頁巖氣商業(yè)化破解——中國首個百億立方米頁巖氣田進入商業(yè)化開發(fā)進程探秘

□ 文/本刊記者 牟雪江

受阻于鉆探成本和開發(fā)頁巖氣的復雜性，中國在效仿美國頁巖氣狂潮、發(fā)動自身能源供應革命方面步履維艱。

中國的頁巖氣，究竟有沒有預想中的那么多？

探明的儲量怎么采出來？

采出來怎么運出去？

運出去能不能賣一個好價錢？

追問“頁巖氣”，就像是四大“金剛”一般，橫亙在人們對頁巖氣商業(yè)化的美好憧憬和冷峻現實之間。

面對難題，有人對我國的頁巖氣開發(fā)持悲觀態(tài)度，也有人說“請有一點耐心”，更有人則是踏踏實實地“干起來”。

3月24日，中國石油化工集團公司董事長傅成玉在香港宣布：中國石化頁巖氣勘探取得重大突破，我國首個大型頁巖氣田—涪陵頁巖氣田提前進入商業(yè)化開發(fā)階段。

據悉，根據現有地質資料和產能評價，中國石化在重慶發(fā)現的涪陵頁巖氣田，資源量2.1萬億立方米，計劃2017年建成年產能100億立方米的頁巖氣田（相當于建成一個1000萬噸級的大型油田）。其中，預計2014年底涪陵頁巖氣田將實現產能18億立方米/年，2015年底將建成產能50億立方米/年，為原計劃的10倍。

頁巖氣被規(guī)?；虡I(yè)化開發(fā)，這意味著備受爭議的“十二五”規(guī)劃的頁巖氣目標由此出現轉機。

商業(yè)化開采必然帶來商業(yè)化利用的轉換。

中國石化3月1日與重慶市簽署的《關于涪陵頁巖氣開發(fā)利用戰(zhàn)略合作協(xié)議》稱，雙方將共同努力將重慶開辟成“全國頁巖氣主戰(zhàn)場”。在涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)未來的建設中，中國石化將整合優(yōu)勢資源，致力于探索和建立一套適合我國頁巖氣開發(fā)的自主核心技術，力爭成為國家標準；通過加快自主研發(fā)、引進頁巖氣相關裝備制造企業(yè)，將重慶打造成頁巖氣裝備制造產業(yè)高地；江漢油田與涪陵區(qū)政府將合資成立涪陵頁巖氣分公司，積極促進混合所有制發(fā)展。

3月31日，國內首個以頁巖氣為原料的大型液化氣廠，在重慶涪陵白濤化工園區(qū)開工建設。該項目由中國石化重慶石油分公司、重慶交通運輸控股（集團）公司、重慶燃氣集團股份公司三方出資組建，產能設計300萬立方米/日，年產液化天然氣約68萬噸，分3期建設。項目建成后，將進一步促進頁巖氣就地綜合高效利用，保障重慶市天然氣能源供應，提高清潔能源比重，同時將帶動重慶LNG裝備生產及制造業(yè)的發(fā)展。

2013年10月15日施工中的涪陵焦頁12-2HF、12-3HF井鉆井平臺。胡慶明/攝

正是涪陵這個年產能達10億立方米的頁巖氣田支撐起了這座國內首個以頁巖氣為原料的大型液化氣廠。將頁巖氣加工為LNG的項目，也是中國石化和重慶市政府簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議的重要內容之一，建成后可實現年產值50億元。

4月9日，重慶市政府下發(fā)關于命名涪陵頁巖氣田中國石化焦頁1HF井“頁巖氣開發(fā)功勛井”的決定，以彰顯1HF井為頁巖氣大規(guī)模開發(fā)利用作出的突出貢獻。

焦頁1HF井在頁巖氣綜合利用、配套建設以及科技研發(fā)、裝備制造、高效環(huán)保生產等多個領域為國內頁巖氣商業(yè)開發(fā)利用提供重要借鑒、積累成功經驗。

破題，從變革海相頁巖氣勘探理論中爆發(fā)

在美國頁巖氣革命的影響下，我國在頁巖氣開發(fā)上雄心勃勃。2009年10月，國土資源部啟動中國首個頁巖氣資源勘查項目，吹響了中國頁巖氣資源勘探開發(fā)的號角。

