了解页岩气的潜力如何改变美国能源结构。

2024-03-19 生活常识 关注公众号
页岩气开采已持续多年,尤其在中东地区的页岩气产量最高,为世界提供了丰富的能源选择。页岩气具有良好的储气性能,其储量远大于常规天然气。页岩气勘探的成功主要取决于技术水平、地质条件和经济条件等因素。由于页岩气是一种可再生资源,因此它将有助于解决当前的能源危机。未来,随着页岩气开发技术的不断进步,相信会有更多国家和地区受益于页岩气的潜力。

自本世纪初以来,页岩气作为可持续性聚集的非常规天然气得到了全世界的广泛关注。美国在2016年开始成为液化天然气(LNG)的净出口国,而这一成就的背后是美国页岩气革命的推动。该革命利用水平钻井和水力压裂技术大幅提升了天然气产量,使得美国不仅能够满足国内天然气需求,还能向国际市场出口天然气。

那么页岩气为什么被视为应对能源危机的利器?为什么页岩可以储存这些气体?页岩的储气量大小与什么因素有关?以及我们是如何在地表找到这些页岩气的?

下面小编为大家一一解答。

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页岩气为什么被视为

应对能源危机的利器?

全球页岩油气产业的发展始于20世纪末至21世纪初美国的技术突破,这是一段充满创新与挑战的旅程。美国通过先进技术成功商业化开发页岩气,在引领了全球页岩革命的同时重塑了全球能源格局,并使其成为世界上最大的天然气生产国之一。页岩气的商业开发不仅极大增加了全球的能源供应,还在随后推动了页岩油的开发。

随着技术的成熟和经验的积累,其他国家如中国、阿根廷、加拿大等也开始探索和开发自己的页岩油气资源。当众国家纷纷吃上“页岩气红利”的时候,国人不禁发问:我们有页岩气吗?页岩气在哪儿?终于,经过不懈努力,2010年中国钻探了首口页岩气井——威201井(图1),解答了页岩气在中国是否存在的问题。

图1 威201井(图源中油网)

紧接着中国页岩气的开采速度像坐上了火箭:2011年,中国首次成功钻探了水平井宁201-H1井,实现了工业级的页岩气产出;2018年,涪陵页岩气田的建成使年产量达到了100亿立方米,达到页岩气商业化的体量;进入2020年,中国在川南的页岩气产量实现了历史性的突破,达到了200亿立方米,连续三年日产量实现了千万方的增长,再次证明了中国在页岩气开发领域的强大实力。根据自然资源领域的顶级研究与咨询公司伍德马克(Wood Mackenzie)的预测,中国的页岩气年产量将达到300亿立方米,并在2030年进一步提升至350亿至400亿立方米,可采储量居世界首位。

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为什么页岩可以

存得住页岩气?

“页岩”顾名思义是书页般层层分布的岩石,具有薄页状或薄片层状的节理。它的成分复杂,除黏土矿物外还含有许多碎屑矿物和次生矿物。黏土沉积等物质经压实、脱水、重结晶等作用后形成页岩。页岩气的主要成分是甲烷,从页岩的有机质演化而来(图2)。

在沉积压实过程中,原生沉积的矿物在堆积时会形成空隙。页岩气形成之初,甲烷气体主要存在于页岩中矿物搭建的孔隙之中。但是次生矿物在生长过程中很可能会占据孔隙,导致气体难以富集。然而页岩中的黏土矿物有更强的吸附气体能力,因此页岩中有存在富集气体的可能。

图2 页岩气示意图(图源网络)

页岩气中的甲烷在页岩中呈两种状态存在:吸附在矿物表面的气体简称吸附气,可以在空气中或水中活动的气体简称游离气。页岩气的开采就是将各处吸附气转为游离气,经过聚集成为工业气流进而输送到千家万户。

然而并非所有页岩都可以成为气体储库。不同矿物类型的组合会影响页岩的孔隙度和渗透率,同时能够决定岩石被压裂后形成裂隙能力的大小,吸附气和游离气的含量比例等。

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页岩的储气能力

由什么决定?

