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页岩气及天然气水合物资源研究进展

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页岩气及天然气水合物资源研究进展

一、页岩气研究

1.页岩气概述

页岩气指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中，游离气比例一般在20％～85％。与常规储层气相比，页岩气的聚集属于无运移或者极短距离运移，页岩既是生气源，又是聚集、保存的储层和盖层。页岩气储层具有低孔隙度、极低渗透率的特点，通常孔隙度小于10％，渗透率数量级为(10-8～10-4)mD，须要进行压裂增产才能实现工业开发。

页岩气几乎存在于所有的盆地沉积中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别而具有不同的工业价值。中国主要盆地的页岩气技术可采资源量估算约为26×1012m3，与美国24．4×1012m3的资源量大致相当。页岩气的成功开发对中国能源安全有着重要意义。2012年3月发布的《页岩气发展规划(2011—2015年)》要求在“十二五”期问基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价，优选30450个页岩气远景区和50～80个有利目标区，探明页岩气地质储量6 000×108m3，可采储量2 000×108m3，2015年实现年产量65×108m3。中国页岩气的勘探开发正处于起步阶段，初期的开发规划、政策鼓励和核心技术研究尤为重要。

2.页岩气开发研究

页岩气藏是重要的非常规天然气资源，具有普遍含气、自生自储的特点，以游离气、吸附气和溶解气3种方式赋存，其储层低孔、低渗，须要进行人工压裂增。产才能实现工业开发。美国是目前页岩气开发最成熟的国家，从1970年开始进行页岩气的工业开采，20世

纪90年代后期水力压裂技术发展迅速，21世纪以来水平井技术逐渐成熟，产量增长迅速。

综合评价页岩需要考虑资源潜力、压裂潜力和外部因素，从TOC、热成熟度、含气量、有效厚度、孔隙度等方面评估地质资源量；从矿物组成、地层应力分布、天然裂缝发育程度等评估压裂潜力；结合温度、埋深、压力等外部因素评价开发潜力。页岩气采出机理复杂，主要包括吸附气和游离气两部分，不同页岩气藏吸游比差别大，开采过程也不同。页岩气流动包括基质内运移、裂缝内流动和吸附气体解吸运移3部分，主要流动模型可以归纳为双孔模型、多尺度流动模型和三孔双渗模型，裂缝对于生产有重要意义。

页岩气开发关键技术包括水平井和水力压裂技术。水平井技术可以增加泄流面积，水力压裂会产生复杂的裂缝网络，传统的双翼裂缝模型不再适用。产量与裂缝网络的复杂程度、储层改造体积正相关，储层的矿物组成和应力分布等因素决定了压裂效果。裂缝成像监测技术在水力压裂作业过程中有重要作用。

中国页岩气资源潜力大，勘探开发还处于起步阶段，海相页岩是开发的有利对象，陆相页岩是重要的资源领域。美国的海相页岩开发经验不能直接应用于中国陆相页岩开发，需要加强基础研究和科技攻关。“十二五”规划明确了页岩气发展的重要地位，积极开发页岩气对保障中国能源安全，缓解天然气供给压力有重要意义。

二、天然气水合物研究

1.天然气水合物概述

天然气水合物(Gas Hydrate)，又称笼形包合物(Clathrate)，是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、DH值等)下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，甲烷分子含量超过99％的天然气水台物通常称为甲烷水合物(Methane Hydrate)。

天然气水合物在自然界广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下，1单位体积的天然气水合物分解，最多可产生164单位体积的甲烷气体，因而是一种重要的潜在未来能源。

2.天然气水合物的开发

由于天然气水合物的开发面临着经济上和技术上可行性问题，天然气水合物开发技术尚处于实验阶段，唯一的工业开采（俄罗斯 Messoayka 天然气水合物气田）也仅位于极地永久冻土带， 海底天然气水合物的开发至今只是概念上的模式。目前大多数有关天然气水合物开发的思路基本上都是首先考虑如何将蕴藏于沉积物中的天然气水合物进行分解，然后加以利用。

