天然气资源未来发展趋势

1、天然气资源未来发展趋势1非常规天然气的概况非常规天然气主要包括页岩气、致密气、煤层气和天然气水合物等，基本组成与天然气相同，是化石能源中较洁净的能源。全球非常规天然气资源丰富，达4000万亿立方米，是常规天然气资源量的8.3倍。得益于非常规天然气尤其是页岩气开发技术的突破,2009年美国以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯成为世界第一天然气生产国。产量地位的更替使美国天然气消费长期依赖进口的局面发生逆转。美国专家兴奋地认为,有了页岩气,美国100年无后顾之忧。页岩气的开发,特别是美国页岩气产量的急剧增加,使这个大多数人还十分陌生的能源话题成为热门。美国在非常规天然气特别是页岩气革命已经动摇了

2、世界液化天然气市场格局,并且这一影响还将愈发显著,进而改变世界能源格局。世界各主要国家在油价、安全、应对气候变化等压力下，纷纷调整战略，寻找替代能源、开发能源新技术成为竞相争战的新的战略制高点，以争取可持续发展的主动权。在这一背景下，天然气在国际能源结构中的地位显著上升。“天然气在未来25年将扮演主角”，“21世纪将是天然气世纪”，天然气供给增加，将为世界经济发展注入新的活力，有利于降低经济运行成本，助推经济增长。而随着非常规天然气的加速开发利用，建立在传统能源利益关系上的地缘政治格局面临调整，世界能源版图将由此改变。2011年6月20日，中国工程院在京启动了2011年重大咨询项目“我国非常规

3、天然气开发利用战略研究”。得到国家领导人的充分重视。“我国非常规天然气开发利用战略研究”项目研究将紧密跟踪国际能源格局变化，通过对我国非常规天然气形成地质条件、资源分布、富集规律的调查研究，与国外非常规天然气比对分析，提出我国非常规天然气勘探开发关键技术、发展战略与政策建议，为今后10-15年国家能源战略决策和规划提供科学依据。过去10年，全球非常规气利用发展很快，非常规天然气产量快速上升，2008年非常规天然气产量占天然气产量的18%，美国2010年非常规天然气产量占天然气产量已超过50%。我国非常规天然气资源丰富，据估计是常规天然气的5倍以上。但是，与美国等发达国家相比，我国非常规天然气的

4、勘探研究大多还处于起步阶段，开发潜力巨大。非常规天然气是常规天然气的重要接替资源。非常规油气均处于产业化发展初期。在当前全球常规油气资源条件变差、新发现油气储量质量逐年下降以及资源接替形势严峻的背景下，大力发展非常规油气资源产业已成为能源企业的重大战略选择。非常规天然气资源开发难度较大，目前只有美国和部分国际石油公司掌握了勘探开发这类资源的全套技术，而且处于绝对的垄断地位。近年来，中国石油经过积极努力，积累了一些勘探开发非常规天然气资源的理论、技术和经验。但是，就致密砂岩气、煤层气和页岩气的勘探开发而言，中国还在起步阶段，谈不上规模化、集约化发展。美国是全球非常规天然气开发利用的领军国家。20

5、09年，首次超过俄罗斯，达到6240亿立方米，成为全球第一大产气国，其主要贡献是非常规天然气（年产量已达到2917亿立方米）。近七年来，中国天然气每年以两位数增长，2009年全国天然气年产量已达830亿立方米（与2002年比较，增长了2.76倍）。两线建设能力400亿立方米。2006年以前，非常规天然气开发利用，主要方式是小公司决策。之后，国际各大油公司（埃克森美孚、壳牌、雪佛兰、康菲、BP等）通过直接投资、收购、合作等方式介入非常规天然气的勘探开发，并已经成为开发的主角。EXXon公司购买Moile花了80亿，近期，又花了430亿购买XT0（美国最大的非常规天然气公司）。中国石油购买澳大利亚