首先,富有机质岩厚不同,页岩气储量不同,一般前者越厚储量越大。这是因为页岩中的有机质含量是页岩气形成的物质基础,同时能影响页岩内部空间气体存在及分布状态。这一因素可以理解为房子的占地面积,更厚的富有机质岩代表着更大的占地面积,也就意味着能装得下更多的页岩气。

其次,孔隙度的大小能影响页岩气的储量(图3)。孔隙度越大,页岩气一般越多。实际上通过水饱和法测得的孔隙度一般小于总孔隙度,因为部分孔隙是封闭状态,水难以进入。我们可以将孔隙度简单理解为房间的大小,如果孔隙度很小,即使占地面积大,房间能够容纳的气体也会随之减少。

图3 页岩样品微观孔隙结构

(图源:隋微波,田英英,姚晨昊.页岩水化孔隙结构变化定点观察实验)

此外,孔隙的联通情况即渗透率也会影响页岩气的分布。极限情况可以认为所有孔隙都是联通的,这时的孔隙度非常大。各位成员的房间都没有被门或者墙壁隔开,这也会使得页岩中能容纳的页岩气增加。渗透率决定了液体或气体穿透岩石或岩层的能力。在开采页岩气过程中常用的压裂法,就是通过增加有效孔裂度,进而增加渗透率。

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如何在地表探寻

页岩气的位置?

尽管页岩气井在开发初期可以实现高产出,但要维持长期的持续产量则需要更多技术投入和新井的发掘。为了解决产量衰减的问题,理解并不断地升级页岩气开采技术非常关键。

提到页岩气开发,大家可能会想到地震勘探技术,水压致裂技术等等。实际上在开发页岩气资源前,资源评估阶段是非常重要的。该阶段需要完成对页岩及其储层潜力的评估,进而实现有的放矢。目前我国页岩气勘探的主要方法包括野外地质调查,有机地球化学实验分析,地球物理勘探,页岩气钻井等等。野外地质调查即通过地表出露的页岩进而判断地下页岩地层的发育情况。利用地质工具在地表对页岩及相邻层位的剖面进行观察和测量,记录相关构造等地质信息,对岩石样品进行采样等等操作,可以初步判断页岩气的埋藏深度和存储条件等。

通过在实验室分析野外采集来的页岩样品,人们可以判断该处是否具备页岩气生成的物质条件。正如前面所说的,并非所有页岩都含有页岩气,所以需要有机地球化学的手段判断某地区是否满足富集页岩气的基础物质条件。

倘若某地区经过实验验证属于良好的储气地,接下来便可以利用地球物理勘探技术给地球内部做透视(图4)。地下页岩地层的发育情况,构造特征,页岩层分布和形态等问题都可以利用地球物理勘探技术给出答案。

图4 页岩气成藏示意图

(图源:董振国,陈宏亮,乔朝泽.湖南保靖区块龙马溪组页岩气成藏地质因素分析)

经过上述流程确定页岩气可能存在的位置后,便需要钻井技术深入地层,取出页岩岩心进而判断气体含量以及气体成分分析。除此之外,在钻井过程中遇到的种种情况也是人们判断是否发现页岩气宝藏的重要经验积累。

目前开采页岩气最常用也最有效的方法之一是水力压裂技术(Fracking),这是一种提高岩石渗透性的开采方法,特别适用非常规油气藏如页岩气和页岩油的开发。其过程包括钻探进入目标岩层,然后在高压下向井内注入由水、砂砾(作为支撑剂)和少量化学添加剂组成的压裂液。这种高压力使得岩石层产生裂缝,注入的砂砾随后进入这些裂缝,防止它们闭合,从而提高岩石的渗透率。这样,原本被困在密集岩石中的油气可以通过这些人造裂缝流动到井中,进而被抽出地面。水力压裂技术能够有效增加油气产量,使得许多之前难以开发的资源得以利用。

结语

页岩气作为清洁高效的能量资源之一用途广泛,然而它的开采成本却相较常规油气资源高出很多。未来我们需要更好地认识页岩气,了解它所居住的环境,逐步掌握高效获取这一重要能源的秘诀。只有拥有利用资源的技术,资源才能成为真正的资源!

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美学者担忧,气候变化可能迫使中国新能源产能过剩,产品将面临短缺

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世界气象组织预测,随着2023年中晚期厄尔尼诺现象消退,今年晚些时候将出现拉尼娜现象,将使气温变凉。专家警告,若继续全球变暖,需向中国等具备强大绿色产能的国家提供更多新能源产品以应对气候变化。欧洲则将从2035年起禁止新注册柴油和汽油发动机汽车,预计电动车替代燃油车市场将继续扩大。

热点资讯 06.12
我国四川盆地深层页岩气勘探开启新篇章,重大突破引发业界广泛关注

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中国石化近日在四川盆地成功部署了两口深度达6666米的页岩气勘探井,这些钻井实现了高产,并有望大幅增加我国页岩气产量。这表明中国已掌握了深层、超深层页岩具有规模增储潜力的技术,对于推动我国页岩气勘探开发具有重要意义。这是中国石化继2022年10月实现寒武纪页岩气勘探突破后,再次刷新这一纪录。

生活常识 06.11
一站式解析:如何准确理解并有效地选择建筑结构类型

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"我们很少注意建筑物中隐藏的细节,尤其是当它与我们的日常生活息息相关时。"

热点资讯 04.19
幸运号码引千万财富,万州彩民再现神奇好运

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重庆万州彩民凭借孩子生日号码中得5注双色球二等奖,收获奖金180万元!

