科学认识页岩气
页岩气，这一首先发迹于美国的非常规天然气，渐行渐近进入了国人的视野，并且在中国能源市场越来越引人瞩目。国家政策推动，企业资本流入，更不乏市场炒作，可谓风头正劲。今天，让我们换一个角度，从科学的视角来客观地认识一下这一能源新星——中国化工学会与《中国化工信息》周刊联合对页岩气进行科普解读。
什么是页岩气，页岩气与常规天然气的区别
页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中（见图1），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，与“煤层气”、“致密气”同属非常规资源。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。页岩气很早就已经被人们所认知，但采集比传统天然气困难，随着资源能源日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，人们逐渐意识到页岩气的重要性。
以页岩气为代表的非常规油气的发展，正在颠覆传统油气地质学理论的认识。常规油藏是指油气聚集的基本单元，油气在单一圈闭中的聚集，一个油藏一般具有独立压力系统、统一的油水界面和特定的油气物理性质。圈闭中聚集了天然气后，称为气藏；圈闭中既聚集了石油，又聚集了天然气后，则称为油气藏（图2、图3）。传统油气地质学的理论可简单概括为：生、储、盖、运、聚、保“六字真言”，而页岩气的开发打破了常规油气的“生、储、盖”层的概念。页岩既是烃源岩又是储层，其本身也就是盖层。在页岩气赋存上，生、储、盖合为一体，圈闭不再是必须的条件，运、聚的地位消失了，“六字真言”被从根本上动摇了。页岩气与煤层气、天然气的对比见表1。
表1 页岩气与煤层气及天然气对比表
页岩气 煤层气 天然气
成因类型 有机质热演化成因， 有机质热演化成因， 有机质热演化成因，生物成因，
生物成因 生物成因 原油裂解成因
主要成分 甲烷为主，少量乙 甲烷为主 甲烷为主，乙烷、丙烷等含量
烷、丙烷等 变化较大
成藏特点 自生，自储，自保 自生，自储，自保 生、储、盖合理组合
分布特点 受页岩分布控制， 受煤层分布控制， 受生、储、盖组合控制
有广布性 有广布性
储集方式 吸附气和游离气并 吸附气为主，占 游离气为主
存，吸附气占 80%以上
20%～80%
储量分布
从全世界范围看，泥、页岩约占全部沉积岩的60%，页岩气资源前景巨大，主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联等国家和地区（详见图4）。加拿大西部地区大约有550万～860万亿立方英尺页岩气储量，美国页岩气地质储量约28万亿立方米。
我国富有机质页岩分布广泛，南方地区、华北地区和新疆塔里木盆地等发育海相页岩，华北地区、准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育陆相页岩，具备页岩气成藏条件，资源潜力较大（图5为我国页岩气资源分布图）。据预测，我国页岩气的资源量大体为134万亿立方米。其中川东南、涪陵地区页岩气品质优、面积大、厚度大、丰度高、资源雄厚(约2万亿方)，埋深适中，页岩气为高压、甜气页岩气藏，试验区单井最高无阻流量达155.8万立方米/日（见图6）。我国《页岩气发展规划（2011-2015年）》指出，“十二五”期间探明页岩气地质储量6000 亿立方米，可采储量2000 亿立方米。
气藏特点
页岩气藏开发具有“三低一高一快一长”的特点。
“三低”：气层压力低，主要采用水平井开发，需要压裂改造投产，不进行压裂改造一般无产能；单井产量较低，初期气产量递减快，后期趋于稳定，平均日产1万方～2万方；采收率低：通常小于5%～20%不等。页岩气储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存，为低（负）压、低饱和度（30％左右），因而为低产。但在裂缝发育带可获较高产量，井下爆炸和压裂等改造措施效果也好。
“一高”：投入高。前期勘探开发投入大（美国页岩气开发井单井投资450万美元），且难以形成稳定的投资回报。
“一快”：页岩气储集层渗透率低，开采难度较大，产量递减快，开发过程中需要打很多口井以形成规模化生产与供应。
“一长”：页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地产气，单井经济寿命一般为30～50年。美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年。开采寿命长，就意味着可开发利用的价值大，这也决定了它的发展潜力。目前美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。
开发技术
页岩气是充填于页岩裂隙、微细孔隙及层面内的天然气，其储层的渗透率低、气流的阻力比传统天然气大得多，难以开采。所以开采页岩气层需要采取某种增产措施和特殊的钻井与完井方法。为了更好地利用储层中的天然裂缝，并且使井筒穿越更多储层，越来越多的作业者在应用水平钻井技术。该技术在石油工业中并不是一项新技术，但它对提高页岩气开发成功率却有着重大的意义。从水平井中获得的最终采收率是直井的3倍，而费用只相当于直井的2倍。
裂缝的发育程度是页岩气运移聚集、经济开采的主要控制因素之一。仅有少数天然裂缝十分发育的页岩气井可直接投入生产，其余90%以上的页岩气井需要采取压裂等增产措施沟通其天然裂缝，提高井筒附近储层导流能力。我国的页岩气开采主要采用水平井钻井和水平井分段压裂技术。见图7和图8。
开发进展
美国是世界上最早进行页岩气资源勘探开发的国家，近年来其页岩气勘探开发的速度惊人。2004年，美国页岩气井仅有2900口，2005年不过3400口，2007年暴增至41726口，到2009年页岩气生产井数达到了98590口。而且，这种增长势头还在继续保持，2011年仅新建页岩油气井数就达到了10173口。
美国页岩气的大开发，提高了能源自给水平，能源对外依存度降至20世纪80年代以来最低水平。美国石油进口从2005年占石油总消费量的60％下降到2012年的42.1％，净进口量从1300多万桶/天降至800万桶/天，而且美国60年来首次成为炼油产品出口国。美国在2009年已经超越俄罗斯成为最大的天然气生产国，2013年页岩气总量估计在2653亿立方米。详见图9。国际能源署2012年11月十分乐观的预测：美国2017年将超过沙特成为最大的石油生产国，到2035年将实现能源自给自足。
近年在国家一系列政策的支持下，我国的页岩气开发也进入了快车道。2006年，国土资源部开展我国页岩气的调查评价，并于2009年8月份在重庆市綦江县启动了首个页岩气资源勘查项目；2011年12月3日，国土资源部将页岩气列为第172个独立矿种；2012年3月国家发改委、国土资源部、财政部、能源局共同发布了《页岩气发展规划（2011-2015）》，同年11月发布了支持页岩气开发利用的补贴政策；2013年10月22日，国家能源局颁布《页岩气产业政策》，将页岩气开发纳入国家战略性新兴产业。2013年12月4日，我国公布了页岩气勘探开发取得的最新进展。中石化和中石油几大页岩气示范区和对外合作区累计实现商品气量1.43亿立方米。其中中石化重庆涪陵国家级示范区页岩气井已开钻27口，完钻21口，已投入试采水平井10口，最大水平段长1584米，最大压力段数22段（见图10）。平均单井产量15万立方米/天，2013年形成了5亿立方米/年的产能。中石油长宁-威远、昭通两个国家级示范区和富顺-永川对外合作区完钻页岩气评价井39口，累计实现商品气量7000万立方米。勘探开发过程中发现，部分区块前景远超预期。根据我国页岩气“十二五”规划提出的目标，到“十二五”末要达到探明储量1万亿立方米，年产量65亿立方米。