天然氣、煤層氣、頁(yè)巖氣是怎么區(qū)別的它們之間是什么關(guān)系?

天然氣、煤層氣、頁(yè)巖氣是怎么區(qū)別的它們之間是什么關(guān)系?

天然氣層、煤層氣、頁(yè)巖氣層之間的關(guān)系:
專業(yè)上把天然氣稱為常規(guī)天然氣,而把煤層氣與頁(yè)巖氣稱為非常規(guī)天然氣,其本質(zhì)都是“天然氣”即天然形成之氣,他們都是古老生物遺體埋藏于沉積地層中,通過(guò)地質(zhì)作用形成的化石燃料,都是自然形成的潔凈、優(yōu)質(zhì)能源,這是他們的共同點(diǎn)。
1、常規(guī)天然氣(Natual gas)是一種多組分的混合氣態(tài)化石燃料,主要成分是甲烷(CH4),另有少量乙烷、丙烷和丁烷,成分相對(duì)復(fù)雜,比重約0.65,比空氣輕,具有無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒之特性。

2、煤層氣(coalbed)俗稱“瓦斯”,主要成分是甲烷,成分較簡(jiǎn)單,是基本上未運(yùn)移出煤層,以吸附、游離狀態(tài)賦存于煤層及其圍巖中的煤層氣。

其熱值是通用煤的2到5倍,燃燒后幾乎沒(méi)有污染物。
3、巖層氣(shale gas)是從頁(yè)巖層中開(kāi)采出來(lái)的天然氣,成分以甲烷為主。
天然氣層、煤層氣、頁(yè)巖氣層之間可以這樣區(qū)分:
1、常規(guī)天然氣以游離賦存為主,蘊(yùn)藏在地下多孔隙巖層中,主要存在于油田和天然氣田,也有少量出于煤田。其開(kāi)采時(shí)一般采用自噴方式采氣、排水式采氣,開(kāi)采技術(shù)較簡(jiǎn)單。

2、煤層氣賦存特點(diǎn)是在成煤的過(guò)程中以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤、圍巖孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體。其開(kāi)采一般有兩種方式:一是地面鉆井開(kāi)采;二是井下瓦斯抽放系統(tǒng)抽出,相對(duì)天然氣開(kāi)采程度大一點(diǎn)。煤層氣是一種以吸附狀態(tài)為主、生成并儲(chǔ)存于煤層及其圍巖中的甲烷氣體,發(fā)熱量大于8100大卡/m3。

4、巖層氣成藏的生烴條件及過(guò)程與常規(guī)天然氣相同,頁(yè)巖氣藏具有自生自儲(chǔ)的特點(diǎn),頁(yè)巖既是烴源巖又是儲(chǔ)巖。其開(kāi)采難道較大(因?yàn)轫?yè)巖氣儲(chǔ)集層滲透率低),主要有水平井技術(shù)和多層壓裂技術(shù)。較常規(guī)天然氣,頁(yè)巖氣具有開(kāi)采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn),且分布范圍廣,厚度大,能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的產(chǎn)氣,所以目前頁(yè)巖氣的開(kāi)采技術(shù)發(fā)展蠻快的。

頁(yè)巖氣和煤層氣的**區(qū)別在哪?

從字面上很好理解!頁(yè)巖氣百科是在巖石層存在的天然氣,美國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏量巨大,氣藏深度較淺,易開(kāi)采,我國(guó)氣藏較深,產(chǎn)業(yè)化成本太高;煤層氣是在煤礦藏中存在的天然氣,在采煤之前先抽取的天然氣就是煤層氣,在采煤過(guò)程中收集的煤層氣,通常稱為礦井氣。

頁(yè)巖氣和煤層氣有什么不一樣,哪個(gè)前景好?

頁(yè)巖氣好,污染相對(duì)較小,但技術(shù)要求高,美國(guó)如今大規(guī)模開(kāi)采頁(yè)巖氣頁(yè)巖氣是以吸附或游離狀態(tài)存在于泥頁(yè)巖中的非常規(guī) 天然氣,具有資源潛力大、開(kāi)采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。頁(yè)巖氣藏有別于常規(guī)天然氣,在成藏機(jī)理和賦存特征方面有其獨(dú)特之處,只能在特定條件下才能被開(kāi)采出來(lái)。

水平井鉆井技術(shù)和水力壓裂法是用于頁(yè)巖氣開(kāi)采的核心技術(shù)。

水平井鉆井技術(shù)可以更好利用儲(chǔ)層中的天然裂縫,并且井筒穿越更多儲(chǔ)層,增加滲流面積,從而能夠提高頁(yè)巖氣采收率。水力壓裂技術(shù)是用高壓液體使巖層裂開(kāi),高壓液體中支撐劑保持住裂縫,使油氣能夠從裂縫中溢出。水平井水力多段壓裂技術(shù)的廣泛運(yùn)用使原本低產(chǎn)或無(wú)氣流的頁(yè)巖氣井更具有工業(yè)價(jià)值。

