全球頁巖氣資源開發(fā)現狀

全球頁巖氣開發(fā)現狀分析1頁巖氣概述頁巖氣的概念中國地質大學張金川認為：頁巖氣是以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集，是典型的“原地”成藏模式。從某種意義來說,頁巖氣藏的形成是天然氣在源巖中大規(guī)模滯留的結果,由于儲集條件特殊,天然氣在其中以多種相態(tài)存在。頁巖氣成藏機理頁巖在地層組成上,多為暗色泥巖與淺色粉砂巖的薄互層。在頁巖中,天然氣的賦存狀態(tài)多種多樣。除極少量的溶解狀態(tài)天然氣以外,大部分均以吸附狀態(tài)賦存于巖石顆粒和有機質表面,或以游離狀態(tài)賦存于孔隙和裂縫之中。由于頁巖氣在主體上表現為吸附態(tài)與游離態(tài)天然氣之間的遞變過渡,體現為成藏過程中的無運移或極短距離的有限運移。因此,頁巖既是烴源巖又是儲層,具有典型的過渡性成藏機理及“自生、自儲、自封閉”的成藏模式。頁巖氣的基本特征1.3.1頁巖氣源巖特征頁巖氣源巖類型多樣,可包括富含有機質的暗色-黑色泥頁巖、高炭泥頁巖及富含瀝青質泥頁巖等。源巖組成一般為30%-50%的黏土礦物、15%-25%的粉砂質(石英顆粒)和1%-20%的有機質,多為暗色泥巖與淺色粉砂巖的薄互層。1.3.2儲集層特征頁巖氣藏儲層具有低孔隙度低滲透率的特點，頁巖儲集層孔隙度一般小于10%，而含氣的有效孔隙度一般只有1%-5%，滲透率則隨裂縫發(fā)育程度的不同而有較大變化，一般滲透率小于0.001×10-3um2左右。與常規(guī)天然氣藏相比，頁巖氣的開發(fā)是否具有商業(yè)價值，很大程度上依賴裂縫的發(fā)育情況。1.3.3分布特征頁巖氣的分布特征具有多樣性和隱蔽性的特點。與常規(guī)油氣藏不同,頁巖氣成藏不需要在構造高部位,頁巖氣藏的分布與有效烴源巖分布范圍相當,呈區(qū)域性分布。其分布特點受構造背景和沉積條件、有機質類型、豐度、成熟度及裂縫、斷裂等多種因素的影響,這些因素決定了其是否具有工業(yè)勘探開發(fā)價值。1.3.4開發(fā)特征頁巖氣藏是一種典型的連續(xù)型油氣藏。所謂連續(xù)型油氣藏尤其是連續(xù)型氣藏指的是持續(xù)產氣、持續(xù)供氣,產量低、產能穩(wěn),資源量大,但采收率較低,需要人工改造增產。但穩(wěn)產后的遞減速度較慢,一般為2%-3%,生產周期比較長,開采壽命可達30-50年。美國地質調查局(USGS)2008年最新數據顯示FortWorth盆地Barnett頁巖氣田開采壽命甚至能達80年。開采壽命長,就意味著可開發(fā)利用的價值大,這也決定了其發(fā)展?jié)摿?。全球頁巖氣儲量與主要分布區(qū)域從全世界范圍看，泥、頁巖約占全部沉積巖的60％，頁巖氣資源前景巨大。全球頁巖氣資源量為456.24X1012，甚至更多。主要分布在北美、中亞和中國、拉美、中東和北非、前蘇聯（如圖一所示）。圖一——世界主要頁巖氣分布區(qū)域單位10單位1012m3資料來源：EIA世界能源現狀能源定義《能源百科全書》：“能源是可以直接或經轉換提供人類所需的光、熱、動力等任一形式能量的載能體資源?！蹦茉词且环N呈多種形式的，且可以相互轉換的能量的源泉。確切而簡單地說，能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質資源。能源的重要性物質、能量和信息是構成自然社會的基本要素。能源是整個世界發(fā)展和經濟增長的最基本的驅動力，是人類賴以生存的基礎。自工業(yè)革命以來，能源安全問題就開始出現。在全球經濟高速發(fā)展的今天，國際能源安全已上升到了國家的高度，各國都制定了以能源供應安全為核心的能源政策。在近三十多年里，在穩(wěn)定能源供應的支持下，世界經濟規(guī)模取得了較大增長。