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2018石油大会：北美页岩气和致密油资源的成功开发-Daniel J Soeder-南达科他州矿业与技术学院

丹尼尔·J·索德

页岩气和致密油等碳氢化合物资源在过去十年对北美能源供应产生了重大影响。从美国和加拿大页岩中生产的所谓非常规易燃气体已经使北美天然气市场饱和，支持了加拿大的出口，并使美国成为天然气净出口国。巴肯页岩的致密油使北达科他州成为美国第二大石油供应州，仅次于德克萨斯州，由于鹰福特页岩和二叠纪盆地的多重页岩生产出类似的高产流体，德克萨斯州保持着领先地位。 。受高能源价格的推动，2005 年至 2010 年期间，美国页岩油开发蓬勃发展。良好的租赁地位和创新的可及性，可以从这些安排中创造商业数量的碳氢化合物。加拿大的进展较晚，墨西哥也开发了一些页岩油。页岩气和石油资产对美国和北美能源经济的重要性怎么强调都不为过。美国非常规油气在不到10年的时间里取得了主导地位，其数量之多令人始料未及。事实上，分析师和业界经历了一场极端而持久的技术斗争。获取和生产这些资源的现代尝试始于 20 世纪 70 年代末，然而，近 20 年来，这一成就一直难以实现，直到一些有远见的人偶然发现了平坦穿透和排列水驱破碎的组合，最终成为生产页岩气和致密油藏的一项富有成效的创新。页岩开发对空气和水造成了环境风险，适用于页岩油区的技术可能不会对其他油田产生影响。其他国家在考虑生产自己的页岩资源时，正在寻求北美在应对自然和发展挑战方面的领导力。

页岩资源开发的成就并非没有争议。页岩气反对者加剧了公众对水力压裂过程或“水力压裂”的恐惧，导致页岩气开发在几年内受到限制，并在纽约和魁北克等某些地区被彻底禁止。早期发展的“新兴城市”性质以及缺乏明确的环境风险数据加剧了负面看法，导致一些勘探和生产企业遭到强烈抵制。研究人员一直在逐渐减少环境风险的不确定性，并且随着操作人员获得更多经验，事故发生的频率有所下降。

页岩颜色呈深色或浅色，具体取决于天然碳含量（图 2）。深色页岩有机质丰富，而浅色“灰色”页岩有机质贫乏。深色页岩因其较高的碳含量而成为非常规油气开发的典型焦点。有机碳物质与页岩颜色之间的定量关系已被证明是不现实的，因为一旦有机碳含量达到百分之几，页岩就会变暗，并且不会随着更多碳的膨胀而变得更暗（Hosterman 和惠特洛，1980）。深色页岩中的有机碳本质上是与沉积物聚集的植物碎屑，通常来源于淡水藻类、海洋藻类或陆地植物（Chen 等，2015）。

富含有机物的黑色页岩含有大量的天然气和石油，这可能足以使美国自 20 世纪 50 年代以来实现能源独立，并最终结束 1970 年代所谓的能源危机。这些资源的规模早已从美国政府考虑的东部页岩气项目中获悉，但预计经济地回收碳氢化合物的技术直到 20 世纪 90 年代才开发出来。米切尔能源公司坚持在德克萨斯州沃思堡盆地的巴尼特页岩上进行天然气生产尝试，直到水平穿透和安排的压力驱动破裂的富有成效的组合允许以经济成本回收大量页岩气。不久之后的选举组织也紧随其后，将米切尔创造的创新应用于美国和加拿大西部的其他富含有机物的页岩。页岩气回收过程并非没有有机问题。环境影响包括对空气、水、环境和居住空间的潜在影响，其中一些是已知的，另一些仍在研究中。发达的钻井实践，例如更长的支管和压裂液的再利用，正在减少这些影响。全球页岩开发具有更大的潜力，但它受到潜在自然危险的脆弱性的限制。另一个测试是需要通过实验现场测试来创建碗明确或开发明确的创新，以熟练地钻探和压裂页岩碳氢化合物资源。这两个障碍都需要科学研究和时间才能生存。

注：本工作部分在2018 年 7 月 20-21 日澳大利亚悉尼举行的第三届世界石油工程和天然气回收大会^上发表