6、煤层气公司随着石油等常规能源开采进入后期，非常规天然气资源成为重要的接替资源，将逐渐成为首要资源。全球范围内，非常规天然气资源丰富，开发利用技术日趋成熟，是常规天然气最现实的接替资源，在世界能源结构中扮演着重要的角色。中国非常规天然气资源十分丰富，随着技术的进步，中国非常规天然气资源有着巨大的发展潜力。中国非常规天然气资源开发利用，目前正处于快速发展阶段。转变认识，研发低成本配套技术，推进开发利用，是一项重大战略选择。如今，在能源需求日益增加的亚洲，许多企业也跃跃欲试，希望参与到对页岩气如火如荼的追逐中来。对美国和欧洲国家来说，大力开发页岩气能够促进减排，同时也有助于这些国家摆脱对俄罗斯天然气

7、的依赖。对亚洲而言，减排固然会有帮助，但另一方面可以摆脱对煤炭的依赖。比如印度，由于极度缺乏相对清洁的发电燃料，就寄希望于获益页岩气开发。对中国而言，随着非常规天然气的重要性日益凸显，为弥补国内能源的不足大力开发非常规天然气已是大势所趋。去冬今春，一场前所未有的大范围“气荒”席卷全国多个省市，天然气供应紧缺的难题再次摆在人们面前。在这种情况下，新型能源资源非常规天然气，成为人们关注的目标。国家层面的重视，是推动非常规天然气开发的基础和前提。在我国，非常规天然气开发已经提上政府的重要议事日程。据预测，中国低渗透天然气（包括致密砂岩气）资源量可达100万亿立方米，煤层气资源量约为30万亿立方米，页

8、岩气资源量可达100万亿立方米，此外中国还有丰富的高含硫、二氧化碳天然气等。可见，这一领域的开发前景非常喜人。中国非常规天然气资源总量（仅包含致密砂岩气、煤层气、页岩气和天然气水合物）资源量是常规天然气资源量的5.01倍。其资源量如表1所示表1中国非常规天然气资源量与产量统计表名称资源(1012m3)量产量(108m3)备注煤层气36.825主要是坑道抽排页岩气100.00.3重庆地方开米致密砂岩气12.0150鄂尔多斯、四川等天然气水合物131.80南中国海、青藏咼原中国非常规天然气资源的地质特点：（1）南北中广泛分布。（2）深中浅层系复合。（3）海陆相沉积兼有。（4）储层物性复杂。（5）一

9、般与常规油气共生共存。经过多年的不懈探索，中国非常规天然气在勘探、地质、开发等方面形成了一系列理论认识。（1）致密气（砂岩、火山岩、碳酸盐岩）理论认识超高建设型大型河流三角洲、低速变形流动、二元攻关理论、超浅层侵入相火山岩、海相碳酸盐岩层系多期聚散成藏理论（2）煤层气开采机理及理论认识排采“双驼峰”曲线理论、物理吸附说、面积降压平稳排采认识、等温吸附模型、低煤阶煤层气分形吸附模型、“五段两点法”管理（3）页岩气形成机理及理论认识泥岩裂缝孔渗形成概念、泥页岩裂缝性成藏认识、游离方式赋存说、海相优于陆相的认识、生物和热成因认识在非常规油气资源的开发技术方面以美国为代表的非常规天然气开采，经过近30

10、年的不断探索，形成了适用于非常规天然气开发的技术体系。其关键主体技术包括有非常规天然气成藏基础理论研究（有机质、孔隙、渗流等）；致密砂岩气藏精细描述技术；非常规天然气地震勘探开发技术。丛式井、水平井、羽状水平井钻井工艺技术；多井、多层压裂改造增产工艺技术（批量化施工）。就我国而言，煤层地球物理识别技术、煤层钻完井技术、排水采气技术、水平井钻井技术、水平井分段压裂改造技术、排水采气技术低压集输处理工艺技术等方面经过多年的不懈努力，中国非常规天然气开发初步探索形成了一系列关键技术，有些技术已达到世界先进水平。中国在致密气开发走在了世界前列，探索形成了一套致密砂岩气田有效开发主体技术、特色技术和适用