由于天然气水合物稳定带（HSZ）的形成需要一定的温度压力条件（温度0C° ~ 10C°以下，压力10 MPa 以上），人为的打破这种平衡，造成天然气水合物的分解，是目前开发天然气水合物中甲烷资源的主要方法。综合各国天然气水合物开发方法，大体有3类：热激发法、减压法、阻凝剂法。

国际上天然气水合物应用性研究的竞赛实际上已经拉开帷幕，天然气水合物勘探技术正日趋完善，地球物理测井法与地震勘探法联用将有可能成为今后一段时期全球范围内天然气水合物资源勘探和评价的关键，同时保压取芯系统的研制进一步为系统全面地研究天然气水合物提供了有效而实用的手段。

虽然天然气水合物的研究已经取得了一定的成果，但是要商业开采天然气水合物，还有很多科技难题需要克服。我国对天然气水合物的研究尚处于起步阶段，应重视天然气水合物的勘查研究，投人大量人力物力推动天然气水合物在我国的研发。使天然气水合物在21世纪中后期能真正解决我国的能源短缺危机，为我国经济建设服务。

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“碳达峰、碳中和”的地质解决方案

“碳达峰、碳中和”的地质解决方案

“碳达峰、碳中和”的地质解决方案

发布时间：2022-05-30T09:13:44.017Z 来源：《新型城镇化》2022年11期 作者： 董孟[导读] 在遥远的石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪、三叠纪等久远的时期，大量的生物及其沉积物因地壳变迁被埋在地下而迅速与空气隔绝，在适宜的地质条件和长期高温、高压的作用下，逐渐被碳化，最终形成了岩石碳库中最重要的部分——煤、石油、天然气等高碳能源。

重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队 重庆 400038

摘要：2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和是我国提出的国家重大战略目标和承诺。本文介绍了碳源与碳汇的概念，着重对地质碳汇进行了阐释，再通过介绍地质行业所作的相关工作，分析了在推动碳达峰与碳中和目标实现地质工作的作用与贡献，并提出了地质解决方法和设想。

关键词：碳汇 二氧化碳 地质碳汇 地质储存

1 引言

在遥远的石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪、三叠纪等久远的时期，大量的生物及其沉积物因地壳变迁被埋在地下而迅速与空气隔绝，在适宜的地质条件和长期高温、高压的作用下，逐渐被碳化，最终形成了岩石碳库中最重要的部分——煤、石油、天然气等高碳能源。

几亿年之后，这些化石燃料伴随着工业革命的来临推动了人类社会的发展，但大量燃烧化石能源排出的二氧化碳等温室气体加剧了全球气候变化。

我国承诺将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。

2 什么是碳汇？碳源？

碳汇：从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。

碳源：向大气中排放二氧化碳的生产和生活过程。

碳源与碳汇是两个相对的概念，即碳源是指自然界中向大气释放碳的母体，碳汇是指自然界中碳的寄存体。减少碳源一般通过二氧化碳减排来实现，增加碳汇则主要采用固碳技术。

根据储存CO2 场地的不同，碳汇主要包括生物碳汇、海洋碳汇和地质碳汇等。

生物碳汇是指植物通过光合作用吸收大气中的CO2 ，又被称为“绿碳”。主要包括森林等陆生植物碳汇、湿地碳汇、水生生物碳汇等。

页岩气简介

页岩气简介

页岩气简介

一、 什么是页岩气

1. 定义

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。随着能源需求的不断加大，页岩气在美国、加拿大等地已是重要的替代能源。2011年底，国务院正式批准页岩气为我国第172个独立矿种，这意味着页岩气的勘查和开发上升为国家战略。

