1.2.2　国内页岩气研究概况

1.2.2.1　国内页岩气的概念

我国的研究者对于页岩气的认识与国外的研究者基本相似，但也有着些许的不同。他们认为页岩气大部分富集在深色或者炭质含量高的泥页岩内，是能够吸附在天然孔隙或者游离在孔隙内的一种天然气藏，甚至在粉砂岩等粒径较小的沉积岩中能够自生自储的天然气藏都可以算作页岩气[35-46]。

国内与国外对页岩气的认识不同也仅是在定义范围上的不同。在国外，岩石颗粒大小在3.9×10-4 mm以下的沉积岩就被划归到页岩的范畴，而在我国，页岩还被细划分为泥岩和页岩[35-46]。所以，在我国的研究中，页岩气包括了泥岩及页岩中的气藏，使用泥页岩气将更加准确，本书的研究对象也属于此列。

1.2.2.2　国内勘探技术及进展

国内研究者[35-46]将中国页岩气的勘探研究历程划分为三个阶段：首先是初步认识阶段，在此期间充分接纳先进的研究经验，更正以往已经建立的错误的观念及认识；其次是宏观评价阶段，主要是将我国及其他国家成功的勘探研究典型进行全面的对比分析，从而对我国的页岩气资源进行宏观评价；第三阶段是突出重点的阶段，此时对选定的页岩气开发前景良好的重点区域进行重点研究。

我国在20世纪中叶就开始对页岩气进行了关注，但是由于我国页岩气在开发方面存在着先天的劣势，对页岩气的勘探开发的研究一直进展较为缓慢。我国页岩气的埋深相比美国较深，页岩气大多都发育在3km以下。而且我国页岩气发育地区的地质及地理条件比较复杂，无形中给我国页岩气的开发造成了相对较大的困难，而美国在地质及地理条件方面就显得单一很多。

从2001年开始，我国开始对全国范围内的页岩气资源进行初步调查。2004—2008年，借助国外最新最优秀的页岩气研发技术，对我国的页岩气地质背景、中新生代含气盆地内页岩气的资源前景以及上扬子区内的页岩气重点远景区进行了详细细致的科学研究[47]。

2009年，以四川、重庆、贵州以及湖北等地区为主要区域加强对页岩气资源的勘探研究，并成功在彭水建立了我国的首口页岩气勘探钻井——渝页1井，首次获取了大量的评估参数[48-61]。

2010年，基于我国页岩气发育的地质背景，决定对上扬子四川、重庆、贵州、湖北等地的海相页岩[62-64]、下扬子江苏、安徽、浙江等地以及北方地区的陆相、海陆过渡相页岩[65-67]进行重点调查研究，在成藏规律以及资源评价方面取得了重大进展。

2011—2012年，我国页岩气勘探钻井由不到30口增加到了62口，在此期间，大多数通过压裂技术获得了页岩气气流，标志着我国对此项技术已经初步成功掌握。2012年，陕西、东北等地分别在水平井压裂技术以及分段压裂技术上取得了成功，并在涪陵发现了中国第一个在规模上属于大型的页岩气田[68]。

2013年，贵州及山东分别启动了页岩气勘探调查工作[69]。同年，山东省煤田地质局在菏泽建立了山东省第一口页岩气井。

1.2.2.3　国内页岩气理论进展

（1）国内页岩气的成藏机理

页岩气的成藏及其各种作用都在同一套岩石系统内进行，其机理较为复杂，吸附运移等各种作用都会进行，能够自生自储并在产生地及其附近成藏[12，70]。

页岩气的形成原因不具备单一性，其类型大致包括了全部可能的有机成因的产气模式，各种实例均可在美国找到原型[23-25]。干酪根的演化对页岩气的产生具有重要作用，两者几乎同时进行[9，40]。

页岩气主要有三种赋存状态[9，12]：在天然裂隙中赋存的游离态、在黏土及有机质等载体上的吸附态以及溶于沥青质、液态烃等中的溶解态。

页岩气具有自生自储以及分布隐蔽等特点，其吸附作用机理使得页岩气比其他种类的气藏更容易成藏，降低了其成藏的最低限度，使得页岩气在理论上是能够大规模形成的。

（2）国内页岩气成藏主控因素

①有机质丰度

总有机碳含量（TOC）的多少决定了有机质丰度的大小。一般来说，泥页岩有机碳与吸附气的含量之间存在正相关关系，一个具有经济开采价值的页岩气远景区其泥页岩的有机质含量首先要高。

