頁巖氣國內外研究現(xiàn)狀及存在問題4609

實用標準實用標準文案大全文案大全實用標準文案大全頁巖氣國內外研究現(xiàn)狀及存在問題前言頁巖氣是當今油氣藏勘探的前沿領域，也是新近石油地質研究的熱門課題。有的學者甚至用“炙手可熱”來形容目前美國頁巖氣的勘探開發(fā)熱潮。美國頁巖氣的勘探與開發(fā)已完全商業(yè)化運作，其勘探開發(fā)技術處于絕對領先地位，除加拿大外，中國及其他國家才剛剛起步，下面簡單回顧一下美國頁巖氣歷史，美國第一口商業(yè)性頁巖氣井是由WiliamHart于1825年在紐約弗雷多尼亞開鉆，這也是世界上第一口商業(yè)性頁巖氣井，位于泥盆紀頁巖中，1970年代晚期至1980年代早期，美國開始實施頁巖氣工程（EGSP），開始了大量的地質評價工作和鉆探工作，1981年，Barnett頁巖第一口發(fā)現(xiàn)井開鉆，并注入CO、N聚 2 2合物流體，1991年，在Barnett頁巖中鉆探第一口水平井，1997年，聚合物注入持續(xù)減少，而首次采用水力壓裂造縫，1998年Devon能源公司在特克薩斯東部試用壓裂技術，2001年首次運用微震作構造裂縫圖，2003年，Barnett頁巖頁巖氣獲得成功，這得益于水平鉆井和壓裂技術。2003年，實施了穿過Marcellus頁巖至志留系地層的鉆探，未取得有效成果，但表明Marcellus很有希望，果然在2004年，Marcellus頁巖取得圓滿成功，美國頁巖氣產(chǎn)量快速增長。據(jù)分析中國頁巖氣具有良好的勘探前景,中國對頁巖氣的勘探研究也在逐步展開。在四川、鄂爾多斯、渤海灣、松遼、江漢、吐哈、塔里木和準噶爾等盆地均有頁巖氣成藏的地質條件。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對石油天然氣的需求日益增長，據(jù)專家估計，以我國目前的經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢，10年后我國對油氣的年消費將由目前的4億多噸增加到6--8億噸，油氣進口的大幅提高存在諸多風險，因此，要做好立足國內的充分準備，而依靠常規(guī)油氣藏的勘探難以滿足需求，非常規(guī)油氣特別是煤層氣、頁巖氣的勘探將會日益重要，2009年美國的頁巖氣產(chǎn)量已經(jīng)突破1000億方，極大地增加了我國尋找頁巖氣的信心。一方面是為了滿足國民經(jīng)濟快速發(fā)展對油氣需求的需要，另一方面，也是為了探尋適合川西的頁巖氣研究方法，我們進行了本次有關頁巖氣的國內外調研。1.頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀1.1頁巖氣概念1.1.1非常規(guī)油氣藏與連續(xù)性油氣藏非常規(guī)油氣藏指目前還不能完全用常規(guī)方法技術進行勘探、開發(fā)與加工的部分油氣資源，主要根據(jù)一些特殊的標準來劃分，如最大基質滲透率界限、非常規(guī)技術的使用以及開采的困難程度（例如極地地區(qū)或者深水地區(qū)），這些標準隨著油氣工業(yè)的進步而變化，并且不同的人對非常規(guī)理解不同，因此其主觀性比較強。鑒于此，美國地質調查局在1995年美國油氣資源評價中引入了“連續(xù)型”油氣藏的概念。將油氣藏分為常規(guī)圈閉油氣藏和非常規(guī)圈閉油氣藏,非常規(guī)圈閉油氣藏又分為連續(xù)型油氣藏與非連續(xù)型油氣藏。常規(guī)圈閉油氣藏指單一閉合圈閉油氣聚集,圈閉界限清楚,具有統(tǒng)一油氣水邊界與壓力系統(tǒng)。“連續(xù)型”非常規(guī)油氣藏與常規(guī)圈閉油氣藏本質區(qū)別在于圈閉界限是否明確、范圍是否穩(wěn)定、是否具有統(tǒng)一油氣水界面與壓力系統(tǒng);也可以說前者是“無形”或“隱形”圈閉,以大規(guī)模儲集體形式出現(xiàn),后者是“有形”或“顯形”圈閉,圈閉邊界明確(鄒才能，2009)。美國地質調查局在2006年提出深盆氣(deep-basingas)、頁巖氣(shalegas)、致密砂巖氣(tightgassands)、煤層氣(coal-bedmethane)、淺層砂巖生物氣(shallowmicrobialgassands)[8-11]和天然氣水合物(naturalgashydrate,methaneclathrate)等6種非常規(guī)圈閉天然氣(unconventionalgas),統(tǒng)稱為連續(xù)氣(continuousgas)。1.1.2粘土巖、泥巖、頁巖、黑手頁巖、碳質頁巖、油頁巖、硅質頁巖、貼紙頁巖、鈣質頁巖粘土巖：以粘土礦物為主（含量大于50％）的泥巖。泥巖：碎屑巖中顆粒粒徑小于0.005mm(十進制)或小于0.0039mm（2的幾何級數(shù)，1/256）的沉積巖，一般主要由粘土、石英、長石及鈣質組成。頁巖：頁理發(fā)育的泥巖（頁理是鱗片狀的粘土礦物在壓緊過程中，平行排列而成的）。雖然泥巖和頁巖在巖性特征上有所不同，但國外及臺灣研究者習慣使用Shale（頁巖）這一術語；而大陸研究者則傾向于使用mudstone（泥巖）這個術語。針對這種情況，國內研究者通常采用“泥頁巖”這一術語來表達這類泥質巖類，沒有嚴格區(qū)分頁巖和泥巖。其實國外也有這種類似情況，如美國著名的Barnett頁巖，有的學者認為是“泥巖”，但一般都稱之為頁巖，其所具有的氣藏被命名為裂縫性頁巖氣藏。常見的頁巖有如下幾種：黑色頁巖：含有較多有機質與細粒、分散狀黃鐵礦、菱鐵礦的頁巖，層理一般較好。有機質含達2~10%或更高，很少化石，常據(jù)極薄層理，外貌有時與炭質頁巖相似，區(qū)別在于黑色頁巖不染手。黑色頁巖一般形成于溫濕氣候、缺氧、富含H2S的較閉塞海灣和湖泊的較深水等環(huán)境的滯留水體中，是形成頁巖氣的最主要的頁巖類型。黑色頁巖出露地表后，常因其中的黃鐵礦風化而使巖石表面及解理裂隙染成淡紅色。炭質頁巖：一種含有大量呈西分散狀均勻分布與巖石中的已碳化的有機質的頁巖。黑色、染手，灰分大于30%，一般很難作燃料。常含有大量植物化石，是湖泊、沼澤環(huán)境下的產(chǎn)物，常見于煤層的頂板與底板。油頁巖：含一定數(shù)量的干酪根（>10%），顏色以黑棕色、淺黃褐色等為主，一般說來，含有機質愈多，其顏色也愈深。其特點是比一般的頁巖輕，而且有彈性，易燃，并發(fā)出瀝青味及流出油珠。油頁巖屬于頁巖的范疇，但具有腐泥煤的特征，也有人把它叫做“高灰分的腐泥煤”。油頁巖主要是閉塞海灣或湖泊環(huán)境中由低等植物如藻類及浮游生物的遺體死亡后，在隔絕空氣的還原條件下形成的，常與生油巖系或含煤巖系共生。硅質頁巖：一般頁巖中的SiO平均含量約58%，硅質頁巖中由于還含有較多的2玉髓、蛋白石等，SiO含量在85%以上，并常保存有豐富的硅藻、海綿和放射蟲2化石，所有一般認為硅質頁巖中的硅質來源于生物有關，有的也可能與海底噴發(fā)的火山灰有關。鐵質頁巖：含少量鐵的氧化物、氫氧化物等，多呈紅色或灰綠色，在紅層和煤系地層中較常見。鈣質頁巖：含CaCO，但不超過25%的頁巖。自然界中，頁巖分十分廣泛，世界范圍內頁巖(包括細粒黏土沉積)約占沉積巖的60%，估計頁巖氣資源可能是煤層甲烷或致密砂巖氣的2倍（Hambli，2006），因此頁巖氣具有很大的勘探前景。1.1.3頁巖氣的定義據(jù)J.BCurtis(2002)對頁巖氣的描述性界定，認為頁巖氣系統(tǒng)基本上是由生物成因氣、熱成因氣或生物—熱成因氣兩者混合構成的連續(xù)型天然氣聚集，并以大面積含氣、隱蔽圈閉機理、可變的蓋層巖性和較短的烴類運移距離為特征。頁巖氣既可以是儲存在天然裂縫和粒間孔隙內的游離氣，也可以是干酪根和頁巖顆粒表面的吸附氣，或者是干酪根和瀝青中的溶解氣。頁巖氣與其它類型氣藏相比存在較大差異，其成因多樣，賦存方式復雜，成藏機理特殊。據(jù)據(jù)J.B.Curtis（2002）、張金川等（2004）國內外學者對頁巖氣的研究和描述，我們將頁巖氣系統(tǒng)內涵及主要屬性歸納如下：在頁巖氣藏中,天然氣不僅存在于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中,也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖甚至砂巖地層中,為天然氣生成之后在源巖層內就近聚集的結果,表現(xiàn)出典型的“原地”成藏特征，頁巖既是烴源巖，又是儲集層或蓋層，表現(xiàn)為多元特征。也就是說,頁巖氣是存在于富含有機質的泥頁巖層系中的天然氣,而不僅是局限在某一單純的富含有機質泥頁巖層中的天然氣。