如何低成本開(kāi)發(fā)我國(guó)頁(yè)巖氣？—專訪中國(guó)工程院院士、西南石油大學(xué)教授羅平亞

○ 文／本刊記者 鄭 丹

如何低成本開(kāi)發(fā)我國(guó)頁(yè)巖氣？—專訪中國(guó)工程院院士、西南石油大學(xué)教授羅平亞

○ 文／本刊記者 鄭 丹

●“要降低頁(yè)巖氣的成本，技術(shù)就要精益求精”。

提高單井產(chǎn)量、降低開(kāi)采成本，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開(kāi)采是我國(guó)頁(yè)巖氣建成新興產(chǎn)業(yè)的必由之路。

院士簡(jiǎn)介

羅平亞，1940年生，西南石油大學(xué)教授。1963年畢業(yè)于四川石油學(xué)院（即今西南石油大學(xué)）鉆井專業(yè)，原任西南石油大學(xué)校長(zhǎng)，“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任， 1995年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。

一直從事石油工程、油田應(yīng)用化學(xué)工程方面的教學(xué)與研究工作。在抗高溫深井泥漿、聚合物泥漿技術(shù)、保護(hù)油層的鉆井、完井技術(shù)、化學(xué)驅(qū)提高采率技術(shù)、以及井壁穩(wěn)定、井下復(fù)雜與事故處理、鉆井安全工程、油田應(yīng)用化學(xué)工程理論和應(yīng)用技術(shù)等方面取得了一批重要成果。先后主持和完成了40余項(xiàng)部省級(jí)以上的科研項(xiàng)目，獲部省級(jí)以上科研成果(含教學(xué)研究)獎(jiǎng)勵(lì)30余項(xiàng)（次）， 其中國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)8項(xiàng)，部省級(jí)一等獎(jiǎng)14項(xiàng)。出版專著6部，論文100余篇。培養(yǎng)碩、博士100多人。

國(guó)土資源部今年4月通報(bào)最新數(shù)據(jù)，2015年，全國(guó)頁(yè)巖氣勘查新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量4373.79億立方米，頁(yè)巖氣產(chǎn)量44.71億立方米。自2014年正式進(jìn)入商業(yè)開(kāi)發(fā)以來(lái)，我國(guó)頁(yè)巖氣總產(chǎn)量達(dá)57.18億立方米。頁(yè)巖氣在全國(guó)石油天然氣探明儲(chǔ)量中增勢(shì)迅猛，顯示了“十三五”期間我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展所具有的潛力。

本刊記者在采訪中國(guó)工程院院士、西南石油大學(xué)教授羅平亞時(shí)，他表示，國(guó)家希望頁(yè)巖氣能夠成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要的新增長(zhǎng)點(diǎn)，并對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型產(chǎn)生重大影響。這就需要盡快實(shí)現(xiàn)我國(guó)頁(yè)巖氣的工業(yè)化開(kāi)采，把頁(yè)巖氣建成戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)?！笆濉逼陂g和以后，應(yīng)該動(dòng)用國(guó)家力量來(lái)組織科研攻關(guān)，解決好優(yōu)勢(shì)資源、單井產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題。

頁(yè)巖氣工業(yè)化開(kāi)發(fā)的必要條件

中國(guó)石油石化：羅院士，您好！我國(guó)頁(yè)巖氣工業(yè)化開(kāi)采的衡量標(biāo)準(zhǔn)是什么？

羅平亞：工業(yè)化開(kāi)采是用最終年產(chǎn)量來(lái)標(biāo)志的。國(guó)家《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》提出，到2020年我國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量力爭(zhēng)超過(guò)300億立方米。也就是說(shuō)頁(yè)巖氣工業(yè)化開(kāi)采意味著年產(chǎn)量規(guī)模應(yīng)達(dá)到或超過(guò)幾百億立方米。然而，目前要實(shí)現(xiàn)300億這個(gè)目標(biāo)還有些困難。

國(guó)家希望頁(yè)巖氣能在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)組成中起舉足輕重的作用。在重慶焦石壩地區(qū)，目前的頁(yè)巖氣產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)50億立方米并實(shí)現(xiàn)了商品化，雖然這對(duì)一個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)是不錯(cuò)的成績(jī)，但從形成戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)來(lái)看還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

