页岩气-工艺学大作业.docx

未来页岩气的综合利用页岩气是以吸附和游离状态同时存在于泥页岩地层中的天然气，它分别在 天然气的成因机理、赋存相态、成藏聚集机理、分布变化特点及其与其他类型 气藏关系之间存在广泛的变化性由于页岩气成藏边界条件可有适度地放宽且 变化较大，各成藏地质要素之间具有明显的互补性[1]基于地质、测井、地震 等方法和手段，可对页岩气进行快速识别一、页岩气的成因及其分布 1.1 页岩气的成因： 页岩中的天然气成因具有多样性机理，包括了生物气、未熟—低熟气、成 熟气、高—过成熟气等，也包括了如二次生气、生物再作用气以及沥青生气等 复杂成因机理，覆盖了几乎所有可能的有机生气作用机理（在阿巴拉契亚、福 特沃斯、密执安、伊利诺斯、圣胡安等盆地中均可找到对应实例） 成因多样性 特点延伸了页岩气的成藏边界，扩大了页岩气的成藏与分布范围，使通常意义 上的非油气勘探有利区带成为了需要重新审视并有可能获得工业性油气勘探突 破的重要对象 1.2 世界范围内的页岩气资源储量：世界范围内来看，页岩气资源开发潜力巨大目前全球页岩气资源量约为 456 万亿 m³，约占全球非常规天然气资源量的 50%,与常规天然气 472 万亿 m³的 资源量大概相当，主要分布在中国、北美、拉美、中东、北非和独联体等地区。

其中,北美地区页岩气资源量达 108.7 万亿 m³,占全球总资源量的 23.8%；中国 和中亚资源量合计为 99.8 万亿 m³,占全球总资源量的 21.9% 根据 EIA 对全球页岩气资源的初步评估,不包含美国在内，全球共有 14 个 区域、32 个国家、48 个页岩气盆地含有页岩气资源，全球页岩气技术可采资源 总量达到 187 万亿 m³其中,中国为 36 万亿 m³,约占世界的 19.3%;美国为 24万亿 m³,约占 12.8%;阿根廷、墨西哥和南非分别约为 22 万亿、19 万亿和 14 万 亿 m³ 1.3 我国页岩气资源储量：对于我国的页岩气资源量计算，目前可有多种基本方法，如与美国页岩气 勘探成熟地区的地质类比分析法、基于生气量和排气率分析基础上的成因法、 吸附要素分析法、基于实际含气量测试及分析基础上的含气率法（体积法或面 积法）、基于不同类型天然气产储比例的统计分析法、基于地质要素分布概率 的风险分析法以及基于数学统计—蒙特卡洛计算机模拟等手段基础之上的特尔 菲法等作为一种尝试，采用上述多种方法对中国主要盆地和地区的页岩气资 源量进行初步估算计算结果表明，我国主要盆地和地区的页岩气资源量约为 15～30×1012m3.中值 23.5×1012m3.与美国的 28.3×1012m3大致相当。

根据资源 初步计算结果，我国古生界页岩气资源量大约是中生界页岩气资源量的 2 倍， 平面分布以南方和西北地区为主，也包括鄂尔多斯盆地以及其周缘地区在剖 面上可分为古生界和中—新生界两大套特点差异较大的重点层系，在平面上可 划分为南方、西北、华北—东北及青藏等 4 个页岩气大区其中，南方及西北 地区的页岩气（也包括鄂尔多斯盆地及其周缘）成藏条件最好，资源量最大， 剖面上以南方地区的古生界和西北地区的中—古生界为最优二、页岩气的综合利用途径 2.1 美国页岩气综合利用及其成果： 北美的页岩气资源很多，按照现在的速度可以消费一个世纪以上当人们 普遍认为美国的天然气供应紧张需要进口的时候，劲吹的“页岩气”开发旋风 使这一观点不攻自破 目前，美国的页岩气生产采用水力压裂法，用高压把水、化学品和砂注入 岩石，破碎围岩，释出气体所以，页岩气生产需要大量的水寿命长是页岩 气开发的显著特点页岩气田开采寿命一般可达 30～50 年，甚至更长据分析， 美国沃思堡盆地巴尼特页岩气田开采寿命可达 80～100 年此外，生产商可以 使用一处钻井平台，钻探不同方向的水平井，一个水平井再布局多个方向的压 裂（即水平井＋多段压裂） ，这样，用很少的钻机就可生产更多的天然气。

