页岩气的开发与环境治理（浅谈）

一、页岩气

是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙，使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因、热解成因及二者混合成因的天然气。页岩气赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气。页岩气的化学成分以甲烷为主，甲烷含量一般含量在85%以上，最高可达到99.8%。

页岩气可根据其形成和储藏特征，分为海相、海陆过渡相和陆相页岩气三种类型。海相页岩气主要分布在中国的中西部地区，如中-下扬子区、四川盆地及周边地区和塔里木盆地等；海陆过渡相页岩气主要分布在准格尔盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地等中西部沉积盆地中；陆相页岩气主要分布于鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、四川盆地等地区。

 

二、我国的页岩气资源主要分布：

四川省、新疆吾尔族自治区、重庆市、贵州省、湖北省、湖南省、陕西省，这些地区占全国页岩气总资源的68.87%全国共优选出页岩气有利区180个，累计面积为111.49x 104km2。其中，上扬子及滇黔桂区有利区累计面积62.42 x 104km2，占全国总量56%；中下扬子及东南区累计面积为17.44X 104km2，占16%；华北及东北区累计面积27.01 x 104km2，占全国总量24%；西北区累计面积4.62 x 104km2，占全国总量4%。

川渝地区是我国页岩气资源的重要产地之一。该地区的页岩气资源主要分布在四川盆地。鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和准噶尔盆地等区域，可采储量超过30万亿立方米。
在川渝地区，页岩气的开采和商业化利用较早且成熟。全国仅有的5家页岩气LNG工厂中，全部位于川渝地区。其中，四川的页岩气资源量约为27.5万亿立方米，占全国总量的约80%。在“十三五”期间，该地区的页岩气累计探明量增长超过5倍，可采量超过5万亿立方米，其中长宁-威远探明储量超过1万亿立方米，年产气量已突破100亿立方米。

此外，川渝地区的页岩气产地主要分布在泸州、宜宾、乐山、达州、南充等地区。其中，泸州地区的页岩气资源最为丰富，探明储量超过1万亿立方米，已被国家列为页岩气开发利用示范区。宜宾地区也拥有丰富的页岩气资源，探明储量超过1千亿立方米，被列为国家页岩气开发利用重点地区之一。

 

三、页岩气和天然气的主要区别：

成分：页岩气主要成分是甲烷，而天然气除了含有甲烷外，还含有少量的乙烷、丙烷和丁烷等多种烷烃，是一种混合气态化石燃料。

存在的介质：页岩气主要存在于干酪根、黏土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根和石油中。而天然气主要存在于油田气和气田气中。

开采方式：页岩气的开采方式主要是通过水力压缩技术，将渗入大量化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂来释放天然气。而天然气的开采则采用小油管排水采气、深井泵排水采气等方式。页岩气和天然气虽然都属于非常规能源，但它们在成分、存在的介质以及开采方式上存在区别。

四、页岩气和致密气的区别：

在成藏地层、储层性质和开采难度等方面存在一些差异。

成藏地层：致密气主要储存在砂岩和炭层中，而页岩气则主要储存在页岩岩石中。

储层性质：致密气储层的孔隙度和渗透率相对较高，比不上常规气储层，但是比页岩气储层要好一些。页岩气储层的渗透率和孔隙度都非常低，通常需要利用压裂技术才能开采。

开采难度：致密气的压裂技术相对成熟，而且单井产能较高，开采效率较高。页岩气储层渗透率和孔隙度都很低，需要大面积的水平钻井和压裂才能进行开采，成本也比较高。

总之，致密气相对于页岩气来说，储层性质和开采难度更复杂，投资成本也更高。

五、页岩气和煤层气的区别：

 

存在介质：页岩气主要存在于深层的页岩层中，以游离或吸附状态存在。而煤层气主要存在于煤层及其围岩中，以吸附状态为主，部分为游离状态或溶解于煤层水中。

成分：页岩气的主要成分是甲烷，还含有少量的乙烷、丙烷等。而煤层气的主要成分也是甲烷，但还含有少量的乙烷、丙烷等。

分布特点：页岩气的分布受页岩分布控制，具有广布性。而煤层气的分布受煤层分布控制，也具有广布性。

埋藏深度：页岩气埋藏深度一般在200米以上，最浅的也在8.2米左右。而煤层气埋藏深度一般大于300米。

开采方式：页岩气采用排水降压法或排气降压法进行开采。而煤层气在开采时则主要通过控制煤层厚度、成分、含气量以及气体成分等因素进行。

资源量：由于两者的勘探和开采难度不同，页岩气的资源量通常比煤层气要丰富。

 