我國(guó)煤層氣與頁(yè)巖氣富集特征與開(kāi)采技術(shù)的共性與差異性

琚宜文 顏志豐 李朝鋒 房立志 張文靜
( **科學(xué)院研究生院 地球科學(xué)學(xué)院 北京 100049)
摘 要: 煤層氣和頁(yè)巖氣是重要的非常規(guī)資源。目前我國(guó)的煤層氣產(chǎn)業(yè)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn),但頁(yè)巖氣還處于試驗(yàn)階段。

在一些能源盆地中,會(huì)同時(shí)存在煤層氣和頁(yè)巖氣源巖,它們可能相鄰或處于較近或較遠(yuǎn)層位。

盡管煤層氣和頁(yè)巖氣在氣體的來(lái)源與賦存層位等方面有所不同,但是在富集特征、運(yùn)移過(guò)程及開(kāi)發(fā)技術(shù)方面具有一些共性。煤層氣的富集主要是以吸附狀態(tài)存在于煤層中,頁(yè)巖氣的富集是以吸附或游離狀態(tài)存在于高碳質(zhì)泥頁(yè)巖中。煤層氣和頁(yè)巖氣均儲(chǔ)存于低孔低滲的儲(chǔ)層中,它們的開(kāi)采技術(shù)均包含評(píng)價(jià)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、鉆井技術(shù)和儲(chǔ)層改造技術(shù)等。如果在一個(gè)盆地中同時(shí)賦存有煤層氣和頁(yè)巖氣,就可以考慮利用同一口井同時(shí)進(jìn)行煤層氣和頁(yè)巖氣開(kāi)采,從而提高它們的開(kāi)采效率,促進(jìn)非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞: 煤層氣 頁(yè)巖氣 富集特征 開(kāi)發(fā)技術(shù) 儲(chǔ)層改造
作者簡(jiǎn)介: 琚宜文,男,博士,教授,博士生導(dǎo)師。**科學(xué)院研究生院,北京市玉泉路甲 19 號(hào),100049,010 88256466,,juyw03@ 163. com
Commonness and Differences of Enrichment Characteristics and Mining Technology of China\’s Coalbed Methane and Shale Gas
JU Yiwen YAN Zhifeng LI Chaofeng FANG Lizhi ZHANG Wenjing
( College of Earth Science,Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing,100049,China)
Abstract: Coalbed methane and shale gas are important unconventional resources. At present,the coalbed methane industry of China has been produced commercially; however,the shale gas production is still at experi- mental stage. The source rocks of coalbed methane and shale gas will occur in some energy basin together,and they may be adjacent or in near or far layers. Although coalbed methane and shale gas are different in their sources and occurrence layers etc. ,there are some common situation,such as the enrichment characteristics,the migrating procedure and the developing technology. The coalbed methane mainly enrichs in the coalbeds with adsorption state,while shale gas enriches in the high - carbon mudstone or shale with adsorption or free state. Because both coalbed methane and shale gas store in reservoirs with low porosity and permeability,and all their mining technolo- gy include evaluating,testing,drilling and reservoir stimulation etc. If both coalbed methane and shale gas occur in the same basin,then they can be exploited by the same well,therefore their exploiting efficiency will be im- proved,and the unconventional natural gas industry will be developed rapidly.
Keywords: coalbed methane; shale gas; enrichment characteristics; development technology; reservoir stimulation
1 前言
我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展,能源需求不斷增加,天然氣需求迅速增長(zhǎng),預(yù)測(cè)2015年需求量1560億m3,缺口約560億m3,2020年需求量2930億m3,缺口將達(dá)1000億m3(王一兵等,2010)。在國(guó)際上煤層氣和頁(yè)巖氣等非常規(guī)天然氣是油氣勘探的重要目標(biāo)(Ross et al.,2008)。

在我國(guó)增加常規(guī)油氣產(chǎn)量非常困難的情況下,開(kāi)發(fā)煤層氣和頁(yè)巖氣等非常規(guī)資源,就成為我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇。
煤層氣和頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)和利用首先由美國(guó)獲得成功,2006年以來(lái)全美煤層氣年產(chǎn)量穩(wěn)定在540億m3以上(李五忠等,2008),2009年美國(guó)的煤層氣產(chǎn)量達(dá)到542億m3。2009年美國(guó)頁(yè)巖氣生產(chǎn)井近98590口,頁(yè)巖氣年產(chǎn)量接近1000億m3(崔青,2010),2010年,美國(guó)頁(yè)巖氣探明儲(chǔ)量已逾60萬(wàn)億m3,產(chǎn)量達(dá)1000億m3,占其天然氣總產(chǎn)量的1∕5(新華網(wǎng),2011)。