由生物成因氣、熱成因氣或生物－熱成因氣兩者混合構成的連續(xù)型非常規(guī)天然氣聚集；由于儲層特殊，天然氣以多種相態(tài)存在，但以吸附和游離狀態(tài)為主，少量為溶解氣；其中吸附作用是頁巖氣的重要機理之一；以儲層大面積含氣、隱蔽圈閉機理、致密低孔滲的儲層、可變的蓋層巖性、零距離和短距離烴類運移、無明顯氣水界面為特征；從某種意義上講頁巖氣藏形成是天然氣在源巖中大規(guī)模滯留的結果，表現(xiàn)為典型的自生自儲或自封蓋的“原地”成藏模式。1.2世界頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀頁巖氣的勘探開發(fā)歷史悠久，已有近200年的歷史，目前正邁入快速發(fā)展期。據(jù)統(tǒng)計,在全世界142個盆地中存在超過688處的頁巖氣資源,目前已有12處(主要位于北美地區(qū))得到開發(fā)（Jarvie，2008）。其主要分布在北美、中亞和中國、拉美、中東和北非、俄羅斯等地區(qū),預計全球資源量約為456×1012m3（表1-1）,約為當前世界常規(guī)天然氣探明總儲量的2.46倍。2011年美國能源信息署發(fā)布研究報告對除美國以外的全球14個區(qū)域、32個國家的48個頁巖氣盆地和近70個頁巖氣儲層進行了資源評價,指出全球頁巖氣技術可采儲量將超過187.40×1012m3，而中國、美國、阿根廷、墨西哥和南非的頁巖氣技術可采儲量居世界前五位,分別為36.08×1012m3、24.39×1012m3、21.90×1012m3、19.27×1012m3和13.73×1012m3。目前,在美國、加拿大、法國、德國、新西蘭、澳大利亞、匈牙利、波蘭、瑞典、英國、印度和中國等諸多國家,都發(fā)現(xiàn)相當規(guī)模的頁巖氣儲量,而美國、加拿大、中國等是世界上頁巖氣勘探開發(fā)程度較高或資源量較大的國家（鄭軍衛(wèi)，2011）。1.2.1美國頁巖氣的勘探開發(fā)現(xiàn)狀美國頁巖氣資源豐富,在其本土的48個州均有分布。據(jù)美國能源信息署2011年最新資料,美國頁巖氣技術可采儲量為24.39×1012m3。目前,美國主要有5套具有商業(yè)開發(fā)價值的頁巖氣系統(tǒng),即:FortWorth盆地密西西比系Barnett頁巖、Appalachian盆地泥盆系Ohio頁巖、Michigan盆地泥盆系Antrim頁巖、Illinois盆地的泥盆系NewAlbany頁巖和SanJuan盆地白堊系Lewis頁巖。其中,FortWorth盆地以密西西比系Barnett頁巖為儲層的NewarkEast頁巖氣田,勘探開發(fā)程度較高,目前產(chǎn)量已超過300×108m3,已是美國第二大氣田（表1-2）。美國頁巖氣工業(yè)發(fā)展過程如下：表1-1世界各地區(qū)非常規(guī)天然氣資源量預測表（據(jù)Rongner,1997;Kawata和Fujita,2001）地區(qū)地區(qū)頁巖氣（×1012m3）煤層氣（×1012m3）致密氣（×1012m3）合計（×1012m3）頁巖氣比例（%）北美108.785.438.8232.947拉丁美洲97.661中歐+西歐15.57.712.235.444前蘇聯(lián)17.711225.5155.211中東+非洲126.563中亞+中國99.834.410144.269太平洋地區(qū)65.513.32098.866其他亞太地區(qū)8.91.1213129全世界456256.1209.6921.749轉引自《頁巖氣地質與勘探開發(fā)實踐叢書》編委會，2011表1-2美國天然氣田產(chǎn)量排名（據(jù)Kuuskras,2006）排名排名氣田名稱盆地/州天然氣類型產(chǎn)量(107m3/d)2002年2003年2004年1SanJuan產(chǎn)區(qū)SanJuan,NM/CO煤層甲烷、致密砂巖氣10.911.511.23NewarkEastFortWorth,TX頁巖氣4Wyodak/BigGeorgePowderRiver,WY煤層甲烷5JonahGGRB,WY致密砂巖氣1.72.02.07Wattenberg/DJ盆地Denver,CO致密砂巖氣9CarthageEastTexas,TX致密砂巖氣10AntrimMichigan,MI頁巖氣11S.Piceance產(chǎn)區(qū)Piceance,CO致密砂巖氣、煤層甲烷紐約市西部Chautauagua縣，產(chǎn)層為阿帕拉契亞盆地泥盆系Dukirk頁巖，井深僅8米。1926年在阿巴拉契亞盆地泥盆系成功地實現(xiàn)了頁巖氣的商業(yè)性開發(fā)，東肯塔基和西弗吉尼亞氣田成為當時世界上最大氣田。20世紀70年代，美國能源部（DOE）聯(lián)合其他高等院校和科研院所實施了東部頁巖氣工程項目（主要研究和開發(fā)地區(qū)是阿巴拉契亞、密執(zhí)安和伊利諾斯盆地）。80年代初，美國天然氣研究所又對東部頁巖氣進行了系統(tǒng)研究，工作重點是對頁巖氣的資源量進行了較詳細的評價。在國家有關政策扶助、天然氣價格、開發(fā)技術進步等因素的推動下，20世紀70年代中期美國頁巖氣步入規(guī)模化發(fā)展階段，70年代末期頁巖氣產(chǎn)量為1.96×108m3；2000年美國五個主要頁巖氣產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)井達到28000口，頁巖氣年產(chǎn)量約122×108m3。進入新世紀后，美國頁巖氣產(chǎn)量大幅度增長，處于快速發(fā)展階段，鉆井數(shù)量和產(chǎn)量不斷攀升（圖1-1、1-2）。2007年頁巖氣生產(chǎn)井達到42000口，年產(chǎn)量接近450×108m3。約占美國天然氣總產(chǎn)量（5596.57×108m3）的8％。其中沃斯堡盆地Barnett頁巖成為美國最大的頁巖氣產(chǎn)區(qū)，2007年約有8500口（其中水平井4982口）頁巖氣生產(chǎn)井，年產(chǎn)量達305.8×108m3，占美國頁巖氣產(chǎn)量的71%，其中1981年發(fā)現(xiàn)的NewarkEast頁巖氣田已躋身美國十大氣田行列（表1-2），成為美國標志性頁巖氣田。2007年該氣田產(chǎn)量達到217×108m3。圖1-1美國五個主要頁巖氣產(chǎn)區(qū)年產(chǎn)量遞增狀況美國頁巖氣產(chǎn)層主要為中生界－古生界地層（K、C、D），勘探開發(fā)工作實用標準實用標準文案大全文案大全文案大全實用標準實用標準重點集中于阿巴拉契亞、密執(zhí)安、伊利諾斯、沃斯堡和圣胡安、阿科馬等盆地的頁巖系統(tǒng)中。目前正向中西部和落基山地區(qū)延伸和擴展。逐漸形成了全面勘探開發(fā)頁巖氣的格局，產(chǎn)頁巖油氣盆地已達到18個（圖1-3）。其中8個是含頁巖油的區(qū)帶。另外，由于頁巖氣勘探開發(fā)的巨大成功，越來越多的美國油氣開發(fā)商投入到頁巖氣勘探開發(fā)中。2005年美國頁巖氣生產(chǎn)商只有23家，2006年增至39家，至2007年美國頁巖氣生產(chǎn)井近4.2×104口,參與頁巖氣開發(fā)的石油企業(yè)達到64家。2009年美國頁巖氣產(chǎn)量接近1000×108m3,超過我國常規(guī)天然氣的年產(chǎn)量。目前,美國擁有的頁巖氣生產(chǎn)井數(shù)已接近10×104口,頁巖氣已成為美國投入工業(yè)性勘探開發(fā)的三大非常規(guī)類型天然氣(致密砂巖氣、煤層氣和頁巖氣,占美國天然氣年產(chǎn)量的40%)之一。據(jù)美國能源部能源信息署報告預測,至2030年,以頁巖氣為代表的美國非常規(guī)氣產(chǎn)量將超過3681×108m3,占美國天然氣總產(chǎn)量的一半以上。（7）美國已發(fā)現(xiàn)埋深最淺的工業(yè)性頁巖氣埋深僅為182m，平均深度均為1200m，通常介于450～2300m之間。目前有的地區(qū)勘探深度不斷向下延伸，如特拉華盆地，其深度已超過5000多米，有的接近6000米（圖1-4）。（8）（9）圖1-3美國已發(fā)現(xiàn)含油氣的頁巖區(qū)NewDevonian/Ohi圖1-4美國頁巖氣區(qū)平均鉆井深度（10）美國頁巖氣勘探與其他非常規(guī)類型氣藏相比，勘探成本并不昂貴，其鉆井費用往往隨埋深加大呈成倍增長趨勢（表1-3）。如在特拉華盆地的Barnett頁巖，由于埋深達到5400多米，鉆完井成本劇增，前期的鉆井費用高達1500萬美元。最近幾年，隨著技術進步等多方面原因已降至800萬美元。表1-3美國頁巖氣儲集層深度與鉆井成本比較頁巖氣儲集層頁巖氣儲集層埋深（m）鉆井成本（1000美元）NewAlbany組和Antrim組76～610125～250Ohio組和Lewis組914～1524250～300沃斯堡盆地Barnett組和阿科馬盆地Woodford組1829～2743450～600特拉華盆地Barnett組＞50008000（包括完井費用）1.2.2加拿大頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀近年來，加拿大緊隨美國之后，對頁巖氣進行研究和勘探，最近（2008）已見有商業(yè)性開發(fā)的報道。