天然气、煤成气和页岩气

刘继顺

2012-01-18

2011年12月3日国土资源部发布了2011年 第 30 号新发现矿种公告：国土资源部油气资源战略研究中心、重庆市国土资源和房屋管理局、中国地质大学（北京）和重庆地质矿产研究院，于2009年11月发现了彭水县东经108°24′30″，北纬 29°41′42″的页岩气藏。

那么什么是页岩气呢？它与天然气和煤成气有什么区别呢？

一、天然气

天然气（Natural Gas），顾名思义，天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。

狭义的“天然气”，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。

天然气主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中。

天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。

伴生气系指伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气。

非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在。

凝析气田天然气从地层流出井口后，随着压力和温度的下降，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油。

二、煤成气

煤成气（Coal Gas；Gas From Coal），俗称瓦斯，系指含煤岩系中有机质在成煤过程中所生成的天然气，主要为以甲烷为主的可燃性碳氢化合物。天然气是古代植物遗骸在转化成为煤的过程中形成的，是腐殖质在煤化变质过程中的热分解产物。煤成气的气源主要为富集型有机岩（煤层）和分散型有机岩（如碳质泥岩、页岩、砂质泥岩、湖相泥岩等）。

按赋存状态，可将天然气分为以下两类：

1、煤层气。储存在“煤层”的微孔隙和裂隙中的、基本上未运移出生气母岩的天然气，属典型的自生自储式的非常规天然气藏。由于煤层一般致密,透气性差,吸附性强,一般不易解析出气体,有时有部分呈游离状态集中在煤层中，采煤中形成瓦斯突出造成灾害。在适当的地质条件下亦可形成工业性气藏，又称煤层甲烷气。

2、煤生气。由生气母岩（煤层、碳质泥岩、泥岩）中扩散、运移出来的部分煤成气。聚集并储存于其他储层（如砂岩、砾岩、灰岩）中，可形成不同规模的常规工业性气藏，是煤成气的主要部分，为勘探、开发主要对象。有的逸散于空气中,溶解于地下水或分散于母岩围岩中,不具有工业价值。

据研究，每形成1吨褐煤可产生38至68立方米的煤成气；每形成1吨无烟煤则产生340至422立方米的煤成气。煤成气是一种高效优质清洁无污染的能源，每1立方米煤成气能产生8500大卡的热量，高于1千克标准煤的发热量。煤成气又是制造塑料等有机化学品碳黑以及提取氢的重要原料。

开采煤成气要比采煤等燃料容易。我国约含有数十万亿立方米煤成气，近年我国每采1吨煤仅抽用0.5立方米煤成气，而日本是15.2立方米，法国是7.4立方米。

　　
三、页岩气

页岩气（Shale Gas），是指赋存于页岩层中的天然气。页岩属致密岩石,故又称为致密气层气。页岩气储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存,为低(负)压、低饱和度(30%左右)。页岩气流的阻力比常规天然气大。

页岩气主要赋存于黑色泥页岩或高碳细粒砂页岩（有机质含量一般为4%-30%）中，以吸附状态（大约50%）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面；以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间；极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中。页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。

页岩气存在于几乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。

泥页岩裂隙气、泥页岩油气藏、泥岩裂缝油气藏、裂缝性油气藏等术语，没有考虑吸附作用机理及天然气的原生属性，理解为聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气。因此，与页岩气的含义相近而又不完全一致。

中国各大古生代和中新生代盆地富含有机碳的黑色岩系地层，厚度大，分布广，具有广阔的页岩气勘探开发前景。

四、页岩气开采

页岩本身的有效孔隙度和渗透率很低, 通常孔隙度最高仅为4% -5% , 渗透率小于1 ×10- 3μm。因此，页岩气的开采难度较大，生产率及采收率较低，但在裂缝发育地段可获较高产量。

页岩气开采技术，主要包括水平井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及最新的同步压裂技术。虽然有吸附与游离相天然气的同时存在，但页岩气的开发并不需要排水降压。由于页岩中游离相天然气的采出，能够自然达到压力降低的目的，从而导致吸附相及少量溶解相天然气的游离化，从而进一步提高天然气产能并实现长期稳产之目的。页岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施，压裂技术和开采工艺直接影响着页岩气井的经济效益。

页岩气往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。