煤層氣和頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)已成為美國(guó)舉足輕重的能源工業(yè)。煤層氣方面除美國(guó)外,加拿大、澳大利亞和**等**也已獲得突破。截至2009年底,我國(guó)已建煤層氣產(chǎn)能25億m3,全年地面煤層氣產(chǎn)量超過(guò)10億m3(新華網(wǎng),2011)。

2010年地面煤層氣抽采量為15.8億m3。頁(yè)巖氣方面除美國(guó)外,加拿大也開(kāi)始了規(guī)模化生產(chǎn),**和澳大利亞等國(guó)也已開(kāi)始了試驗(yàn)性研究。
在一些能源盆地中,會(huì)同時(shí)存在煤層氣和頁(yè)巖氣源巖,它們可能相鄰或處于較近或較遠(yuǎn)層位。在地質(zhì)作用過(guò)程中,受生物化學(xué)作用或物理化學(xué)作用所產(chǎn)生的氣體,會(huì)分別儲(chǔ)存在煤層氣或頁(yè)巖氣儲(chǔ)層,若不同儲(chǔ)層通過(guò)斷層或裂隙相連通,可能會(huì)形成混合儲(chǔ)層或相距很近的儲(chǔ)層。

盡管煤層氣和頁(yè)巖氣在氣體的來(lái)源與賦存層位等方面有所不同,但是在富集特征、運(yùn)移過(guò)程及開(kāi)發(fā)技術(shù)方面具有一些共性。在開(kāi)采煤層氣或頁(yè)巖氣的過(guò)程中,我們?cè)鯓硬拍軌虬严嗑噍^近兩種儲(chǔ)層的氣體都采出來(lái)呢?如果兩個(gè)儲(chǔ)層相距較遠(yuǎn)的話我們能不能同時(shí)對(duì)煤層氣和頁(yè)巖氣進(jìn)行開(kāi)采呢?
經(jīng)過(guò)多年的探索、試驗(yàn)和研究,我國(guó)煤層氣地質(zhì)研究在煤層氣賦存的地質(zhì)過(guò)程與動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究、煤層氣儲(chǔ)集系統(tǒng)與聚散機(jī)制研究以及煤層氣藏經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)發(fā)的場(chǎng)效應(yīng)研究等方面均取得顯著進(jìn)展(秦勇,2003;湯達(dá)禎等,2003);同時(shí),在選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)、鉆井技術(shù)、壓裂技術(shù)、排采技術(shù)等開(kāi)發(fā)技術(shù)上也取得重要突破(李嘉川等,2011)。近些年來(lái),在頁(yè)巖氣勘探理論與技術(shù)方面也取得一定的成果(程克明等,2009;聶海寬等,2010;張金川等,2008)。
我國(guó)煤層氣存在的問(wèn)題是地質(zhì)條件復(fù)雜———低滲透、低壓力、低飽和度,開(kāi)發(fā)理論與技術(shù)有諸多難題沒(méi)有解決,儲(chǔ)存運(yùn)輸困難,利用率低等問(wèn)題;我國(guó)頁(yè)巖氣還處于研究階段,沒(méi)有開(kāi)始試生產(chǎn),對(duì)于頁(yè)巖氣的研究中滲流機(jī)理方面研究較少(劉德華等,2011)。

對(duì)此應(yīng)加強(qiáng)煤層氣的基礎(chǔ)理論研究,進(jìn)一步提高對(duì)煤層氣的認(rèn)識(shí)程度,提高開(kāi)采效率和資源利用率;對(duì)頁(yè)巖氣應(yīng)加強(qiáng)富集特征與滲流機(jī)理的研究,形成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)體系,以促進(jìn)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
本文在前人研究的基礎(chǔ)上探討煤層氣和頁(yè)巖氣富集特征與開(kāi)采技術(shù)的共性與差異性,研究的目的在于探索煤層氣與頁(yè)巖氣富集的內(nèi)在關(guān)系,煤層氣與頁(yè)巖氣生成、演化與富集的機(jī)理,以及它們共同開(kāi)發(fā)的可能性。因此,通過(guò)煤層氣與頁(yè)巖氣富集特征與開(kāi)采技術(shù)的比較研究,對(duì)于發(fā)展適合于我國(guó)地質(zhì)條件的非常規(guī)天然氣地質(zhì)理論、推動(dòng)我國(guó)非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)的盡快形成均有所裨益。
2 煤層氣與頁(yè)巖氣概念及其評(píng)價(jià)方法
煤層氣俗稱瓦斯,又名煤層甲烷,是與煤伴生、共生的氣體資源,其主要成分為甲烷,含量組成為80%~99%,其次含有少量的CO2、N2、H2、SO2、C2H6等氣體。

