美國頁岩天然氣開發

2011/04/25-蕭景岳  
 
開採技術左右1國天然氣蘊藏量與產量,當開採技術提升後,過去不具開採價值的蘊藏地點都將躍為新寵。

 

在2008年以前,俄羅斯多年保持天然氣第1大生產國的地位,但因美國在頁岩天然氣開採上獲得突破後,2009年取代俄羅斯成為天然氣第1生產大國。

路透(Reuters)報導,美國頁岩氣蘊藏量估計可滿足未來30年內需求,因此也開始將原本用來進口液化天然氣的設施改造成出口設施。

大陸國土資源部油氣資源戰略研究中心副主任張大偉表示,美國單單頁岩氣的產量就超越大陸油氣總產出的水平。

但英國石油(BP)預測,儘管美國天然氣產量將持續增加,成長率將不如其他國家,且生產佔全球比重可能在2030年以前從2010年的20%以上大幅下滑約7個百分點。



DIGITIMES中文網 原文網址: 美國頁岩天然氣開發 http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=10&Cat=60&Cat1=&id=229983#ixzz2B5R5fCHS

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  • lawinlaw
  • 美國頁岩氣發展對全球石化產業之影響(I)  作者:劉致中
    美國頁岩氣(Shale gas)從十年前開始陸續開採後,逐漸影響全球的天然氣產業與石化產業,造成了天然氣價格低迷與石化產業進料比例改變的市場變化。在天然氣產業中,由於頁 岩氣的大量開採填補了美國天然氣的進口市場,造成美國天然氣市場價格的低迷。更由於頁岩氣的大量產出,美國石化業者開始擴大天然氣進料的比例,形成對石化 產業另一波的巨大影響。

    一、天然氣的氣種與美國的市場現況

    天然氣的主要構成成分為甲烷,通常可佔到85%,其次為乙烷、丙烷、丁烷等,約佔13%, 其餘如環烷烴、芳香族烴與其他氣體(氦、氬、氮、二氧化碳、硫化氫、水)等,約有2%。頁岩氣則為位於暗色泥頁岩或高碳泥頁岩中,以吸附或游離狀態聚集其 中的天然氣,是一種重要的非常規天然氣資源,頁岩氣的常見成分包括甲烷、二氧化碳、氮氣、乙烷甚至丙烷等。煤層氣的主要成分則是甲烷,它是在煤的生成和煤 的變質過程中所伴生的氣體。在古代植物在堆積成煤的初期,由纖維素和有機質經厭氧菌的作用分解而成。其蘊藏氣成份中的多碳成分越高,熱值越大,以上三種氣 體所含的多碳成分多寡不同,一般來說熱值以天然氣為最高,頁岩氣與煤層氣次之。

    美國天然氣市場的產品,目前以傳統天然氣、頁岩氣與煤層氣三類產品為主,供應量以傳統天然氣為最大,約為45 BCF/D;頁岩氣與煤層氣居次,供應量分別為15 BCF/D與5 BCF/D。

    二、美國與全球的頁岩氣分布狀況

    全球各地都有頁岩氣的礦藏,目前探明的礦藏資訊顯示美洲地區為蘊藏量較為豐富的地區,其他地區如:歐洲、非洲、澳洲與中國大陸地區也都有頁岩氣的礦藏存在。

    表一、全球頁岩氣估計儲量

    單位:兆立方公尺

    地區或國家

    頁岩氣儲量

    地區或國家

    頁岩氣儲量

    北美

    108.79

    非洲撒哈拉地區

    7.76

    南美

    59.95

    中亞和中國

    99.90

    西歐

    14.44

    太平洋經合組織

    65.50

    中歐和東歐

    1.10

    亞太其他地區

    8.89

    前蘇聯

    17.75

    中東和北非

    72.15

    資料來源:葉岩氣開採進展,石油科技動態,2010(2)




    資料來源:U.S. Energy Information Administration(2011)

    圖一、全球頁岩氣的蘊藏地點

    美國地區的保守蘊藏量估計在109兆立方公尺,主要的頁岩氣蘊藏地區從美國西北海岸地區綿延至東北部,約有19座頁岩氣的氣源蘊藏盆地 (basins),目前有商業化生產的頁岩氣井為FortWorth盆地的Barnett頁岩氣、San Juan盆地的Lewis頁岩氣、Michigan盆地的Antrim頁岩氣 、Appalachian盆地的Marcellus頁岩氣與Illinois盆地的New Albany頁岩氣。



    資料來源:APIC會議(2011/05)

    圖二、美國頁岩氣的蘊藏地點

    三、頁岩氣開採的必要條件

    大部分具有頁岩氣的岩層分布範圍廣、岩層厚度深且含氣量高,使得頁岩氣井能夠長期地穩定產氣(生產週期長),也因此頁岩氣氣井具有開採壽命長 (30~50年)與產氣穩定的優點;但由於頁岩氣儲集層的滲透率低,開採難度高為其主要的進入障礙。頁岩氣要開採須具備相對應的地質條件與技術條件,詳述 如下。

    (一)地質條件

    頁岩氣的開採受到其沉積環境、成岩型態、有機質含量、水利條件、周邊岩層構造應力特性的條件影響,並非所有的頁岩氣礦藏都具有開採價值,通常需具有一定蘊藏量、有機質成分高、滲透性好且為封閉體系的氣井方具有經濟開採價值。

    由於岩石內部的裂縫可以增加氣體在頁岩中的滲透率,使得頁岩氣較易開採,因此具裂縫型的泥頁岩地形,為商業開採的主要判斷指標之一,目前美國地區已開發的頁岩氣井均具有天然裂縫系統發育良好,頁岩滲透率高的特性。

    (二)技術條件

    頁岩氣氣井包含了兩個部分,一為垂直井部分,另一為水平井部分。一般頁岩氣蘊藏的地層,需打入長度2~5公里的垂直井,在垂直井抵達頁岩氣的蘊藏層後,即轉向與頁岩層水平的方向(如圖三所示)。

    垂直鑽井(horizontal drilling)和水力壓裂(Hydraulic fracturing)為開採頁岩氣的主要關鍵技術。水力壓裂就是利用地面高壓泵,通過水平井向油層擠注具有較高粘度的壓裂液。當注入的壓裂液其流速超過 油層的吸收能力時,則在井底油層上形成很高的壓力,當這種壓力超過水平井位置的頁岩層破裂壓力時,含油的頁岩層會被壓力壓開並產生裂縫,裂縫會持續向油層 內擴張。為了保持壓開的裂縫處於張開的狀態,接著會將支撐劑(通常為石英砂)打入裂縫,一方面可以使裂縫繼續向前延伸,另一方面可以支撐已經壓開的裂縫, 使其不致於閉合。再接著注入頂替液,將井內支撐劑全部頂入裂縫。最後,先前注入的高粘度壓裂液會自動降解而由井筒排出。如此操作後會在含油的頁岩層留下一 條或多條長、寬、高不等的裂縫,使油層與水平井間建立一條新的通道,使得頁岩氣的產量大幅度增加。



    資料來源:EIA

    圖三、頁岩氣開採的方式



    資料來源:SHALE-DEPOSITED NATURAL GAS: A REVIEW OF POTENTIAL (2009)

    圖四、經水力壓裂後所產生的岩層裂縫

    作者:劉致中 石化高分子

    (本文摘自ITIS產業資訊服務網2012/3/29)
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