学特征 图4表示Ohio 页岩下Huron 段烃源岩有机碳等值线图。从镜质体反射率特征来图2 阿巴拉契亚盆地西部中泥盆统－下密西西比系剖面 （据Moody 等，1987）
页岩气特点及成藏机理 ---陈栋、王杰页岩气作为一种重要的非常规油气资源，随着能源资源的日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，其重要性已经日益突出。随着国家新一轮页岩气勘探开发部署的大规模展开，正确认识和掌握页岩气的成因、成藏条件等知识，对于今后从事页岩气现场录井的工作人员提高录井质量具有较好的指导意义。 1.概况 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。其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、分布较广的页岩烃源岩地层中。 2.特点 2.1 页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩、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
的有利目标。页岩气的资源量较大但单井产量较小，美国页岩气井的单井采气量为2800-28000m3/d。 2.5 在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。 2.6 原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低，因此页岩气藏的地层压力多变。 2.7 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地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。 3.成因 通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合。生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降解和裂解作用形成的天然气。相对于热成因气，生物成因的页岩气分布极限，主要分布盆地边缘的泥页岩中，在美国研究比较深入的五个盆地的五套页岩中，密执安盆地和伊利诺斯盆地发现了生物成因的页岩气藏，并且是勘探目标中的主要构成(Schoell，1980；Malter 等，2000)。 3.1 生物成因
What is shale gas and why is it important?
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Energy in Brief What is shale gas and why is it important?
Last Updated: December 5, 2012 Shale gas refers to natural gas that is trapped within shale formations. Shales are fine-grained sedimentary rocks that can be rich sources of petroleum and natural gas. Over the past decade, the combination of horizontal drilling and hydraulic fracturing has allowed access to large volumes of shale gas that were previously uneconomical to produce. The production of natural gas from shale formations has rejuvenated the natural gas industry in the United States.
Does the U.S. Have Abundant Shale Gas Resources?
Of the natural gas consumed in the United States in 2011, about 95% was produced domestically; thus, the supply of natural gas is not as dependent on foreign producers as is the supply of crude oil, and the delivery system is less subject to interruption. The availability of large quantities of shale gas should enable the United States to consume a predominantly domestic supply of gas for many years and produce more natural gas than it consumes. The U.S. Energy Information Administration's Annual Energy Outlook 2013 Early Release projects U.S. natural gas production to increase from 23.0 trillion cubic feet in 2011 to 33.1 trillion cubic feet in 2040, a 44% increase. Almost all of this increase in domestic natural gas production is due to projected growth in shale gas production, which grows from 7.8 trillion cubic feet in 2011 to 16.7 trillion cubic feet in 2040.
