第3章 页岩气产业与发展

3.1 页岩气产业链分析与研究

根据国内外页岩气产业发展与实践，页岩气产业链通常分为上、中、下游三个环节：上游的主要任务是寻找地下的气藏分布，一般分为勘探、开发规划等；中游的主要任务是进行页岩气的钻采、预处理；下游的主要任务是对页岩气进行储运、炼制、深加工及其成品的销售。由于页岩气的生产流程非常复杂和精密，因此上中下游各环节还存在着众多专业化分工的子流程。如图3.1所示。

3.1.1 规划与勘探

勘探规划，是根据石油工业中长期发展计划和石油公司下达的有关指导性计划指标编制的。一般包括勘探目的、任务及页岩气资源总体评价、勘探工程内容、投资估算、勘探工作部署与措施、经济效益分析等几步骤。这部分工作任务通常由石油公司多个相关部门共同完成，是石油公司的发展战略。该业务个案性强，属于公司商业机密，并且无法形成标准化的产业业务，主要由公司内的相关部门承担，外部公司无法参与。

勘探是通过具体的工作评估深藏于地下的页岩气矿藏状况，以确定矿藏规模、开发价值以及采钻甜点位置。主要包括以下几个方面的步骤与业务：

（1）野外地质调查。是地质工作者携带简单的工具，通常包括地形图、指南针（罗盘）、小铁锤、经纬仪等，在事先选定的区域内，按规定路线和要求在朝外以徒步“旅行”来进行寻找页岩气的实地考察和测量。这项工作是寻找页岩气的开端，也是为实施其他技术奠定基础的工作。页岩气野外地质调查的主要任务和工作方法是：搞清一个地区的地层状况，发现和调查其他地质构造状况，发现和调查页岩气储藏状况，采集样品，提出有利的寻找页岩气地区及可供钻探的地质甜点。

（2）地震勘探。地震勘探技术是油气勘探中一种应用广泛的重要方法。它的原理是由人工震源（如钻眼放炮等）所引起的地震波，在地面或井下接收和观察地震波在地层中传播的信息，以查明地质构造、地层等，为寻找页岩气田（藏）或其他勘探目的服务的勘探方法。它是勘探工程中最重要的勘探方法之一，其优点是精度高、分辨率高、探测尝试大、勘探效率高。地震勘探技术分为反射波法、折射波法和透射波法。数据采集方法可分为一维、二维、三维和四维。工作内容包括地震数据采集、地震数据处理和地震成果解释三个方面。如三维地震技术有助于准确识别复杂构造、储层非均质性和裂缝发育带，可提高探井的成功率；其中裂缝作为页岩吸附气的持续解吸产出提供通道。应用高分辨率三维地震及相关处理技术（相干分析技术、地震属性技术、层时间切片等）可以依据反射特征的差异识别和预测裂缝，对井位优选起到关键作用。

（3）电法勘探。是根据不同岩层具有不同的导电性的特点，来研究地下构造形态的方法。主要有两种方法：一是大地电流法，是通过测定地球内部的天然电流大小来研究地下构造；二是较常用的垂向探测法，即人工向地下通入电流（即人工电场），再在地面上测定人工电场的电位变化。这些电位变化与岩层的性质、岩层的构造有关，因而可以用来研究地质构造。垂向测深法能大致确定地下的构造的形态和埋藏深度，供勘探家研究参考；大地电流法可为研究盆地区域结构、基底起伏状况等提供一定信息。

（4）地质录井技术。野外地质调查、地震等勘探技术的运用，都是为了寻找可能含有页岩气的地质页岩，也就是通常说的勘探目标。但是，页岩层是否含有其开采价值的页岩气，还需要通过钻井来解决。在探井钻探过程中，为了及时捕捉页岩层，要小心谨慎地进行地质录井，包括岩屑录井、钻时录井、泥浆录井、气测录井、岩心录井等。地质录井有两项任务：一是了解地层岩性，了解钻探地区有无生气层、储层等；二是了解含页岩气丰度等。

