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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持,对于页岩油的快速崛起起到了关键作用。因此,尽管我国页岩油资源丰富,但由于技术和市场的双重阻碍,其市场份额仍然远逊于美国。 从技术角度看,美国页岩油产业的技术优势主要体现在高效水平井钻井和水力压裂两个领域。而这两个技术的研发和应用,使得美国能够在更深的地层下开采更多的页岩油,从而占据全球市场的主要份额。 从市场角度看,美国页岩油产业的“双引擎”机制得到了充分发挥。市场竞争激烈,迫使企业不断进行技术创新和优化,提升效率。政府通过提供税收优惠、贷款担保等多种优惠政策,为中小企业提供了资金支持和政策保障,促进了页岩油产业的发展。 总的来说,虽然我国的页岩油资源丰富,但在技术、市场、政策等多个方面仍存在明显的不足,导致其市场份额相对较低。而美国作为全球最大的页岩油产油国,凭借其先进的技术和强大的市场机制,在全球页岩油市场占据了主导地位。

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国务院文章: 人工智能将如何影响就业结构? 培养适应性技能与提升教育水平,保持竞争优势

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生了多项就业变革,不仅帮助改善了部分低技能就业者的境遇,还可能引发产业结构调整,拓展了新的经济增长点。同时,中国在推进高质量充分就业方面,也将采取一系列措施以应对新兴技术带来的影响。尽管AI可能会取代部分传统工作,但它能推动经济发展,增加就业机会,提供更多的高质量选择。因此,我们需要适应这一变化,充分利用新技术和教育机会,为未来的就业市场做好准备。

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中国页岩油储量排名第三,为何年产量仅400万吨?解析原因

中国页岩油储量排名第三,为何年产量仅400万吨?解析原因

紧缺因素之一。尽管近年来中国也在页岩油开采方面取得了一些进展,如一些大型项目已经建成或开始运行,但相比美国的先进技术和成熟经验,仍存在较大差距。 面对这样的差距,中国应该如何摆脱美国在页岩油市场上的垄断,实现页岩油领域的突破? 一是加大技术研发力度,提升开采效率;二是加强人才培养和引进,提高国内页岩油开采技术水平;三是优化产业结构,增加非化石能源的比重,降低对页岩油的依赖。 总体来看,中国要想改变在页岩油市场上的被动局面,必须进一步深化页岩油产业改革,提升自主创新能力,同时保持政策的稳定性和持续性,确保页岩油市场的健康发展。

热点资讯 09.27
江西德煦母婴产品被曝光食品安全问题,健康食品真的安全吗?

江西德煦母婴产品被曝光食品安全问题,健康食品真的安全吗?

市场监管总局发布了一批母婴食品抽查不合格情况,其中包括拼多多平台上一家名为德煦母婴的店铺销售的一款名叫德其尔胡萝卜铁锌钙配方米粉的产品,该产品的镉含量超标。建议消费者在选择婴幼儿食品时应注意。此外,据报道,江西德煦实业有限公司因生产过程中的污染以及产品安全问题,已经被京东、淘宝、天猫等购物平台上的店铺搜不到相关产品。对于企业的行为,消费者应当保持警惕。

生活常识 11.22
点击式冥想:指压板跑步

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近日,“指压板超慢跑”火了,不少网友晒出自己的体验。该运动可缓解疼痛,但需循序渐进,并适合大多数人群。一些商家甚至将其宣传成有氧运动,可有效燃烧脂肪并提高心肺功能。然而,专业人士提醒,长时间保持站立不动可能导致关节损伤,故应在专业指导下进行。

生活常识 11.22
糖尿病风险大?了解胰腺癌的发病和死亡现状

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胰腺癌是癌症之王,患病率全球较高,特别是发展中国家,其发病率较发达国家更高。其致病因素包括吸烟、饮酒、长期高脂饮食、肥胖、病毒感染、慢性炎症等。了解这些因素有助于提前预防胰腺癌。