但是，人類在享受能源帶來的經濟發(fā)展、科技進步等利益的同時，也遇到一系列無法避免的能源安全挑戰(zhàn)，能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源造成的環(huán)境污染等問題威脅著人類的生存與發(fā)展。世界能源消費結構和剩余開采年份據美國能源信息署最新預測：2010年世界能源需求量將達105.99億噸油當量，2020年達128.89億噸油當量，2025年達136.50億噸油當量，年均增長率為1.2%，人類面臨著巨大的能源需求和壓力。石油、煤炭、天然氣、核能和水電依然是能源供應的主要來源，風能、太陽能和地熱貢獻了1.7%的全球發(fā)電量，占一次全球傳統(tǒng)能源供應的0.7%。雖然有很大的進步，但從總量上來看是非常小的。圖二——世界能源消費結構資料來源：EIA煤炭、石油、天然氣雖然是世界主要的能源，但在不遠的將來將會枯竭（圖三）。如果再計算上逐年增長能源的消費需求，那么時間又將會大大縮短。替代能源尋找和發(fā)展已經成為迫在眉睫的問題，就目前來看，真正形成規(guī)模的新能源是核能和水電，已為世界貢獻了11.8%的能源消耗量。根據BP能源專家魯爾的介紹，水電的增長差不多到了頂峰，世界上已經沒有太多的地方還能建大水壩了。核能目前發(fā)展的問題主是建設周期太長的問題，并且建設的風險相當的大，在日本核電站泄露之后，世界對核電建設的態(tài)度更加謹慎。圖三——煤炭、石油、天然氣的可開采年份資料來源；EIA全球開發(fā)頁巖氣的必要性開發(fā)頁巖氣是解決能源枯竭問題的必然要求在當今的世界能源結構中，人類所利用的能源主要是石油、天然氣和煤炭化石能源。然而由上面的分析可以看出，煤炭、石油和常規(guī)天然氣已經面臨著枯竭的危險。隨著經濟的發(fā)展、人口的增加、社會生活的提高，預計未來世界能源消費量將以每年2.7%的速度增長，到2020年世界的能源消費總量將達到195億噸。人類開發(fā)利用能源的歷史長河中，以石油、天然氣和煤炭等化石能源為主的時期，僅是一個不太長的階段，它們終將走向枯竭，而被新能源所取代。人類必須未雨綢繆，及早尋求新的替代能源。頁巖氣就是人類要尋找的替代能源之一，與普通天然氣相比，頁巖氣分布范圍廣泛，埋藏淺，目前探明的最淺僅8米，開采周期較長，可開采30年到50年，甚至時間更長。目前，頁巖氣在美國、加拿大等地已是重要的替代能源，正廣泛應用于燃氣化工，汽車燃料方便。頁巖氣清潔干凈、污染物排放很少化石能源的大量開發(fā)和利用，是造成大氣和其他類型環(huán)境污染與生態(tài)破壞的主要原因之一。如何在開發(fā)和使用能源的同時，保護好人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境，已經成為一個全球性的重大問題。目前，世界各國都在紛紛采取提高能源效率和改善能源結構的措施，以解決這一與能源消費密切相關的重大環(huán)境問題。即所謂的能源效率革命和清潔能源革命，也就是我們通常所說的節(jié)約能源和發(fā)展清潔干凈的新能源和可再生能源。全球氣候變化是當前國際社會普遍關注的重大全球環(huán)境問題，它主要是發(fā)達國家在其工業(yè)化過程中燃燒大量化石燃料產生的CO2等溫室氣體的排放所造成的。因此，限制和減少化石燃料燃燒產生的CO2等溫室氣體的排放，已成為國際社會減緩全球氣候變化的重要組成部分。天然氣被人類成為最清潔的能源之一，頁巖氣是非常規(guī)天然氣，其碳排放量僅為化石能源的50%，甚至更低。大力開發(fā)和使用頁巖氣，能減輕人類面臨的環(huán)保壓力。全球頁巖氣開發(fā)歷程美國是頁巖氣開發(fā)的先行者，對世界頁巖氣事業(yè)的發(fā)展做出了非常偉大的貢獻。早在1821年就成功鉆探了第一口頁巖氣井。