美國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

杜婧華

山西省國(guó)新能源發(fā)展集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030006

美國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

杜婧華

山西省國(guó)新能源發(fā)展集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030006

頁(yè)巖氣是一種重要的非常規(guī)資源。近年來(lái)，美國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，正在改變美國(guó)天然氣供應(yīng)格局，甚至?xí)绊懨绹?guó)未來(lái)的整體能源局勢(shì)。加拿大、中國(guó)、澳大利亞等也開(kāi)始關(guān)注頁(yè)巖氣。頁(yè)巖氣儼然成為全球油氣行業(yè)的新寵。本文對(duì)全球頁(yè)巖氣資源與開(kāi)發(fā)概況、美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的推動(dòng)因素與障礙等進(jìn)行了重點(diǎn)剖析。

頁(yè)巖氣；美國(guó)；資源潛力；開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀；開(kāi)發(fā)公司

1 全球頁(yè)巖氣資源與開(kāi)發(fā)概況

1.1 全球頁(yè)巖氣資源豐富

現(xiàn)今不斷攀升的能源需求和巨大的資源壓力，天然氣價(jià)格的增長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)技術(shù)不斷提高以及人們對(duì)天然氣的依賴(lài)，使得頁(yè)巖氣成為天然氣工業(yè)化勘探的重要領(lǐng)域和目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界頁(yè)巖氣的資源量為636.283×1012m3，相當(dāng)于煤層氣和致密砂巖氣的總和。主要分布在北美、中亞和中國(guó)、中東和北非、拉丁美洲、前蘇聯(lián)等地區(qū)。

1.2 美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)最成熟

美國(guó)是最早研究頁(yè)巖氣的國(guó)家，早在1821年就成功鉆探了世界第一口頁(yè)巖氣井。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，美國(guó)政府大力支持頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā), 有效推動(dòng)了頁(yè)巖氣發(fā)展。

2000年，美國(guó)頁(yè)巖氣年產(chǎn)量為122×108m3。2005年，美國(guó)有頁(yè)巖氣井40000余口，年產(chǎn)量168×108～196×108m3。2007年，僅NewarkEast頁(yè)巖氣田的年產(chǎn)量就達(dá)217×108m3，美國(guó)頁(yè)巖氣總年產(chǎn)量接近500×108m3，占美國(guó)天然氣總量的8%以上。2009年，美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量接近1000×108m3，超過(guò)我國(guó)常規(guī)天然氣的年產(chǎn)量。至2010年為止，過(guò)去的十年里美國(guó)頁(yè)巖氣生產(chǎn)總量增加了12倍，頁(yè)巖氣產(chǎn)量占全美天然氣產(chǎn)量的25%。頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)的突破使美國(guó)天然氣儲(chǔ)量增加了近40%，因此頁(yè)巖氣在美國(guó)扮演著至關(guān)重要的角色，已成為美國(guó)重要供給能源之一。頁(yè)巖氣產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)，扭轉(zhuǎn)了美國(guó)天然氣產(chǎn)量下降的趨勢(shì)，降低了美國(guó)對(duì)進(jìn)口天然氣（尤其是LNG）的依賴(lài)。據(jù)美國(guó)能源信息署（EIA）預(yù)測(cè)，未來(lái)二十多年，頁(yè)巖氣產(chǎn)量還會(huì)大幅上漲，到2035年頁(yè)巖氣產(chǎn)量將占到美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的46%。

2 美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)地區(qū)

美國(guó)頁(yè)巖氣資源量十分豐富,其地質(zhì)資源量高達(dá)141.6×1012m3～169.9×1012m3。技術(shù)可采資源量(L e w i s頁(yè)巖除外)在9.5×1012m3～23.2×1012m3之間。其中以O(shè)hio頁(yè)巖的地質(zhì)資源量和技術(shù)可采資源量最多。目前頁(yè)巖氣的主產(chǎn)區(qū)以及潛在產(chǎn)區(qū)主要分布于美國(guó)的南部、中部及東部。

著名的頁(yè)巖氣區(qū)塊包括:南部Marcellus、Barnett、Haynesville、Fayetteville頁(yè)巖氣區(qū)塊以及位于東部、中東部的New Albany和Antrim頁(yè)巖氣區(qū)塊等。據(jù)Chesapeake能源公司預(yù)測(cè)，美國(guó)四大頁(yè)巖產(chǎn)區(qū)的儲(chǔ)量見(jiàn)表1。

表1 美國(guó)四大頁(yè)巖產(chǎn)區(qū)的儲(chǔ)量 1012m3

2.1 Barnett頁(yè)巖

Barnett頁(yè)巖位于德克薩斯FortWorth盆地中部,隨著勘探技術(shù)的不斷提高其技術(shù)可采儲(chǔ)量逐年增長(zhǎng)。1996年Barnett頁(yè)巖技術(shù)可采儲(chǔ)量?jī)H為8.5×1010m3，2002年以后發(fā)展迅猛,2004年達(dá)到7.419×1011，到2008年該區(qū)頁(yè)巖氣的技術(shù)可采儲(chǔ)量上升到1.8×1012m3[1]。