加拿大頁巖氣資源也十分豐富,且資源分布面積廣、涉及地質層位多,主要分布在其西部地區(qū)的不列顛哥倫比亞省東北部的HornRiver盆地泥盆系Muskwa頁巖氣聚集帶和魁北克省奧陶系Utica頁巖氣聚集帶。據(jù)世界能源委員會估計(2010),加拿大西部2個主要盆地(HornRiver盆地和Montney深盆地)的頁巖氣資源量為39.08×1012m3,可采資源量約為6.80×1012m3。據(jù)有的報道稱：2003年開始頁巖氣開采，2005年產(chǎn)量已超過8.5×108m3。加拿大頁巖氣勘探開發(fā)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：加拿大對頁巖氣的研究和勘探主要集中在西部沉積盆地（西加盆地的不列顛哥倫比亞東部和阿爾伯達地區(qū)）的上白堊統(tǒng)、侏羅系、三疊系和泥盆系（圖1-5）。預測該區(qū)頁巖氣資源量約為24.3×1012m3（860tcf）。目前西加盆地油氣勘探重點已轉向頁巖氣的勘探與開發(fā)，并已有多家公司加盟。對東部斯科廷省和不倫瑞克省若干盆地的密西西比系霍頓組湖相頁巖烴源巖作了研究和評價。認為霍頓組可形成有效頁巖氣和頁巖油的成藏組合。其甲烷含量為70～300立方英尺/噸，成熟度0.7～2.5%,達到成熟到高成熟、過成熟階段。2004年，加拿大頁巖氣區(qū)域評價列入能源發(fā)展目標。截止2006年，不列顛哥倫比亞油氣委員會已核準的白堊系和泥盆系試驗區(qū)達到22個。據(jù)估算，加拿大頁巖氣資源超過28.3×1012m3（1000tcf）。圖1-5加拿大頁巖氣主要勘探區(qū)在西加盆地，位于不列顛哥倫比亞省中部的Montney頁巖、Muskwa頁巖已獲得商業(yè)天然氣產(chǎn)量，有的已投入試采。Muskwa頁巖氣井的最初日產(chǎn)量為5.7×104m3～24.9×104m3（200×104ft3/d～880×104ft3/d），表現(xiàn)為壓裂級數(shù)越多，產(chǎn)量越高。估算的最終產(chǎn)量為1.1×108m3～1.7×108m3/平方英里。位于魁北克省的Utica頁巖和Corraine頁巖只有少數(shù)氣井進行了產(chǎn)量測試，其中一口井的初產(chǎn)量為2.83×104m3/d(100×104ft3/d)。業(yè)內人士認為如果采用水平井和多級壓裂技術，將獲得更高的產(chǎn)能。估算該頁巖組的可采天然氣儲量可達到1.13×1012m3（40tcf）。與美國相比,加拿大頁巖氣開發(fā)還處于初級階段,大規(guī)模的商業(yè)性開采還尚未進行。但目前已有許多公司投入大量資金,應用先進技術在阿爾伯特、不列顛哥倫比亞、薩斯喀徹溫省、魁北克、安大略、新斯科舍等地區(qū)開展頁巖氣資源勘探,頁巖氣將有望成為加拿大重要的天然氣資源之一。1.2.3中國頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀我國頁巖氣資源也很豐富,在四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、江漢盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、準噶爾盆地等含油氣盆地及其周緣,淺埋的暗色(泥)頁巖大面積發(fā)育,有機碳含量高,具有頁巖氣成藏的有利地質條件。同時,在我國南方寒武系、志留系、二疊系等古老地層分布區(qū)的頁巖氣勘探前景亦不可忽視。張金川(2009)等據(jù)現(xiàn)有資料保守估算,我國頁巖氣資源量約為26×1012m3。而美國能源信息署(2011)預計的數(shù)字則更大,其通過對我國四川盆地寒武系筇竹寺組和志留系龍馬溪組以及塔里木盆地的寒武系頁巖和奧陶系頁巖的分析認為,我國頁巖氣技術可采儲量超過36.08×1012m3。頁巖氣在中國并不新鮮，自1667年第一次在四川盆地的邛1井發(fā)現(xiàn)天然氣以來，就不斷有頁巖氣的發(fā)現(xiàn)，尤其是20世紀60年代以來，已在松遼、渤海灣、四川、鄂爾多斯、柴達木等幾乎所有陸上含油氣盆地中發(fā)現(xiàn)了頁巖氣或泥頁巖裂縫油氣藏。但迄今為止，我國尚未對頁巖氣資源進行過全面評估和開展以頁巖氣為勘探目標的勘探開發(fā)工作。2004年以來，中國石油勘探開發(fā)研究院和中國地質大學借鑒國外頁巖氣成功勘探開發(fā)經(jīng)驗，開展了我國頁巖氣資源調查與成藏地質條件評價與研究，查閱、收集了大量國外頁巖氣勘探開發(fā)的資料和文獻。中國石化勘探開發(fā)研究院也先后在2003年和2007年翻譯了近20萬字有關頁巖氣的資料。對促進我國頁巖氣的研究起到了積極的推動作用。2006年中國石油對外合作經(jīng)理部與美國頁巖氣開發(fā)專家在北京舉辦了“頁巖氣研討會”并組織開展了“中國頁巖氣資源評價與有利勘探領域優(yōu)選”研究。中國石油與國外具有頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)驗的公司合作開展了聯(lián)合研究如。2007年與美國新田公司簽署了“威遠地區(qū)頁巖氣聯(lián)合研究”協(xié)議，并與沃斯堡盆地頁巖氣生產(chǎn)最具實力的Devon公司也簽署了聯(lián)合研究合同。同時在四川宜賓地區(qū)實施了一口頁巖氣試探井，設計井深200米。該井于2008年11月完井。由國土資源部油氣資源戰(zhàn)略中心組織的“全國油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調查與評價國家專項”第二批項目中設立了“中國重點地區(qū)頁巖氣資源潛力及有利區(qū)帶優(yōu)選”項目。研究工作由中國石油勘探開發(fā)研究院和中國地質大學（北京）聯(lián)合承擔。該項目已于2009年啟動，擬于2013年完成。另外，頁巖氣的工作也得到了國家自然科學基金和國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃（973）項目聯(lián)合資助。去年8月，國土資源部在重慶綦江布署了一口頁巖氣探井，鉆探目的層為下古的志留系和寒武系。中石化也在積極行動，布署和開展有關頁巖氣的研究和勘探工作，并于2009年6月下發(fā)了“中國石化南方頁巖氣勘探選區(qū)登記原則、評價方法及標準”（征求意見稿）。于2009年7月在江西九江召開了“中石化頁巖氣評價選區(qū)匯報會”，會上有關單位介紹了評價選區(qū)工作開展情況。西南局根據(jù)總公司的布署對川西坳陷（中段）和其他所屬區(qū)塊（井研－犍為，資陽丹山－東峰場、閬中－南部）有利頁巖氣發(fā)育區(qū)進行了初步的選區(qū)和評價工作。2009年10月,國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心在重慶市綦江縣啟動了中國首個頁巖氣資源勘查項目,正式開始頁巖氣的勘探開發(fā)。2009年11月中旬，美國總統(tǒng)奧巴馬訪華，使中美兩國在能源領域合作再度升溫。其中也涉及到中美兩國頁巖氣勘探開發(fā)的合作問題。這表明，頁巖氣已引起我國最高領導層和有關部門的高度重視。2009年11月下旬,國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心、中國地質大學聯(lián)合在重慶市彭水縣連湖鎮(zhèn)啟動了國內第一口頁巖氣勘探井。2010年8月,我國首個專門從事頁巖氣開發(fā)的科研機構——國家能源頁巖氣研發(fā)(實驗)中心在中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院揭牌。1.2.4世界其它地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀頁巖氣的勘探開發(fā)自2005年以來，逐漸由北美擴展到了全球，目前世界各國均在著手進行頁巖氣研究、頁巖氣資源潛力評價和勘探開發(fā)先導試驗。2007年歐洲啟動了由行業(yè)資助、德國國家地質實驗室協(xié)助的為期6年的歐洲頁巖氣項目（GASH），期望通過該項目的實施，收集有關歐洲地區(qū)的頁巖樣品、鉆井測試和地震資料，建立歐洲黑色頁巖數(shù)據(jù)庫，對歐洲頁巖氣資源潛力進行評價與有利盆地優(yōu)選。目前，在5個盆地發(fā)現(xiàn)了富有機質黑色頁巖，初步估算頁巖氣資源量至少在30×1012m3以上（Kuuskraa，2009）。?？