从页岩气聊起（0）

不爱吱声

写得真好，我写不出来这么精彩的科普。可能我条条框框太多下笔多有顾虑反倒无法写得这么流畅。

- f2 i6 a9 z) N, O你还有其他的科普文章么？不妨都贴过来。

不爱吱声

木不铎 发表于 2013-10-18 15:20
8 [8 Y: n7 q3 d  i在谈页岩气之前，先聊聊常规油气藏。在这方面，大家已经形成共识，即若想形成良好的油气藏，一般需要五大 ...

) E! l2 j: E. R( J3 }& {# A唯一的瑕疵就是页岩是空隙率低，渗透率低因此采用常规手段无法开采，但将气采出来却不是靠增加压力挤出来的，压裂本质上是把石头通过水力压裂方法撑开裂缝，这样增大自由表面面积，也就是增加孔隙率和渗透率，却无法压挤出气体，在水压过后，注入支撑剂支撑裂缝，气体分子会自动沿裂缝跑出来。
  S) V- c6 X  D* ?+ I( W好的页岩类似与千层饼被高压挤在一起，压裂就是把这些层间裂缝撑开。

不爱吱声

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木不铎 发表于 2013-10-18 17:35
' j' W/ x* n9 u% R4 c$ y- M/ h《千字文》中有一句词----“孔怀兄弟，同气连枝”，页岩气也是有兄弟的。与常规天然气资源相对，还存在一个 ...

& A. U, O5 J8 q/ f" T0 W% h砂岩（Sandstone）和石灰岩（Limestone）原本都是最好的储集岩（Reservoir Rock），但是碰巧有些空隙率和渗透率很小用常规方法开采不出来附着的气体，所以就需要压裂了，这种致密的岩石（非页岩）出来的气就是tight gas.
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顺便说一句，你在（1）中说页岩是储集岩（Reservoir Rock）的候选是不准确的，应该是砂岩（Sandstone）和石灰岩（Limestone）。页岩是烃源岩（Source Rock）。


$ w9 @/ v* ^. i2 W& X$ H8 A这张图是各种岩石特性的对比

不爱吱声

存疑。因为一些中文及英文书上也有把页岩也列为储集岩的一种，我想是指那种存在节理或者裂隙的页岩。

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. f' S5 ?# o* G' x( A! u2 g传统上，页岩确实不认为是储集岩（Reservoir Rock），但是由于现在非常规的开采技术可以把气和油从页岩中开采出来，因此认为页岩也是储集岩（Reservoir Rock）也算是与时俱进的说法了

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木不铎 发表于 2013-10-18 17:41
页岩气的形成，是因为页岩的孔隙度非常小，一旦天然气进入页岩里，就原地踏步。既然天然气可以这样，那么流 ...

, \' b0 r8 j0 F9 \& A* a) }7 b油页岩出油要蒸石头，蒸完的石头残渣很难处理，而且油质也不好，污染问题非常严重，不像页岩气开采完后地表就一个出气口，只要保证开采及运输过程不泄漏，施工安全，加上排炭量相对低，总体至少比煤炭要环保很多，因此页岩气更值得大力推广。
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7 z5 _3 c, f. Y6 A" b! ?1 ?致密油则与页岩气类似使用非常规手段开采出来的油质也不错，因此tight oil也是应该发展，美国现在tight oil产量越来越高了。

不爱吱声

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木不铎 发表于 2013-10-18 17:44
前文说到页岩气的开发技术时，提及两项关键技术，其中之一就是“Slick-Water Fracturing（油水劈裂）”。这 ...

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环保部分给你扣一分。其实你写的算是公允了。

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不过你贴的这张图是让油工们比较郁闷+恶心的图之一。那是美国好莱坞一个导演制造出来的。

+ Z+ c# F. S3 r: o1 H那是科罗拉多某农家发现自己水井中有天然气，点火甚至可以燃烧。然后她家不远处不久前有一口页岩气井，导演就暗示是页岩气开采的问题。

& b3 J2 Y: j1 ~0 J) x* [8 t彻底的调查后发现导演根本就是故意拍电影制造恐怖。
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1 L* k+ _' J. n9 G因为，那家的水井正好穿越了煤层，那些天然气是煤层产生的。当地水井有天然气的报告早在页岩气井之前就有了。另外，对于水井中天然气成分检测报告表明，水井中的天然气是生物成气，而页岩气是深埋地下上千米的，都是热成气，生物成气正好说明是地表煤层出来的天然气，而不是页岩气井泄露导致的。

* j0 w2 A, e8 x5 M此外，天然气是无色无味无毒、易散发，比重轻于空气，不宜积聚成爆炸性气体，是较为安全的燃气。你喝进去最多打个嗝放个屁就出来了，制造恐慌的导演实在是可恶。

不爱吱声

牌牌 发表于 2013-10-19 09:06
: T* b. [6 `0 y) j  n# q( C$ {关于压裂污染的话题有一个想法与不爱商榷
俺觉得吧，压裂液不可能做到100%返排，必然会有部分残留在地层 ...