生活常识 09.14
人人该收藏的 5 个急救知识,关键时刻能救命!

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"世界急救日"今年的主题为"急救与运动",旨在强调生活中的意外伤害应尽快就医的重要性,强调预防和提高公众的应急自救能力。

生活常识 09.14
别再犹豫!省医糕点房已经暂停出售月饼了

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"自今日起,为保障我院儿科急诊旁糕点房的正常就医秩序,儿科急诊旁糕点房将停止销售月饼。同时,院内自营销售门店盛意食府和线下经销商销售门店等多家商家将继续销售月饼。市民可通过线上购买或到指定地点选购。"

生活常识 09.14
江河冰源与澎湃冰川保护报告:为何我们要关注冰川?

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全球气候变暖导致冰湖加速融化,多地出现冰川消融问题。这项最新研究表明,随着气候变暖加剧,冰川融化对环境的影响愈发明显。冰川消融现象日益严重,科学家们表示,我们需要加强对冰川保护的关注和重视,以防止气候变化对人类生存构成威胁。同时,持续的冰川保护报道也将为这一课题提供更多视角和知识。

生活常识 09.14
尘肺病患者的故事:一种与生命共存的奢侈体验

尘肺病患者的故事:一种与生命共存的奢侈体验

尘肺病,但在张海超“开胸验肺”事件后,政府和社会各方面的援助使越来越多的人得以治疗。随着尘肺病的关注度提高,更多的年轻工人都开始面临这样的困境。一家位于安徽无为市十里墩镇的石材切割工何生深感痛苦。然而他的生活并未因此而停止,他们的家人也为他们承担着沉重的压力。类似的病例还有许多。这是一次关于尘肺病和年轻人生活方式的深刻报道。

生活常识 09.14
尿酸过高?达标后是继续用药还是停止?专业的医学问答

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血尿酸高的患者在体检时被发现在尿酸过高,这一现象与痛风有着密切的关系。血尿酸浓度和痛风的发生风险之间存在着明显的正向关系。降尿酸成为了治疗痛风的关键。然而,仅依靠控制血尿酸水平还不够,高尿酸血症是慢性肾病、高血压、心脑血管疾病及糖尿病等疾病的独立危险因素。因此,在有相应基础疾病的情况下,对血尿酸水平应更重视并采取早期干预措施。需要注意的是,血尿酸达标并不能标志着可以停止药物治疗,而应该根据具体的情况和原因来调整治疗方案。

生活常识 09.14
进口药消失:为何患者感觉难以购买?揭秘集采的影响与解决方案

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进口原研药在国内临床的真实使用情况存在较大争议。目前来看,进口药难买,尤其是针对MPP的抗生素阿奇霉素。阿奇霉素并非完全消失,虽然国内已有多种剂型可供选择,但仍然难以满足消费者的需求。本文试图从不同的角度分析这一问题,包括政策因素、企业控制和价格等方面。

生活常识 09.14
科技助力,让梦想照进现实——新型人工智能在乡村教育中的应用与前景

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导他们走向更加广阔的天地,也为家长们的育儿观念带来了启发。家长们纷纷表示会将孩子的这种创新精神带入到日常生活中,让孩子们能够更好地认识自己,了解世界。 从以上内容来看,这次宁波财经学院的“AI数字绘画畅想课”取得了良好的反响。它不仅可以让孩子充分发挥想象力,提升创造力,还可以让家长了解到孩子的成长过程和学习成果。这是一次富有教育意义且具有时代气息的教学活动。

生活常识 09.14
坚守开远山区36年,他的坚持成就孩子们的未来!

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李永林是一位乡村教师,扎根山区36年,为家乡教育奉献力量。他深知教育的重要性,希望用知识改变贫困代际传递,解决孩子们的学习难题。他身兼数职,甚至还要自己掏钱购买学生的课本和文具。虽然已经离开讲台多年,但他仍然像初登讲台一样,热爱学习、勇于进取。如今,他的学生已走出了大山,走进了更广阔的天地。

生活常识 09.14
南昌工程学院2024级新生家长见面会盛大召开

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南昌工程学院校长刘祖文在学校举行“校长有约——2024级新生家长见面会”,实现“三全育人”改革并深化家校互动,增强学校和学生的沟通联系。该见面会有来自全国的800名2024级新生家长参加,南昌工程学院校长刘祖文分享了学校的概况和未来的规划,让家长了解学校的发展方向。

生活常识 09.14