松梨?、丹文、道達爾、康菲、殼牌等至少40家企業(yè)在歐洲尋找頁巖氣。挪威石油（Statoil）、切薩皮克（Chesapeake）、薩索爾（Sasol）等公司對南非的頁巖氣前景進行了聯(lián)合評價，并取得了Karoo盆地頁巖氣資源探礦權。澳大利亞Beach石油公司在大洋洲7個盆地發(fā)現(xiàn)了富有機質頁巖，前期評價資源潛力大，計劃對Cooper盆地的頁巖氣進行開發(fā)，已在新西蘭獲得單井工業(yè)性突破。亞洲多個國家開展了頁巖氣資源調查和先導性試驗，中國已在頁巖氣勘探開發(fā)方面取得了明顯的成效（李時臻，2010）。1.2.5中國頁巖氣資源特點(1)頁巖分布海相頁巖在中國有廣泛的發(fā)育和分布,層位上集中出現(xiàn)在古生界,從早寒武世(距今540Ma)開始以來,先后形成了10多套特點各異、連續(xù)發(fā)育和區(qū)域分布的優(yōu)質頁巖層系。其中,僅在距今290Ma的古生代時期內就形成了8套廣泛發(fā)育的海相、海陸過渡相黑色頁巖,它們多與碳酸鹽巖或其他碎屑巖共生,具有延伸時代長、發(fā)育層系多、地域分布廣、構造改造強烈及后期保存多樣化等特點,其累計最大地層沉積厚度超過10km(劉光鼎,2001),陸上沉積面積達到330×104km2(賈承造,2007)。這些頁巖埋藏淺、變動強,常規(guī)油氣藏難以形成,而頁巖氣則可構成主要的資源類型。除川西坳陷以外,具有頁巖氣資源潛力的中生界陸相暗色泥頁巖主要發(fā)育在中國北方地區(qū),整體上表現(xiàn)為較大范圍內的連續(xù)性,總體上具有發(fā)育層位多、單層厚度大等特點;新生界暗色泥頁巖地層則主要分布在北方區(qū)的東部,具有相對明顯的分隔、多套、層厚等特點。此外,中—新生代時期也有少量的非陸相頁巖發(fā)育,局部出現(xiàn)于中國的南方及西藏等地區(qū),增加了頁巖分布的多樣性。(2)頁巖生氣由于沉積環(huán)境在地質歷史上的多重復雜變化,海相、海陸過渡相及陸相背景下形成的多種類型有機質均有發(fā)育。暗色泥頁巖沉積類型多樣,從海相碳酸鹽巖臺地相到海陸過渡淺水相再到陸相湖盆沼澤相沉積,極大地豐富了頁巖及其中的有機質類型。受板塊結構及地質演變的復雜特點影響,上述頁巖的有機質類型、含量、生氣能力和特點變化亦差別明顯。中國南方地區(qū)沉積厚度巨大并經(jīng)歷了多期次構造運動,后期改造、抬升剝蝕作用強烈。地史時期內的深埋作用導致古生界海相源巖熱演化程度高,如下寒武統(tǒng)烴源巖Ro在大部分地區(qū)都大于3.0%,局部地區(qū)高達7.0%;下志留統(tǒng)Ro集中在2.0%～3.0%,個別地區(qū)高達6.0%;二疊系有機質Ro集中在1.0%～2.0%,局部地區(qū)可達3.3%。結合區(qū)域統(tǒng)計結果分析認為,古生界黑色頁巖與中生界泥頁巖具有大致相同的有機質豐度,大部分地區(qū)或盆地總有機碳含量平均值達到2.0%,而新生界泥頁巖有機質含量總體較低且變化較快(圖1-9)。平面上,西北地區(qū)不同時代泥頁巖總有機碳含量平均值最高,北方最低(圖1-10)。宏觀上,中國產(chǎn)氣頁巖具有典型的高有機質豐度、高熱演化程度及高后期變動程度的“三高”特點。(3)頁巖氣資源根據(jù)頁巖氣聚集機理和中美頁巖氣地質條件相似性對比結果認為:中國頁巖氣富集的地質條件優(yōu)越,具有與美國大致相同的頁巖氣資源前景及開發(fā)潛力。張金川以前期2008年估算結果為基礎,采用成因法、統(tǒng)計法、類比法以及特爾菲法進行補充估算,中國頁巖氣可采資源量約為26×1012m3,較之2008年的23.5×1012m3略大,主要原因是補充統(tǒng)計了上次未參加計算的盆地或地區(qū)的數(shù)據(jù)。由于本次計算中仍未對不同地區(qū)和盆地的所有可能頁巖氣層位進行計算,故計算結果仍然表示了主要層位所可能代表的頁巖氣資源量。這一結果進一步逼近美國的28×1012m3,故從理論上講,當我國所投入的頁巖氣勘探及研究工作量與美國大致相當時,我國的頁巖氣也將有可能達到與美國基本相同的產(chǎn)量水平。補充后的計算結果表明,南方、北方、西北及青藏地區(qū)各自占我國頁巖氣可采資源總量的46.8%、8.9%、43%和1.3%;古生界、中生界和新生界各自占我國頁巖氣資源總量的66.7%、26.7%和6.6%。2頁巖氣藏主要地質特征頁巖氣藏與盆地中心氣、致密砂巖氣、煤層氣等同屬與連續(xù)型氣藏，USGS在對連續(xù)型氣藏評價時總結出了連續(xù)型氣藏的16個明顯特征（表2-1），這些特征在頁巖氣藏中基本都存在。在此基礎上，陳更生（2009）總結出了頁巖氣最具代表性的幾個基本地質特征：表2-1連續(xù)型氣藏特征簡述表（USGS，2005）1)成藏時間早:常規(guī)油氣藏中聚集的油氣是在水動力的作用下運移而來的,即油氣的生成地和儲存地不屬同一地質體,烴源層、儲層和蓋層三者既相互關聯(lián)又相對獨立。而頁巖氣藏則不同,作為烴源巖的頁巖集生、儲、蓋“三位一體”,自身構成一個獨立的成藏系統(tǒng)。頁巖氣藏是烴源巖(富有機質頁巖)在一系列地質作用下生成的大量烴類,部分被排出、運移到滲透性巖層(如砂巖、碳酸鹽巖)中聚集形成構造、巖性等常規(guī)油氣藏,部分則仍滯留在烴源巖中原地聚集而形成的。因此,頁巖氣藏的形成時間在任何含油氣盆地的所有油氣藏中應該是最早的。2)無明顯圈閉:傳統(tǒng)上的常規(guī)油氣均聚集在圈閉中,圈閉是油氣藏形成的基礎,決定著油氣藏的基本特征以及勘探方法。頁巖氣藏雖在字面上還稱之為藏,實則沒有藏的邊界,即頁巖氣不是聚集在某個圈閉中成藏的,而是包含盆地中已經(jīng)進入生氣窗范圍內的所有烴源巖中皆可成藏。常規(guī)油氣藏,即使是巖性油氣藏,都是在一定的構造背景下形成的,而頁巖氣藏不受構造因素的控制。3)儲層超致密:頁巖是由大量黏土礦物、有機質及細粒碎屑(粒徑小于0.0039mm)組成的、很容易碎裂的一類沉積巖。研究表明,頁巖的原始孔隙度可達35%以上,隨埋藏深度增加,迅速減少,在埋深2000m以后,孔隙度僅殘留10%或更低。據(jù)美國含氣頁巖統(tǒng)計(表2-6),頁巖巖心孔隙度小于4%~6.5%測井孔隙度(4%~12%),平均5.2%;滲透率一般為(0.001~2)×10-3μm2,平均40.9×10-6μm2。但在斷裂帶或裂縫發(fā)育帶,頁巖儲層的孔隙度可達11%,滲透率達2×10-3μm2。表2-2美國主要含氣頁巖儲層特征統(tǒng)計表4)氣體賦存狀態(tài)多樣:頁巖氣主要由吸附氣和游離氣組成。吸附氣賦存于有機質顆粒與黏土顆粒表面,與煤層氣相似;游離氣則賦存于頁巖基質孔隙和天然裂縫中,與常規(guī)天然氣相似。圖2-1北美地區(qū)各頁巖氣藏中吸附氣與游離氣含量統(tǒng)計直方圖（陳更生，2009）圖2-1為美國頁巖氣藏中的氣體組成統(tǒng)計結果,表明不同地質條件下形成的頁巖氣藏其吸附氣與游離氣的含量存在較大差別。頁巖氣藏中吸附氣含量比例較高,變化范圍較大。頁巖含氣量最高的(如Barnett頁巖氣藏)可達10m3/t,最低(如NewAlbany頁巖氣藏)僅有1.1m3/t,含氣量平均為3.81m3/t。其中,吸附氣含量最低為16%,最高達80%。吸附氣含量的變化主要受巖石組成、有機質含量、地層壓力、裂縫發(fā)育程度等因素影響,詳見后述。5)頁巖需具有一定的生烴條件:按油氣有機成因理論,有機質在整個熱演化過程中均可生成天然氣。有機質演化進入生氣窗后,生氣量劇增,應是具有商業(yè)價值頁巖氣藏的主要形成階段。根據(jù)北美地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)驗,頁巖氣藏勘探開發(fā)的最有利目標是有效厚度大于15m、有機碳含量大于2%、熱演化程度處于生氣窗范圍內的頁巖(Creties，2008)。需要指出的是,頁巖有效厚度的下限不是一個固定值,其隨著頁巖氣藏鉆、完井技術的進步而變化。北美在頁巖氣藏開發(fā)的早期是打直井,當時確定的頁巖有效厚度下限值為30m。目前,由于水平井鉆井技術和水力壓裂、分段壓裂等完井技術的成功應用,頁巖有效厚度下限值已降至10~15m。將來在技術進一步提高、開發(fā)成本不斷降低的情況下,只要是在技術允許范圍內的頁巖厚度都會是有效頁巖厚度（John，2008）。6)頁巖氣藏較易保存:與常規(guī)油氣藏相比,頁巖氣藏不易遭受破壞,這主要基于以下3方面因素。首先,頁巖氣藏多形成于盆地區(qū)域構造低部位或盆地中心,這是由頁巖地層的沉積特征所決定的;其次,頁巖氣藏為不間斷供氣、連續(xù)聚集成藏。