Barnett頁(yè)巖是美國(guó)最早的頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)層位于地下1981m～2895m，其儲(chǔ)層厚度為35m，孔隙度為4.5%，滲透率為250×10-3μm2，產(chǎn)氣量為1.4×1010m3/ km2。Barnett富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖主要由含鈣硅質(zhì)頁(yè)巖和含黏土灰質(zhì)泥巖構(gòu)成。最早發(fā)現(xiàn)的頁(yè)巖氣產(chǎn)于該區(qū)塊的東部，隨后向西逐步發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層。1999年，Barnett頁(yè)巖氣產(chǎn)量幾乎為零。2005年,達(dá)到1.3×104m3/d，其中水平井的產(chǎn)量巨大。2007年，Barnett頁(yè)巖為美國(guó)提供了2.5×109m3頁(yè)巖氣。2009年產(chǎn)量增長(zhǎng)到1.1×108m3/d[2]。

2.2 Marcellus頁(yè)巖

Marcellus頁(yè)巖位于紐約西部、賓夕法尼亞州、俄亥俄州以及弗吉尼亞西部，是美國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層面積最大的頁(yè)巖，其面積約為17×104km2，甚至超過(guò)了希臘國(guó)土的面積[3]。

Marcellus頁(yè)巖氣潛在產(chǎn)能巨大。儲(chǔ)層較淺，位于地下610.0m～2438.2m范圍內(nèi)，儲(chǔ)層厚為91.4～304.8m。據(jù)報(bào)道最初產(chǎn)能為1.4×104m3/d～1.13×104m3/d，據(jù)預(yù)測(cè)該地區(qū)頁(yè)巖氣總儲(chǔ)量相當(dāng)于得克薩斯Barnett頁(yè)巖氣的總儲(chǔ)量[3-4]。

2.3 Fayetteville頁(yè)巖

F a y e t t e v i l l e頁(yè)巖位于阿肯色州Arkoma盆地。頁(yè)巖厚度15m～168m，深度位于457m～1981m，預(yù)計(jì)儲(chǔ)量為1.6×1014m3～1.8×1014m3。開(kāi)發(fā)技術(shù)的提高使得該地區(qū)頁(yè)巖氣產(chǎn)量快速增加，據(jù)報(bào)道，該地區(qū)直井的最初產(chǎn)量為0.5×104m3/ d～1.6×104m3/d，水平井技術(shù)使產(chǎn)量增加到2.8×104m3/d～9.9×104m3/d。

Fayetteville頁(yè)巖的分布范圍尚未知曉，因此需要進(jìn)一步研究，有望發(fā)現(xiàn)更多的頁(yè)巖氣資源。

2.4 New Albany頁(yè)巖

New Albany頁(yè)巖位于伊利諾伊州的南部以及印地安娜州和肯塔基州。埋藏深度為152m～1493m，厚30.5m～122.0m。垂直井的最初產(chǎn)能為7.0×104m3/ d～21.2×104m3/d，而水平井的最初產(chǎn)能達(dá)到5.7m3/d×105m3/d。Illinois盆地98%的油氣來(lái)源于NewAlbany黑色頁(yè)巖，該頁(yè)巖形成于深水環(huán)境，富含有機(jī)質(zhì)，某些層段有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)20%。

2.5 Antrim頁(yè)巖

Antrim頁(yè)巖是位于密歇根州的較淺的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層。Antrim黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度高，熱成熟度Ro較低，未進(jìn)入生油窗,產(chǎn)氣區(qū)位于盆地北部Michigan湖和Huron湖之間高角度裂縫發(fā)育帶,埋深120m～600m，厚36m～180m，頁(yè)巖氣以吸附氣為主，含氣量1.415m3/t～2.83m3/t，含氣高低與有機(jī)碳含量呈現(xiàn)良好的正相關(guān)性。

目前,該地區(qū)擁有9000多口井，累計(jì)產(chǎn)量為7.0m3×1012m3。單井產(chǎn)量為1.4×104m3/d～1.7×104m3/d。雖然該地區(qū)頁(yè)巖氣最初產(chǎn)量較低，但生產(chǎn)井長(zhǎng)期保持穩(wěn)產(chǎn)，而且埋藏淺，鉆井費(fèi)用低，因此是個(gè)不錯(cuò)的頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)。

2.6 Haynesville頁(yè)巖

Haynesville頁(yè)巖是個(gè)令人矚目的頁(yè)巖儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)區(qū),位于路易斯安那州北部以及得克薩斯州東部,埋深于地下3048m高溫高壓的環(huán)境下(底部溫度194℃,壓力20670～27580kPa)。這里發(fā)現(xiàn)的黑色頁(yè)巖層厚達(dá)45～90m, 其天然氣儲(chǔ)量預(yù)計(jì)在3×1012m3～7×1012m3,上限儲(chǔ)量能夠滿足美國(guó)12年的能源需求。Haynesville頁(yè)巖并不是美國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量面積最大的地區(qū)。但勘探的結(jié)果顯示,它很有可能是產(chǎn)量最高的頁(yè)巖氣藏之一。

[1] Navigant Consulting Inc. North American natural gas supply assessment[R]. Chicago Navigant Consulting Inc，2008

[2] Sandrea R. Estimating new field production potential could assist in quantigying supply trends[J]. Oil& Gas Journal，2006，5(22):30

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.008