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1/15/2013
页岩气发展现状
指导老师：潘江茹 姓名：孙涛 学号：2012220051 日期：2013.12.20 目录 第一部分：国外页岩气发展 (3) 1.国外页岩气开发现状 (3) 2.国外页岩气开采技术 (4) 2.1地震勘探技术 (4) 2.2钻井技术 (4) 2.3测井技术 (5) 2.4页岩含气量录井和现场测试技术 (5) 2.5固井技术 (5) 2.6完井技术 (6) 2.7储层改造技术 (6)
2.7.1多级压裂 (6) 2.7.2清水压裂 (6) 2.7.3同步压裂 (6) 2.7.4水力喷射压裂 (7) 2.7.5重复压裂 (7) 第二部分：我国页岩气开发现状与存在问题 (7) 2.1页岩气研究与开发情况 (7) 2.2页岩气开发存在的问题 (8) 2.3我国页岩气开发适应技术分析 (9) 2.3.1国内外页岩储层特性对比 (9) 2.3.2国内页岩气开发技术适应性分析 (9) 第三部分：对我国页岩气开发建议 (10)
第一部分：国外页岩气发展 1.国外页岩气开发现状 目前全球对页岩气的勘探开发并不普遍，但美国和加拿大做了大量工作，欧洲许多国家开始着手页岩气的研究，俄罗斯仅有局部少量开采。美国页岩气资源总量超过28×1012 ，页岩气技术可采资源达到3.6×1024，近30年来页岩气 m3 开发的发展很快。20世纪70年代中期美国页岩气开始规模化发展，70年代末期页岩气年产量约19.6×108 ；2000年5个页岩气产气盆地的生产井约28000口， m3 年产量约122×108 ，2007年页岩气产气盆地有20余个，生产井增加到近42000 m3 口，页岩气年产量为450×108 ，约占美国天然气年产量的8%，成为重要的天 m3 然气资源之一。2009年美国页岩气生产井约98950口，页岩气年产量接近1000×1088 ，超过我国常规天然气的年产量。2012年美国页岩气年产量为1378×108 m3 。加拿大页岩气资源分布广、层位多，预测页岩气资源量超过42.5×1012 m3 。目前，已有多家油气生产商在加拿大西部地区进行页岩气开发试验，2007年m3 该地区页岩气产量约8.5×108 。欧洲受美国启发，近年来一些国家开始着手 m3 页岩气的研究。2009年初，“欧洲页岩项目”在德国国家地学实验室启动，此项跨学科工程由政府地质调查部门、咨询机构、研究所和高等院校的专家组成工作团队，工作目标是收集欧洲各个地区的页岩样品、测井试井和地震资料数据，建立欧洲的黑色页岩数据库，与美国的含气页岩进行对比，分析盆地、有机质类型、岩石矿物学成分等，以寻找页岩气。目前，为此工作提供数据支持的有Mararhon、Statoior、埃克森美孚、Gare France Suez、德国地学实验室等13家公司和机构。研究人员认为，仅西欧潜在的页岩气资源量将有14.4×1012ｍ３。 m3 欧洲的沉积盆地主要发育热成因类型的页岩气，如北欧的寒武―奥陶系Alum页岩、德国的石炭系海相页岩。近年来，多个跨国公司开始在欧洲地区展开行动。2007年10月，波兰能源公司被授权勘查波兰的志留系黑色页岩，壳牌公司声称对瑞典的Skane地区感兴趣。埃克森美孚公司已在匈牙利Mkan地区部署了第一口页岩气探井，并计划在德国Lower Saxoy盆地完成10口页岩气探井。Devon能源公司与法国道达尔石油公司建立合作关系，获得在法国钻探的许可。康菲石油公司最近
第13卷第2期重庆科技学院学报（自然科学版）2011年4月 收稿日期：2010-11-29 基金项目：国家重大专项（2008ZX05022-005） 作者简介：胡进科（1985-），男，四川合江人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为页岩气储层保护理论与技术、欠平衡钻 完井。 页岩是一种渗透率极低的沉积岩，通常被认为是油气运移的天然遮挡。在含气油页岩中，天然气产自其中，页岩既是气源岩，又是储层。天然气可以储存在页岩岩石颗粒之间的孔隙空间或裂缝中，也可以吸附在页岩中有机物的表面上。我国页岩气勘探开发起步较晚，尚有待进一步发展完善。美国是世界上勘探开发页岩气最成功的国家。在此我们对国外页岩气勘探开发现状进行分析，以资借鉴。 1资源量概况 从全球范围来看，页岩气拥有巨大的资源量。 据统计，全世界的页岩气资源量约为456.24× 1012m 3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总 和，具有很大的开发潜力，是一种非常重要的非常规资源[1]。