頁巖氣藏即使在遭受構造運動局部有所抬升,在烴源巖分布的較大范圍內,仍部分處于油氣持續(xù)演化狀態(tài),對整個頁巖氣藏保持不間斷持續(xù)供氣、連續(xù)聚集,從而彌補因構造活動可能造成的部分散失;最后,頁巖氣藏中16%~80%的氣體是以吸附狀態(tài)存在,即使游離氣散失殆盡,吸附氣也可保存下來,不至于整個氣藏遭到完全破壞。因此,即使在構造油氣藏破壞嚴重的盆地或區(qū)帶,仍有勘探開發(fā)頁巖氣藏的前景。7)與常規(guī)油氣共生共處:在含油氣盆地中,形成頁巖氣藏的頁巖往往都是盆地中的主力源巖或重要源巖,且呈大面積區(qū)域分布。因此,頁巖氣藏分布面積一般與有效烴源巖面積相當或一致。而且,頁巖氣藏與常規(guī)油氣藏在緊鄰構造隆起、大型斜坡區(qū)等部位是相伴生的(圖2-2)。從區(qū)域構造上看,頁巖氣藏往往分布在構造低部位、凹陷或盆地中心。圖2-2非常規(guī)天然氣資源成藏特征示意圖（據(jù)RichardM.Pollastro等，2007）（8）頁巖氣的聚集和產(chǎn)量明顯受裂縫系統(tǒng)控制。裂縫既是儲集空間，也是油氣滲流通道。在構造應力作用下，泥頁巖可形成大小不等、分布不均的裂縫或裂縫群；而泥頁巖本身脫水、收縮、干裂和異常高壓也能產(chǎn)生細小微裂縫。但早期形成天然裂縫往往被后期的礦物所填充（圖2-3），對天然氣儲存作用貢獻有限。圖2-3T.P.Sims井Barnett泥巖樣品中裂縫填充物的照片裂縫填充物中包括了礦化過程的6個相態(tài)（方解石、鈉長石、黃鐵礦、石英、重晶石和白云巖）。某些相在二次電子成像中的區(qū)分效果最好（右圖），有些相在反散射電子成像中區(qū)分效果最好（中圖），而另一些在元素圖中的區(qū)分效果最好（左圖）。元素圖是非真彩圖，由三種灰度元素圖合成：紅色是硅Si、綠色是硫S、藍色是鈣Ca。各相分別標記為：鈉長石(a)、重晶石(b)、方解石(c)、白云巖(d)、黃鐵礦(p)、石英(q)3頁巖氣藏與其它油氣藏的區(qū)別在前期的研究工作中，我國研究者通常使用“泥頁巖油氣藏”、“泥巖裂縫油氣藏”以及“裂縫油氣藏”等術語對頁巖油氣藏進行描述和研究，并在主體上將油氣藏理介為“聚集于泥頁巖裂縫中的游離相油氣”。也就是說，油氣的存在主要受裂縫控制而較少考慮到其中的吸附作用。顯然我們以往這種傳統(tǒng)的“泥頁巖裂縫性油氣藏”概念與美國現(xiàn)今的“頁巖氣”在內涵上并不完全相同，后者強調了天然氣賦存的吸附機理和天然氣的聚集成藏。張金川等（2008）分析了傳統(tǒng)泥頁巖油氣藏與典型頁巖氣的異同點（表3-1）。從表中可見，現(xiàn)今的頁巖氣在概念、成因、來源、賦存介質以及聚集方式等方面都具有較強的特殊性，特別是吸附機制和成藏特點的認識，更是豐富了天然氣成藏的多樣性，擴大了天然氣勘探的領域與范圍。自20世紀60年代以來，我國陸續(xù)在松遼、渤海灣以及蘇北、江漢、四川、酒西、柴達木、吐哈等盆地發(fā)現(xiàn)了泥頁巖油氣藏，并對這方面作了一些研究工作。表3-2列出的是我國裂縫性泥頁巖油氣藏特征的對比。從表中所示，該類油氣藏大多位于生油窗內，以產(chǎn)油為主。上世紀80年代，我國研究者對泥頁巖油氣藏形成條件和分布特點、泥巖中高壓帶油氣的生成、頁巖氣儲層特征及儲集空間、泥質巖開啟裂隙的成因機理等一系列問題作了探討，指出高壓區(qū)及超高壓區(qū)、鹽巖分布區(qū)和構造轉換帶是尋找該類油氣藏的有利地區(qū)；穩(wěn)定的泥巖標志層可以作為勘探泥頁巖油氣藏的有利層段；油氣分布主要受裂縫系統(tǒng)的控制。有的研究則認為，泥巖裂縫性油氣藏的成藏機理服從流體封存箱理論和流體異常高壓機制的復合作用。斜坡帶的斷鼻構造部位是發(fā)育裂縫性泥頁巖油氣圈閉的最有利位置。由于研究的著眼點不盡相同，我們學者對泥頁巖油氣藏的地層壓力特點存在不同看法：一種意見認為該類油氣藏多具異常高壓；而另一種則認為頁巖油氣藏孔隙度小、滲透率低表現(xiàn)為異常低壓的特點。兩者均有事實依據(jù)并得到了不同程度的認同。近年來，很多相關單位開展這一領域的研究工作，并取得了顯著進展，發(fā)表了不少探索性的文章。已有越來越多的研究者贊同Curtis(2002)和Martini等人（2003）提出的觀點，即吸附作用是頁巖氣聚集的基本屬性之一，并逐漸注意和強調頁巖氣在成藏機理及其分布規(guī)律上的特殊性，認識到頁巖氣是一種極具勘探潛力和前景的非常規(guī)天然氣類型。同時有的研究者進一步探討了頁巖氣的成藏機理及分布特點。如孫超（2007）、張金川（2008）、江懷友（2008）、徐波（2009）、劉樹根（2009）、劉成林（2010）對頁巖氣與煤層氣、盆地中心氣、常規(guī)氣的相似性與相關性作了探索，指出這些氣藏在生、儲、排烴以及運移、聚集、壓力特征、分布規(guī)律等成藏要素間的關系和差異，豐富了頁巖氣理論體系（表3-3）。表3-1傳統(tǒng)泥頁巖油氣與典型頁巖氣的異同點特點特點泥頁巖裂縫油氣頁巖氣共性界定賦存于泥頁巖裂縫中的油氣同時以吸附和游離狀態(tài)賦存于以泥頁巖為主的地層中的天然氣泥巖或頁巖地層中含烴天然氣成因熱成熟從生物氣到高、過成熟氣熱成熟產(chǎn)氣為主賦存介質泥巖或頁巖裂縫泥頁巖及其砂巖夾層中的裂縫、孔隙、有機質等泥巖或頁巖裂縫賦存相態(tài)游離游離＋吸附游離主控因素構造裂縫各類裂縫、有機碳含量、有機質成熟度等裂縫理論模式巖石破裂理論、幕式理論、浮力理論吸附理論、活塞式與置換式復雜理論巖石破裂理論、復雜成藏理論成藏特點以油為主的原地、就近或異地聚集以氣為主的原地聚集近鄰或烴源巖內部成藏保存特點良好的封閉和保存條件抗破壞（構造運動）能力較強適當保存生產(chǎn)特點采收率高、產(chǎn)量遞減快采收率低，生產(chǎn)周期長特殊開發(fā)技術表3-2中國裂縫性泥頁巖氣藏對比表（據(jù)李新景等）構造位置構造位置層位沉積環(huán)境烴類型干酪根類型RO（%）壓力系數(shù)實例臨清坳陷東濮凹陷Es3湖相油Ⅰ-Ⅱ10.9～1.12約1.85文300濟陽坳陷沾化凹陷Es3湖相油Ⅰ>0.451.53～1.8羅19、新義深9松遼盆地古龍凹陷K2qn湖相油Ⅰ-Ⅱ1>1.01.19～1.51哈16、英12柴達木盆地芒崖坳陷N1N-2,E32湖相油Ⅱ0.51～0.82油泉子、南翼山、高家涯四川盆地川西坳陷J2s湖相氣Ⅲ，少量Ⅰ和Ⅱ0.5～1.041.7～1.9孝泉110

表3-3典型聚集類型天然氣藏基本特征表4.頁巖氣成藏分析4.1頁巖氣藏形成的地質背景美國已發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)頁巖氣盆地主要分布在以阿巴拉契亞盆地為代表的東部早古生代前陸盆地帶、以福特沃斯盆地為代表的南部晚古生代前陸盆地帶和以圣胡安盆地為代表的西部中生代前陸盆地帶以及以密執(zhí)安盆地和伊利諾斯盆地為代表的古生代—中生代克拉通盆地帶(圖4-1)。前陸盆地主要位于被動大陸邊緣且后期演化為褶皺帶的區(qū)域，克拉通盆地位于地臺之上，沉積了寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、密西西比系(下石炭統(tǒng))、賓夕法尼亞系(上石炭統(tǒng))和白堊系等地層的大量富含有機質的黑色頁巖，發(fā)育了大量的頁巖氣資源。前陸盆地頁巖氣的地質資源量和可采資源量分別占已發(fā)現(xiàn)的65.6%~75.7%和49.6%~58.1%，克拉通盆地分別占24.3%~34.4%和41.9%~50.4%（Curtis，2002）。圖4-1美國頁巖氣盆地分布地質規(guī)律圖（轉引自聶海寬，2010）（一）前陸盆地前陸盆地是油氣的富集區(qū)，近10年所發(fā)現(xiàn)的52%相關油氣儲量都是在聚斂邊緣。美國在前陸盆地不但找到了大量的常規(guī)油氣，而且找到了大量的非常規(guī)油氣即頁巖氣資源，這些前陸盆地按時代可分為早古生代、晚古生代和中生代，分別發(fā)育在3個逆沖褶皺帶的前緣。①早古生代前陸盆地早古生代前陸盆地主要位于阿巴拉契亞逆沖褶皺帶前緣，伴隨造山帶的隆起形成，以阿巴拉契亞盆地為代表。阿巴拉契亞逆沖褶皺帶是加里東期北美板塊和非洲板塊碰撞形成的，呈北東—南西向展布，有東傾的大逆掩斷裂帶為邊界，造山帶西側為前陸盆地。阿巴拉契亞盆地是早古生代發(fā)育起來的前陸盆地，主要有3次大的構造事件：Taconic，Acadian和Alleghanian構造運動。在晚寒武世—早中奧陶世，為北美板塊被動大陸邊緣的一部分；在晚奧陶世，北美板塊向古Iapetus洋板塊俯沖，導致Taconic構造運動，形成晚奧陶世前陸盆地；中晚泥盆世的陸-陸碰撞，導致Acadian構造運動并形成泥盆紀前陸盆地；中石炭世的Alleghanian構造運動形成盆地現(xiàn)今的形態(tài)。地層沉積在向東傾斜的3期前陸盆地內，形成3套主要沉積旋回，每一旋回底部為碳質頁巖，中部為碎屑巖，頂部為碳酸鹽巖。