而页 岩气的开发，对美国的能源结构影响也是巨大地自 2009 年初至 2010 年 3 月 1 日，原油价格已上涨了 73%，而美国天然气价格却下降了 15%此期间内，煤 炭价格下降了 13%在美国总发电量中，天然气所占份额已从 2008 年上半年 20%攀 升至 2009 年底 28%截至 2010 年 1 月，美国在一百多年内出现了非常规天然 气的发现是给其能源生产前景带来光明的“戏剧性变化”[2] 目前，美国已形成致密气年产量超过 1500 亿立方米和煤层气年产量超过 500 亿立方米的局面，页岩气预计到 2018 年产量超过 1800 亿立方米 2.2 我国页岩气开发利用成果： 应该说，我国的页岩气开发利用起步很晚，对于页岩气的开发利用也只是 近几年的事情2007 年，国土资源部组织相关单位开展了页岩气资源的评价工 作，并于 2009 年在重庆启动了页岩气勘查项目2010 年，中国首个专门从事 页岩气开发的科研机构——国家能源页岩气研发（实验）中心在中国石油勘探 开发研究院廊坊分院成立 目前，国内公司积极展开页岩气的大规模勘探开发准备工作[3]2009 年 11 月，国土部在重庆市彭水县莲湖镇实施了第一口页岩气战略调查井；2009 年 12 月，中石油在四川盆地威远构造上，部署了一口页岩气评价井，该井设计井深 2851m，目的层为震旦系黑色页岩，2010 年 4 月完钻，通过压裂，获日产 1.08×104m3的工业气流；中石化也积极开展页岩气的勘探开发工作，2010 年 5 月，相继在皖南开钻了宣 1 井，在贵州对方深 1 井进行压裂[4]。

在页岩气勘探开发领域中，中石油相对走在前列目前，中石油已初步开 展了选取评价和地质勘探工作，通过物探和钻井，已初步优选出了有利勘探开 发区，完成了长宁和昭通区块页岩气产业示范区的建设方案并正式启动，计划 2015 年建成产业化示范区 2.3 页岩气的开发利用技术： 页岩气的开发利用技术，主要涉及到储层评价技术、钻井技术、页岩气井 测井技术、页岩气含气量录井和现场测试技术、完井技术、储层改造技术和裂 缝综合监测技术[5]这些技术中涉及机械涉及，自动化技术以及化工等多领域 多学科技术，现仅对与我们化工专业相关的储层改造技术加以简单介绍： 页岩气储层改造技术包括水力压裂和酸化，可以通过常规油管或连续油管 进行施工关键在于压裂液处理，除了使用大量的活性水外，还要加入一些特 殊的添加剂，如特殊的降阻剂（不含苯酚） 、微乳化表面活性剂、裂缝清洁加强 剂和导流增强剂等20 世纪 70 年代，美国对东部泥盆纪页岩气开发中曾采用 裸眼完井，硝化甘油爆炸增产技术来提高天然气的采油率；20 世纪 80 年代使用高能气体压裂以及氮气泡沫压裂，使得页岩气产量提高了 3～4 倍 下面介绍一个实例： 沃斯堡盆地 Barnctt 页岩气藏的开发先后经历了直井小型交联凝胶或泡沫 压裂，直井大型交联凝胶或泡沫压裂，等多个阶段，增产效果极大的提高。

1）泡沫压裂：在压裂液中加入起泡剂，并且与氮气一起泵入泡沫使气体在水 中乳化，使用表面张力来悬浮和携带支撑剂 2）氮气压裂：使用氮气的原因是页岩具有水敏性，将氮气或气体作为唯一的压 裂液，可以根除所有由清水引起的问题 3）水力压裂：哟与页岩气产能较低，通常埋深大，地层压力高的页岩储层必须 进行水力压裂改造才能实现经济开采水力压裂以清水为压裂液，支撑剂较胶 凝压裂少 90%，并且不需要粘土稳定剂与表面活性剂，大部分地区完全可以不 用泵增压，较之凝胶压裂技术可以节约成本 50%～60% 4）清洁压裂液：有些地方页岩远景区的作业者发现，压裂过程中存在水力压裂 裂缝中支撑剂充填不充分的情况该现象可能是由于压裂液产生的裂缝宽度不 够，不足以容纳支撑剂颗粒所造成的，也可能是因为泵入裂缝的沙粒从携砂液 中快速脱离悬浮状态造成的国外开发出清洁压裂液体系来解决这一困难这 种体系造缝和携带支撑剂方面具有高粘度液体体系的所有优点，并且不需要破 胶剂来降低粘度 一些作业者采用了 ClearFRAC 无聚合物压裂液或 FiberFRAC 纤维基压裂液 ClearFRAC 的目的是为了将支撑剂送入裂缝深处，此体系中不含可能降低裂缝 渗透率的固相成分，并且可以与富含有机质的页岩配伍，该体系不需要另外添 加破胶剂，遇到烃类和地层水便能自动破胶。