页岩气资源量占3种非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气）总资源量的50%左右，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区，与常规天然气相当。页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。世界各地区非常规天然气分布和资源量情况如表1和图1所示，图1中1tcf=2.8317×1010m 3。 2 勘探开发情况 2.1 勘探 勘探方面主要采用地震勘探技术。高分辨率三 维地震技术有助于准确认识复杂构造、储层非均质 国外页岩气勘探开发综述 胡进科 李 皋1 陈文可2 姚 远3 蒋延娜4 （1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500； 2.中石化江苏油田钻井处泥浆公司，扬州225263； 3.中石化胜利油田钻井泥浆公司，东营257064； 4.中石化西南石油局地质录井公司，绵阳621605) 摘要：美国是世界上勘探开发页岩气最成功的国家，主要采用水平井+水力压裂进行开发。调研表明，页岩气资源 量约占全球非常规天然气资源量的一半。国外页岩气勘探主要采用三维地震和微地震技术优化设计，已形成一套资源评价系统。国外钻井选择直井和水平井两种方式。完井储层改造多采用裸眼、筛管等完井方式，配合大型水力压裂改善页岩的超低渗透率。 关键词：页岩气；钻井；完井；储层改造中图分类号：TE132 文献标识码：A 文章编号：1673-1980（2011）02-0072-04表1 世界各地区非常规天然气资源量分布情况 m 3 地区页岩气 煤层气致密砂岩气合计 北 美 108.7×10 12 85.4×10 12 38.8×1012 232.9×1012拉丁美洲59.9×1012 1.1×101236.6×101297.6×1012中欧+西欧15.5×10127.7×101212.2×101235.4×1012前苏联17.7×1012112.0×101225.5×1012155.2×1012中东+非洲79.9×1012 1.1×101245.5×1012126.5×1012中亚+中国99.8×101234.4×101210.0×1012144.2×1012太平洋地区65.5×101213.3×101220.0×101298.8×1012其他亚太地区8.9×1012 1.1×101221.0×101231.0×1012全世界456.0×1012256.1×1012 209.6×1012 921.7×10 12 图1 页岩气全球资源分布情况
我国页岩气开发情况汇总(荐) 2014-03-26黄燕华油气观察 回顾兴起于上世纪七十年代的美国东部页岩气示范工程，美国能源部发起了一项针对美国东部的阿巴拉契山脉盆地、密歇根盆地和伊利诺伊盆地的页岩气研究项目，东部工程一直延伸到了九十年代，通过三十多年的研究工作，建立了一个向美国公众开放的庞大数据库，其中包含了页岩气储藏、形成机理等若干技术资料，甚至还将一些关键地质数据，如东北部泥盆纪页岩的上百张详细地质构造图公之于众。直到今天，这些公开资料对于美国页岩气开采仍然发挥着重要作用。 当时的美国人对页岩气的认识相当有限，但却又急于想了解关于它的一切。东部工程恰如其分的填补了美国油气行业在页岩气领域的空白，而在此基础上所掌握的地质资料也成了美国油气公司从辽阔的地下深处获取页岩气的成败关键因素之一。 页岩资源丰富的中国也正在开展一场类似于美国东部示范工程的页岩气储 层特征摸底行动，因为对于突破常规油气构造理论的页岩气来说，它分布的广泛性和独特性更需要精准、详细的地质资料来支撑油气企业的开发作业以降低勘探风险与成本。 我国尚未完全掌握内陆地区页岩气的资源总量、分布情况和储层特征，因此总结目前现有的示范工程、政府项目工程的页岩气储层摸底情况至关重要。
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。 图1（来源：国土资源部） 出于政治、市场制度的差异，我国承担页岩气储层摸底任务的主体并不像美国那样单一，国家土地职能部门国土部与掌握常规油气核心区块与经验的国有油公司是承担这项工作的两支重要力量。三块实现页岩气产量、技术突破的领域均直接受益于油公司的大规模投资和高强度技术攻坚。国土资源部在页岩气初期学术、理论进步中功不可没，国土部在重庆市彭水县实施了我国第一口页岩气资源战略调查井渝页1井，获取岩心并首次成功解析出了页岩气，为日后页岩气成为独立矿种提供了切实支撑依据。 根据2012年国土资源部油气资源战略研究中心发布的《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选报告》，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。 主要油公司储层进展情况
可再生能源概论课程设计题目：我国页岩气开发前景分析 院系能源动力工程学院 专业班级热能动力工程1208班 姓名 学号 指导教师 2016年4月17日
摘要 本文概述了页岩气开发的意义，分别介绍了国外和国内页岩气开发的现状，通过对比美国与中国页岩气特点和开发技术，分析中国页岩气开发的前景，并对中国页岩气开发提出建议。 关键词：页岩气；开发的现状；中国；前景
