中國頁巖氣革命淺析

楊彤穎

（中國石油西南油氣田公司對外合作部，四川　成都　610051）

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中國頁巖氣革命淺析

楊彤穎

（中國石油西南油氣田公司對外合作部，四川成都610051）

摘要以頁巖氣開發(fā)最早的國家美國為例，闡述了美國頁巖氣開發(fā)的歷程以及美國頁巖氣革命成功的幾大關鍵因素，介紹了中國頁巖氣革命的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，列舉出當今中國頁巖氣開發(fā)所面臨的機遇和挑戰(zhàn)，提出促進當前中國頁巖氣開發(fā)的幾點建議，包括：必須科學、理性地開展頁巖氣開發(fā)活動，需要政府進行合理的政策導向和開發(fā)監(jiān)管，應搭建頁巖氣開發(fā)信息的共享平臺，加強開發(fā)技術引進與創(chuàng)新，解決好降低壓裂對水的消耗及壓裂返排液的處理問題。

關鍵詞中國頁巖氣開發(fā)技術創(chuàng)新政策導向開發(fā)監(jiān)管

修訂回稿日期：2016－01－21

0　引言

筆者認為，中國頁巖氣革命要想取得成功，可謂路漫漫其修遠，可謂充滿艱難險阻，機遇與挑戰(zhàn)并存，意義重大而深遠。下面就先講述美國頁巖氣革命成功的經(jīng)驗，對比中國頁巖氣開發(fā)的現(xiàn)狀與歷程，并就中國頁巖氣革命所面臨的困難和機遇以及今后發(fā)展作一探討分析。

1　美國頁巖氣革命

美國是個創(chuàng)新驅動國家，但這種創(chuàng)新驅動不是獨立存在的，而是需要一套完整的與國家和社會配套的體系與機制。美國頁巖氣革命及其成果正是這種綜合配套的創(chuàng)新驅動機制的成果。經(jīng)歷了兩次石油危機，能源問題成為困擾美國的一大難題，所受到的能源挑戰(zhàn)日益嚴重。美國米歇爾能源公司于1980年開始頁巖氣評價與開發(fā)；美國政府還成立了能源部，出臺了一系列的對能源及相關行業(yè)的刺激政策，特別是鼓勵頁巖氣、致密氣和煤層氣等非常規(guī)天然氣的開發(fā)。從2005年起5年時間內美國頁巖氣產(chǎn)量增長超過20倍，2010年美國頁巖氣產(chǎn)量超過1 000×108m3，對中東地區(qū)石油依賴量下降到8 000× 104t。2012年，美國頁巖氣產(chǎn)量達到2 600×108m3。次年頁巖氣產(chǎn)量上升至約3 000×108m3。正是因為非常規(guī)天然氣特別是頁巖氣的開發(fā)，美國走向了“近能源獨立”時代，不再需要大量進口液化天然氣，而且使大量的液化天然氣替代柴油，再加上頁巖油，使美國對中東石油的需求直線下降。美國頁巖氣革命取得了成功［1］。

通過梳理、歸納，筆者認為美國頁巖氣革命取得成功的關鍵因素有以下幾個方面［2］：

1）良好的地質條件。美國頁巖氣儲量大且具備良好的地質條件。美國本土48個州廣泛發(fā)育黑色頁巖，其連續(xù)性、穩(wěn)定性好。根據(jù)美國能源信息署（EIA）統(tǒng)計，本國頁巖氣技術可采儲量為24.4× 1012m3，位列世界第二。美國主要的頁巖氣產(chǎn)區(qū)，包括Barnett、Fayetteville、Woodford、Haynesville、Mar?cellus、Eagle Ford等都具有埋藏深度不大（1 000～3 500 m）、單層頁巖厚度大（30～50 m）、總厚度超過500 m、有機碳含量多大于2%、基質滲透率多高于100 mD、成熟度一般為1.1%～2.5%（生氣窗）、頁巖脆性好（石英等脆性礦物總含量大于40%）等特點。

2）美國政府的政策導向作用。由于能源危機，為了加強能源安全，美國成立能源部，投入資金進行頁巖氣、致密氣、煤層氣等非常規(guī)資源的開發(fā)研究。同時，放開天然氣價格，出臺激勵政策，特別是促進非常規(guī)天然氣開發(fā)的激勵政策，其非常規(guī)氣開發(fā)的稅收抵免額度較大。

3）油氣公司開發(fā)頁巖氣的堅持不懈。美國米歇爾能源公司從1980年就開始頁巖氣的開發(fā)，整整堅持了30多年，終于取得了成果。這與其公司創(chuàng)始人及掌舵人喬治·米歇爾的膽識氣魄和高瞻遠矚分不開。

