页岩气

页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙，使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因、热解成因及二者混合成因的天然气。

页岩气赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气。是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中，游离气比例一般在20%～85%。

简介

页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，中国的页岩气可采储量较大。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产页岩气分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。

页岩气赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和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，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，主要用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等，用途广泛。页岩气生产过程中一般无需排水，生产周期长，一般为30年～50年，勘探开发成功率高，具有较高的工业经济价值。根据预测，我国的主要盆地和地区资源量约36万亿立方米，经济价值巨大，资源前景广阔。

特点

页岩气与深盆气、煤层气一样都属于“持续式”聚集的非常规天然气。

天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离，具有与煤层气大致相同的机理过程。如图所示，通过生物作用或热成熟作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要，此时所形成的页岩气主要以吸附状态赋存于页岩内部。当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时，富裕的页岩气解吸进入基质孔隙。随着天然气的大量生成，页岩内压力升高，出现造隙及排出，游离状天然气进入页岩裂缝中并聚积。

页岩岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩和高碳泥页岩类，岩石组成一般包括30%～50%的粘土矿物、15%～25%的粉砂质（石英颗粒）和4%～30%的有机质。正是由于页岩具有这样的特性，所以页岩中的天然气具有多种存在方式，主要包括了2种形式，即游离态（大量存在于页岩孔隙和裂缝中）和吸附态（大量存在于粘土矿物、有机质、干酪根颗粒及孔隙表面上），其中吸附态存在的天然气占天然气赋存总量的20%以上（BarnettShale）到85%（LewisShale）。

形成原因

前人对美国5大页岩气盆地页岩气的成因研究表明，页岩气可以通过以下2种途径演变而来。

1、热裂解成因气（自然生成）

页岩中热成因气的形成有3个途径（如图）：①干酪根分解成气体和沥青；②沥青分解成油和气体（步骤1和步骤2为初次裂解）；③油分解成气体、高含碳量的焦炭或者沥青残余物（二次裂解）。最后一个步骤主要取决于系统中油的残余量和储层的吸附作用。德克萨斯州的Fort Worth盆地的Barnett页岩气就是通过来源于干酪根热降解和残余油的二次裂解，主要以残余油的二次裂解为主，正因为如此，使得Barnett页岩气具有较大资源潜力。

页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态（大约50%）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中。天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中。天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集，表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。

2、生物成因气

一般指页岩在成岩的生物化学阶段直接由细菌降解而成的气体，也有气藏经后期改造而成的生物气。如美国密歇根盆地的Antrim页岩气是干酪根成熟过程中所产生的热降解气和产甲烷菌新陈代谢活动中所产生的生物成因气，以后者为主。其原因可能是发育良好的裂缝系统不仅使天然气和携带大量细菌的原始地层水进入Antrim页岩内，而且来自上覆更新统冰川漂移物中含水层的大气降水也同时侵入，有利于细菌甲烷的形成。

资源分布

世界储量及分布

全球页岩气资源十分丰富且分布普遍，据美国国家石油委员会(NPC)统计，截至2009年底，全球页岩气资源量约为456.2万亿立方米，占全球非常规气资源量近50%，与常规天然气相当，页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、太平洋国家、拉美、其他地区等(见下表)。

其中北美最多，但其丰度低，技术可采量占资源总量的比例较低，同时页岩气的储层具有低孔隙率和低渗透率的特点，开采难度大，需要高水平的钻井和完井技术。在21世纪刚开始开采页岩气时，多采用水平钻井技术和水基液压裂技术提高采收率。

美国本土有48个州广泛分布着有机页岩，具有丰富的页岩气资源。据美国国家油气资源委员会估计，美国页岩气资源总量大约在14.2万亿~19.8万亿立方米，可采资源量约为 3.62万亿立方米，截至2008年底，美国探明页岩气储量9289亿立方米。

