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概述
调研大纲

页岩气是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附或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,它的形成主要有热解和生物成因两种方式,主要以吸附状态和游离状态两种形式存在于页岩孔隙、裂隙中。

1、页岩气主要产品类型

页岩气根据不同的成因和沉积背景可以分为海相页岩气、过渡相页岩气、陆相页岩气这几种类型,海相页岩气是指赋存于海相沉积环境形成的富有机质泥页岩中的天然气,主要以热成因为主,也可能含有一定比例的生物成因气。过渡相页岩气指赋存于过渡相沉积环境形成的富有机质泥页岩中的天然气,一般具有较高的含硫量和较低的干酪根含量。陆相页岩气赋存于由陆相沉积环境形成的富有机质泥页岩中,主要以生物成因为主,也可能含有一定比例的热成因气,其一般具有较低的含硫量和较高的干酪根含量。美国页岩气主产层位主要为海相地层;中国现阶段页岩气开发主要突破也在南方的海相页岩地层。

图:美国.阿根廷和中国主要页岩层位基本特征

国家

页岩

沉积环境

构造背景

主要岩性

吸附气含量(%)

美国

Barnett

海相

前陆盆地

硅质页岩

35

Marcellus

海相

前陆盆地

富含硅质到富含粘土页岩

40

Haynesville

海相

被动大陆边缘

硅质和钙质页岩

17

Antrim

海相

克拉通盆地

硅质页岩

>70

Niobrara

海相

前陆盆地

白垩

油为主,25

Eagle Ford

海相

前陆盆地

钙质页岩

油为主,20

Bakken

海相

克拉通盆地

硅质页岩、白云岩及粉砂岩

油为主,气很少

阿根廷

Vaca Muerta

海相

前陆盆地

硅质页岩

油气均有,40-55

中国

龙马溪组

海相

前陆盆地

硅质页岩

30-45

沙河街组

陆相

断陷盆地

页岩、砂岩和碳酸盐

55

页岩气主要开采方式

世界页岩气资源丰富,但勘探开发较为困难,水平钻井和液压裂相结合是目前页岩气开采的主要方式。据《页岩气开发水力压裂技术综述》,90%以上的页岩气井钻井完成后都需要经过酸化、压裂等储层改造才能获得比较理想的产量。

勘探与钻井

地质勘探是通过地震、测井、取心等方法,获取页岩气储层的地质特征、含气量、孔隙度、有机碳含量、热演化程度等参数,评价页岩气资源丰度和可开采性。钻井工程是通过选择合适的钻机、钻具、钻头、钻井液等设备和材料,设计合理的井型、井眼轨迹、井施工方案等技术参数,实现高效、安全、环保的钻井作业。勘探和钻井是页岩气开发的必要工作也是整个开发过程的基础,之后进行水力压裂和水平钻井的步骤。

液压裂

液压裂是一种用于水力压裂技术的流体,主要由水、支撑剂(如砂粒或陶瓷粒)和添加剂(如减阻剂、表面活性剂、粘土稳定剂等)组成,页岩气开发的水力液压裂主要成分是水和砂粒,剩下成分为各种化学添加剂。液压裂的作用是在高压下注入地层,使页岩层产生裂缝,并用支撑剂保持裂缝张开,从而增加页岩气的运移通道和产量,液压裂的类型有多种,主要包括水基液压裂、酸性液压裂、泡沫液压裂、乳化液压裂、凝胶液压裂等。液压裂在页岩气开发中的应用已经有了较长的历史和丰富的经验,尤其是在美国,水力压裂技术已经成为页岩气开发的核心技术之一。目前,美国在页岩气开发中主要应用了三种液体体系:液氮直接注入、注氮气泡沫和减阻水。

2、页岩气主要最终用户市场

发电

页岩气发电在保护环境、优化能源结构、实现电网调峰等多个方面均有着明显优势,在发电领域有以下应用场景:

(1)分布式发电:利用页岩气井附近的燃气轮机或内燃机,将页岩气直接转化为电能,供应井场自身或周边用户的用电需求,减少输配电损耗和成本,提高能源利用效率和可靠性。

(2)热电联产:利用页岩气作为燃料,通过燃气轮机或内燃机发电的同时,回收余热产生蒸汽或热水,供应工业或民用的供暖、制冷、空调等需求,实现能源的综合利用和节能减排。

(3)储能调峰:利用页岩气作为储能介质,通过压缩或液化储存,在电网负荷低谷时进行充能,在负荷高峰时进行放能,平衡电网的供需关系,提高电网的稳定性和灵活性。

工业使用

页岩气作为一种清洁、高效的能源资源和化工原料它在工业上的主要应用场景有:

(1)化工原料:利用页岩气中的甲烷作为化工原料,通过蒸汽重整、甲醇合成、鱼化法等工艺,生产合成气、甲醇、醋酸、乙烯等基础化学品,进而制造聚合物、涂料、溶剂等高附加值产品。

(2)燃料气:利用页岩气中的甲烷作为燃料气,通过管道或液化方式,供应工业或民用的供暖、烹饪、发电等需求,实现清洁能源的替代和利用。

(3)车用气:利用页岩气中的甲烷作为车用气,通过压缩或液化方式,作为汽车或公交车的动力来源,减少汽油和柴油的消耗和排放。

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