4）開采科技與技術的進步。從上世紀七八十年代以來在油氣工業(yè)的巨大的科技與技術進步使得美國頁巖氣革命得以成功，其中主要的技術包括：①三維地震技術。利用三維地震可以更直觀、更準確地反映出地腹形態(tài)。三維地震對頁巖氣開發(fā)中甜點區(qū)的識別、對鉆井軌跡的設計具有不可或缺的作用。②鉆井技術的進步，特別是水平井、叢式井技術。使用水平井可以更多或者最大限度地暴露儲層從而最大限度地增加單井產(chǎn)量。而叢式井不僅可以節(jié)約大量的用地，減少大量的鉆機搬遷，使鉆井液和壓裂用水更方便地循環(huán)使用，而且最為關鍵的是可以使頁巖氣工廠化作業(yè)得以實現(xiàn)。③微地震監(jiān)測及大型水力壓裂技術、分段壓裂技術的引用。微地震監(jiān)測技術，特別是越來越趨于成熟的深井、淺井相結合的微地震檢測技術使得在頁巖氣壓裂施工過程中能夠實時觀察到壓裂的進展和效果，如裂縫的走向、長度、高度，從而適時調整施工參數(shù)，達到最佳壓裂效果。而分段壓裂技術非常有利于最大程度地打開儲層、溝通儲層、擴大泄氣面積，形成人造頁巖氣儲層，而且在微地震監(jiān)測下又不至于讓裂縫貫通到不能貫通的地方。

5）信息共享與尊重專利。在美國，可以方便地從數(shù)據(jù)庫中查閱到任何一家公司頁巖氣的地質、鉆井、完井情況，加以學習和借鑒。而對于相關開發(fā)專利，大家都自覺維護，有條件地有償使用，極為注重對專利技術的保護，這也極大地調動了專利發(fā)明和推廣的積極性。

6）長時間的高油價倒逼。由于前幾年油價持續(xù)高漲，使得頁巖氣開發(fā)有利可圖。于是人們紛紛投入頁巖氣開發(fā)，涌現(xiàn)出了一大批從事頁巖氣開發(fā)的公司，造就了頁巖氣開發(fā)欣欣向榮的火熱局面。而從2014年下半年開始油價一路狂跌之后眾多的頁巖氣公司停產(chǎn)或關閉即可反證此因素。

7）豐富的水資源和完善的天然氣管網(wǎng)及市場。頁巖氣開發(fā)需要耗費大量的水，而美國的水資源非常豐富。有現(xiàn)成的管網(wǎng)及地面設施既可節(jié)約許多時間與投資，又可以使產(chǎn)出的頁巖氣能夠方便地進入市場賣給用戶。美國具有完善的天然氣管網(wǎng)市場使得眾多的頁巖氣生產(chǎn)者不論大小，都可以將自己產(chǎn)出的頁巖氣輸入管網(wǎng)，銷售給各地區(qū)的用戶。

2　中國頁巖氣的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

中國頁巖氣勘探開發(fā)工作始于2007年，中國石油與美國新田公司在四川盆地南部開始進行頁巖氣區(qū)塊聯(lián)合研究。2008年底，中國石油開始對四川盆地川南地區(qū)的頁巖氣資源開展評價工作。在長寧雙河鉆探了“長芯1井”，對下志留統(tǒng)龍馬溪頁巖取心進行了地化指標分析，同時在四川盆地的南江、秀山、石柱、綦江、華鎣山、興文、敘永分別對下志留統(tǒng)龍馬溪頁巖進行了鉆探取心，完成了大量的分析和評價工作。

2009年底，中國石油西南油氣田公司在威遠構造上開鉆第一口頁巖氣井“威201井”，目的層為下寒武統(tǒng)筇竹寺組。2010年7月，對“威201井”下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖進行加沙壓裂。筇竹寺組頁巖層測試產(chǎn)氣量為1.08×104m3／d。而后再對其上面的下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖進行壓裂，也獲得天然氣，成為我國第一口頁巖氣井。這口井雖然產(chǎn)量不高，但具有跨時代的重大意義，從實踐上證實了中國頁巖氣的存在并可以成功開采。2009年10月，中國石油和殼牌公司簽署了“富順—永川區(qū)塊頁巖氣聯(lián)合評價”協(xié)議，開始了對外合作頁巖氣的開發(fā)評價工作。而后在2012年3月雙方簽訂產(chǎn)品分成合同，富順—永川區(qū)塊成為中國首個頁巖氣對外合作開采區(qū)塊。2011年中國進行了第一輪頁巖氣區(qū)塊招標，共推出4個區(qū)塊，受邀競標的6家公司分別為中國石油、中國石化、中海油、延長石油、中聯(lián)煤層氣公司以及河南煤層氣開發(fā)利用公司。2012年第二輪頁巖氣區(qū)塊招標，面向社會各類投資主體共推出20個區(qū)塊，總面積約為2×104km2，分布在重慶、貴州、湖北、湖南、江西、浙江、安徽、河南8個省市。此次招標出讓的探礦權有效期為3年，鉆達目的層的預探井等鉆探工程量最低應滿足2口井／500 km2。