美国页岩几百米埋深的极其稀少，大多上千米。中国是几千米。
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9 X5 r/ ?# ?& p+ p9 d3 {4 m! d- K目前美国有确凿证据证明压裂液污染地下水的据我所知还没有。

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隧道 发表于 2013-10-19 12:32
能用的招都用了，最后实在采不出来的时候，可不可以沿途放炸药？
" Q& ]. B0 P. l7 D) W  [. ]6 i( Q% R0 h逐个地方炸一下，把这些页岩弄得更碎些 ...

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. e; O  b) t, g  ^  `" o使用炸药可不是实在采不出来的时候采用的，恰恰相反，常规开采就是使用的高能炸药。

4 m4 S7 I  W$ c* r9 G  T不过，炸药可绝对不能简单的沿途炸一下，把岩石弄得更碎些。
因为
1。井直径不大，不可能用很多炸药
2 F+ H- z+ Q0 ?5 u4 l2。如果直接用炸药炸岩石，是非常可怕的事情，这样会把井炸塌。具体说来，一般开采方式井下是要用钢管套管封井的，这叫cased hole completion,这种方式下用炸药只会把钢管炸坏。
! V( }. k' B: N现在还有一种完井方式叫open hole completion, 这种常见于水平井，对于比较致密的坚硬的岩石是可以不用套管封井，岩石本身强度够大，可以保证油气出来后，岩石也不会塌。但是即便对于岩石裸露的open hole,用炸药直接炸也只是把事情搞得更糟。
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因为，不管什么岩石，空隙率和渗透率高才好，什么情况下空隙率高呢？其实是岩石颗粒（grain size)越大越好,
看这张图

很直观吧，上面的鹅卵石(gravel)石子很大，彼此之间的空隙就很大，下面的致密沙石（fine sand)，很明显直观上就很密实，设想如果石油和天然气存在于两种不同石子的缝隙中，当然是存在于鹅卵石的比致密沙石更通畅一些，更容易逃逸出来。
% X! [! N( G0 r; a; Q. W8 B这样，如果你把岩石通过炸药弄得更碎些，就会导致岩石的孔隙率和渗透率降低，所以我说会把事情搞得更糟。
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但是人们在常规开采中还是使用炸药的，那就是采用空腔聚能器，射孔的方式。
关于空腔聚能器，我恰好在写相关的科普，这里顺便做个广告。
见[趣味力学] 空腔聚能与金属射流(一)
9 j' `- {) c+ S4 q& thttp://www.aswetalk.org/bbs/thread-11835-1-1.html

真正射孔枪是这个样子的

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工作原理是这样的


这就是常规开采中最常用的射孔方式，perforating.成本比较低，效率非常高。

* T( U4 O; R) J' e但是，对于页岩就不管用了。因为页岩空隙率太低，单独射孔是不够的。射孔一般穿深不会超过半米，半米的深度，给致密的页岩增加的空隙率还远远不到可以实现开采的出油率或者出气率的标准。
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这就需要压裂+水平井了，因为只要压裂+水平井才能最大限度增加空隙率。
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: y/ c- X# _: f' L2 ?! U一条水平井也已千米甚至几千米长度，而最常用的水平井分段压裂，一条井可以分成十几段甚至几十段，每一段裂缝长度都可以几百米，这样出来的空隙体积率才足够。想想水平井+压裂技术形成的开采区上千立方米的范围的人工空隙，比较传统射孔方式只能沿井一米以内见方的人工空隙，这不是一个量级的概念。

: C, P0 C4 b8 N3 h" J水平井+压裂示意图
$ T# L. O' I9 k2 a% n* j% v/ Q

7 W' v- K0 ]8 N& ?$ |( Q可惜水平井+压裂比较常规射孔开采方式成本高太多了，对于地质成像测量技术以及相应钻井完井技术要求也高太多了，因此根据目前情况，除略估算，只有天然气价高于＄5/McF才可以实现营利。