这里有两个概念：页岩气——是地质学分类；非常规天然气——却是一个石油工程分类。

2. 页岩气的产生与储存状态

地质历史上形成的富含有机质的泥页岩层系（可包括煤层），在实践中当不强调地质术语的准确性时可统而简之地称为暗色页岩。其中特别富含可生油有机质且后期尚未经历深埋条件下的高温压者，因其中有机质在人工加热分馏可产出各类油品（如汽、柴油等），特称油（母）页岩。而大部分这类页岩在后期经历深埋、有机质在热演化过程中产生大量气态和液态烃类。其中气态的天然气液态的石油可从生烃层系中运移出去赋存于有孔隙的储层中。他们在孔渗条件好的储层中高度富集便形成常规油气，因致密而孔隙度渗透性差，并使其油气难采出的就是非常规的致密（储层）油气。己大量进入储层的油在近地表情况下受地下水氧化和生物降解就形成了非常规的重（稠）油和（沥青质）油砂、甚至更难利用的固体沥青矿。而在生烃层中不可避免仍有大量气态和液态烃以吸附状态和游离状态而残留，留在煤层中的为煤层气、留在页岩（类）中者则为页岩油、气。

页岩气的赋存状态以吸附和游离为主，也有少量溶解态（图1）。裂缝和孔隙是页岩气主要的储集空间。但页岩本身物性很差，孔隙度和渗透率都很低。因而局部的高孔渗区和裂缝发育区就有可能成为页岩气的“甜点”。

页岩孔隙可以分为原生孔和次生孔隙两种类型。通常原生孔隙比较常见，但大多由于压实作用而变得十分微小。地层水和有机酸等与页岩中不稳定矿物反应形成的次生孔隙也对页岩气的赋存具有重要意义。

构造裂缝和成岩裂缝是页岩裂缝的两种基本类型。构造裂缝相对于成岩裂缝具有长度更长、开角更大等特点，因而是更有利的页岩气储集空间。通常构造裂缝被方解石等矿物充填，也有未被充填的，它们都是页岩气“甜点”的有利发育区。

裂缝型致密气藏和页岩气藏的流一固耦合机制分析

裂缝型致密气藏和页岩气藏的流一固耦合机制分析

胡倩婷等，专题十二　非传统碳氢化合物…新型燃料　３ｌ　

水合物聚集过程。我们讨论了给定沉积速率和水通量时水合物成藏和分布状况，并将模　

拟结果与实测数据进行对比。研究表明在无沉积作用、水通量和沉积速率恒定、水通量　

递减和沉积速率阶段性变化等多种情况下，模拟结果都与测量值有所不同。意外的是如　果假设在沉积物中存在２５％水合物，模拟结果与水合物分布吻合得很好。该结果暗示研　

究区早期可能存在大量的天然气水合物，后来由于浅部沉积物的快速沉积，加上气体供　

应不足而导致水合物含量减少。　

［翻　译］　倪玉根　［校　对］　邱燕　

挪威中部大陆边缘Ｎｙｅｇｇａ麻坑区ＯＮ０３麻坑中的甲烷渗漏　

陈毅凤，Ｒｙｏ　ＭＡＴＳＵＭＯＴＯ，Ｈａｆｌｉｄｉ　ＨＡＦＬＩＤＡＳＯＮ　

位于挪威中部大陆边缘Ｓｔｏｒｅｇｇａ海底滑坡以北的Ｎｙｅｇｇａ麻坑区有数百个麻坑，ＣＮ０３　麻坑是其中的一个。长为３　ｍ的重力柱样１４ＧＣ和１５ＧＣ分别于２００７年和２００８年取自ＣＮ０３　

麻坑。虽然这两个柱样的采样位置只相距约５０　ｍ，但是岩性却迥异。１４ＧＣ柱样中有两个　

独特的化能合成贝壳层，分别集中于大约为１．０５～１．１１　ｍ和１．４８～１．６２　ｍ的深度范围　

内。而在１５ＧＣ柱样中，离散的、未压实的碳酸盐结块散布于１．９６　ｍ以下的整个取样柱　

中。我们收集了孔隙水、碳酸盐结块和贝壳用于研究。孔隙水的６　ＣＤＩｃ值变化范围为　

一３３．５‰～一６２．４‰ＰＤＢ，显然表明被氧化的甲烷是ＤＩＣ（溶解无机碳）的主要碳源。目前　的甲烷通量估计为８０　ｍｍｏｌ　ｍ－。ａ～。１４ＧＣ柱样中的４个化能合成贝壳的ＨＣ年龄表明，发　