但美國頁巖氣事業(yè)的發(fā)展一直進展緩慢，從20世紀70年代開始，美國政府大力支持頁巖氣事業(yè)的發(fā)展，使頁巖氣事業(yè)取得長足的進步。但直到近幾年美國頁巖氣才得以大規(guī)模商業(yè)化開采，2009年美國超過俄羅斯成為世界上天然氣產量最大的國家，最主要的原因就是其頁巖氣的開采量大幅度增加。美國在頁巖氣產業(yè)中取得的進步，引起了世界的廣泛注意。面對世界的能源現狀，加拿大、中國、俄羅斯、英國、法國、印度、德國、波蘭、匈牙利、土耳其等越來越多的國家都表示會大力支持本國頁巖氣事業(yè)的發(fā)展。目前，加拿大的頁巖氣也開始了商業(yè)化的開采，中國也加快開采的步伐，緊鑼密鼓的進行著各項準備。主要國家頁巖氣開發(fā)現狀及分析北美是全球目前唯一實現頁巖氣商業(yè)化開采的地區(qū)。美國頁巖氣開采最早可追溯到1821年，但當時由于產量較小沒有得到重視，直到加世紀80年代中期，由于水平鉆完井技術和水力壓裂技術的進步，使得頁巖氣的生產進入大規(guī)模發(fā)展階段。截至2008年底，美國已完鉆頁巖氣井約42000口，產量首次超過煤層氣，達到507×108m3，占美國天然氣總產量的10％，預計2015年頁巖氣產量可達2800×108m3。目前，在全球頁巖氣領域，美國絕對處于霸主地位，無論在技術還是在產量上，沒有國家能與之匹敵。如圖四所示，美國頁巖氣的產量，占到全球產量的90%以上。圖四——美國和全球頁巖氣產量資料來源：EIA加拿大的石油產量居世界第四，但是其頁巖氣的產量卻位居世界第二。目前加拿大的頁巖氣產量占全球總產量的3%左右，在2010年達到174bcf，雖然從2006年，其常規(guī)天然氣的產量開始下降，但是頁巖氣的產量卻以每年143%的速度增加，加拿大政府表示會大力支持頁巖氣產業(yè)的發(fā)展業(yè)來彌補傳統(tǒng)能源資源產量的下降。中國頁巖氣資源潛力大且地質條件優(yōu)越，據估算，頁巖氣可采資源量約為26萬億立方米，與美國大致相當。從現有資料分析，除分布在四川、鄂爾多斯、渤海灣、松遼、江漢、吐哈、塔里木和準噶爾等含油氣盆地外，在我國廣泛分布的海相頁巖地層、海陸交互相頁巖地層及陸相煤系地層也都有分布。2004年，國土資源部油氣中心與中國地質大學(北京)開始調研我國頁巖氣資源狀況，2009年在全國油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)專項中，實施了“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。并在重慶市彭水縣連湖鄉(xiāng)實施了我國第一口頁巖氣戰(zhàn)略調查井，見到了良好的頁巖氣顯示，標志著繼美國和加拿大之后。中國正式開始這一新型能源頁巖氣資源的勘探開發(fā)。目前，除美國、加拿大和中國外，印度、澳大利亞、德國、法國、瑞典、波蘭等國家也開始了頁巖氣的研究和勘探開發(fā)．頁巖氣勘探開發(fā)正由北美向全球擴展。2009年12月，石油巨頭?？松梨谑凸疽?lO億美元巨資收購非傳統(tǒng)天然氣公司XTO能源公司．這是迄今為止最大金額的頁巖氣合同；法國道達爾石油公司2010年1月以8億美元的價格獲得切薩皮克石油公司位于得克薩斯州的Barnett頁巖氣項目的25％股權。頁巖氣已成為全球油氣資源勘探開發(fā)的新亮點．必將改變世界油氣資源勘探開發(fā)的格局。6全球頁巖氣開發(fā)評價6.1全球頁巖氣開發(fā)——勢在必行卻不會一帆風順隨著中海油高調收購美國切薩皮克能源公司位于得克薩斯南部的鷹灘頁巖油氣項目1/3權益，國內能源業(yè)關于投資非常規(guī)油氣資源的呼聲再次高漲。而在國外，開發(fā)頁巖氣的腳步也在不斷加快。印度石油部近日宣布將在2011年底前，啟動國內頁巖氣勘探國際招標活動。