苗淼 高堋

天然氣，一種主要由甲烷組成的氣態(tài)化石燃料，它與石油的“黑金”相對應(yīng)，被譽(yù)為“藍(lán)金”。天然氣相對清潔，且開發(fā)、利用技術(shù)較為成熟，日益成為能源消費(fèi)的“頂梁柱”。然而，它具有不可再生性。隨著常規(guī)天然氣資源的不斷枯竭，以頁巖氣為代表的非常規(guī)天然氣逐漸成為全球天然氣開發(fā)的熱門。

自“書頁”中來

頁巖氣與常規(guī)天然氣在成分上并無差異，它們的區(qū)別在于產(chǎn)層不同。常規(guī)天然氣通常產(chǎn)自砂巖（主要由石英碎屑和填隙物組成）或碳酸巖（主要由碳酸鹽礦物組成），而頁巖氣則產(chǎn)自頁巖（黏土礦物經(jīng)多種長期的固化作用后形成的沉積巖，具有明顯的書頁狀層理，多呈灰黑色或黑色）。

頁巖層雜質(zhì)較多，露出地表的部分常位于地勢低洼處或被植被覆蓋，易遭受風(fēng)化侵蝕，且它的孔隙和滲透條件較差，常被視為常規(guī)天然氣的蓋層（常規(guī)天然氣藏通常需要兼具生氣層、儲層和蓋層，生氣層可產(chǎn)生天然氣，儲層具備儲存和輸出的雙重要求，蓋層則像一層蓋在儲層之上的厚厚的棉被，可以阻止天然氣“逃脫”）。隨著研究的進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)，頁巖中含有大量直徑僅有頭發(fā)絲1‰的納米級孔隙，這些孔隙能同時讓天然氣“居住”和“出門”。在這一理念的指導(dǎo)下，頁巖氣被成功開發(fā)。

廣西壯族自治區(qū)柳州市暴露在地表的頁巖（供圖/高?。?/p>

“出逃”的天然氣

按成因，可將頁巖氣分為兩種。一種為生物成因氣，通常埋藏于較淺且溫度較低的環(huán)境，由厭氧微生物對沉積的有機(jī)質(zhì)分解而成，成分較為單一，以甲烷為主；另一種為熱成因氣，通常埋藏于較深且溫度較高的環(huán)境，由有機(jī)物的裂解（在高溫作用下，物質(zhì)的分子發(fā)生斷裂、聚合等反應(yīng)，生成新的產(chǎn)物）或石油的二次裂解形成，成分較為復(fù)雜，包括甲烷等多種烴（tīng，僅由碳和氫兩種元素組成的有機(jī)化合物）類物質(zhì)。

頁巖氣水力壓裂生產(chǎn)流程示意圖（供圖/苗淼）

與常規(guī)天然氣“大哥”們喜歡在儲層中過“集體生活”不同，剛剛“出生”的頁巖氣“寶寶”十分挑剔，既要住單間，又要足夠深。它們會吸附在有機(jī)質(zhì)的微納米孔隙或礦物的表面，但這些物質(zhì)的吸附能力有限，因此，有部分頁巖氣擺脫了吸附“生活”，逃逸到頁巖的微裂縫中，成為“游離氣”，為其開發(fā)、利用提供了可行性。但它們依然無法像常規(guī)天然氣那樣，通過鉆井來到地表，頁巖氣的“克星”——水力壓裂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

水壓石穿

水力壓裂技術(shù)是一種將水、沙子和/或化學(xué)品注入井中，破壞地下基巖，釋放巖石中儲存的石油或天然氣的技術(shù)，主要包括鉆探、壓裂和生產(chǎn)3大階段。首先，垂直鉆探一口井，鉆到含有天然氣的巖層后改為水平方向鉆，并用鋼材或水泥覆蓋井壁。隨后，將在地面上處理好的壓裂液通過機(jī)械以極高的壓力泵（bèng）入井中，擊碎巖石，釋放藏在巖石孔隙中的石油或天然氣。這些物質(zhì)會順著裂縫逸出，通過生產(chǎn)井到達(dá)地表。

中國頁巖氣資源豐富，但主要位于四川、重慶等地的山地、丘陵地區(qū)，這些地區(qū)地形崎嶇，人口稠密。不僅如此，這些地區(qū)位于板塊交會處，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性差，斷層、褶皺等后期地質(zhì)活動強(qiáng)烈，十分容易破壞頁巖氣藏。這些客觀條件不僅增加了頁巖氣鉆井的作業(yè)難度和成本，也限制了作業(yè)規(guī)模，因此，相關(guān)科研人員正在“對癥下藥”，因地制宜地探索開采技術(shù)。

2017年，中國成為全球第三頁巖氣生產(chǎn)大國。目前，中國頁巖氣井水平段創(chuàng)下的最長記錄為，2022年重慶市涪（fú）陵頁巖氣田，4286米；日進(jìn)尺（鉆探速度的衡量標(biāo)準(zhǔn)）創(chuàng)下的最快記錄為，2024年四川省宜賓市長寧頁巖氣田，1619米。中國正在“鉆得遠(yuǎn)”“鉆得快”“鉆得深”上比肩國際水平。

頁巖氣，藏在地下幾千米的巖縫之中，是自納米級孔隙中“擠壓”出的“藍(lán)金”。它正不斷走進(jìn)人們的生活，讓這個世界變得更清潔、更環(huán)保。

（責(zé)任編輯 / 牛一名? 美術(shù)編輯 /周游）