但是受地質認識和關鍵技術制約，掀起的頁巖氣勘探熱潮并沒有取得理想效果，到2012年，國內頁巖氣發(fā)展前景反而受到業(yè)界普遍質疑。

人們發(fā)現，頁巖氣地質儲量巨大，是中美兩國的共同之處，但是區(qū)別卻在于地質條件。美國頁巖氣主要產自上古生界和中生界，以海相地層為主，而我國富含有機質的頁巖不少分布在年代更老的，或年代更新的地層里，陸相和海陸交互相地層占很大比例。美國地質構造相對穩(wěn)定，中國相對活動，不少目的層系后期都經歷了強烈改造，頁巖氣聚集規(guī)律更為復雜。國土資源部資料顯示，美國頁巖氣多分布在平原地區(qū)，埋深在1000－2000米，勘探開發(fā)容易。我國泥頁巖油氣多在南方丘陵、西部高原地區(qū)，埋深多在3000米以上。

老話不是說“上天容易入地難”嗎？正在轟轟烈烈進入“頁巖氣運動”的非石油企業(yè)開始冷靜下來，重新審視其中的風險和利益的時候，中國石化、中國石油以及中國海油三大油企并沒有放慢頁巖氣開采步伐。

其中，中國石化在焦石壩地區(qū)實施的第一口頁巖氣井—焦頁1HF井鉆獲高產頁巖氣，開啟了中國頁巖氣開發(fā)的新紀元。

焦頁1HF井的突破，是中國石化實施“中國石化頁巖氣勘探開發(fā)要走在中國前列”目標的結果。

從2009年戰(zhàn)略目標的提出到取得突破，5年的時間，中國石化在頁巖油氣勘探開發(fā)和研究方面已投入數十億元人民幣，幾乎上游所有企業(yè)都參與到這場轟轟烈烈的能源革命中。中國石化在山東、河南、湖北、四川、貴州、重慶等地完成了40余口頁巖油、頁巖氣井，取得了良好的勘探和研究成果。

期間，中國石化針對頁巖氣陸續(xù)開展了選區(qū)評價、鉆探評價和產能評價三個方面的工作。在選區(qū)評價上，中國石化通過與北美典型頁巖氣形成條件對比，以頁巖厚度、有機質豐度、熱演化程度、埋藏深度和硅質礦物含量為主要評價參數，優(yōu)選出南方海相和四川盆地為頁巖氣勘探有利區(qū)。

中國石化在南方海相優(yōu)選宣城—桐廬、湘鄂西、黃平、漣源區(qū)塊實施了宣頁1、河頁1、黃頁1和湘頁1井，獲得低產氣流。通過鉆探實踐和研究，認為南方海相頁巖熱演化程度高，保存條件差，自此將頁巖氣勘探轉向四川盆地及其周緣地區(qū)。

2009年，在中國石化集團公司統(tǒng)一部署下，曾經在四川盆地海相儲層取得普光氣田勘探開發(fā)成果的勘探南方分公司擔綱重任，開始了四川盆地及其周緣地區(qū)展系統(tǒng)的地質調查和基礎研究。

勘探南方分公司的頁巖氣勘探專家們，通過對四川盆地周緣下古生界10條地質剖面的野外觀察描述及樣品采集，以及對南方探區(qū)13口井的頁巖層巖芯和41口井的巖屑觀察、描述及樣品采集和分析化驗，25口井測井資料頁巖氣綜合解釋，完成了元壩地區(qū)三維地震資料和涪陵地區(qū)二維地震資料的頁巖氣綜合解釋，并根據構造、層序地層、沉積、頁巖氣基本地質條件、富集主控因素、資源潛力、有利層段與有利目標區(qū)等方面的綜合研究，編制了涪陵、元壩頁巖氣勘探成果圖等各類成果圖件。

相隔兩地講話，憑著一根線就能彼此聽到，于眾多的上海人實屬前所未聞，有心試試這洋玩意兒的不在少數，反正又不要花錢，便有人進去拿起了通話器，果然，從聽筒里傳來了說話聲。

“只要沉下去把基礎工作做扎實，肯定能有新突破?！?這是勘探南方分公司頁巖氣項目部主任魏志紅鼓勵大家，堅定信心，打開思路時常掛在嘴邊的一句話。

正是通過這些扎實的基礎調查研究，豁然開朗了專家們的視野，“跳出以鉆探圈閉尋找隱蔽油氣藏為主的常規(guī)勘探思路，形成了以鉆探頁巖尋找連續(xù)型油氣聚集為主的非常規(guī)勘探理念”。對頁巖氣的富集和保存認識的逐漸清晰，專家創(chuàng)新性地提出了“良好的頂底板條件、適中的埋深、遠離開啟斷裂、不整合面和抬升剝蝕區(qū)是保存關鍵，儲層高壓—超高壓是頁巖氣保存條件好的表征”的新觀點，實現了頁巖氣地質認識上的第一次飛躍。

在新思路和新觀點的指引下，研究人員看到，出露地表的露頭和剖面表明，該地區(qū)龍馬溪組有優(yōu)質頁巖層發(fā)育。重新精細解釋涪陵地區(qū)的新老地震資料，他們發(fā)現涪陵東北部的焦石壩區(qū)塊雖然整體保存條件差，常規(guī)油氣勘探潛力小，但海相龍馬溪組頁巖層穩(wěn)定性好，是保存相對完整的“大棉被”。