11、的配套技术体系。在高精度二维地震技术、富集区优选、井位优选技术、快速钻井及小井眼钻井技术、适度规模压裂技术、井下节流技术、排水采气技术、分压合采技术等方面取得了很大的成绩。非常规天然气勘探开发，就总体而言，中国还在谋划和起步阶段。根据国际成功的经验和中国近些年积累的实践经验，为实现中国非常规天然气资源的长远开发大计。2、煤层气煤层气概况煤层气俗称瓦斯，是赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。煤层气首先是一种优质的洁清能源，开发利用煤层气可以多一种清洁能源供应，解决能源问题；其次，煤层气的抽采涉及到煤矿的安全问题，先抽气后采煤可以

12、保证煤矿开采安全；第三，煤层气中富含甲烷，也是一种温室气体，如果不进行抽采而直接排空，会对环境和大气造成负面影响；最后，当前发达国家利用“低碳”概念限制发展中国家的发展，进行煤层气抽采利用是解决发达国家低碳限制的重要措施。现在我国煤层气发展面临着几个问题：一是价格，这关系到有没有市场竞争力的问题。虽然现在我国很多产品都已经市场化运作，但还有一些商品价格受到管制，例如天然气。在管制的情况下，天然气价格偏低，虽然煤层气价格没有管制，但它与天然气是替代的，导致煤层气价格也偏低，就使得煤层气的勘探开发积极性受挫；二是技术设备，这些将影响到煤层气的开采成本；三是对煤层气、煤炭开发的一些科技问题没解决，示

13、范项目缺乏，导致在一些矛盾的解决上没有先例可循。煤层气是产自煤层并主要储存于煤层中的一种可燃气体。煤矿中的煤层气俗称“煤矿瓦斯”或“瓦斯”,是造成煤矿井下事故的主要原因之一。近期，在煤炭生产企业中，发生了多起“瓦斯”爆炸的特大安全事故，造成了重大人员伤亡和财产损失，我们有必要加强对煤层气的研究和开发利用。如果这种气体能够事先开发，加以合理利用，就可变害为宝，这将具有极其重要的意义。根据国际能源机构（IEA）估计，全球煤层气资源量为256.3万亿立方米，是常规天然气资源量的50%，主要分布在北美、俄罗斯、中国、澳大利亚和中亚等国家和地区。美国、加拿大和澳大利亚已经实现煤层气的商业化开发。表2世界

14、主要产煤国煤层气资源排位国家煤层气资源量（10i2m3）产量（108m3）1俄罗斯66.72研发/试验2美国48.87560（2008年）3中国36.825（2009年）4加拿大20100（2008年）5澳大利亚14.1660（2009年）据统计，中国煤层气资源埋深2000米内资源量为36.8万亿立方米，1500米内可采资源量为10.9万亿立方米。东部地区为11.32万亿立方米，占煤层气总地质储量的30.8%；中部地区为10.47万亿立方米，占煤层气总地质储量的28.4%；西部地区为10.36万亿立方米，占煤层气总地质储量的28.1%；南方地区为4.66万亿立方米，占煤层气总地质储量的12.3

15、%。图1中国煤层气资源分布中国煤层气开发利用很大成果。2009年底，中国累计探明煤层气储量1700亿立方米，资源探明率仅为3.2%。，主要分布于鄂尔多斯盆地东部和山西沁水盆地。2009年，全国总计钻煤层气井3600口（探井540口，开发井3060口），羽状水平井85口，煤层气产量达到25亿立方米（包括瓦斯抽排）。初步形成了低成本的技术体系，包括煤层地球物理识别技术、羽状水平井技术、排水采气技术、低压集输工艺技术等。规划2010年煤层气产量100亿立方米，其中地面抽采50亿立方米；2020年产量300亿立方米；2030年产量500亿立方米。煤层气的储层特煤层气的储层特有自己的特征。煤层不仅是煤层

16、气的源岩，也是煤层气的储集层。煤层气主要以游离、吸附和溶解三种状态赋存于煤层中；游离气仅占10%一20%；吸附气可占70%-95%。煤层气储层有割理发育、低孔、低渗特征（图3所示）。孔隙结构分为基质孔隙和裂隙孔隙，是一种双重孔隙系统。基质是主要的储气空间，裂隙是主要的渗流通道。孔隙度一般仅为1%-5%，基质孔隙度也仅为2%。原始渗透率一般小于10md,煤层渗透率伴随埋藏深度的增加而降低。穴ea孑5誉的菇宕块悴图2煤岩孔隙结构煤岩具有低强度、低弹性模量、高泊松比力学特征，这些力学性质特点对裂缝的发育和几何尺寸产生了重要影响。煤层的低弹性模量和高泊松比将导致裂缝的长度减小，宽度增大。煤层气的开采技