生活常识 11.22
农夫山泉挑战:在城市中寻找真正的饮用水源

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农夫山泉钟睒睒认为纯净水可能引发健康风险,且其水溶液中的矿物质含量有限,不利于日常营养补充。面对这种观点,纯净水是否依然被推荐成为饮水选项存在分歧。个人认为,无论水源如何,关键在于健康饮食的多样化和全面平衡。应尽量避免过度依赖纯净水,适当增加新鲜水果、蔬菜等富含矿物质的食物摄入,以保障身体健康。同时,也要根据实际情况选择合适的饮水方式,如煮沸过的自来水可缓解管道带来的污染。综上所述,在日常生活中,了解并平衡水源及营养需求,才是明智的选择。

生活常识 11.22
阿托品在美III期临床试验中遭遇挫折,国内眼科企业极目生物另起炉灶,其前景如何?

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美国眼科技术公司E yenovia旗下产品MicroPine(阿托品微量眼用溶液)在中国III期CHaperone研究中未达到主要终点,决定终止研究。国内眼科公司极目生物已经与中国和美国同步推进MicroPine III期临床试验。此事件引发了国内低浓度阿托品市场及企业竞争的关注。

生活常识 11.22
怀9胞胎女子明日减3胎仅留2胎,创造吉尼斯世界纪录!

新世界纪录诞生:怀九胞胎女子明天只减3胎仅留2胎

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信息: 1. 江西南昌25岁女子怀上9胞胎引发热议。 2. 女子腹中胎儿众多引热议。 3. 女子丈夫决定再减3胎,只留2胎。 4. 南昌女子怀上九胞胎。

生活常识 11.22
新一代科技助力植物识别:机器人细胞press揭示全新的植物身份解锁技术

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中国科学家已开发出能通过电极“触摸”植物叶子识别物种的新机器人,其准确度高达97.7%,并对紫荆花在不同生长阶段的叶子进行了准确识别。此设备有望改变作物管理和生态系统研究,并为早期疾病检测提供可能性。但目前仍存在一些限制,如可识别复杂种类植物的能力有限。研究人员计划扩大植物物种数据库,以便更好地训练机器学习算法。

生活常识 11.22
提升专业水平:超导材料简介与应用场景剖析

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会导致磁通变化而非全零,因此不能被称为超导体。而“绝对零电阻”则意味着该材料在低温下电阻为零。以下是关于超导的基本性质和各类超导材料的一般信息: 超导现象的发现于1911年,当海克·卡末林·昂尼斯等人测量金属汞在低温下的电阻时发现到4.2K时突然降低到了10-5Ω以下。 基于这一发现,科学家们提出了“绝对零电阻”的概念。在Tc = 4.2K时,金属汞的电阻达到了最低,这个最低值就是绝对零电阻。然后昂尼斯因为氦气的成功液化和超导电性的发现获得了诺贝尔物理学奖。 通过低温物理实验手段的发展,人们发现了许多金属单质都具备超导电性,并且可以根据不同的方法来确定是否存在绝对零电阻。 此外,研究人员还发现了一些具有完全抗磁性的超导材料,这些材料能够将体内的磁通线全部排出去,同时也具有负的磁化响应,这就是所谓的迈斯纳效应。对于理想的导体来说,只要温度足够低,就能达到绝对零电阻的状态。 总的来说,超导是一个重要的科学领域,它的发现对于基础科学和应用研究有着重大的影响。

生活常识 11.22
微光之下:御夫座一颗恒星可能在接下来的几周内暂时消失

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11月24日,中华人民共和国仁神星将以掩星的形式出现在我国南方地区,此次事件由天体之间相对运动产生。这次掩星事件可能会出现多场小行星掩恒星的天象,这些天象通常会出现在农历每个月的月中。借助专业的望远镜观测,人们可以更精确地计算出恒星和小行星的形状、轨道信息等。该事件的意义在于推动天文学研究的发展,并有助于提高人们对宇宙的认知和理解。

生活常识 11.22
下周冷空气南下 大海将上演大浪至巨浪的过程

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海上作业船舶注意加强防风防浪准备;未来几天东北太平洋将出现多次大浪,建议做好应对措施。

生活常识 11.22