就是在深入研究的基礎上，2011年9月，中國石化在焦石壩科學部署了焦頁1HF井。

2012年2月14日焦頁1HF井開鉆，9月16日井深鉆至3654米完鉆。11月7日至24日，勘探南方分公司分15段對該井成功進行大型水力壓裂。11月28日至12月11日，通過8個制度放噴測試，產量持續(xù)穩(wěn)定，日產20.3萬立方米高產工業(yè)氣流，不含硫化氫。

海相頁巖油氣勘探取得重大突破！

勘探南方分公司專家認為：“焦頁1HF井取得海相頁巖氣勘探的商業(yè)性發(fā)現，具有里程碑意義。首先，這是自主完成的海相頁巖氣水平井，是目前國內單井產量最高、最穩(wěn)定的頁巖氣井，標志著中國頁巖氣勘探成藏理論、評價技術有了實質性突破。其次，該井所在區(qū)域的海相頁巖氣層埋深小于3500米，埋藏淺、面積大、氣量足。如果說普光氣田的勘探發(fā)現帶動了四川盆地油氣儲量增長高峰的到來，那么焦頁1HF井的突破將推動南方海相頁巖油氣勘探大發(fā)展?！?/p>

“理論是行動的先導”。只有掌握了足夠的理論認識，行動才能從容不迫。

從認識到實踐是第一次飛躍，再從實踐到認識是第二次飛躍。中國石化的第二次飛躍的目標更加明確，就是要在認真研究總結焦石壩海相頁巖氣勘探開發(fā)資料和成果的基礎上，形成海相頁巖氣高產富集理論。

為了摸清焦石壩地區(qū)海相龍馬溪組頁巖層這個“大棉被”覆蓋的容量，2013年上半年，中國石化在焦石壩地區(qū)完成了600平方千米三維地震，并根據最新的地震資料精細解釋成果，部署實施了3口評價井和17口開發(fā)試驗井。

與此同時，勘探南方分公司聯合成都理工大學、浙江大學、四川省煤田地質研究院等單位共同承擔國土資源部重點科研項目—上揚子及滇黔桂地區(qū)頁巖氣資源調查評價與選區(qū)，歷時3年，瓜熟蒂落。該項目的一項主要成果是明確了四川盆地及周緣頁巖氣主控因素，建立了海相頁巖氣高產富集理論認識。

理論的突破，給地質家尋找頁巖氣提供了一盞指路明燈，將行進的道路照得更遠。專家通過對綦江以南、涪陵南部二維地震資料解釋，重做不同深度的沉積相帶圖，驚喜地發(fā)現中國石化的礦權主體分布在深水陸棚相帶的有利區(qū)內，并于2013年下半年，提出對正在該區(qū)鉆探的常規(guī)探井隆盛2井，進行加深后鉆探頁巖氣水平井丁頁2HF井。

勘探南方分公司的頁巖氣勘探專家張漢榮自豪地說：“焦石壩頁巖氣田的發(fā)現和丁頁2HF井的突破，解禁了整個川東南1000多平方千米的頁巖氣勘探面積，焦石壩龍馬溪組海相頁巖氣層這個大倉庫，正逐步擴容。”

中國石化董事長傅成玉在宣布中國石化重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)取得重大戰(zhàn)略性突破時表示，通過幾年的努力，中國石化初步評價涪陵頁巖氣田埋深小于4500米的有利區(qū)面積近4000平方千米，資源量2.1萬億立方米，頁巖品質優(yōu)、分布廣、厚度大、豐度高、埋深適中，為典型的優(yōu)質海相頁巖氣，形成了頁巖氣規(guī)模增儲建產的資源基礎。

突破，在創(chuàng)新頁巖氣勘探開發(fā)技術中成長

與常規(guī)天然氣關鍵在“找氣”不同的是，頁巖氣開發(fā)的關鍵在“采氣”，在相對確定的產氣區(qū)塊上，一旦資金大規(guī)模投入，極有可能在較短時期內實現規(guī)?；l(fā)展。

中國天然氣表觀消費穩(wěn)定增長

但是怎么將比北美地區(qū)深藏超過2000多米深的頁巖氣安全順利地采出來？在較短時期內實現規(guī)?；虡I(yè)化發(fā)展？技術問題不僅在前期勘查階段，同時在后期的開鉆、壓裂等過程中，也都成為參與者的“絆腳石”。