中國(guó)石油石化：您認(rèn)為，我國(guó)頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量和采收率應(yīng)達(dá)到怎樣的標(biāo)準(zhǔn)才具備工業(yè)化開(kāi)采價(jià)值？

羅平亞：較高（越高越好）的單井產(chǎn)量和采收率是我國(guó)頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開(kāi)采的必要條件。單井產(chǎn)量包括初產(chǎn)和長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)的產(chǎn)量。目前的普遍看法是初產(chǎn)達(dá)到幾萬(wàn)立方米／天，長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)上萬(wàn)立方米/天，而其采收率達(dá)到50%～65%。由于各個(gè)氣田的情況不完全一樣，所以不能一概而論。但必須要達(dá)到能支持一個(gè)地區(qū)工業(yè)化、規(guī)?；脷獾男枰?。

工業(yè)化開(kāi)采意味著開(kāi)采出的頁(yè)巖氣不僅能夠支撐周圍地區(qū)，而且能夠提供一個(gè)區(qū)域甚至全國(guó)的用氣需求。目前，在焦石壩和長(zhǎng)寧－威遠(yuǎn)地區(qū)一些頁(yè)巖氣井情況較好，初產(chǎn)能夠達(dá)到幾萬(wàn)立方米/天，有的甚至能達(dá)到10萬(wàn)～20萬(wàn)立方米/天甚至更高。即使在投產(chǎn)兩三年之后，產(chǎn)量能夠維持幾萬(wàn)立方米/天的頁(yè)巖氣井也普遍存在，完全能支持周圍地區(qū)工業(yè)化、規(guī)?；脷庑枰?，并因此實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。

中國(guó)石油石化：如何提高單井產(chǎn)量達(dá)到具有工業(yè)化開(kāi)采價(jià)值？

羅平亞：頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量和采收率達(dá)不到工業(yè)價(jià)值的根本原因是氣體在頁(yè)巖中運(yùn)移速度太低。頁(yè)巖中所含天然氣有游離氣和吸附氣（即以吸附狀態(tài)存在的甲烷），不同頁(yè)巖中游離氣和吸附氣的比例不同。單井日產(chǎn)量取決于解吸、擴(kuò)散和滲流三個(gè)過(guò)程中速度最慢的一個(gè)。

通常情況下，與游離氣的滲流運(yùn)移相比，吸附氣的解吸和擴(kuò)散過(guò)程最慢，成為影響單井日產(chǎn)量的主要因素。因此，要想獲得較高的單井產(chǎn)量，最好選擇以游離氣為主（即游離氣占80%或以上）的頁(yè)巖。眾所周知，增加氣體運(yùn)移速度及擴(kuò)大泄氣面積是增加單井產(chǎn)量的兩條途徑。但目前增加氣體在頁(yè)巖中的運(yùn)移速度還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

一般而言，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開(kāi)采，單井產(chǎn)量當(dāng)然越高越好。但單井產(chǎn)量與開(kāi)采成本存在必然的邏輯關(guān)系，對(duì)頁(yè)巖氣而言，大幅度提高單井產(chǎn)量就得采用更新、更好的技術(shù)，也就必然會(huì)更多的增大投入，這就涉及到能否取得必要的經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題。因此，必要的（越高越好）單井產(chǎn)量是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開(kāi)發(fā)的必要條件，而能否因此獲得必要的（越高越好）經(jīng)濟(jì)效益才是能否把頁(yè)巖氣建成大產(chǎn)業(yè)的決定因素。

構(gòu)建合理的成本和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

中國(guó)石油石化：您認(rèn)為，我國(guó)頁(yè)巖氣提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)低成本、工業(yè)化開(kāi)采的途徑是什么？

羅平亞：“低成本”只是一種習(xí)慣說(shuō)法，對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采來(lái)說(shuō)更是一個(gè)相對(duì)概念。因?yàn)轫?yè)巖氣開(kāi)發(fā)成本肯定要高于常規(guī)氣。所以，我理解“低成本”是在現(xiàn)有基礎(chǔ)和投資條件下，如何盡可能降低頁(yè)巖氣綜合開(kāi)采成本，使之具有工業(yè)化開(kāi)采價(jià)值，獲得必須的經(jīng)濟(jì)效益。這同樣涉及產(chǎn)量和成本的關(guān)系。頁(yè)巖氣開(kāi)采成本和產(chǎn)量之間應(yīng)構(gòu)成比較合理的關(guān)系，用生產(chǎn)出每立方米氣的綜合成本來(lái)衡量也許更為合適一些。從這個(gè)概念講，當(dāng)前，如何能夠更好地加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)和管理，進(jìn)一步大幅度增加頁(yè)巖氣產(chǎn)量并降低綜合開(kāi)采成本，對(duì)于我國(guó)頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開(kāi)采至關(guān)重要。