煤層氣主要以吸附態(tài)賦存于煤層孔隙表面或填隙于煤層結(jié)構(gòu)內(nèi)部,另外煤層裂隙與煤層水中存在少許游離氣與溶解氣。煤層孔隙及裂隙中的煤層氣與煤層水形成特殊的水動(dòng)力系統(tǒng),只有當(dāng)儲(chǔ)層壓力低于解吸壓力時(shí),煤層氣才能解吸出來(lái)。
頁(yè)巖氣是從富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地層系統(tǒng)中開(kāi)采出來(lái)的天然氣,是位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中,主體上以吸附和游離狀態(tài)同時(shí)賦存于具有生烴能力的泥巖、頁(yè)巖等地層中的天然氣聚集。

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)雖然產(chǎn)能低,但具有開(kāi)采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。由于含氣頁(yè)巖分布范圍廣、厚度大,使得頁(yè)巖氣資源量巨大。因而,頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣,一般開(kāi)采壽命為30~50年,長(zhǎng)者甚至能達(dá)80年(Xiaetal.,2009;李世臻等,2010)。

煤層氣和頁(yè)巖氣都是自生自儲(chǔ)、吸附成藏、連續(xù)聚集的非常規(guī)天然氣,它們?cè)诟拍钐卣魃霞扔新?lián)系,又有區(qū)別,表1為煤層氣和頁(yè)巖氣在概念特征上的比較。

表1 煤層氣與頁(yè)巖氣概念的比較

煤層氣和頁(yè)巖氣的富集有許多特征,如氣體來(lái)源、儲(chǔ)集介質(zhì)等。評(píng)價(jià)這些特征需要許多方法(馮利娟等,2010),有些方法僅適合煤層氣儲(chǔ)層,有些方法僅適合頁(yè)巖氣儲(chǔ)層,有些方法二者均適用。表2中列出了一些重要的評(píng)價(jià)方法。

表2 用于評(píng)價(jià)煤層氣和頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的重要方法

(據(jù)馮利娟等,2010修改)
3 煤層氣和頁(yè)巖氣的富集特征
煤層氣和頁(yè)巖氣均為自生自儲(chǔ),吸附成藏的非常規(guī)天然氣。頁(yè)巖氣富集區(qū)頁(yè)巖厚度往往較大,裂隙發(fā)育,熱演化程度合適,如美國(guó)的Barnett頁(yè)巖(Bowker,2007;Zhaoetal.,2007;Pollastro,2007)。它們?cè)诟患卣魃嫌性S多相似之處,也存在著明顯的不同。

下面主要從源巖、生成與演化特征,儲(chǔ)集與分布特征,滲流與運(yùn)移特征等方面來(lái)對(duì)比研究煤層氣藏以及頁(yè)巖氣藏的富集特征。表3列出了二者在富集特征上的一些異同。

表3 煤層氣和頁(yè)巖氣在富集特征上的異同

4 煤層氣與頁(yè)巖氣的富集機(jī)理
煤層氣是煤在煤化作用過(guò)程中形成的天然氣在源巖中的殘留部分,煤層既是生氣源巖又是儲(chǔ)氣層段,煤化作用過(guò)程中形成的天然氣原地聚集或短距離運(yùn)移,主要通過(guò)煤層的吸附作用(Scholl,1980;Tadashi et al.,1995)將天然氣聚集起來(lái),為典型的吸附富集機(jī)理。煤的儲(chǔ)氣能力與煤的煤巖組分、變質(zhì)程度、溫度和壓力有關(guān)。

因此,煤層氣在聚集方式、動(dòng)力類型以及成藏特征等方面與常規(guī)天然氣藏有較大差別(張金川等,2008)。由于煤層氣主要以吸附作用為主,吸附氣含量通常大于80%,游離氣和溶解氣比例很小,因此,可以不需要通常的圈閉存在。只要有較好的蓋層條件,能夠維持相當(dāng)?shù)牡貙訅毫?,無(wú)論在儲(chǔ)層的構(gòu)造高部位還是低部位,都可以形成氣藏(褚會(huì)麗等,2010)。

頁(yè)巖氣富集機(jī)理具有典型的“混合型”特征。根據(jù)不同富集條件,頁(yè)巖氣富集可表現(xiàn)為典?。