生强烈甲烷喷溢的时间距今１３．９　ｋａ和１５．０　ｋａ（　Ｃ年）。１５ＧＣ柱样中的块状方解石的　

６”Ｃ变化范围为一２９．７‰～一５３．２％０　ＰＤＢ（平均＝一４４．４，ｎ＝９），暗示它们是甲烷成因的。　深度剖面上明显出现两个６”Ｃ和６　０峰值，浅部的峰值对应于现在的ＳＭＴＺ（硫酸盐一　

非常规油气藏分类及特征研究

非常规油气藏分类及特征研究

非常规油气藏分类及特征研究

摘要：非常规油气藏的勘探开发工作自进入二十一世纪以来，世界各国都很积极。致密油、页岩油产量快速增长，页岩气产量持续增长，煤层气、致密气产量稳定，天然气水合物试产取得重大突破。随着这些年的发展，中国在非常规油气勘探开发方面取得了重大进展。致密气、致密油、页岩气产量快速增长，页岩油勘探开发已被提升到国家战略高度。

关键词：非常规；油气藏；特征分类

1、开发非常规能源的技术现状

那么什么是非常规能源能？是指不能用常规的方法和技术手段进行勘探开发的另一类能源。这类能源的开发或存在状态与常规能源极其不同，开发难度系数高，造价高。种类繁多，有煤层气、页岩气、页岩油和低渗油等资源。这些资源相对来说比较丰富，如果能顺利开发，能立刻解决现在资源紧张的局面。但正因为这些资源是非常规资源，其开发难度系数高，这是我们面临的一个难题。就我国而言，非常规能源的开发遇到了阻力，与西方发达国家的技术上还存在一定的距离。我们需要提高技术设备和技术水平，才能跟上发达国家开发非常规能源的步伐。这样的局面不是一两天形成的。首先我们在开发非常规能源方面意识不够，西方发达国家的意识就很全面，已经开始了大规模的开发。我们唯有交昂贵的学费，向他们学习先进的技术，花巨资，引进先进的技术设备，还要培养自己的可靠的相关技术人员。核心开采的技术，属于高端机密，因此需要我们组建专业智囊团，来搞技术攻关，只有这样，才能扫清我们前进的阻碍。

2、致密砂岩气藏

2.1致密砂岩气成藏基本条件

致密砂岩气成藏基本条件之一：气源岩发育、气源充足：北美落基山地区的致密砂岩气藏的气源岩主要是白垩系的煤系地层和富含有机质的泥岩、页岩，然后是侏罗系和第三系的暗色泥岩。尤以煤层和含煤地层最为重要，煤成气是其主要的气源之一；其次是热成熟气和生物气。源岩的有机炭含量大于2%，有机质类型主要为腐殖型的III类干酪根，适合生气。成熟度较高，Ro一般大于0.8。煤层厚度巨大（一般3-9米）烃源岩厚度大于100米，分布较广。具有巨大的生气潜力。 致密砂岩气成藏基本条件之二：储层致密、但内部存在特点：致密砂岩气藏的砂岩致密，物性和孔喉结构较差。北美落基山地区的致密砂岩特点是：①主要沉积相类型为河流相，砂体呈透镜状，连续性差； ②低孔（3-12%）、低渗（0.5-0.0005X103μm²）；③孔隙喉道半径小，一般小于0.5μ、毛细管压力高；④孔隙类型主要有残余粒间孔隙、但多数是次生孔隙（以溶蚀孔和微孔隙为主）：⑤成岩作用强烈、次生孔隙发育、自生矿物含量高；⑥致密砂岩储层对应力敏感性强；⑦在钻井和增产措施中易受伤害（五敏、压敏和水锁等）。