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1、第一章氣源的簡介隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源消費與需求量不斷攀升，包括頁巖氣、煤層氣、煤制氣和天然氣在內(nèi)的能源的開采及利用日益受到重視。1.1天然氣與煤炭、石油等能源相比，天然氣在燃燒過程中產(chǎn)生的能影響人類呼吸系統(tǒng)健康的物質(zhì)極少，產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤的40%左右，產(chǎn)生的二氧化硫也很少。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。作為國家“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排中重要的產(chǎn)業(yè)，預計2015年我國天然氣市場需求2000-2400億方，2020年將達到3500-4000億方。隨著氣化率的提高，天然氣消費結(jié)構將進一步優(yōu)化，工業(yè)燃料和城市燃氣的優(yōu)勢逐漸明顯，成為用氣的主要
2、領域，約占需求總量的三分之二，發(fā)電和化工氣量有所增加，但是所占比例下降。2015年中，我國天然氣需求中：城市燃氣占32％，工業(yè)燃料占31％，發(fā)電占21％，化工占16％。供給方面，“十二五”期間，我國將形成“西氣東輸、北氣南下、海氣登陸、就近外供”的供應格局。在我國能源消耗中，煤礦所占比例高達70％，石油所占比例為19％。天然氣在我國一次能源消費中所占比例僅為4％，遠遠低于世界20%的水平，是世界平均水平的10％、亞太地區(qū)平均水平的25％。1.2頁巖氣頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。它是天然氣生成以后在烴源巖層內(nèi)就近聚集的結(jié)
3、果，具有“原地”成藏的特點。頁巖氣是一種重要的非常規(guī)天然氣資源，其特殊的賦存方式使之不受圈閉的控制，因此，有人把它歸屬于“連續(xù)性氣藏”。分布規(guī)律及主控因素無論是頁巖氣藏的形成機理，還是頁巖氣藏的特征，都與常規(guī)氣藏有明顯差異，從而使頁巖氣的富集規(guī)律受諸多因素的影響。陳更生等研究總結(jié)了控制頁巖氣藏富集程度的三大要素：頁巖厚度、有機質(zhì)含量和頁巖儲層空間（孔隙、裂縫）。ａ．富有機質(zhì)頁巖的厚度與分布面積越大，氣藏富集度越高。富有機質(zhì)頁巖的厚度與分布面積是決定頁巖儲層能否達到工業(yè)氣藏的前提，是保證頁巖氣藏有足夠的源巖有機質(zhì)以及足夠儲集空間的重要條件。在相同有機質(zhì)含量和生氣強度之條件下，泥頁
4、巖的厚度與分布面積越大，其生氣量就越多，氣藏的含氣量也就越大。而若要形成大規(guī)模的頁巖氣藏，頁巖厚度還必須大于有效排烴厚度，一般在30m以上。泥頁巖的厚度與分布面積均受沉積體系的控制，如陸相的湖盆和海相的盆地及斜坡區(qū)等都是泥頁巖廣泛發(fā)育的區(qū)域，因此也是頁巖氣勘探的有利區(qū)域。ｂ．泥頁巖中有機質(zhì)豐度及生氣作用越高，氣藏富集度越高。有機碳含量是頁巖氣藏評價中的一個重要指標，它不僅是頁巖生氣的物質(zhì)基礎，決定頁巖的生烴強度；也是頁巖吸附氣的載體之一，決定頁巖的吸附氣量的大??；同時還是頁巖孔隙空間增加的重要因素之一，決定頁巖新增游離氣的能力。在相同的地質(zhì)條件及演化階段下，頁巖生烴強度、吸附氣
5、量大小及新增游離氣能力與頁巖中有機碳含量呈明顯的線性正相關性，頁巖含氣量（吸附氣及游離氣總量）隨頁巖有機碳含量的增加而增大。此外，不同母質(zhì)類型、不同演化度的頁巖，其等溫吸附曲線也存在明顯差別。頁巖有機質(zhì)類型越好，甲烷的吸附量越大。另外，頁巖含氣量大小還受黏土成分及含量、有機質(zhì)熱成熟度、頁巖含水量的影響。對此，尚需作進一步的深入研究。ｃ．頁巖孔隙與微裂縫越發(fā)育，氣藏富集度越高。因為頁巖儲層的孔隙度和滲透率極低，非均質(zhì)性極強，頁巖氣藏中的游離氣主要儲集在頁巖基質(zhì)孔隙和裂縫空間中。這里所說的裂縫并非指天然開啟的裂縫。由于大部分裂縫都因膠結(jié)而被封閉（主要是方解石），因此不存在大量開啟的
6、天然裂縫。這種裂縫是指人們在完井過程中產(chǎn)生的使現(xiàn)存的天然裂縫系統(tǒng)得到加強的誘導裂縫，該類裂縫越發(fā)育，頁巖氣產(chǎn)能也就越高。也就是說，能夠被壓裂的頁巖層越發(fā)育，其產(chǎn)能也就越高。而影響壓裂效果的重要因素是頁巖中脆性礦物（如石英顆粒）的含量。雖然中國頁巖氣勘探還處于起步階段，但經(jīng)過成藏條件的初步對比發(fā)現(xiàn)，中國的許多盆地與美國東部地區(qū)頁巖氣藏的地質(zhì)條件類似，故勘探潛力巨大。中國的頁巖氣發(fā)育區(qū)可劃分為與板塊大致對應的四大區(qū)域，即南方地區(qū)、中東部地區(qū)、西北地區(qū)及青藏地區(qū)，這些區(qū)域都具有良好的頁巖氣勘探前景（如下圖）。中國頁巖氣發(fā)育區(qū)示意圖1.3煤層氣煤層氣，是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分、
7、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，作為氣體能源家族三大成員之一，其主要成分是CH4（甲烷），是主要存在于煤礦的伴生氣體，也是造成煤礦井下事故的主要原因之一。全球埋深淺于2000米的煤層氣資源約為240萬億立方米。美國是目前世界上煤層氣商業(yè)化開發(fā)最成功的國家。我國煤層氣資源豐富。據(jù)煤層氣資源評價，我國埋深2000m以淺煤層氣地質(zhì)資源量約36萬億立方米，主要分布在華北和西北地區(qū)。其中，華北地區(qū)、西北地區(qū)、南方地區(qū)和東北地區(qū)賦存的煤層氣地質(zhì)資源量分別占全國煤