六、页岩气的开采工艺主要有两种：

水平井开采：水平井开采技术适用于页岩气储层，该技术需要使用钻机钻出一条水平井，即钻井的轨迹需要与地层保持水平。水平井开采技术可以增加储层暴露面积，提高页岩气的开采效率。

压裂开采：压裂开采技术是页岩气开采中最为广泛使用的技术之一。该技术需要使用高压泵将压裂液注入页岩储层，通过压裂液的支撑作用，使储层产生裂缝，从而释放出更多的页岩气。

页岩气的开采还需要进行地质分析、工程设计、钻井工程、压裂工程等多个环节，需要多方面的技术支持和经验积累。

 

七、页岩气项目的开采流程：

钻探井：首先在地下利用钻探井穿过岩层到达页岩气藏层。

注水：利用高压泵将大量的水混合化学添加剂注入井中，然后通过井管将注入的水和添加剂送入到地下页岩气层。

压裂：一旦水和添加剂进入到页岩气层，水压会逐渐升高，直到达到足够高的压力。这时，压力就能够破裂页岩气层，形成微小的裂缝，从而释放出页岩气。

收集：释放出来的页岩气会沿着这些裂缝流动，再通过油气井管收集起来，再经过处理和加工后输送到能源市场供应给用户。

需要注意的是，页岩气开采是一项复杂的过程，需要严格控制压力和添加剂的使用量以避免对环境造成不良影响。同时，由于水力压裂技术在生产过程中需要大量使用水资源，对水资源的管理和保护也是一个重要的问题。

八、页岩气上下游产业链主要包括环节：

 

页岩气勘探：这个环节主要任务是确定页岩气藏的位置和质量。包括地质调查、地球物理勘探和钻探等。

页岩气开采：在确定了页岩气藏的位置后，开采阶段的任务是利用技术手段将页岩气从地下岩层中提取出来。包括水平钻井、水力压裂等工艺。

页岩气运输：从井口采集的页岩气需要经过处理和净化后，通过管道或压缩天然气车辆运输到消费市场。

页岩气的化工应用：页岩气的主要成分是甲烷，可以作为化工原料生产多种产品，如合成氨、尿素、甲醇等。

页岩气的能源利用：页岩气可以通过燃烧或发电等方式转化为能源，广泛应用于工业、商业和居民生活等领域。

以上是页岩气的主要产业链环节，这些环节需要一系列的技术、设备和市场机制来支撑，以实现高效、环保和可持续的页岩气开发利用。

 

九、开采页岩气资源的压力：

不同的页岩气资源和开采条件，其开采压力可能会有所不同。常规的页岩气开采压力在80-90兆帕，而杰瑞集团研发的设备可以在137.9兆帕情况下，排量维持在每分钟2.33立方米。同时，开采压力还与设备型号、开采地层和开采工艺等因素有关。需要根据具体情况进行确定。

首先，页岩气资源主要储存在页岩层中，通常埋藏深度较大，开采难度较高。需要打千米深井，然后通过水平钻进技术向地下钻数百米到上千米的直井和水平井。

其次，开采页岩气需要使用大型水力压裂技术，向地下注入清水、陶制颗粒、化学物等混合成的压裂液，以高压力（数十到上百兆帕）将蕴含天然气的岩层“撬开”，让深藏于页岩层中的页岩气得到释放。

另外，页岩气开采比常规天然气开采的初期投资成本高，生产周期长，回报率高低也是投资者需要关注的问题。
总的来说，开采页岩气的压力主要来自于技术要求和投资成本高，需要通过技术创新和降低成本来提高页岩气资源的开采效率和经济效益。

十、页岩气开采过程中需要的化学添加剂：

表面活性剂：用于降低界面张力，帮助压裂液更好地渗透到岩层裂缝中。

有机溶剂：用于溶解和软化岩层中的有机质，以增加压裂液的渗透性。

酸碱调节剂：用于调节压裂液的酸碱度，以便更好地与岩层中的矿物质发生反应，形成裂缝。

交联剂：用于使压裂液在较低压力下形成高粘度溶液，从而更好地支撑裂缝。

破胶剂：用于使压裂液在加砂压裂过程中形成胶状物，支撑裂缝。

铁离子稳定剂：用于防止压裂液中的铁离子发生沉淀，影响压裂效果。

缓蚀剂：用于防止压裂液对设备、管道和井筒的腐蚀。

 