Abstract（Time New Roman小2号加粗居中） This article outlines the significance of the development of shale gas, and briefly introduces the status of shale gas development in the foreign and domestic. Through comparing shale gas characteristics and development of technology between the United States and China, the paper analysis the prospect of development of shale gas in China, and puts forward some suggestions on the development of shale gas in China. Key Words：Shale gas; development status; China; Prospect
目录 _Toc28155708 引言 (2) 1 美国页岩气藏特点分析 (2) 2 地层评价 (3) 3 岩石机械特性地质力学 (4) 4 钻完井技术 (5) 5 压裂技术 (8) 5.1 清水压裂技术 (8) 5.2 重复压裂技术 (9) 5.3 水平井分段压裂技术 (9) 5.4 同步压裂技术 (10) 6 结论和建议 (10)
美国页岩气勘探开发关键技术 引言 美国页岩气资源量达16. 9 万亿m3，可开采资源量7. 47 万亿m3。至20 世纪90 年代末，美国页岩气产量一直徘徊在( 30 ～50) 亿m3 /a。2000 年新技术的应用及推广，使得页岩气产量迅速增长。2005 年进入大规模勘探开发，成功开发了沃思堡等5 个盆地的页岩气田，产量以100 亿m3 /a 的速度增长。2008 年产量达到600 亿m3，占美国天然气总产量的8%，相当于中国石油当年天然气总产量，目前则已占到天然气总产量的13% ～15%。截至2008 年底，美国累计生产页岩气3 316 亿m3。预计2015 年美国页岩气产量将达到2 800 亿m3。自2009 年以来，北美的页岩气开发发生了革命性的变化，目前美国已取代俄罗斯成为世界最大的天然气生产国，实现了自给自足并能连续开采上百年。美国页岩气快速发展是技术进步、需求推动和政策支持等多种因素合力作用的结果。从技术进步角度来看，则主要得益于以下几方面的关键技术:前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石力学分析、后期的钻完井技术以及压裂增产技术。 1 美国页岩气藏特点分析 美国页岩气藏具有典型的衰竭特点，初始产量高，前3 年急剧下降，随后在很长的时间里保持稳产并有所下降，生产寿命可达25 a 以上。美国页岩气资源丰富，致密页岩分布范围广，有效厚度大，有机质丰富，含气量大，裂缝系统发育，
美国页岩油发展现状及预期 摘要美国的页岩气开发取得了巨大成就，天然气价格急剧下降，然而原油价格却居高不下，于是石油公司在不放弃页岩气的同时，将开发重点转向页岩油。美国原油进口量大幅下降，炼油业迅速复苏，给经济恢复带来动力，对世界石油地缘政治格局产生重大影响。虽然目前国际油价大幅下跌造成了页岩油开发的停滞，但长远来看，页岩油开发在美国势在必行。 关键词美国页岩油影响因素发展 前言 古代人类就发现了石油和天然气。到19世纪中叶，美国和俄罗斯相继钻成了第一口油井，对油气需求的快速增加，促使对油气的开发从优质油气扩展到品质较差、开采难度较大和开采成本较高的油气（童晓光等，2014）。1979年，美国地质学家Masters 提出了油气资源分布的三角图概念（Masters，1979；Holditch，2006），三角图的顶部为常规油气，开采技术难度较低和开采成本较低，油的品质好，占总油气资源量的比例较小。非常规油气开采技术难度较大，开采成本较高，油的品质较差，但占油气总资源量中的比例大（童晓光等，2014；图1），其中页岩油的勘探和开发已经越来越受世界各国的重视。 页岩油是指储存于富有机质、纳米级孔径为主页岩地层中的石油，是成熟有机质页岩石油的简称（邹才能等，2013）。页岩既是石油的烃源岩，又是石油的储集岩。页岩油以吸附态和游离态形式存在，一般油质较轻、黏度较低。主要储集于纳米级孔喉和裂缝系统中，多沿片状层理面或与其平行的微裂缝分布。富有机质页岩一般在盆地中心大面积连续聚集，整体普遍含油，资源规模大。页岩油“核心区”评价的关键包括储集空间分布、储集层脆性指数、页岩油黏度、地层能量和富有机质页岩规模等。页岩气的成功开采为页岩油开采提供了技术参考，水平井体积压裂、重复压裂等“人造渗透率”改 图1 油气资源类型分布
美国“页岩革命”将成功，“能源独立”百年无忧 值此举世惊悚传统能源告罄之际，21世纪全球实体经济竞争的制高点在能源领域，特别是清洁能源的安全供应。 今年3月30日，奥巴马在乔治敦大学演讲中强调，“谁能领导21世纪的清洁能源经济，谁就能领导21世纪的全球经济。我希望美国成为这个国家，我希望美国赢得未来。” 最近两年，美国实现了一场虽不瞩目但意义重大的油、气“页岩革命（Shale Revolution）”，筑建了不同凡响的能源强势底气，为今后长期经济发展的能源供应消除了后顾之忧。有人说，这项新技术促成的资源有效利用，是推动美国经济继续前进的一项“天大的恩赐”。 全球常规能源倒计时 2010年全球能源消费总量相当于120.02亿吨标准油当量*。其中石油40.28 亿吨，天然气28.0亿吨，煤炭35.6亿吨，水电7.76亿吨，核电6.26亿吨，“可再生”能源2.12亿吨。 