什么是页岩气？
页岩气是指在发育大量微纳米孔隙的暗色富有机质泥页岩中，主要以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，或者以吸附态赋存于干酪根、粘土颗粒表面的甲烷气体，是一种极具开发利用前景的清洁能源。
钻采黑色页岩岩芯浸水后从微裂隙不断向外释放CH4气体
下志留统龙马溪组中的薄层黑色页岩
北美页岩气发展历程
世界主要页岩产气区块（U.S. Energy InformationAdministration，2013）
上图是美国能源信息署对世界主要页岩产气区块的统计，其中北美是全球页岩气发现最早、开发利用最成功的地区，其关于黑色页岩的记录最早可以追溯到17世纪，法国探险家和传教士在1627-1669年认为石油与天然气的产出与纽约西部的泥盆纪深色页岩有关，但真正意义上美国页岩气商业化发展的开端是在1821年，油气学家Peebles在记录中写道：
“
纽约州肖托夸郡，一个小男孩在溪流裂隙间意外点燃了渗漏的天然气，当地居民如获至宝，将其称为“燃烧泉”，并在附近钻了27英尺深的气井，后称之Dunkirk页岩气井，用于弗雷多尼亚镇的照明系统
”
美国第一口页岩气井 Monument at Fredonia, New York“The Site of the First Gas Well in the United States June 4, 1825”
从此，拉开了北美页岩气蓬勃发展的序幕。1926年，肯塔基州东部和西弗吉尼亚州的泥盆纪页岩气田成为世界上已知的最大气田；1976年，美国能源部开展页岩气项目，进行地质、地球化学、石油工程相关研究；1981年，Fort Worth盆地Barnett页岩大规模压裂获得成功；1990年，Michigan盆地的Antrim页岩区，成功实现商业化开采，同年美国的页岩气总产量约42亿立方米；2003年，水平井压裂技术的应用，致使美国页岩气产量大幅增加，达200亿立方米；时至今日，据美国能源信息署的最新数据，2018年美国页岩气总产量更是达到了惊人的6122亿立方米，美国成为页岩气第一大出口国。
世界主要页岩产气区块（U.S. Energy Information Administration，2013）
中国页岩气发展与主要产区
我国页岩气发展起步较晚，但随着世界各国对页岩气的逐步重视，我国页岩气勘探开发工作已经逐渐启动，2005年以来，借鉴北美成功经验，我国开展了页岩气赋存地质条件研究及资源远景区优选。据自然资源部2018年发布的数据显示，中国全国页岩气有利区的技术可采资源储量约21.8万亿立方米，位居世界第一，根据沉积地质条件、区域构造特征、地表开发条件，我国页岩气资源可划分为以下三个地区：
1 南方区
以四川盆地为代表（下志留统五峰—龙马溪组海相页岩，储层厚度大，热演化成度高，TOC含量高）。
2 北方区
以鄂尔多斯盆地为代表（三叠系延长组陆相页岩，整体埋深较深，热演化成度低，以生油为主，含气量相比四川盆地较低）。
1 青藏区
与南方区构造、沉积特征相似、但地面条件差。
所以结合勘探地质条件，我国将四川盆地与鄂尔多斯盆地设为有利开发区。以四川盆地为例，先后发现了威远-长宁、富顺-永川、昭通、涪陵等高产页岩区块，建立了三个海相页岩气工业化生产示范区，四川盆地主力生产区块如下：
涪陵页岩气田
涪陵页岩气田位于重庆市东部，面积约7307.77km2，气田探明地质储量约6000亿立方米，作业者为中石化江汉油田。建成了我国首个国家级页岩气示范区，是我国首个商业化的大型页岩气田，同时也是全球除北美之外最大的页岩气田。为天然气稳产保供提供了有力保障。
涪陵页岩气田钻井平台
长宁、威远勘探开发区
长宁、威远页岩气勘探开发区位于四川盆地与云贵高原的结合部，面积约4450km2，气田探明地质储量约3200亿立方米，作业者为中石油西南油气田分公司，在此处中石油建设了我国第一个页岩气钻井—威201井、并且是第一个开展大型压裂、第一个获气、第一个成功水平井重复压裂的区块。
上图为中石油威201井完井平台
昭通勘探开发区
昭通勘探开发区位于四川省和云南省交界区域，面积约1400km2，探明地质储量约4900亿立方米。2012年被列为首批国家级页岩气示范区，目前年产能约5.5亿立方米。
富顺－永川勘探开发区
富顺－永川主体位于四川省境内，面积约1000km2，探明地质储量约5000亿立方米，勘探开发区为中石油与壳牌合作区块。
总体来说，相比于北美页岩气，我国页岩气区块地质构造特征更为复杂，开发成本更高，在保证经济效益前提下实现可持续化开采，是目前需要解决的问题，我国页岩气产量总体呈稳步上涨的趋势，2018年全国页岩气产量约为108亿立方米，预计在2020年突破300亿立方米，页岩气发展大有可期！
主要开采方式
由于页岩气储层具有低孔隙度、低渗透率（小于1mD）的特点，天然状态下无工业气流，必须通过压裂增产改造才能实现工业化开发，而水力压裂和水平井技术成为了页岩气开发的核心技术。
页岩气水力压裂示意图（Mikenorton, 2013）
下面就简要介绍一下页岩气水力压裂的过程：
首先第一步是通过区块综合评价，确定优选井位，进行垂直井的钻探工作，当多级套管垂直深度接近目标储层深度时(一般为2500～3500m)，开始造斜段的钻探工作，即如上图使井眼轨迹呈90度旋转，并在页岩储层中水平钻进约1km左右，即所谓“水平井”，水平井极大的增加了井桶与储层的接触面积，产量可以达到直井的15～20倍。
紧接用钻杆传送复合射孔枪至完井井段，结合储层实际物性，确定射孔方位。采用加压的方式，引爆射孔枪内的射孔弹，在目的层定向射开直径10mm，宽1mm的孔眼。
完成射孔工作后，接下来使用地面高压泵组，将超过地层吸液能力的大量压裂液（滑溜水、减阻剂、抗菌剂等）泵入井内，在井底产生高压，致使孔眼产生二次裂缝，随着压裂液在裂缝中逐渐延伸，进一步注入带有支撑剂（轻砂和不同粒径的陶粒）的混砂液，支撑剂的存在可对裂缝壁面起到支撑作用，致使气体不断从基质储层中向外运移。
参考文献
Peebles, M. W. H., 1980, Evolution of the gas industry: New York, New York University Press, 235 p.
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张东晓, 杨婷云. 页岩气开发综述[J]. 石油学报, 2013, 34(4): 792-801.
邹才能, 董大忠, 王玉满, 等. 中国页岩气特征, 挑战及前景 (二)[J]. 石油勘探与开发, 2016, 43(2): 166-178.
杨德敏,喻元秀,梁睿,袁建梅.我国页岩气重点建产区开发进展、环保现状及对策建议[J].现代化工,2019,39(01):1-6.
美编：黄紫薇
校对：黄志伟
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