②有机质类型

有机质中氢含量较多时大多生油，相反含量较少时大多产气，同时干酪根的种类以及演化阶段都对产气量产生较大影响。古生代海相页岩的有机质类型为Ⅰ和Ⅱ型，此种类型多产油；中新生代的陆相页岩为Ⅱ和Ⅲ型，属于中间混合型，生气潜力较大；石炭-二叠系以及三叠-侏罗系煤系炭质页岩为Ⅲ型，多为陆相环境下形成的，主要产气。随着热演化程度的不断提高，待达到较高的程度时，几乎全部的有机质都能裂解变为气[57-64]。

③有机质成熟度

成熟度是确定有机质是否产气或者有多大的程度转化为烃类的一种关键的衡量因素。一般情况下其指标Ro≥1.0%主要产油，Ro≥1.3%时主要产气。泥页岩的含气量、产气量与有机质成熟度呈正相关关系。

④有效页岩厚度

足够厚的页岩有效厚度能够保证充分的有机质含量以及足够的成藏空间。有效页岩的厚度与有机质总量、页岩气量及其富集程度等呈正相关关系。一般情况下，页岩的有效厚度在大于30m（有效页岩发育连续）或者50m（有效页岩不连续发育或者有机碳含量小于2%）时，能够保证商业开采的需求。

⑤含气量

页岩的含气量为吸附气、游离气以及溶解气的综合，是判定是否具备商业开采价值的较为直接的因素指标。据统计，四川盆地寒武系筇竹寺组深色页岩的含气量最低为1.17m3/t，最高可达到6.02m3/t，平均为1.9m3/t；龙马溪组深色页岩含气量最低为1.73m3/t，最高可达到5.1m3/t，平均为2.8m3/t，均具备经济开采效益[1，3]。

⑥矿物组成

随着压裂技术在页岩气开采中的大规模成功运用，要求开采的页岩其矿物组成中脆性矿物含量要高，而黏土矿物含量要低，从而使得页岩极容易被压裂，增加页岩气的开采效率。一般要求两种矿物的比例为脆性矿物要大于40%，而黏土矿物最好小于30%。

⑦孔渗特征与微裂缝

岩石的孔隙特征与游离气的关系紧密，是确定其含量的重要参数。据统计，有一半左右的页岩气富集在页岩的孔隙当中。页岩普遍的孔隙度最低为0.5%，最高为6%。裂隙能够为页岩气带来充分的储集空间，同时也作为向外运输的通道[71-74]。我国的海相、海陆交互相以及湖相页岩都表现为较好的脆性特征，大都发育丰富的裂隙。

1.2.2.4　沉积相对页岩气成藏条件的影响

海相页岩气具有很好的开发前景，北美地区以海相页岩气为主。我国有机质泥页岩发育的沉积相主要为海相、海陆过渡相和陆相。其中，海相以及海陆过渡相发育的泥页岩分布范围比较广，有机质丰度比较高，是国内页岩气勘探的重点区域。常以腐殖型有机质类型为主，有机质热成熟度为1%～3.5%，以生气为主，泥页岩中脆性矿物和黏土矿物的含量均较高，海相泥页岩的压裂性要优于海陆过渡相，有利于页岩气的成藏，并且泥页岩常与致密砂岩、煤层等互层出现，具有致密气、页岩气和煤层气等多种非常规天然气近距离叠置的特点[22-69]。

我国海相泥页岩有机碳含量较高，泥盆系泥页岩有机质类型为Ⅰ～Ⅱ₁型，石炭系为Ⅱ₁～Ⅲ型；有机质成熟度高，基本达到高成熟-过成熟阶段。泥页岩等温吸附曲线表明，泥页岩吸附容量较大，页岩气的基础地质条件好[57-64]。