2012年11月中國石化在涪陵地區(qū)的頁巖氣井“焦頁1HF井”試氣成功并獲高產(chǎn)，2013年10月，“焦頁8-2HF井”測試日產(chǎn)54.7×104m3頁巖氣。2014年7月，國土資源部油氣儲量評審辦公室組織專家組評審涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊焦頁1—焦頁3井區(qū)五峰組—龍馬溪組一段的探明儲量。評審認定，涪陵頁巖氣田為優(yōu)質海相頁巖氣田，新增探明地質儲量為1 067.5×108m3，成為我國首個大型頁巖氣田。

目前我國正準備第三輪頁巖氣區(qū)塊招標，但其中存在較多的不確定性。我國頁巖氣開發(fā)目標是到2020年在全國將優(yōu)選出50～80個有利目標區(qū)和20～30個勘探開發(fā)區(qū)，頁巖氣可采儲量穩(wěn)定增長，頁巖氣產(chǎn)量快速增長，達到常規(guī)天然氣產(chǎn)量的8%～12%，使頁巖氣成為我國重要的清潔資源。

3　中國頁巖氣開發(fā)面臨的機遇與挑戰(zhàn)

1）日益增加的能源需求推動我國頁巖氣加速開發(fā)。隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，中國已成為世界上天然氣消費量增長速度最快的國家之一。據(jù)預測，到2020年，天然氣的年消費量可能達到3 500× 108m3。能源需求的不斷攀升，國內天然氣需求的對外依存度不斷擴大，因此大力發(fā)展非常規(guī)天然氣，特別是頁巖氣的開發(fā)利用對于保障國家能源安全和經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。

2）美國頁巖氣革命的成功掀起全球頁巖氣開發(fā)的熱潮。這種熱潮對于我國頁巖氣開發(fā)無疑起到了重要的推動作用，中國政府也在各方面出臺各種政策鼓勵頁巖氣開發(fā)。2012年3月，我國首個頁巖氣發(fā)展五年規(guī)劃——《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》出臺，并且通過兩輪頁巖氣探礦權招標和頁巖氣開發(fā)補貼政策等一系列扶持舉措，降低其勘探開發(fā)的準入門檻，拓寬投融資渠道來促進頁巖氣的勘探開發(fā)。

3）順應中國能源結構調整和環(huán)境保護的需要。中國目前正在實施能源結構調整，2014年底，國務院頒布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃2014-2020》指出，我國優(yōu)化能源結構的路徑是降低煤炭消費比重，提高天然氣消費比重。計劃到2020年，非化石能源占一次能源消費比重達到15%；天然氣比重達到10%以上；煤炭消費比重控制在62%以內；石油比重為剩下的13%。國家提倡發(fā)展和利用天然氣，大幅度提高天然氣等清潔能源在中國能源消費結構中的比重，這無疑對頁巖氣的開發(fā)利用提供了市場機遇，也為降低國際進口石油依賴、保證能源供應安全、緩解日趨嚴重的環(huán)境污染問題提供了保障。

4）中國頁巖氣開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)方面，主要體現(xiàn)在技術風險、經(jīng)濟風險和環(huán)境風險上。不同于常規(guī)油氣開發(fā)，頁巖氣開發(fā)單井產(chǎn)量低、產(chǎn)量遞減快、鉆井周期長、技術要求高、投資回報速度慢，具有成本高、風險大的特點［3］。特別是由于頁巖氣開發(fā)的技術特點，需要消耗大量的水資源，對于我國水資源分布極度不均的現(xiàn)狀而言，頁巖氣的開發(fā)將加劇缺水地區(qū)水資源緊張的局面。其次，開發(fā)頁巖氣過程中容易造成水污染，這種污染主要包括壓裂液對地下水源以及返排液對地表水源的污染，引發(fā)用水安全問題。因此水處理問題是必須面臨的一個棘手的環(huán)境問題。此外中國頁巖氣的地質條件較北美也更加復雜，氣藏普遍埋藏深，多埋深在3 000 m以下，開發(fā)難度大，對勘探開發(fā)技術以及裝備工具提出了更高的要求。