石油、天然气和煤炭等化石燃料是人类一次能源的主体，约占消费总量87%，但储量有限，不可再生。其中石油应用最广，是重要的“第一能源”。根据2009年统计资料，全球常规石油资源可采储量1855亿吨，按2010年消费量计，只够维持46年。天然气和煤炭则分别可以供应约60年和230年。可见除了煤炭还有缓冲余地，主要传统化石燃料储藏已近枯竭，进入倒计时阶段。 一场开发新能源的技术革命正在如火如荼展开。令人眼花缭乱的形形色色的“可再生”能源，诸如太阳能、风能、地热能、生物质能以及废弃物热能等，十年来增加了三倍，但2010年在全球一次能源消费中只占1.8%，全球电力消费总量中仅有1.3%来自“可再生”能源（非水电）；从实用意义来说，还处于小打小闹的阶段。真正在数量级上堪以有效取代常规化石燃料的大容量“可再生”能源，开发步伐极其迟缓，倘非出现奇迹性突破，很难在短期内产生飞跃。世人必须立足现实，清醒地看到当今化石燃料为主，水力和核能为辅的“旧能源”时代，与“新能源”时代之间，存在一个青黄不接、险象环生的“能源峡谷”过渡期，从现在算起，历时恐怕不止百年。 在此过渡期间，美国的总体能源战略，可以从维持政治、经济、军事强势地位，确保国际能源市场供应渠道畅通，制定资源开发优先次序，建立充足的石油储备，鼓励支持发展先进清洁、节能技术，大力开发多元替代能源和“可再生”新能源等多方面进行考察。 美国去年消耗石油8.5亿吨，占全球的21%；但本国可开采石油储量只及世界总量1.5%弱，长期以来，石油大半依靠进口。为保障国家安全，美国力图减少对外国石油的依赖，并维护本国有限的石油资源的可持续开发。
页岩气国内外研究现状 一、页岩气的定义 关于页岩气的定义，Curtis 认为页岩气可以是储存在天然裂隙和颗粒间孔隙中的游离气，也可以是干酪根和页岩颗粒表面的吸附气或者是干酪根和沥青质中的溶解气。中国地质大学张金川教授给出的定义是：主体位于暗色泥页岩或者高碳泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的地层中的天然气聚集。 二、页岩气资源的地质特征 2.1 多相态存在于致密页岩中 页岩气是以有游离、吸附和溶解状态存在于暗色泥页岩中的天然气，其赋存形式具有多样性，但以游离态和吸附态为主，溶解态仅少量存在。从美国的情况看，游离气在20%~80%之间，吸附气在80%~20%之间，范围很宽，其中部分页岩气含少量溶解气。游离气主要存在于粒间空隙和天然裂隙中，吸附气则存在于基质表面。随着页岩气研究的不断深入，学者们开始认为吸附态页岩气至少占到总储量的一半。天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离，如图1 所示，当吸附在基质表面的气量达到饱和后，富余的气体会解析进入基质孔隙，然后随着天然气的产出，裂隙内压力降低，基质内气体进入裂隙聚集后流出。 2.2 源岩层系 页岩系统包括富有机质页岩，富有机质页岩与粉砂岩、细砂岩夹层，粉砂岩、细砂岩夹富有机质页岩；页岩气形成于富有机质页岩，储存于富有机质页岩或一套与之密切相关的连续页岩组合中，不同盆地页岩气层组合类型不相同。即页岩气为源岩层系天然气聚集的一种，为天然气生成后，未排出源岩层系，滞留在源岩层系中形成的。源岩层系油气聚集除页岩气外，还包括煤层气、页岩油和油页
岩。 2.3 页岩气为连续型油气聚集 Curtis对页岩气（Shale gas）进行了界定，并认为页岩气在本质上就是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，它具有普遍的地层饱含气性、隐蔽聚集机理、多种岩性封闭和相对很短的运移距离，它可以在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在，在干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。即页岩气为连续型气藏（图1）。 2.4 页岩气为源岩层系油气聚集 在页岩气藏中，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就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式。从某种意义来说，页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果。 中国页岩气藏与北美地区相比较有以下特殊性：( 1) 海相页岩热演化程度较高(Ro值为2. 5%～5. 0% ) 、构造活动较强，需寻找保存有利的地区，避开露头和断裂破坏区：( 2) 陆相页岩热演化程度较低、分布非均质性较强：( 3) 地面多山地、丘陵等复杂地表，埋藏较深(5000～7000m) 。所以在勘探开发过程要有针对性地采取合理措施开发我国页岩气。张金川等学者认为页岩气成藏模式介于煤层气和根缘气之间，表现为过渡特征，并将我国页岩气资源富集类型分为：南方型、北方型和西北型。
