第1个回答 2022-06-14
引言：页岩气是不可再生能源，属于非常规低品味天然气。美国由于发现和开采天然气最早，给它带来了巨大经济效益，目前美国正在集中攻关页岩气开发技术领域，即增加产能降低成本。而国内目前页岩气正处于起步阶段，面临着诸多挑战，例如：理论研究和勘探调查程度低、开发技术瓶颈未突破、前期风险投入高、收益见效慢等。可燃冰、页岩气、氢能被普遍认为会成为未来能源的三大新兴能源。
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。
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。
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。
垂直井是页岩气早期开采的主要手段。在钻小于1000米的浅井时，一般采用钻进速度较快的欠平衡旋冲法，可有效减小对地层的破坏；在钻进1000~2500米的深井时，则采用轻质钻井液液随随钻常规旋转钻井法，但是传统的垂直井开采技术，不经过压裂，一般无自然产能。
水平井能够扩大井筒与地层的接触面积，增加储层泄流面积、提高产量。在直井中水力压裂技术可以将井筒与储层的接触面积扩大数百倍，而水平井中，井筒与储层的接触面积会呈指数增长。目前美国页岩气开发中，水平井成本是直井的2~3倍，产量可以达到直井的15~20倍。水平井的关键问题是井身结构设计、钻井工艺、固井与完井，由于页岩地层裂缝发育、机械承受能力低，需要采用快速、高效、稳定、目标区域可准确控制的钻井工艺，最大化泄流面积和产量，同时保证生产的安全稳定。
水力压裂的原理是利用地面高压泵组，将超过地层吸液能力的大量压裂液泵入井内，在井底或封隔器封堵的井间产生高压，当压力超过井壁附近岩石的破裂压力时，就 会 产 生 裂 缝。随 着 压 裂 液 注 入 裂 缝 会逐渐延伸，进一步注入带有支撑剂的混砂液，在裂缝中填充支 撑 剂。停 泵 后，由 于 支 撑 剂 对 裂 缝 壁 面 有支撑作用，在地层中就形成了有一定长度、宽度的填砂裂缝。
中国页岩气资源潜力大，勘探开发还处于起步阶段，海相页岩是开发的有利对象，陆相页岩是重要的资源领域。美国的海相页岩开发经验不能直接应用于中国陆相页岩开发，需要加强基础研究和科技攻关。“十二五”规划明确了页岩气发展的重要地位，积极开发页岩气对保障中国能源安全，缓解天然气供给压力有重要意义。
参考文献：
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