欧洲页岩气储藏量可达15万亿立方米，瑞典的明矾片岩，德国北部、荷兰和英国南部的波西多尼亚片岩等，都与美国的页岩类似。欧洲的页岩主要呈黑色或深棕色，表示岩层在形成过程中，富含了泥土中生长的生物所具有的有机物质，而这些有机物质大部分都变成了现在的页岩气。如果页岩储藏能够证实，那么这将改变欧洲国家长期依赖俄罗斯天然气的命运。目前，欧盟成员国天然气供给的1/4来自俄罗斯。拉美页岩气资源主要集中在阿根廷、墨西哥和巴西等国。

中国储量分布

我国页岩气资源很丰富，但开发还处于起始阶段。国家正在积极推进页岩气的开发利用工作。

2018年自然资源部矿产资源保护监督工作小组透露，自2014年9月到2018年4月，不到4年时间，我国页岩气累计新增探明地质储量突破万亿立方米，产能达135亿立方米，累计产气225.80亿立方米。自2014年9月到2018年4月，不到4年时间，在四川盆地探明涪陵、威远、长宁、威荣4个整装页岩气田，页岩气累计新增探明地质储量突破万亿立方米，产能达135亿立方米，累计产气225.80亿立方米。

虽然中国页岩气勘探还处于起步阶段，但经过成藏条件的初步对比发现，中国的许多盆地与美国东部地区页岩气藏的地质条件类似，故勘探潜力巨大。中国的页岩气发育区可划分为与板块大致对应的四大区域，即南方地区、中东部地区、西北地区及青藏地区，这些区域都具有良好的页岩气勘探前景。

中国南方扬子地台区共发育8套以黑色页岩为主体的烃源岩层：上震旦统陡山沱组、下寒武统筇竹寺组、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组、中泥盆统罗富组、下石炭统河州组、下二叠统栖霞组、上二叠统龙潭组及大隆组、下三叠统青龙组。以上各层位分布广、埋藏浅、厚度大、有机质丰富、成熟度高，且具备优越的页岩气成藏条件，因此是页岩气发育的有利区域，勘探潜力巨大。其中，四川盆地经历了克拉通和前陆盆地演化过程中复杂的构造变动，形成了与美国典型页岩气盆地相似的构造演化特点和地质条件，其下古生界烃源岩具有分布广、厚度大、成熟度高、微裂缝发育、有机质生烃作用强的特点，并有大量证据显示该盆地存在丰富的页岩气。例如，该盆地下志留统龙马溪组的黑色笔石页岩最为发育，而南部长宁构造新完钻的页岩气浅井的分析测试数据也证实了龙马溪组具有形成页岩气藏的优越条件；采用体积法初步估算四川盆地及邻区的龙马溪组页岩气资源量为4.0×108~12.4×108立方米，显示了该区页岩气巨大的勘探潜力；2009年，在重庆彭水钻探的第一口页岩气战略调查井——渝页1井见到良好的页岩气显示，对渝页1井的后期实验分析结果也表明，渝东南地区地质条件复杂的高陡构造带具有良好的页岩气成藏地质条件，同时也预示着上扬子乃至整个扬子地区都可能是页岩气发育的有利潜力区。因此，总体看来，川东和川南地区（包括川西南）下寒武统和下志留统页岩最具潜力，而鄂西-渝东地区乃至整个中下扬子地区为页岩气分布的重要区域。

中东部地区的页岩气可能分布在主力油气层的底部，区域上的中生界至古生界。松辽盆地白垩系、鄂尔多斯盆地三叠系、渤海湾盆地埋藏较浅的古近系等页岩均有利于页岩气的发育。其中，鄂尔多斯盆地中生界页岩埋藏深度在3千米以内，厚度>5米，有机碳质量分数>2%，对页岩气的发育十分有利。在西北部地区，受现今盆地特点的约束，区域上分布的侏罗系、三叠系和盆地边缘埋藏较浅的古生界泥页岩具有较大的厚度和有机碳含量，具有页岩气勘探潜力。青藏地区的中—古生界泥页岩地层厚度大，有机质含量高，有机质热演化程度适中，同样具有页岩气勘探的潜力。