沉積了奧陶系的Utica頁巖層、志留系的Rochester和Sodus/Williamson頁巖層以及泥盆系的Marcellus/Millboro，Geneseo，Rhinestreet，Dunkirk和Ohio頁巖層，這些頁巖均具有有機碳含量高和成熟度高、埋藏淺等特點，且都發(fā)現(xiàn)了頁巖氣藏或頁巖氣顯示。該盆地的BigSandy頁巖氣田發(fā)現(xiàn)于1915年，儲量963億m3，在1921—1985年期間，該氣田鉆了1萬多口頁巖氣井，生產(chǎn)了超過708億m3的天然氣（Milici，2006）。②晚古生代前陸盆地晚古生代前陸盆地主要是馬拉松—沃希托造山運動形成的，該造山運動是由泛古大陸變形引起的北美板塊和南美板塊碰撞形成（Montgomery，2005），沿著與拗拉槽有關的薄弱處發(fā)生下坳沉降形成弧后前陸盆地，主要包括福特沃斯、黑勇士、阿科馬、二疊等盆地（Pollastro，2007），馬拉松—沃希托逆沖帶構成了這類盆地靠近逆沖帶的邊界。這些盆地均在泥盆系和密西西比系黑色頁巖中有頁巖氣藏或頁巖氣顯示，資源量很大，具有代表性的是福特沃斯盆地。福特沃斯盆地是一個邊緣陡、向北加深的盆地，主要地層有寒武系、奧陶系、密西西比系、賓夕法尼亞系、二疊系和白堊系（Montgomery，2005）。寒武紀—晚奧陶世地層為被動大陸邊緣沉積，大部分為碳酸鹽巖沉積；密西西比紀地層為前陸沉積，沉積了Barnett組頁巖層和Chappel組、MarbleFall組等灰?guī)r層；賓夕法尼亞紀地層為與沃希托構造前緣推進有關的沉降過程和盆地充填。該盆地的NewarkEast氣田的儲量在全美天然氣田中居第3，產(chǎn)量居全美天然氣田第2（Martineau，2007），是美國最大的頁巖氣田，占全美頁巖氣總產(chǎn)量的一半以上。③中生代前陸盆地中生代前陸盆地主要位于美國中西部，是科迪勒拉逆沖褶皺帶(法拉隆板塊和北美板塊碰撞形成)的一部分。該地區(qū)在前寒武紀、寒武紀、奧陶紀為被動大陸邊緣沉積，在奧陶紀末至泥盆紀抬升剝蝕，在密西西比紀為淺海沉積，在賓夕法尼亞紀和二疊紀形成原始落基山，在中侏羅世重新沉積，并在白堊紀海侵時期形成海道，南北海水相通，沉積了一套區(qū)域性的黑色頁巖。白堊紀末發(fā)生的拉臘米塊斷運動，形成目前山脈和盆地相間的盆山格局，這一類盆地主要有圣胡安、帕拉多、丹佛、尤因塔、大綠河等。其中，在圣胡安、丹佛和尤因塔等盆地的白堊系黑色頁巖層發(fā)現(xiàn)了頁巖氣藏。最具代表性、儲量和產(chǎn)量最大的是圣胡安盆地，該盆地橫跨科羅拉多州和新墨西哥州，是1個典型的不對稱盆地，南部較緩，北部較陡。按照地質時代和商業(yè)開發(fā)時間，該盆地的Lewis頁巖氣藏是美國形成年代最近的頁巖氣藏。（二）克拉通盆地產(chǎn)頁巖氣的克拉通盆地主要包括密執(zhí)安盆地和伊利諾斯盆地，為內陸克拉通盆地。盆地基底為前寒武系，演化開始于早中寒武世超大陸裂解時期，從衰亡的裂谷拗拉槽或地塹開始，隨后演化為克拉通海灣。在裂谷演化階段后期，盆地進入熱沉降階段，在裂谷沉積地層上沉積了砂巖和碳酸鹽巖地層，在中奧陶世到中密西西比世，主要為巖石圈伸展的構造均衡沉降階段，且伸展范圍受早期裂谷范圍的限制，沉積較緩慢，富含有機質的黑色頁巖就是這一時期沉積的。在古生代的大部分時間里，這類盆地與阿克瑪、黑勇士等克拉通邊緣盆地是相通的，賓夕法尼亞紀晚期到白堊紀晚期的構造運動，造成了盆地現(xiàn)今的構造形態(tài)。在這類盆地的泥盆系發(fā)現(xiàn)了大量的頁巖氣資源量，如密執(zhí)安盆地的Antrim頁巖氣藏和伊利諾斯盆地的NewAlbany頁巖氣藏。3.1.2頁巖氣的源巖特征頁巖氣聚集需有豐富的氣源支撐，要求生烴有機質含量達到一定標準。研究表明黑色泥頁巖通常是頁巖氣成藏的最好巖類。一般情況下，頁巖氣的生成主要與源巖的地球化學特征有關，如干酪根類型、總有機碳、氣體含量、烴的相態(tài)、成熟度和理藏深度及演化程度等。（1）頁巖的沉積環(huán)境頁巖氣的烴源巖多為瀝青質或富含有機質的黑色泥頁巖和高碳質泥頁巖類，往往形成于快速的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境。大量的有機質是烴生成的物質基礎；快速的沉積速率使得富含有機質頁巖能大量保存下來；缺氧的環(huán)境抑制了微生物的活動，減小了對有機質的破壞作用。研究表明，富有機質暗色泥頁巖的環(huán)境包括：湖灣、半深湖—深湖和深海—半深海盆地、臺地邊緣深緩坡、半閉塞—閉塞的欠補償海灣等。①湖灣：在湖泊濱、淺湖地帶，由于砂壩或砂嘴的生長、三角洲的突出或水下局部基巖的隆起，形成的半封閉的湖水區(qū)域稱為湖灣。在湖灣地區(qū)水體流通不暢，波浪和湖流作用也較弱，水體較為平靜，無攜帶粗碎屑物質的大河注入，因此沉積物以細粒的泥頁巖為主。在泥質湖灣沉積中，如果沉積環(huán)境適宜生物的大量繁殖，泥頁巖中有機質含量就會較高，進而形成富含有機質的暗色泥頁巖。②半深湖—深湖：半深湖是位于正常浪基面以下、風暴浪基面以上的湖底范圍，為缺氧的弱還原—還原環(huán)境。由于陸源粗碎屑物質難以搬運至半深湖地區(qū)，該區(qū)主要以細粒的泥質沉積為主。如果表面水體適宜浮游生物大量發(fā)育，底部為還原環(huán)境時，有利于有機質的形成和保存，進而形成有機質豐富的暗色泥頁巖或粉砂質泥頁巖。深湖位于湖盆中水體最深的部位，波浪作用已完全不能涉及，水體安靜，為缺氧的還原環(huán)境。由于深湖水動力條件極弱，且處在強的還原環(huán)境中，沉積體主要為粒度細、顏色深、有機質含量高的泥頁巖（姜在興，2010）。渤海灣盆地是中國典型的富油氣沉積盆地，趙彥德等（2008）在研究渤海灣盆地南堡凹陷古近系層序地層和富有機質暗色泥頁巖的關系時認為，湖平面上升期間的湖侵體系域時期，是富有機質暗色泥頁巖發(fā)育的有利時期。此時河流萎縮，導致碎屑沉積物輸入量和陸源有機質供應量減少，形成了有利于湖相有機質集中的深湖和半深湖沉積環(huán)境。在這個穩(wěn)定、還原性的半深湖—深湖沉積環(huán)境階段，形成了厚度逾200m的暗色富有機質泥頁巖。張文正等（2007）在研究鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)長9油層組上段時發(fā)現(xiàn)了一套湖相優(yōu)質烴源巖，并根據(jù)各項有機、無機地球化學參數(shù)，認為這套富有機質暗色泥頁巖形成于還原性的半深湖沉積環(huán)境。③海相沉積盆地欠補償?shù)纳詈！肷詈Ｅ璧亍⑴_地邊緣深緩坡、半閉塞—閉塞的欠補償海灣等是形成富有機質暗色泥頁巖的有利海洋沉積環(huán)境。其中半深海的位置相當于大陸坡，是淺海環(huán)境與深海環(huán)境的過渡區(qū)。在半深?！詈５撞筷柟獾拇┩噶τ邢?，無植物發(fā)育，但是在海水表面水體流動性好（氧含量較高），底部為靜水還原環(huán)境時，水體表面有利于浮游生物的大量發(fā)育，底部靜水還原環(huán)境也適合有機質的保存，這樣半深?！詈５膽腋〕练e物經(jīng)過埋藏、壓實、成巖等作用能夠形成富含有機質的暗色泥頁巖（姜在興，2010）。除此之外，臺地邊緣深緩坡也具有較深的水體，暗色泥巖的形成類似于半深海環(huán)境，不過這里的暗色泥頁巖可能包括一些灰質含量較高的灰質泥頁巖、泥灰?guī)r等。半閉塞—閉塞的欠補償海灣水體流通不暢，波浪和洋流作用也較弱，如果沉積環(huán)境適宜生物的大量繁殖，也可以形成富含有機質的暗色泥頁巖，進而形成潛在的頁巖氣儲層。張水昌等（2005）在研究塔里木盆地中—下寒武統(tǒng)沉積體系與暗色富有機質烴源巖的關系時認為，暗色富有機質泥頁巖主要發(fā)育在半深海地區(qū)。因此，在頁巖氣勘探過程中，對研究區(qū)沉積特征的研究十分必要，一方面可以了解工區(qū)目的層系整體的沉積環(huán)境，進而預測潛在的富有機質暗色泥頁巖在平面上的展布情況；另一方面可以了解目的層是否具有頁巖氣系統(tǒng)形成的有利條件，因為泥頁巖無論作為儲層還是作為烴源巖都受到沉積環(huán)境的控制。通常石英、方解石等脆性礦物含量較高的泥頁巖具有形成儲層的有利條件，在盆地的沉積中心位置泥頁巖的生烴潛力是最好的。 現(xiàn)在國內的頁巖氣勘探主要集中在南方海相地層，其實在陸相盆地中，湖沼相和三角洲相沉積物也具有良好的頁巖氣成藏地質條件，如我國東部已發(fā)現(xiàn)的泥頁巖油氣藏大多發(fā)現(xiàn)于這樣的環(huán)境中。國外頁巖氣主要在海相地層中，如著名的美國Barnett頁巖和Lewis頁巖等都是海相的陸架沉積物，但據(jù)對Barnett黑色含油氣頁巖及局部出現(xiàn)的海綠石和含磷物質的研究顯示，在還原環(huán)境下其沉積速度并不快速。這在沃思堡盆地的Barnett頁巖的底部表現(xiàn)得尤為明顯（Mapel等，1979）。