杀菌剂：用于杀灭压裂液中的细菌，防止其对压裂效果产生负面影响。

减阻剂：用于减少压裂液在通过管道时的阻力，提高其流动性能。

这些化学添加剂在页岩气开采过程中起着重要作用，但同时也有可能对环境和人类健康造成潜在危害。因此，必须严格控制添加剂的种类、用量和使用条件，确保其安全、合规地使用。

十一、页岩气精细化产品：

主要有乙炔、甲醇、合成氨、氢氰酸四种，其中乙炔下游、甲醇下游、合成氨下游、氢氰酸下游四大类产品又可以分别得到许多更具体的化工产品。

页岩气可以用于生产乙烯、丙烯、丁烯等重要的化学品，这些化学品都是塑料、橡胶、纤维等产品的原料。另外，页岩气也可以生产甲醇、尿素等重要的化工原料。

除此之外，页岩气还可以直接作为燃料使用，用于发电、供暖等领域。相比于传统的燃料，页岩气不仅清洁环保，而且价格更为合理。

页岩气合成橡胶的工艺技术：

是利用甲醇、合成氨和氢氰酸等基本原料，通过一系列化学反应和物理操作，合成甲基丙烯酸酯、聚丙烯、乙丙橡胶等高性能的橡胶材料。该技术的具体流程如下：

在反应釜中加入甲醇和氰化氢，进行甲氧基化反应，生成甲基丙烯酸酯。

将甲基丙烯酸酯进行聚合反应，得到聚丙烯。

将聚丙烯与乙烯、丙烯进行共聚反应，得到乙丙橡胶。

将乙丙橡胶进行硫化处理，得到高性能的橡胶材料。

此外，页岩气的精细化工还包括乙炔下游产品、甲醇下游产品、合成氨下游产品、氢氰酸下游产品等。

 

十二、页岩气开采所需要的设备：
钻井设备：包括钻机、钻头、钻柱、取芯器和测井设备等，用于在地下钻出直径较小、深度较长的井眼，以便于后续的压裂和开采作业。

压裂设备：包括高压泵、压裂车、混砂车、砂石泵等，用于将高粘度液体泵入地下，通过压裂和撑开岩石形成裂缝，增加储层渗透率和连通性，以便于页岩气的开采。

采气设备：包括抽油机、采气树、气液分离器、脱水器等，用于将页岩气从地下采出，并进行气液分离和脱水处理，以便于后续的输送和利用。

运输设备：包括输气管线、运输车辆、装卸设备等，用于将处理后的页岩气从开采现场运输到用户端或储存地点。

其他设备：包括发电机、变压器、泵站、阀门、管道等，用于提供电力、控制和流体输送等辅助功能。

十三、页岩气开采过程中产生的废物：

1.钻井岩屑：钻井过程中产生的固体废弃物，主要是钻井岩屑，一般需要进行填埋或再利用处理。

2.压裂废液：页岩气开采中压裂作业产生的废液，包括压裂液和返排水等，其中含有大量有机物、重金属、盐分等有害物质，需要进行处理后再排放或再利用。

3.井场生活垃圾：井场工作人员生活中产生的垃圾，包括塑料袋、纸张、食物残渣等，需要进行分类处理和回收利用。

除此之外，页岩气开采还可能产生一定量的废气和噪声污染，需要采取相应的措施进行治理和减排。

 

 

十四、页岩气的开发对环境的影响：

植被破坏与水土流失：页岩气开发在人口稠密区域占用了大量的耕地和居民用地，道路的开辟，井场的建设和管道的铺设对土地原有的环境产生了巨大的改变。在林区和未开发的偏远地区，页岩气开发，场地的建设会破坏原地大面积野生植被，影响野生动物的生存。由于降水的时空分布不均，在夏季易导致泥石流等自然灾害。

土壤污染：页岩气开采过程中排放的废水、废气和固体废物会导致土壤的理化性质发生变化、肥力降低、逐渐盐碱化。开采过程中排放的污染物附着于植物表面，对植物有毒性，阻断其光合作用，影响植物生长，最终导致死亡。页岩气开采过程中发生的局部微型地震会致使地表结构发生改变，导致生态环境发生改变。

页岩气产生的废水主要包括压裂液、返排水和产出水，其中含有多种化学物质，如碳氢化合物、重金属、盐分等百余种。这些废水中含有的重金属As是一种具有高毒性的类金属元素，如果处理不当，水体中As含量超标将会对人体和环境造成严重危害。同时，页岩气开采过程中产生的废水还含有大量的悬浮有机物、油脂、天然放射性物质、酚类、酮类等污染物。

 