而在率先進行頁巖氣商業(yè)開發(fā)的美國，人們相信隨著頁巖氣勘探與開發(fā)的深入，美國有可能在不久的將來成為頁巖氣出口國。頁巖氣的開發(fā)越來越受到各國的重視，全球頁巖氣的開發(fā)可謂是勢在必行，然而投資頁巖氣既是機遇也有挑戰(zhàn)。開發(fā)頁巖氣是人類解決能源枯竭，減輕環(huán)境污染的重要舉措，是各國維護經濟獨立和促進可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。但開發(fā)的過程不會是一帆風順。6.2技術——為極少數發(fā)達國家壟斷頁巖氣開發(fā)相對常規(guī)天然氣來說。因頁巖氣藏的儲層一般呈低孔、低滲透率的物性特征，通?？紫抖茸罡邇H為4％一5％，滲透率小于1×10-3um。氣流的阻力比常規(guī)天然大，需實施儲層液壓破碎才能開采。目前頁巖氣的開采技術主要有水平井加多段壓裂技術、清水壓裂技術和近期出現的最新壓裂技術——同步壓裂技術，創(chuàng)新的水平井鉆井和完井技術是保證生產成功的關鍵。采用水力壓裂和水平井技術、微地震裂縫成像技術，能直接監(jiān)測水力裂縫網絡的擴展動態(tài)，可極大地提高頁巖儲層中頁巖氣的開采量。正是這些先進技術的加速研發(fā)和成功應用。促進了美國頁巖氣開發(fā)的快速發(fā)展。但這些技術目前只有美國等少數發(fā)達國家掌握著，為了技術保密，美國甚至不把這些技術申請專利，所以，全球頁巖氣的開發(fā)如果要有突破，首先必須在技術上有所突破，打破美國的壟斷。6.3環(huán)境——頁巖氣開發(fā)的同時可能伴隨著污染頁巖氣本身是一種潔凈能源，燃燒產生的二氧化碳僅為煤的50％，但由于目前開發(fā)主要采用的壓裂法，每次液壓破碎需要200萬--400萬噸水．而且在注入的壓裂液中會加入化學物質。這些化學物質可能會對地下產生污染。類似于現在國家大力推廣的太陽能發(fā)電。太陽能本身是一種低碳環(huán)保的新型能源．但其使用的多晶硅則是一種高耗能高污染的材料。2010年4月20日英國石油公司(BP)在墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺爆炸所造成的生態(tài)災難至今仍未控制。油氣開采環(huán)節(jié)的環(huán)境災難是油氣行業(yè)不可回避的一個嚴重問題，需要高度重視對頁巖氣開采中潛在污染的評估。否則頁巖氣的開發(fā)就有可能得不償失。從這種意義上來說，那些開發(fā)頁巖氣比較晚的國家，有更多的機會去認識頁巖氣開發(fā)對環(huán)境造成的影響，因為很多環(huán)境問題具有滯后性，要等數年之后，其負面性才能表露出來。頁巖氣的開采的初衷一方面是解決能源危機，一方面是減輕環(huán)境壓力。目前生態(tài)保護組織反對增加開采頁巖氣活動，他們認為試劑可能會滲入到附近城市的飲用水中，美國一些州的行政當局已禁止在靠近城市的水域鉆探頁巖氣。6.4產量——將來一定會呈直線上升目前，世界上只有美國和加拿大成功進行了頁巖氣的商業(yè)開采。而頁巖氣產量占北美天然氣產量的比重，已從2006年的1％升至現在的17％，預計到2030年這一比重將升至50％。近幾年，美國頁巖氣產量以超過兩位數的速度激增，從2006年的283億立方米增至2008年的572.6億立方米和2009年的680億立方米。盡管如此，相對于如此龐大的頁巖氣儲量，世界范圍內頁巖氣的開采量只不過是蒼穹中的一點繁星。從目前來看，制約頁巖氣產量的主要因素是;技術，開采的經濟性和對環(huán)境的影響。但根本上來說，制約頁巖氣產量的主要因素是技術。即水平鉆井技術和壓裂技術。雖然目前這一技術還被美國等極少數發(fā)達國家壟斷，但相信在不久的將來，越來越多的國家，如中國，俄羅斯，歐洲一些國家也會掌握這種技術，或者類似的技術，一旦技術被突破，世界頁巖氣的產量會呈現直線上