第12卷第2期2010年4月 资源与产业 RESOU RCES &I NDU STR IES V ol 12N o 2 Apr 2010 收稿日期:2009-11-20;修订日期:2010-03-08;责任编辑:车遥。 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(2008ZX05000-014);长江学者和团队创新发展计划(I RT 0864)。 第一作者简介:安晓璇(1984 ),女,硕士生,主要从事碳酸盐岩储层评价研究。E m a i:l an2003xuan @yahoo co m cn 资源开发 页岩气资源分布、开发现状及展望 安晓璇1,黄文辉1,刘思宇1,江怀友2 (1 中国地质大学 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083; 2 中国石油经济技术研究院,北京 100011) 摘 要:目前页岩气资源勘探开发已成为世界焦点,研究表明世界页岩气的资源量为636 283 1012m 3。美国页岩气资源丰富,广泛分布于美国的南部、中部及东部。中国也拥有丰富的页岩气资源,据初步评价与美国页岩气资源量大体相当,但目前我国页岩气开发还处于初级阶段。美国是页岩气勘探开发技术最先进,开发最全面的国家,加拿大也有较长的页岩气开发历史。由于页岩气储层渗透率低,开采难度大,因此我们需要学习国外先进技术,开发一套适合我国页岩气储层的钻井开采工艺,同时需要国家的大力支持,推动我国页岩气产业的发展。 关键词:页岩气;页岩气资源量;开发现状;展望中图分类号: P618 13 文献标识码:A 文章编号:1673-2464(2010)02-0103-07 THE D ISTR IBUTI ON ,DEVELOP MENT AND EXPECTATION OF SHALE GAS RES OURCES AN X iao xuan 1 ,HUANG W en hui 1 ,LI U S i yu 1 ,JI A NG H ua i you 2 (1.T he Educa tionM i n istry K ey Laboratory of M arine Reservo i r E vo l ution and H ydro carbon A ccu mu l a tion M echan is m,Ch i na Universit y of G eosciences,B eijing 100083,China ; 2.Institute of Econo m ics and T echnology,C N PC,B eijing 100011,Ch i na) A bstrac t :The exp l o ra ti on o f shale gas resources becom es a focus of t he wor l d .T he natura l g as resources a re 636 283 1012m 3i n the wo rld Sha le gas resources are r i ch i n Ame rica ,m ost of t he m are distri buted i n southe rn ,cen tral and eastern parts T here also are p l enty o f shale gas resources i n Ch i na , nea rl y the same quantity as i n Ame rica In Am erica there is t he mo st advanced exp l o ration and expl o ita ti on techno l ogy ,and it i s t he on l y country wh ich has the h i ghest explo itati on m ethod Canada has a l ong h i story o f sha l e gas exp l o ration and expl o ita ti on Ch i na is still at the beg inn i ng for the s ha l e gas explo itati on The permeability of t he shale ro cks is nor m a lly very l ow,so it is difficu lt to be explo ited T herefore ,w e need to l ea rn the advanced foreign techno l ogy to deve l op a set o f exp l o itation m et hods t o dev elop our sha le gas reservo irs ,and w e need the suppo rt fro m t he gove rn m ent ,i ncreasing env iron m ental pro tecti on wh ile deve l op m ent K ey word s :sha l e gas ;sha l e gas resources ;exp l o itation m ethod ;explorati on expectation 1 页岩气概述 页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页 岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然 气 [1] 。在页岩气藏中,天然气不仅存在于泥页岩, 也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和砂岩地层中。