中國(guó)石油石化：在您看來(lái)，尋求技術(shù)成本的降低對(duì)提高我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益具有怎樣的重要性？

羅平亞：在頁(yè)巖氣開(kāi)采的綜合成本中，技術(shù)成本占比最高。降低技術(shù)成本、提高效率是提升我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益的必由之路，這可以通過(guò)兩種方式（或分兩步）實(shí)現(xiàn)：一是加強(qiáng)攻關(guān)，對(duì)現(xiàn)行成熟、有效技術(shù)更加精益求精、全面掌握充分發(fā)揮其效率，從而不斷提高單井產(chǎn)量，并通過(guò)技術(shù)進(jìn)步來(lái)降低使用成本。在“十三五”期間和以后，建立起符合我國(guó)國(guó)情及頁(yè)巖地質(zhì)特點(diǎn)及自然、生態(tài)特點(diǎn)的頁(yè)巖氣開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)以及系列配套技術(shù)體系。二是從基礎(chǔ)研究出發(fā)對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)、開(kāi)采機(jī)理進(jìn)行深入研究，進(jìn)行原始創(chuàng)新，以改進(jìn)、完善和發(fā)展頁(yè)巖氣現(xiàn)行開(kāi)發(fā)技術(shù)，建立起更為適合我國(guó)特點(diǎn)的更新、更合理、更經(jīng)濟(jì)有效的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)體系。

中國(guó)石油石化：要建立起符合我國(guó)國(guó)情的頁(yè)巖氣開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)以及系列配套技術(shù)體系，降低頁(yè)巖氣開(kāi)采成本，應(yīng)在哪些方面下功夫？

羅平亞：要做的事還很多，目前這個(gè)問(wèn)題至少包括三個(gè)部分。首先是鉆井環(huán)節(jié)。需要解決頁(yè)巖長(zhǎng)井段水平井鉆、完井質(zhì)量、縮短鉆井周期；其次是壓裂環(huán)節(jié)，如何提高壓裂效率和效果；再次是環(huán)境保護(hù)和廢棄物的經(jīng)濟(jì)有效處理。

例如：全面改用水基鉆井液替換油基鉆井液，且鉆井、完井質(zhì)量進(jìn)一步提高，鉆井周期進(jìn)一步縮短等等。

發(fā)展頁(yè)巖氣新興產(chǎn)業(yè)，需要解決兩個(gè)基本問(wèn)題：一是支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資源，二是有效開(kāi)發(fā)資源的系列技術(shù)。

目前，每立方米壓裂液的成本已從最早時(shí)的100多元下降到70～80元以下，但仍然偏高；此外，在壓裂液外加劑國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中，雖然國(guó)內(nèi)產(chǎn)品已能夠起到替代國(guó)外產(chǎn)品的作用，但國(guó)產(chǎn)壓裂液仍未達(dá)到國(guó)外壓裂液所能取得的最佳效果，包括壓裂液質(zhì)量的穩(wěn)定和最佳性能的發(fā)揮等，都需要深入攻關(guān)，并使壓裂成本進(jìn)一步下降。

例如：各種廢棄物處理與生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)研究雖己全面展開(kāi)并取得不小的進(jìn)展，但距離全面、高效、經(jīng)濟(jì)的要求還有很大距離。

這些都是近幾年內(nèi)必須狠下功夫、認(rèn)真解決的重大技術(shù)難題。

中國(guó)石油石化：工廠化作業(yè)在哪些方面有利于頁(yè)巖氣的低成本開(kāi)采？

羅平亞：“工廠化作業(yè)”的內(nèi)容雖然早就有，但在頁(yè)巖氣的有效開(kāi)發(fā)中的成功應(yīng)用是一個(gè)重大而有效的創(chuàng)新，也是實(shí)現(xiàn)水平井鉆完井技術(shù)和水平井分段壓裂及體積改造等關(guān)鍵技術(shù)的需要和保證。同時(shí)，做好頁(yè)巖氣開(kāi)采工廠化作業(yè)的科學(xué)化管理，也是降低管理成本和技術(shù)成本的必要途徑之一。