FiberFRAC 中的纤纤维使支撑剂 沙粒处于悬浮状态，直至裂缝在沙粒闭合并将其锁定最后流体中的纤维溶解， 从而增加裂缝中流体的流动能力此外还有水平井分段压裂技术，重复压裂， 同步压裂等三、页岩气的开发利用对能源及化工行业的影响 3.1 页岩气开发对于全球化工市场的影响： 未来的化工行业需求和供应将呈现多元化模式当前全球化工产品需求的 增长比全球 GDP 的增长还要快 1 倍，尤其是在亚洲和新兴市场发展中国家是 化工行业增长的主要驱动力，其巨大的人口规模会对化工行业的需求产生深远 影响页岩气这一新兴资源的出现，将对化工行业的发展产生深远影响，以北 美为例，页岩气对美国化工行业最大的影响是使其原材料成本降低2002 年到 2003 年，北美天然气价格和石油价格基本持平，当时许多人准备在中东投资， 因为中东的石油相对便宜但现在由于新技术的出现，美国天然气价格下降导 致美国化工原材料成本降低同时，由于新兴的页岩气资源，使北美逐渐成为 了除中东外世界竞争力第二的生产基地非常规油气资源带来了新一轮石油产 量的大复兴[6]开采非常规气的技术应用到页岩油，或者是致密油的开采，已 经对北美是有生产带来了比较大的变化。

如美国在未来 10 年内的原油产量将从 50 万桶/天增长到 350 万桶/天因此，由于页岩气的大规模开采可能使未来油 气价格缓慢下滑 未来页岩气的大规模开采对化工行业的影响可能主要体现在以下几点： 1） 影响塑料、PVC 供应价格和工艺路线页岩气通过提升乙烯产量和降低天然 气价格，有可能改变塑料、PVC 传统生产工艺2） 改变甲醇上下游生产工艺未来以天然气为原料的工艺产能扩张，将降低 甲醇的生产成本 3） 减弱 PTA 等商品成本支撑页岩气主要通过堆原油的利空影响，减弱对 PTA 的成本支撑如用于以煤炭为原料的焦炭、焦煤等，页岩气产量大幅度增加 的最大影响也无疑是减弱其成本支撑 4） 调整橡胶供需结构如果未来页岩气产量大幅增加，将加剧乙烯供应量， 而乙烯作为丁苯橡胶和顺丁橡胶最主要的生产原料，产量大幅增加将会降低 合成橡胶的生产成本，从而有可能改变橡胶的供需结构，对未来橡胶价格产 生利空影响 3.2 页岩气开发对于我国化工市场的影响： 首先，我们一定要明确我国的资源开发现状我国的化工行业在近几十年 才开始迅速发展，但是距离世界一流水平仍有很大差距，产业的规模发展和效 率都远远落后就现在的国际形势来看，世界经济增长放缓，导致我国的出口 明显下降，进而导致化工产品的消费增长放缓，加之政府的一些宏观调控措施 野队化工行业的供求打击比较大。

而与之相对应的是我国最近几年的化工产品 产能过剩（如 2010 年几大类化工产品的新增产能差不多是 2300 万吨，2011 年 超过 2000 万吨，2012 年也超过了 1500 万吨，这是中国化工历史上新增产能做 大的 3 年）这些都是需要时间来去消化的 还有就是进口的影响由于美国对于页岩气的开采日益发展，北美成为了 中东外世界竞争力第二的生产基地，大量产品从中东和北美进口到中国，对于 我国自己的化工行业造成非常大的压力近几年我国的化工产品进口量一直在 上升，特别是来自中东和北美地区轻质原料的进口，这些都对我国国内生产企 业的运营和发展带来了很大的影响 以上介绍了国际原因我国本身的页岩气资源也有许多限制性因素首先， 我国的页岩气地质条件不好，大多都在山地和丘陵地区，这使得工程施工困难 巨大，开采和运输需要花费大量资金，也就使页岩气进入消费市场造成了很大 障碍。