十五、页岩气开采过程中产生的“三废”（废气、废液、废渣）：

1. 对于废气，可采用活性炭吸附、变压吸附、冷凝分离等技术进行净化处理，将其中有害物质进行分离和回收。同时，也可以利用燃烧法或催化燃烧法将废气中的有机废气分解成无害物质。

3. 对于废渣，可采用无害化处理技术，如高温熔融、化学处理、压缩填埋等。同时，也可以将废渣资源化利用，如生产水泥、混凝土、烧结砖等建筑材料。

3.对于废水的处理方法：

沉淀处理：通过添加絮凝剂、助凝剂等化学药剂，使废水中的悬浮物形成沉淀，然后通过重力作用与水分离，从而达到净化水质的目的。

过滤处理：将废水通过滤料或滤膜，截留废水中的悬浮物、有机物、重金属等杂质，从而净化水质。

氧化处理：利用氧化剂对废水中的有机物进行氧化分解，使其转化为无害或低毒性的物质，从而达到净化水质的目的。

活性炭吸附：利用活性炭的多孔性，将废水中的有机物、重金属等杂质吸附在活性炭表面，从而达到净化水质的目的。

离子交换处理：利用离子交换剂将废水中的重金属离子吸附或交换出来，从而净化水质。

反渗透处理：利用半透膜将废水中的水分子和某些溶质分离，从而得到纯净的水。

这些处理方法可以单独使用，也可以组合使用，具体选用哪种方法取决于废水的水质、处理要求和处理成本等因素。

 

十六、页岩气与发电技术：

是指利用页岩气作为燃料，通过燃气轮机或内燃机等发电设备，将化学能转化为电能的技术。页岩气发电技术具有高效、清洁、灵活等优点，是实现能源转型和可持续发展的重要方向之一。

页岩气发电的基本原理是利用燃气轮机或内燃机燃烧页岩气，将热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。其中，燃气轮机是页岩气发电的主要设备之一，其具有体积小、重量轻、效率高、噪音低等优点，能够适应各种恶劣环境条件。

页岩气发电需要经过以下几个主要流程：

页岩气开采：从地下开采出页岩气，并进行脱水、净化等预处理，使其达到燃烧标准。

燃料供应：将处理后的页岩气供应给燃气轮机或内燃机等发电设备。

燃烧：在燃气轮机或内燃机中燃烧页岩气，产生高温高压气体。

膨胀做功：高温高压气体推动涡轮机膨胀做功，发电机将机械能转化为电能。

并网供电：将产生的电能并入电网，向用户供电。
页岩气发电技术具有以下特点：

高效：燃气轮机或内燃机的效率较高，可以达到40%以上，能源利用率较高。

清洁：页岩气为清洁能源，燃烧后产生的污染物较少，同时二氧化碳排放量也比较低。

灵活：燃气轮机或内燃机的体积较小，重量轻，能够适应各种环境条件，并且启动和停止都比较快，具有较好的灵活性。

经济：页岩气价格相对较低，发电成本也相对较低，具有较好的经济效益。

页岩气发电技术可以应用于各种领域，包括工业、商业、居民等。在工业领域中，页岩气发电可以为工厂提供电力和热能，促进工业发展；在商业领域中，页岩气发电可以为商场、酒店等提供电力和热能，保障商业运营；在居民领域中，页岩气发电可以为居民提供电力和热能，改善居民生活条件。

 

 

十七：页岩气的碳排放标准：

在中国，页岩气开发的碳排放标准可能因地区和时间而异。例如，2023年8月30日，中国石油西南油气田分公司天然气研究院牵头制定的国际标准ISO 7055:2023《天然气 上游领域 滑溜水降阻性能测试方法》正式获得ISO国际标准化组织批准发布。这是页岩气领域的首项国际标准，也是我国在页岩气国际标准领域取得的重要突破，为我国页岩气技术参与国际市场竞争迈出了关键一步。

此外，页岩气开发过程中需要使用水力压裂技术，而水力压裂技术可能导致地下水污染和环境破坏等问题。因此，页岩气开发需要严格遵守相关法律法规和标准，确保页岩气开发的可持续发展和环境保护。

涪陵页岩气田是我国最大的页岩气开采气田。该气田是我国首个投入商业开发的大型页岩气田，于2012年底实现重大勘探突破，2014年3月投入商业开发，2017年如期建成100亿立方米年产能。

 

十八、川渝地区的页岩气开发企业：

华油集团。

宏业石油。

中化石油四川公司。
川庆钻探工程公司。
西南石油大学。
四川石油天然气建设公司。

 中国石油四川泸州销售分公司。
四川页岩气开发有限公司。
中石化川气东送天然气管道公司。
中国石油集团工程西南设计研究院有限公司。