（5）地球物理测井技术。井下地层由各类岩石组成，不同的岩石具有不同的物理、化学性质。测井技术主要用于对页岩气层裂缝、岩性的定性与定量识别。如成像测井可以识别出裂缝和断层，并对页岩进行分层；声波测井可以识别裂缝方向和最大主应力方向，进而为气井增产提供数据，其中岩心分析主要是用来确定孔隙度、储层渗透率、泥岩的组分；地层元素测井是通过对该技术测量的图谱进行分析，可以确定岩石中矿物的含量，进而可准确判断岩性，来识别储层特征。另外，通过岩心测井，还可获取含气饱和度、含水饱和度、孔隙度、有机质丰度、岩石类型等参数。测井的井场作业由测井地面仪器、绞车和电缆组成，通过电缆把下井仪器放到井底，在提升电缆过程中进行测量。地球物理测井包括电测井、电磁波传播测井、地层倾角测井、全井眼地层微电阻率扫描成像测井、声波测井、核测井、核磁共振测井和热测井等几种。其中，成像测井采集信息多、精度高，不受干扰，能准确确定地层的真正电阻率，是解决复杂储层测井评价的有力手段。

（6）地质综合研究技术。页岩气勘探是从页岩地质综合研究开始，应用新技术、新理论和创新思维，对有勘探前景的页岩地层进行综合评价，计算页岩气资源量，研究页岩气藏成藏条件，指出富页岩气有利区带和勘探目标，制订钻探计划，力争用较小的投入、较短的时间取得勘探突破。地质综合研究，包括页岩地质构造研究、地震地层学和层序学研究、生气岩与生气条件研究、地球物理勘探技术方法研究、含油气体系和成藏动力学研究、页岩地质分析与资源评价研究、页岩气勘探规划部署研究、页岩气勘探经验研究等。

3.1.2 钻井与采气

作为中游业务，钻井与采气的业务主要由以下几个方面构成：作业场地平整与基础设施建设、后勤服务与运输、安装、钻井、测井、修井、完井、采气等。表3.1列出了主要的钻井业务。这些业务还包括一些辅助性业务，如注水及自控、仪表、通信、供电、供水、供热、暖通、道路、机修、建筑、消防、安全、节能、环保等工程。

3.1.3 储运与化工

下游产业包括的范围广，涉及天然气（即页岩气）储运、天然气燃料与化工等，尤其是天然气化工涉及众多行业与产品。主要包括天然气储运、燃料以及天然气化工产业。

储运

（1）管道运输。天然气呈气体状态，相对密度低，易散失，采用管道输送安全性高，输送产品质量有保证，经济性好，对环境污染小，所以天然气的输送一般都采用管道输送，天然气管道系统构成如图3.2所示。

（2）液化天然气（LNG）储运。用天然气液化工艺，将天然气最终在温度为112K，压力为0.1MPa左右的条件下，液化为LNG，其密度为标准状态下甲烷的600多倍，并且在液化过程中，天然气中的水、惰性气体、C5等烃类基本被脱出，因而LNG的组分比管道天然气的组分更稳定，十分有利于输送和储存。从天然气井到用户的LNG工业系统如图3.3所示。

（3）压缩天然气（CNG）储运。压缩天然气（CNG）技术是利用气体的可压缩性，将常规天然气以高压进行储存，其储存压力通常为15—25MPa，在25MPa情况下，天然气可压缩至原来体积的三百分之一，大大降低了储存容积。CNG是一种理想的车用替代能源，它具有成本低效益高、无污染、使用安全便捷的特点，正日益显示出强大的发展潜力。

除上述天然气储运方式以外，还有吸附储存天然气（ANG），以电能的形式输出天然气能源（GTW），在溶液中储存天然气，地下储气库储气等。