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概述
調(diào)研大綱

頁巖氣是賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中,以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣,成分以甲烷為主,它的形成主要有熱解和生物成因兩種方式,主要以吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)兩種形式存在于頁巖孔隙、裂隙中。

1、頁巖氣主要產(chǎn)品類型

頁巖氣根據(jù)不同的成因和沉積背景可以分為海相頁巖氣、過渡相頁巖氣、陸相頁巖氣這幾種類型,海相頁巖氣是指賦存于海相沉積環(huán)境形成的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖中的天然氣,主要以熱成因為主,也可能含有一定比例的生物成因氣。過渡相頁巖氣指賦存于過渡相沉積環(huán)境形成的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖中的天然氣,一般具有較高的含硫量和較低的干酪根含量。陸相頁巖氣賦存于由陸相沉積環(huán)境形成的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖中,主要以生物成因為主,也可能含有一定比例的熱成因氣,其一般具有較低的含硫量和較高的干酪根含量。美國頁巖氣主產(chǎn)層位主要為海相地層;中國現(xiàn)階段頁巖氣開發(fā)主要突破也在南方的海相頁巖地層。

圖:美國.阿根廷和中國主要頁巖層位基本特征

國家

頁巖

沉積環(huán)境

構(gòu)造背景

主要巖性

吸附氣含量(%)

美國

Barnett

海相

前陸盆地

硅質(zhì)頁巖

35

Marcellus

海相

前陸盆地

富含硅質(zhì)到富含粘土頁巖

40

Haynesville

海相

被動大陸邊緣

硅質(zhì)和鈣質(zhì)頁巖

17

Antrim

海相

克拉通盆地

硅質(zhì)頁巖

>70

Niobrara

海相

前陸盆地

白堊

油為主,25

Eagle Ford

海相

前陸盆地

鈣質(zhì)頁巖

油為主,20

Bakken

海相

克拉通盆地

硅質(zhì)頁巖、白云巖及粉砂巖

油為主,氣很少

阿根廷

Vaca Muerta

海相

前陸盆地

硅質(zhì)頁巖

油氣均有,40-55

中國

龍馬溪組

海相

前陸盆地

硅質(zhì)頁巖

30-45

沙河街組

陸相

斷陷盆地

頁巖、砂巖和碳酸鹽

55

頁巖氣主要開采方式

世界頁巖氣資源豐富,但勘探開發(fā)較為困難,水平鉆井和液壓裂相結(jié)合是目前頁巖氣開采的主要方式。據(jù)《頁巖氣開發(fā)水力壓裂技術(shù)綜述》,90%以上的頁巖氣井鉆井完成后都需要經(jīng)過酸化、壓裂等儲層改造才能獲得比較理想的產(chǎn)量。

勘探與鉆井

地質(zhì)勘探是通過地震、測井、取心等方法,獲取頁巖氣儲層的地質(zhì)特征、含氣量、孔隙度、有機(jī)碳含量、熱演化程度等參數(shù),評價頁巖氣資源豐度和可開采性。鉆井工程是通過選擇合適的鉆機(jī)、鉆具、鉆頭、鉆井液等設(shè)備和材料,設(shè)計合理的井型、井眼軌跡、井施工方案等技術(shù)參數(shù),實現(xiàn)高效、安全、環(huán)保的鉆井作業(yè)。勘探和鉆井是頁巖氣開發(fā)的必要工作也是整個開發(fā)過程的基礎(chǔ),之后進(jìn)行水力壓裂和水平鉆井的步驟。

液壓裂

液壓裂是一種用于水力壓裂技術(shù)的流體,主要由水、支撐劑(如砂?;蛱沾闪#┖吞砑觿ㄈ鐪p阻劑、表面活性劑、粘土穩(wěn)定劑等)組成,頁巖氣開發(fā)的水力液壓裂主要成分是水和砂粒,剩下成分為各種化學(xué)添加劑。液壓裂的作用是在高壓下注入地層,使頁巖層產(chǎn)生裂縫,并用支撐劑保持裂縫張開,從而增加頁巖氣的運(yùn)移通道和產(chǎn)量,液壓裂的類型有多種,主要包括水基液壓裂、酸性液壓裂、泡沫液壓裂、乳化液壓裂、凝膠液壓裂等。液壓裂在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用已經(jīng)有了較長的歷史和豐富的經(jīng)驗,尤其是在美國,水力壓裂技術(shù)已經(jīng)成為頁巖氣開發(fā)的核心技術(shù)之一。目前,美國在頁巖氣開發(fā)中主要應(yīng)用了三種液體體系:液氮直接注入、注氮氣泡沫和減阻水。

2、頁巖氣主要最終用戶市場

發(fā)電

頁巖氣發(fā)電在保護(hù)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰等多個方面均有著明顯優(yōu)勢,在發(fā)電領(lǐng)域有以下應(yīng)用場景:

(1)分布式發(fā)電:利用頁巖氣井附近的燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī),將頁巖氣直接轉(zhuǎn)化為電能,供應(yīng)井場自身或周邊用戶的用電需求,減少輸配電損耗和成本,提高能源利用效率和可靠性。

(2)熱電聯(lián)產(chǎn):利用頁巖氣作為燃料,通過燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)發(fā)電的同時,回收余熱產(chǎn)生蒸汽或熱水,供應(yīng)工業(yè)或民用的供暖、制冷、空調(diào)等需求,實現(xiàn)能源的綜合利用和節(jié)能減排。

(3)儲能調(diào)峰:利用頁巖氣作為儲能介質(zhì),通過壓縮或液化儲存,在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時進(jìn)行充能,在負(fù)荷高峰時進(jìn)行放能,平衡電網(wǎng)的供需關(guān)系,提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和靈活性。

工業(yè)使用

頁巖氣作為一種清潔、高效的能源資源和化工原料它在工業(yè)上的主要應(yīng)用場景有:

(1)化工原料:利用頁巖氣中的甲烷作為化工原料,通過蒸汽重整、甲醇合成、魚化法等工藝,生產(chǎn)合成氣、甲醇、醋酸、乙烯等基礎(chǔ)化學(xué)品,進(jìn)而制造聚合物、涂料、溶劑等高附加值產(chǎn)品。

(2)燃料氣:利用頁巖氣中的甲烷作為燃料氣,通過管道或液化方式,供應(yīng)工業(yè)或民用的供暖、烹飪、發(fā)電等需求,實現(xiàn)清潔能源的替代和利用。

(3)車用氣:利用頁巖氣中的甲烷作為車用氣,通過壓縮或液化方式,作為汽車或公交車的動力來源,減少汽油和柴油的消耗和排放。

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