4.2頁巖氣（運）聚集機理常規(guī)天然氣在儲集層中主要以游離狀態(tài)為主，吸附狀態(tài)的少，而頁巖氣主要以吸附狀態(tài)（一般大于50%）和游離狀態(tài)賦存于低孔隙、低滲透的頁巖儲集層中，所以其富集因素則不同于常規(guī)天然氣。頁巖氣的生氣層是頁巖層，儲集層也是頁巖層（或頁巖中的粉砂質泥頁巖夾層等），頁巖氣的運移始終限制在頁巖中，導致了頁巖氣的運移距離短的特點?？偟膩碚f，頁巖中生成的天然氣一部分將賦存在頁巖層表現(xiàn)出典型的吸附機理，并當生氣量達到一定規(guī)模的調整運移時表現(xiàn)出典型的活塞式運聚機理，同時有一部分天然氣運移出頁巖表現(xiàn)出典型的置換式運聚機理。我國有的研究人員（張金川等，2003、2004；陳更生，2009；范昌育，2010；劉成林，2010）曾對頁巖氣的形成過程進行過一些探討。張金川等認為，頁巖中的天然氣除在孔隙水、干酪根有機質以及液態(tài)烴中的溶解作用機理外，天然氣從生烴初期的吸附聚集到大量生烴時期的活塞式運聚，再到生烴高峰期的置換式結集，體現(xiàn)了頁巖氣自身所構成的完整性天然氣成藏機理序列和模式。這一系列的有機質演化過程，促使頁巖中的天然氣賦存相態(tài)也發(fā)生了從典型吸附到游離的演變過程。因此頁巖氣的成藏機理可認為是將煤層氣（典型吸附氣成藏原理）、深盆氣（含盆地中部氣）和常規(guī)氣（典型的置換式運聚機理）的運移、聚集和成藏過程聯(lián)系在一起。并且頁巖氣成藏過程中的零距離或極短距離的運移使其具有典型煤層氣、致密砂巖氣和常規(guī)圈閉氣成藏的多重機理意義，在特征上表現(xiàn)為典型的過渡性質。張金川（2004）、陳更生（2009）等將頁巖氣的成藏分為兩至三個階段：第一階段是天然氣的生成和吸附及溶解過程，具有與煤層氣大致相同的成藏機理；第二階段是吸附氣量達到飽和時，富于氣體解吸或直接充注到頁巖基質孔隙中（也不排除少量直接進入微裂縫中），富集機理類似于孔隙型儲層成藏聚集機理；第三階段是隨著大量氣體的生產(chǎn)，頁巖基質孔隙內溫度、壓力升高，高壓使頁巖內部沿應力集中面、巖性接觸面或脆性薄弱面產(chǎn)生微裂縫，這時部分天然氣就可原地保存在這類微裂縫中，形成以游離相為主的天然氣聚集；經(jīng)過上述三個過程后，最終富集形成頁巖氣藏。隨著天然氣不斷生成，越來越多的游離相天然氣不能繼續(xù)滯留于頁巖內部，從而產(chǎn)生以生烴膨脹作用為基本動力，以裂縫為運移通道的逸散作用。通常，與頁巖間互出現(xiàn)的儲層主要為粉-細砂巖類，具有低孔滲特點，它限定了天然氣運移方式為活塞式排水特點。這種氣水排驅方式從頁巖開始，可在頁巖邊緣產(chǎn)生深盆氣或盆地中部氣的聚集。此時，天然氣的聚集已經(jīng)超越頁巖本身，不論是頁巖還是薄互層的砂巖儲層都顯示為普遍飽含氣的特點。假如生氣量持續(xù)增加，則天然氣分布和成藏范圍可進一步擴大，并以浮力作用促使天然氣以置換方式向外運移，直至遇到滲透率較高的常規(guī)儲層，形成常規(guī)圈閉的天然氣藏，應該說，此時已進入第三階段成藏時期。至此，就形成了從頁巖氣藏→致密砂巖氣藏（含深盆氣和盆地中部氣藏）→常規(guī)氣藏的成藏序列。陳更生等（2009）在頁巖氣藏成藏機理中除了指出頁巖氣的形成兼具煤層吸附氣和常規(guī)天然氣兩者特征外，同時強調了頁巖氣藏的自生自儲的含油氣系統(tǒng)，并認為頁巖氣藏與常規(guī)氣藏的氣源雖然相似，但兩者在演化過程中存在差異。他們的主要論點是頁巖氣藏是作為烴源巖的頁巖持續(xù)生氣、不間斷供氣和連續(xù)聚集成藏而形成的。生烴、排烴、運移、聚集和保存的全過程都在烴源巖內完成。頁巖往往是集生、儲、蓋一體，具多元特征。研究表明，烴源巖中生成的油氣能否排除，其關鍵所在是生烴量必須大于巖石和有機體對烴類的吸附量，同時還必須克服頁巖微孔隙強大的毛細管吸附等作用。因此，烴源巖所生成的油氣只有部分被排除，仍有大量烴類滯留于烴源巖中。Jarvie等人（2003）研究認為有40%～50%的烴類殘留下來。而Hunt等人則認為從源巖中排除的油氣最多只占生烴總量的百分之幾，最多不超過10%。Tissot和Pelet（1971）也曾指出烴源巖中只有接近儲層14m的范圍內烴類可以有效排除，也就是說能夠產(chǎn)生排烴過程的烴源巖總厚度不超過20～30m，而厚層烴源巖中大部分排烴效率低或幾乎不能排烴。這些殘留下來的烴類便形成了頁巖氣自生自儲的含油氣系統(tǒng)，最終形成頁巖油氣藏。劉成林（2010）強調頁巖氣藏形成后，晚期由于構造作用的影響，可形成大量的裂縫，裂縫一方面有利于游離態(tài)頁巖氣的發(fā)育，另一方面也可能導致頁巖氣的散失，因此將導致頁巖氣成藏調整階段。頁巖氣的形成過程涉及到如下幾種機理：①氣膨脹力：由頁巖氣溫度變化和勢能變化引起的機械膨脹力。頁巖中生氣膨脹力同時對頁巖、地層水和天然氣產(chǎn)生作用。②活塞式運聚機理：與通常條件相反，如果地層巖石足夠致密，儲層孔隙半徑足夠狹小，則當壓力較大的天然氣被充足其中時，天然氣與孔隙壁之間所形成的束縛水膜厚度也就足夠薄，阻斷了地層水穿越天然氣所在孔隙段的流動，運移過程中天然氣頂、底界的地層水之間無法通過自由流動（地層水介質的非連續(xù)性條件）來實現(xiàn)勢能交換，則氣水排驅或天然氣的運移過程服從活塞式原理，表現(xiàn)為天然氣從底部對地層水的整體推移作用，邊、底水無以存在，浮力作用無法產(chǎn)生，出現(xiàn)天然氣位于地層水之下的氣水倒置分布關系，當氣柱的高度規(guī)模足夠大時，形成典型意義上活塞式機理（圖1－4）。③置換式運聚機理:如果天然氣的生存量繼續(xù)增加，則彼此連通性較差的裂隙網(wǎng)絡組合構成較大的裂縫（運移高速通道），浮力作用促使天然氣以置換式向泥頁巖層外運移，為常規(guī)圈閉氣的氣藏打開了通道（據(jù)張金川等，20003）。該階段孔隙度比以前明顯增大，主游離態(tài)的天然氣占優(yōu)勢地位，同時擴散作用也有很大的提高。表現(xiàn)為常規(guī)天然氣運聚機理。4.3頁巖氣產(chǎn)出機理當頁巖層壓力降到一定程度時，頁巖中被吸附的氣體開始從裂隙表面分離下來，成為頁巖氣的解析。由于裂縫中的壓力降低，解析出的氣體和游離態(tài)、溶解態(tài)天然氣混合通過基質孔隙和裂隙擴散進入裂隙網(wǎng)絡中，再經(jīng)裂縫網(wǎng)絡等輸導系統(tǒng)流向井筒，這個過程如圖4-1。頁巖氣的具體產(chǎn)出可以分為三個階段：圖4-1頁巖氣生產(chǎn)過程示意圖（RonMcdonald，2002）第一階段：隨著井筒附近中壓力微幅度的降低，首先產(chǎn)水，井筒附近只有單相流動。第二階段：當儲層壓力繼續(xù)降低時，開始有一部分甲烷從頁巖孔隙和裂隙中解析出來，并和游離態(tài)的天然氣混合，開始形成氣泡，阻礙著水的流動，水的相對滲透率下降，但氣體不能流動，無論在基質還是在節(jié)理中，氣泡都是孤立的，并不相互連接為非飽和單相流。第三階段：當儲層壓力進一步降低時，有更多的氣體解析出來，水中含氣達到飽和，氣泡相互連接成線狀，氣的相對滲透率大于增大，隨著壓力下降，飽和度降低，氣產(chǎn)量不斷上升，呈現(xiàn)兩相流狀態(tài)。上述三個階段是連續(xù)的過程，隨時間的推進，從井孔向周圍的地層逐漸蔓延。這是一個循序漸進的過程，脫水降壓時間較短，波及的范圍較大，吸附氣的解析范圍越來越大。從美國主要的五個頁巖氣系統(tǒng)的產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量分析得出，頁巖氣產(chǎn)量常呈現(xiàn)出來負的下降曲線(圖3-12)。開始水產(chǎn)量較高，隨著排水采氣作業(yè)的持續(xù)進行，水產(chǎn)量逐漸降低，而單井產(chǎn)氣量逐漸上升，一般在開采的兩年后達到高峰，此后緩慢降低。與常規(guī)天然氣的單井生產(chǎn)相比，頁巖氣單井日產(chǎn)量較?。ㄒ话阈∮?000m3/D）,但是，日產(chǎn)量穩(wěn)定（產(chǎn)量下降較慢）、生產(chǎn)周期較長。5頁巖氣存在問題及開發(fā)研究方向5.1存在的問題目前有關頁巖氣的研究,絕大多數(shù)集中在頁巖氣的地質理論上,包括成藏、儲層特征等方面。有關頁巖氣開發(fā)的鉆井技術論述較多,主要是將致密儲層水平井鉆井技術應用于頁巖氣儲層。但我國在長距離多分支水平井、超致密儲層分段壓裂改造技術方面落后，并且沒有研制出有效保護頁巖儲層的低傷害壓裂液體系；不同頁巖儲層地質條件下水力壓裂裂縫展布特征不夠清晰，頁巖儲層壓裂方式有待于改進；對多分支水平井頁巖氣生產(chǎn)過程中的頁巖芯產(chǎn)出認識程度較低，多分支水平井控制的影響關鍵因素及作用機制不清等直接制約了我國頁巖氣的開發(fā)和增產(chǎn)。此外，在測井技術和儲層改造技術方面也有大體上的論述,但不夠深入,沒有形成系統(tǒng)的開發(fā)技術體系。