4　推動中國頁巖氣革命的建議

1）必須科學、理性地開展頁巖氣開發(fā)活動。最近我國政府將“到2020年計劃年產(chǎn)頁巖氣（600～1 000）×108m3”的目標調整為“年產(chǎn)頁巖氣、煤層氣各300×108m3”，在一定程度上體現(xiàn)了頁巖氣開發(fā)理性的回歸。因此必須要讓大眾與民營資本了解頁巖氣開發(fā)資金與技術的密集性特點，了解其風險高、投資回收期長的特點，了解中國頁巖氣的地質條件遠比美國復雜的特點。一哄而上、不顧成本不講技術的頁巖氣盲目開發(fā)只會破壞頁巖氣開發(fā)的發(fā)展大局。

2）需要政府合理的政策導向和監(jiān)管。目前實行的頁巖氣補貼、區(qū)塊招標辦法是不錯的選擇，但在這個過程中如何進一步優(yōu)化和加強監(jiān)管仍然有許多需改進的空間。比如，應組織勘測力量加強對區(qū)塊本身地質的認識和了解，應確保頁巖氣井生產(chǎn)的就是頁巖氣而非來自其他層位的常規(guī)天然氣，以及加強整個開發(fā)過程中的環(huán)保監(jiān)管，確保頁巖氣的開發(fā)不對環(huán)境造成大的污染［4］。

3）搭建頁巖氣開發(fā)信息共享平臺。構建平臺可由政府主導，構建頁巖氣開發(fā)數(shù)據(jù)庫，有條件地對社會開放。數(shù)據(jù)庫應包括國家層面所做的所有有關頁巖氣的數(shù)據(jù)，比如頁巖氣各區(qū)塊的位置、地質條件、主要頁巖層位的分布、埋深、厚度、頁巖的物化性質、資源狀況，另外還應包括中國石油、中國石化等幾家公司已有的頁巖氣井的相關數(shù)據(jù)。

4）加強技術引進與科技創(chuàng)新。目前我國的頁巖氣開發(fā)技術與發(fā)達國家相比較在很多方面仍然存在較大的差距。因此除了自主創(chuàng)新之外一個重要的途徑就是可探索多種國際合作模式，包括國內企業(yè)可與殼牌、BP、HESS、ENI、康菲等國

外油氣公司的合作，可與斯倫貝謝、威德福、哈里伯頓、貝克休斯等油田服務企業(yè)的合作，也包括中海油在海外與chesapeake集團的合作等，學習與借鑒國外石油公司的先進技術和管理經(jīng)驗，結合國內實際情況合理運用成熟的開發(fā)技術開采頁巖氣。

5）解決好用水和廢水處理問題。開發(fā)用水的問題解決不好，頁巖氣開發(fā)就不可能進展順利。水的問題包括水源問題和廢水處理問題兩個方面。建議最好能在國家層面組織科研攻關，解決好如何降低壓裂對水的消耗、如何進行壓裂返排液的處理并循環(huán)利用等問題，協(xié)調解決好頁巖氣開發(fā)生產(chǎn)與居民生活、農業(yè)、工業(yè)用水之間的矛盾。

5　結束語

我國頁巖氣資源豐富，發(fā)展頁巖氣對保障中國能源安全、助推經(jīng)濟發(fā)展，特別是改善大氣環(huán)境具有重要的意義。但中國頁巖氣取得環(huán)境友好的效益開發(fā)并非一蹴而就，而是任重道遠。應充分認識到我國頁巖氣開發(fā)與北美地區(qū)在地質條件、鉆完井技術、水資源、配套政策等方面的差異，在學習美國頁巖氣開發(fā)成功經(jīng)驗的基礎上，采取科學態(tài)度、開展學術研究、加快技術創(chuàng)新，特別是在當前全球經(jīng)濟下行壓力加大、國際油氣價格持續(xù)低迷的情況下，更應積極順應新形勢、新常態(tài)，充分利用頁巖氣資源優(yōu)勢，大力實施能源結構優(yōu)化調整，努力在探索中前行，以獲得我國頁巖氣開發(fā)利用的持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻

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［3］王希勇，姚莉，吉青.我國頁巖氣勘探開發(fā)的若干關鍵問題［J］.天然氣技術與經(jīng)濟，2012，6（5）：3-6.

［4］付斌，李孜孜，段言志，等.我國頁巖氣勘探開發(fā)SWOT分析及政策建議［J］.天然氣技術與經(jīng)濟，2012，6（5）：7-9.

（編輯：蔣龍）

作者簡介：楊彤穎（1980－），女，翻譯，從事油氣對外合作項目管理。E-mail：yang.ty@petrochina.com.cn。

doi：10.3969／j.issn.2095-1132.2016.01.002

文獻標識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）01-0005-03