17、术煤层气开采主导工艺技术包括排水降压技术、定向羽状水平井技术、裸眼洞穴完井技术、压裂改造技术（CO2泡沫压裂、活性水压裂）。（1）排水降压技术。该技术是有效提高单井产量的最经济可行方法之一。美国圣胡安盆地单井日产气量仅有上百方,17口井大井组抽排3年后单井日产气上升到50007000m3。（2）定向羽状水平井技术。该技术是美国CDX公司的专利技术，该技术使得单井日产气量达2.85.6X104m3,单井主枝长1500m，控制面积约4km2,产量比常规压裂提高10倍左右。（3）裸眼洞穴完井技术。主要适合高渗透煤区（渗透率大于5md），产量可达常规压裂的320倍。美国圣胡安盆地4000多口煤层气井,

18、1/3采用裸眼完井，产气量占整个盆地产量的76%。（4）压裂增产改造工艺技术。包括CO2泡沫压裂工艺技术、活性水压裂工艺技术、压后排液配套技术。CO2泡沫压裂、活性水加砂压裂技术具有施工液量小，滤失量小，造缝能力强，对煤层伤害性小等特点，在煤层压裂能取得较好的效果。煤层气增产改造技术瓶颈及下步攻关方向（1）煤层气吸附解析规律认识不清楚；（2）目前主要以单井压裂改造为主，受煤层气成藏机理（节理发育）的影响，煤层排采技术不完善；（3）没有形成区块整体压裂改造排采技术；建议水平井同步压裂，降压排米。3、页岩气页岩气概况全球页岩气资源量约456万亿立方米，相当于煤层气和致密气的总和，主要分布在北美、中

19、亚和中国、中东和北非以及拉美等地区。美国是目前唯一实现页岩气商业开采的国家。2008年页岩气总产量600亿立方米，预计2015年页岩气年产量将达到2800亿立方米。中国页岩气资源广泛分布于海相、陆上海相盆地，在全国范围内各地质历史时期都存在页岩气资源。中国海相地层沉积面积达300万平方公里，其中陆上海相沉积达280万平方公里。2006年中国石油研究，中国页岩气资源量100万亿立方米。中国页岩分布如图3所示。图2中国主要盆地页岩分布近期有利地区页岩气资源量在30万亿立方米左右，如表2所示。表3中国页岩气有利区资源分布盆地名称盆地类型盆地面积（104Km2）储层时代总资源量（10i2m3）资源丰度

20、（108m3/km2）南方扬子地区克拉通90志留系寒武系13.51.5华北地区克拉通60石炭系二叠系5.40.9西部陆相盆地前陆盆地70二叠系侏罗系5.830.83东部盆地坳陷盆地50白垩系第三系6.01.2合计30.73页岩气储层及成藏特征页岩矿物组成主要包括石英、长石、方解石等碎屑矿物，黄铁矿等自生矿物,伊利石、蒙脱石、咼岭石等黏土矿物，以及有机质。硅质、钙质矿物成分越咼,脆性大，页岩储层加砂压裂时，越容易被压开，易于储层改造，造缝能力强。孔隙度与页岩的气体总含量之间呈正相关关系，如图4示。B10也14ED1H总吒休含構与岩石扎HS廛的关系ChaimerP200S)图4孔隙度与页岩的气体总

21、含量之间关系随孔隙度的增加，含气量中游离气量的比例增加，如图5所示。-F：*-0*?*7H*魔附弋泮址nI:上4JIJ1S孔隙压力(MF1a)n总浮气51图5孔隙度与含气量的关系此外，含气量与压力之间呈正相关关系，压力对吸附气影响小，与游离气呈正相关明显。在相同压力下，温度增高，吸附气含量降低。页岩气（Shalegas）,是一种重要的非常规天然气类型，与常规天然气相比，其生成、运移、赋存、聚集、保存等过程及成藏机理既有许多相似之处，又有一些不同点。页岩气成藏的生烃条件及过程与常规天然气藏相同，泥页岩的有机质丰度、有机质类型和热演化特征决定了其生烃能力和时间；在烃类气体的运移方面，页岩气成藏体现