在頁巖氣資源評價方面,重點從地質角度考慮了頁巖氣的儲量規(guī)模,而對準確的頁巖氣儲量計算,只局限于常規(guī)氣藏的類比法、容積法以及動態(tài)法,對頁巖氣的特殊地質特征沒有充分考慮。另外,有關頁巖氣的滲流機理方面研究較少。5.1.1頁巖氣的先進開采技術目前，我國急需要開發(fā)適用于我國地質條件的先進的生產(chǎn)工藝技術，主要包括以下幾方面：定向水平井技術、低成本空氣鉆井、洞穴完井技術、壓裂技術、頁巖儲層保護技術、頁巖氣藏數(shù)值模擬技術等。我國目前頁巖氣生產(chǎn)規(guī)模比較小，沒有形成從鉆井、完井、生產(chǎn)到集輸?shù)囊惑w化程序。要選擇適合我國的頁巖氣開發(fā)技術，首先要了解我國各地區(qū)頁巖儲層的特性（如粘土礦物成分及含量、脆性等），在借鑒國外頁巖氣開發(fā)先進工藝技術的基礎上，優(yōu)化出適應性較強的頁巖氣開發(fā)技術5.1.2儲量的準確計算存在困難頁巖氣藏中的天然氣由3部分組成:裂縫中的游離氣、基質孔隙中的游離氣和吸附氣。要想準確地計算頁巖氣的儲量,必須解決好幾個問題:一是頁巖基質孔隙度的準確計算;二是裂縫系統(tǒng)的準確評價;三是頁巖基質吸附量的準確評價;四是含氣飽和度的準確計算。5.1.3滲流機理復雜多樣頁巖氣藏有特殊的產(chǎn)氣機制。與常規(guī)低滲氣藏不同,天然氣在頁巖中的流動主要有4種機理,這4種機理覆蓋了從分子尺度到宏觀尺度的流動。主要表現(xiàn)為游離氣滲流、解吸附、擴散和自吸。第一,由于氣體滑脫效應的存在,游離氣在有機質和無機質基巖中的流動屬非達西滲流,但在天然或水力裂縫中的流動為達西滲流。第二,有機質上的吸附氣對滲透率有不利的影響,這是由于有機質的天然氣吸附層對天然氣分子的引力增大所致,但是,如果有機質不屬于多孔介質,僅作為連接基質孔隙或為裂縫之用,那么,在生產(chǎn)時,遠離孔隙和裂縫的吸附氣只能沿有機質表面易擴散的方式進行運移。如果有機質屬于多孔介質,部分吸附氣能夠直接釋放進入有機質孔隙,并且,這樣會使擴散的重要性被減弱。第三,自吸作用是當壓裂水在致密氣藏流動時發(fā)生的一種現(xiàn)象,在頁巖儲層壓裂時,由于自吸作用和重力分異作用,導致壓裂水的返排率不足50%。因此,氣水兩相在裂縫中共同流動時,往往氣在裂縫的上部流動,此時,在裂縫的下部留有大量的水。在鉆井液和在鉆井液和增產(chǎn)措施作業(yè)水的冷卻作用下,儲層接觸面附近會聚集更多的束縛水,因而也會惡化自吸現(xiàn)象的影響5.2美國頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗美國頁巖氣最早的規(guī)模開發(fā)始于得克薩斯州的巴耐特（Barnett）頁巖。最近幾年，Haynesville、Fayetteville、Marcellus和Woodford等幾個頁巖氣田也相繼得到開發(fā)。在過去的十幾年，美國頁巖氣產(chǎn)量呈指數(shù)級增長：1998年，產(chǎn)量為85×108m3，占美國天然氣年產(chǎn)量的1.6%；2008年，產(chǎn)量達500×108m3，占美國天然氣年產(chǎn)量的8%。頁巖氣產(chǎn)量的大幅增長扭轉了美國天然氣產(chǎn)量下降的趨勢，降低了美國對進口天然氣（尤其是LNG）的依賴。據(jù)美國能源信息署（EIA）預測，未來20多年，頁巖氣產(chǎn)量還會大幅上漲，到2035年，頁巖氣產(chǎn)量將占到美國天然氣總產(chǎn)量的24.3%。5.2.1美國頁巖氣的快速發(fā)展的主要推動因素政府的財稅政策；天然氣價格的作用；水平井和壓裂技術的進步美國經(jīng)過多年攻關，探索出一套先進的頁巖氣開采技術，主要包括：水平井鉆井技術、水平井分段壓裂技術、清水壓裂技術和微震裂縫實時成像技術等。完備的基礎設施美國頁巖氣開發(fā)的另一個主要推動因素是附近有現(xiàn)成的輸氣管線等基礎設施。許多頁巖氣的開發(fā)緊鄰常規(guī)油氣田，擁有現(xiàn)成的基礎油氣設施，交通便利，可以實現(xiàn)鉆機、壓裂設備等快速轉移。如果頁巖氣田附近沒有充足的基礎設施的話，開發(fā)初期投資會很大。5.2.3美國頁巖氣開發(fā)主要障礙獲得開發(fā)權比較困難水源和水處理問題突出頁巖氣的開發(fā)用水量很大。以巴耐特頁巖為例，鉆井平均用水量為182t口井，壓裂平均用水量為13650t/口井。因此，頁巖氣成功開發(fā)的一個關鍵點就是要確保鉆井和壓裂用水供應不與當?shù)厣鐓^(qū)居民用水發(fā)生沖突。盡管正在設法減少施工過程的用水量，獲得足夠的水源仍是一大障礙。產(chǎn)出水的處理也是一個很大的問題，需要制定既環(huán)保又經(jīng)濟的水處理方案。井場附近如果沒有污水處理設備的話，會大大減緩頁巖氣藏的開發(fā)速度，增加開發(fā)成本。環(huán)境法規(guī)約束環(huán)境法規(guī)是頁巖氣開發(fā)的又一大障礙。由于頁巖氣需要的井數(shù)很多，鉆井對地面影響較大。大量壓裂用水的處理可能會觸犯環(huán)境法，尤其是那些地下水污染很受重視的地方，水處理成本會很高。如果能夠在進一步降低占地面積方面技術有所突破的話，將有助于開發(fā)更多的頁巖氣藏，尤其是那些地下水污染很受重視的地方，水處理成本會很高。如果能夠在進一步降低占地面積方面技術有所突破的話，將有助于開發(fā)更多的頁巖氣藏，尤其是人口密集和環(huán)境敏感地區(qū)的資源。5.3開發(fā)技術研究方向伴隨頁巖氣開發(fā)技術的逐步成熟,我國頁巖氣勘探開發(fā)的進程也會不斷加快。為了適應勘探開發(fā)的形勢,基于頁巖氣開發(fā)技術方面的進展以及前人所做的工作,認為可從以下幾個方面進行重點研究和攻關:第一,頁巖氣資源量(儲量)評價。該研究方向涉及頁巖氣基質孔隙度、裂縫系統(tǒng)、頁巖氣吸附規(guī)律以及含氣飽和度的評價方法。第二,頁巖氣滲流機理研究。對于滲流機理,要設計出適用于頁巖氣的多種滲流方式下的試驗裝置及測試方法,通過試驗,建立頁巖氣滲流規(guī)律。第三,水平井及水平井壓裂裂縫優(yōu)化技術。著重研究水平井參數(shù)及水平井壓裂裂縫參數(shù)在不同頁巖儲層特征下對頁巖氣井產(chǎn)能的影響。第四,頁巖氣儲集層的儲層保護技術。由于頁巖儲集層孔隙度、滲透率很小,鉆井和儲層改造過程中儲層保護極其重要,包括鉆井液體系選擇、壓裂過程中工作液的選取等。第五,適應頁巖氣儲層特征的數(shù)值模擬器的開發(fā)和應用。參考文獻張金川，薛會，卞昌蓉，等.中國非常規(guī)天然氣勘探雛議[J].天然氣工業(yè).2006(12):53-56.張杰，金之鈞，張金川.中國非常規(guī)油氣資源潛力及分布[J].當代石油石化.2004(10):17-19.蒲泊伶，包書景，王毅，等.頁巖氣成藏條件分析——以美國頁巖氣盆地為例[J].石油地質與工程.2008(3):33-36.褚會麗，檀朝東，宋健.天然氣、煤層氣、頁巖氣成藏特征及成藏機理對比[J].中國石油和化工.2010(9):44-45.江懷友，宋新民，安曉璇，等.世界頁巖氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀與展望[J].大慶石油地質與開發(fā).2008(6):10-14.雷群，王紅巖，趙群，等.國內外非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀及建議[J].天然氣工業(yè).2008(12):7-10.王紅巖，李景明，趙群，等.中國新能源資源基礎及發(fā)展前景展望[J].石油學報.2009(3):469-474.李玉喜，喬德武，姜文利，等.頁巖氣含氣量和頁巖氣地質評價綜述[J].地質通報.2011(Z1):308-317.胡進科，李皋，陳文可，等.國外頁巖氣勘探開發(fā)綜述[J].重慶科技學院學報(自然科學版).2011(2):72-75.莫修文，李舟波，潘保芝.頁巖氣測井地層評價的方法與進展[J].地質通報.2011(Z1):400-405.SchmokerJW,HesterTC.Organic-CarboninBakkenFormation,United-StatesPortionofWillistonBasin[J].AAPGBulletin-AmericanAssociationofPetroleumGeologists.1983,67(12):2165-2174.HesterTC,SchmokerJW.FormationResistivityasanIndicatorofOilGenerationinBlackShales[J].AAPGBulletin-AmericanAssociationofPetroleumGeologists.1987,71(8):1007.HerronS,Letendre