難題在于當前頁巖氣開采離開了水平井、大型壓裂就沒有產量。

就突破井焦頁1HF井來看，其井身結構呈完整的L型。井深3654米，水平段長1007.9米。

“水平井鉆井最難也是最關鍵的，就是要確保斜井段下靶點、水平段最終點均落在優(yōu)質頁巖氣層上。”勘探南方分公司川東南工作部主任孫坤忠說，“井眼越接近優(yōu)質頁巖氣層的中心，對將來頁巖氣的開采量和開采年限就越有利。”

可以說，鉆機從地面打到頁巖氣層，再在頁巖氣層水平穿行1000多米，要經歷許多難以預見的挑戰(zhàn)。除要確保斜井段下靶點、水平段最終點均落在優(yōu)質頁巖氣層上外，壓裂更是“臨門一腳”。只有通過壓裂，建成頁巖氣流“高速路”才能獲得高產。其中裂縫間距、裂縫布局、壓裂規(guī)模等參數如何優(yōu)化，就好比一把鑰匙，必須與海相頁巖“龍馬溪組”這把門鎖相匹配。

為了實現涪陵頁巖氣開發(fā)試驗區(qū)的任務目標，中國石化股份公司組織工程技術專家，確立了示范建設目標和標準。在涪陵頁巖氣田開發(fā)實踐中，江漢油田與江漢石油工程公司、石油工程機械公司、中原石油工程公司、石油工程技術研究院及相關院校緊密合作、協(xié)同攻關，形成了水平井簇射孔、可鉆式橋塞分段、電纜泵送橋塞、連續(xù)油管鉆塞等配套工藝技術，研制并成功應用了抗180℃高溫低摩阻強攜砂油基鉆井液，實現了同一平臺兩井交叉鉆完井作業(yè)，具備了“一臺六井式”井工廠標準化設計能力，編制了13項頁巖氣工程技術標準，為頁巖氣經濟有效開發(fā)提供了有力技術保障。

江漢油田在涪陵區(qū)塊頁巖油氣勘探開發(fā)關鍵技術、頁巖油氣層改造技術等項目中，根據龍馬溪組有機質類型好、孔隙發(fā)育、含氣性好、可壓性強的特點，改變了以往壓裂的思路和做法，以樹狀裂縫為出發(fā)點，不斷探索適合焦石壩地質特點的壓裂工藝，壓裂排量逐次增大，液量根據井眼規(guī)模該大就大，砂比根據地質需要合理增減，形成了“主縫加縫網”的壓裂工藝理念和三段式壓裂液體系、三組合支撐劑體系，有力提升了壓裂質量。其中，焦頁12-4HF井成功完成了2130米水平段、26段超大型壓裂，創(chuàng)造了國內頁巖氣水平井井段最長、分段數最多、單井液量最大、單井加砂量最大等新施工紀錄。

在開發(fā)試驗與工程技術方面，傅成玉在宣布中國石化重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)取得重大戰(zhàn)略性突破時也總結了取得的成績，即：形成了優(yōu)快鉆井技術系列，積極探索實施了井工廠化作業(yè)模式，水平井分段壓裂技術逐漸配套，設備、技術能力能夠滿足頁巖氣開發(fā)要求，目前試驗井最大水平段長2100米，最大壓裂段數26段；在裝備和配套工具的國產化方面，2013年3月成功研制出3000型壓裂車，代表了世界壓裂裝備技術的最高水平，目前已有4臺投入現場應用；研發(fā)的裸眼封隔器、橋塞等井下壓裂工具也達到國際先進水平，實現工業(yè)化批量生產并出口北美市場，使國際同類設備價格降低了50%以上。

中、美頁巖氣資源條件與特點對比

?？松梨诘捻搸r氣勘探評價專家評價：“中國石化川東南海相頁巖氣勘探開發(fā)技術是一流的，無論是頁巖氣綜合評價技術，還是水平井鉆井技術，以及分段壓裂試氣工藝技術，都已經走在了世界前列?！?/p>

在焦石壩頁巖氣發(fā)現的推動下，2013年9月，國家能源局正式批準設立涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)；11月，中國石化啟動示范區(qū)建設。目前示范區(qū)開發(fā)試驗井21口，截至2013年，已建成頁巖氣產能6億立方米/年。

接下來，中國石化將按照“整體部署、分步實施”原則，擬分兩期動用儲量3413億立方米，推進實施建成涪陵頁巖氣田100億立方米/年產能。第一步，擬在2013年的開發(fā)試驗基礎上，立足涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊主體的頁巖氣資源，2015年底前建成50億立方米/年產能。第二步，2017年底前再新建產能50億立方米/年，累計建成產能100億立方米/年。同時，繼續(xù)加大勘探開發(fā)力度，在川東南的丁山、南川等區(qū)塊進一步擴大資源，持續(xù)夯實頁巖氣開發(fā)的資源基礎。