22、出无运移或短距离运移的特征，泥页岩中的裂缝和微孔隙成了主要的运移通道，而常规天然气成藏除了烃类气体在泥页岩中的初次运移以外，还需在储集层中通过断裂、孔隙等输导系统进行二次运移；在赋存方式上，二者差别较大，首先，储集层和储集空间不同（常规天然气储集于碎屑岩或碳酸盐岩的孔隙、裂缝、溶孔、溶洞中，页岩气储集于泥页岩粘土矿物和有机质表面、微孔隙中。），其次，常规天然气以游离赋存为主，页岩气以吸附和游离赋存方式为主；在盖层条件方面，鉴于页岩气的赋存方式，其对上覆盖层条件的要求比常规天然气要低，地层压力的降低可以造成页岩气解吸和散失。页岩气的成藏过程和成藏机理与煤层气极其相似，吸附气成藏机理、活塞式气水排

23、驱成藏机理和置换式运聚成藏机理在页岩气的成藏过程中均有体现，进行页岩气的勘探开发研究，可以在基础地质条件研究的基础上，借助煤层气的研究手段，解释页岩气成藏的特点及规律。国内外关于页岩气形成及聚集方式描述的分析，从成因、赋存机理两方面说明页岩气的概念、涵义。页岩气是由烃源岩连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，在烃源岩系统（页岩系统：页岩及页岩中夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩）中以吸附、游离或溶解方式赋存的天然气。与常规天然气藏相比，页岩气藏具有以下几个特点：早期成藏，天然气边形成边赋存聚集，不需要构造背景，为隐蔽圈闭气藏；自生自储，泥页岩既是气源岩层，又是储气层，页

24、岩气以多种方式赋存，使得泥页岩具有普遍的含气性；天然气运移距离较短，具有“原地”成藏特征；对盖层条件要求没有常规天然气高；赋存方式及赋存空间多样：吸附方式（有机质、粘土颗粒表面微孔隙）、游离方式（天然裂缝和孔隙）或溶解方式均可（在干酪根和沥青质中）；气水关系复杂；储层孔隙度较低（通常小于5）、孔隙半径小（以微孔隙为主），裂缝发育程度不但控制游离状页岩气的含量，而且影响者页岩气的运移、聚集和单井产量；在开发过程中，页岩气井表现出日产量较低，但生产年限较长的特点。与常规天然气和根缘气不同，对于页岩气来说，页岩既是烃源岩又是储集层，因此，无运移或极短距离运移，就近赋存是页岩气成藏的特点；另外，泥页岩

25、储层的储集特征与碎屑岩、碳酸盐岩储层不同，天然气在其中的赋存方式也有所不同。认识和了解页岩气在储集层中的赋存机理是理解页岩气成藏机理的重要组成部分。由于页岩气在主体上表现为吸附或游离状态，体现为成藏过程中的没有或仅有极短的距离的运移。页岩气可以在天然裂缝和粒间孔隙中以游离方式存在，在干酪根和粘土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中以溶解状态存在。生成的天然气一般情况下先满足吸附，然后溶解和游离析出，在一定的成藏条件下，这三种状态的页岩气处于一定的动态平衡体系。页岩气成藏作用过程的发生使页岩中的天然气赋存相态本身也构成了从典型吸附到常规游离之间的序列过渡，因而页岩气成藏机理研究具有自身的独特意义，它至少将煤层气（典型吸附气成藏过程）、根缘气（活塞式气水排驱过程）和常规气（典型的置换式运聚过程）的运移、聚集和成藏过程联结在一起。由于页岩气在主体上表现为吸附状态与游离状态天然气之间的递变过渡，体现为成藏过程中的无运移或极短距离的有限运移，因此页岩气藏具有典型煤层气、典型根缘气和典型常规圈闭气成藏的多重机理意义，在表现特征上具有典型的过渡意义。页岩气的成藏过程可以划分为三个成藏阶段。第一阶段（页岩气成藏阶段）该阶段是天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离，具有与煤层