我国陆相有机质泥页岩层系TOC主体介于0.58%～5.16%，有机质丰度变化范围大。有机质类型大都属于Ⅱ₂型或者Ⅲ型，仅在渤海湾盆地沾化凹陷和松辽盆地梨树断陷出现有机质类型为Ⅰ型或Ⅱ₁型的情况。有机质成熟度一般Ro<1.3%，尚处于生油阶段，仅在辽河盆地太原组和吐哈盆地三堡凹陷侏罗系镜质体反射率有处于凝析油阶段的情况，因此在寻找热解气的同时要兼顾寻找生物气。泥页岩石英、长石和黄铁矿等脆性矿物含量主要分布在25%～75%，黏土矿物主要分布在15%～60%，碳酸盐类矿物含量少于10%。孔隙类型以有机孔为主，孔隙度多集中在2%～6%的范围内[48-66]。

1.2.2.5　国内页岩气资源及有利区评价

（1）页岩气资源量的计算方法

①类比法

主要是参照已有的页岩气成功开发案例，通过与其参照对比进行页岩气资源量的计算。这种方法在初期无经验以及资料较少的情况下行之有效。在实施的过程中可以根据资源丰度进行类比，也可以根据体积丰度进行类比[75]。

②容积法

由于采用这种方法计算所得结果要高于实际数值，所以此种方法往往作为开采前的预测[76]。计算时主要是通过测得的游离气的有效孔隙度以及含气饱和度的具体参数数值，加上储层体积，最终推算页岩气资源量。

③成因法

页岩气总生气量是页岩气资源量加上排烃量的综合，成因法就是基于此进行运用的，并成为页岩气资源量计算的重要补充[77]。

④统计法

该方法主要是采用数理统计的方法，分析出已有成功开发经验资料的大量数据之间的经验关系，以此来推导计算页岩气的资源量[77，78]。

⑤综合分析法

在合理运用上述方法的前提下，采用打分法、蒙特卡罗法、特尔菲综合法、盆地模拟法等手段进行综合分析，能够获得更加准确可靠的结果[49]。

（2）国内页岩气资源有利区评价标准

李玉喜、张金川、李智学等[12，43，49]认为，泥页岩的埋藏深度、泥页岩的厚度、有机碳（TOC）含量、含气量以及有机质的成熟度（Ro）等，可以作为页岩气评价的主要参数。我国页岩气资源有利区的评价主要以类比美国的页岩气的相关标准为基础，同时结合我国目前特有的页岩气特征，从而制定页岩气有利区评价的预测标准。表1.3为中国石油天然气集团有限公司2010年发布的南方海相页岩气选区的评价标准。

（3）国内页岩气资源潜力评价成果

国内页岩气根据产气泥页岩的沉积环境可以分为陆相、海相以及海陆过渡相页岩气三大类。我国的陆相页岩气包括东部断陷盆地古近系，四川盆地及周缘上三叠统、中下侏罗统，鄂尔多斯盆地上三叠统，西北地区侏罗系，东北白垩系等；海相页岩气包括南方古生界海相、北方地区石炭-二叠系、西部古生界海相等领域。海陆过渡相页岩气包括南方石炭系、二叠系，北方地区石炭-二叠系等领域[79-83]。

国土资源部于2011年完成了我国页岩气首次资源潜力评价，认为在我国的中下扬子和东南区、上扬子和滇黔桂区、华北及东北区、西北区及青藏区等五大区域的页岩气资源较为丰富。页岩气的地质资源除青藏区域外大约为134.42万亿立方米，可采资源量大约为25万亿立方米。除青藏区域外，上述各区分别占全国总量的18.49%、39.63%、26.70%以及15.19%（图1.2）。海相及海陆过渡相大多集中在古生界及中生界（图1.3、表1.4）。

我国陆域页岩气地质资源潜力估计值为134.42万亿立方米，可采资源潜力估计值为25.08万亿立方米（青藏区除外）。2012—2013年，页岩气产量由3000万立方米迅速提高到2亿立方米。重庆涪陵气田作为目前我国最成功的页岩气田，截至2014年5月累计开钻79口井，完井46口，投产27口，产气14.3亿立方米，单日产气量最高可达303.7万立方米。2019年涪陵页岩气田投产井479口，年产气71.4亿立方米，累计产气292.4亿立方米[68]。

（4）国内页岩气的资源量预测

国家能源局印发的《页岩气发展规划（2016—2020年）》中提到“十四五”“十五五”发展目标，我国加快页岩气产业发展，突破陆相、海相与海陆过渡相页岩气开发，发现新的页岩大型气田，我国2030年实现页岩气产量800～1000亿立方米。