工廠化作業(yè)需要適合于工廠化作業(yè)的裝備系統(tǒng)，如鉆機(jī)、動(dòng)力系統(tǒng)和管線等所有裝備都要適用于工廠化作業(yè)。現(xiàn)在的鉆機(jī)和壓裂車等裝備不是完全適合工廠化作業(yè)的，所以有的需要購(gòu)買新型裝備，有的需要對(duì)現(xiàn)有裝備進(jìn)行改造。

目前，四川地區(qū)頁(yè)巖氣工廠化作業(yè)已初見(jiàn)成效并形成自己的特色。與國(guó)外相比，四川地區(qū)的作業(yè)場(chǎng)地狹小，能在這么狹小的場(chǎng)地把設(shè)備設(shè)施放置好并且充分發(fā)揮作用，顯示了我們?cè)诠S化作業(yè)方面的特長(zhǎng)和水平。

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大排量和大液量并非合理

中國(guó)石油石化：在您看來(lái)，要把我國(guó)頁(yè)巖氣建成戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)還面臨哪些問(wèn)題？

羅平亞：我國(guó)發(fā)展頁(yè)巖氣新興產(chǎn)業(yè)，“十三五”期間以及未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，需要解決兩個(gè)基本問(wèn)題：一是支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資源，二是有效開(kāi)發(fā)資源的系列技術(shù)。

從資源條件看，我國(guó)頁(yè)巖氣資源儲(chǔ)量豐富，但能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化開(kāi)發(fā)的資源集中在四川盆地龍馬溪。迄今為止，還未發(fā)現(xiàn)條件相同或者類似并達(dá)到同樣水平的新地質(zhì)構(gòu)造。所以，下一步必須在全國(guó)加強(qiáng)資源勘探，摸清家底，對(duì)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣資源做科學(xué)評(píng)價(jià)，找到眾多適合頁(yè)巖氣有效開(kāi)發(fā)的“甜點(diǎn)”，為我國(guó)頁(yè)巖氣形成規(guī)?；螽a(chǎn)業(yè)提供必要的資源保證。

從技術(shù)條件看，中石化和中石油現(xiàn)已在焦石壩和長(zhǎng)寧－威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣試驗(yàn)區(qū)內(nèi)進(jìn)行了成功嘗試，說(shuō)明我們把美國(guó)的頁(yè)巖氣開(kāi)采理論和技術(shù)結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，基本形成并掌握了一套可行、有效，并適合我國(guó)國(guó)情的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)。如果再找到類似焦石壩和長(zhǎng)寧－威遠(yuǎn)的新優(yōu)勢(shì)區(qū)域，我們就有可能開(kāi)發(fā)出適合新區(qū)域頁(yè)巖氣層的相應(yīng)開(kāi)采技術(shù)，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行更為有效的開(kāi)發(fā)。

中國(guó)石油石化：眾所周知，大機(jī)組、大水源、大場(chǎng)地、大污染是決定我國(guó)頁(yè)巖氣能否有效開(kāi)發(fā)的重大問(wèn)題。這些問(wèn)題現(xiàn)在是否有了更好的解決之道？我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采最終能否實(shí)現(xiàn)零排放和零污染？

羅平亞：頁(yè)巖氣開(kāi)采采用的體積壓裂技術(shù)必須大排量和大液量，這是目前的共識(shí)。它導(dǎo)致必須用大機(jī)組和大水源。而大機(jī)組和大水源需要大場(chǎng)地，也由此帶來(lái)廢水、廢氣、噪聲等大污染。所有這些由大排量和大液量帶來(lái)的種種問(wèn)題是將來(lái)我國(guó)建設(shè)頁(yè)巖氣大產(chǎn)業(yè)無(wú)法回避的重大難題。目前，這種壓裂技術(shù)仍然是必須采用的，因而大排量和大液量帶來(lái)的大機(jī)組、大水源、大場(chǎng)地、大污染問(wèn)題是無(wú)法回避的，只有在大排量和大水量的前提下解決由它而引起的各種后續(xù)問(wèn)題。

大機(jī)組、大水源、大場(chǎng)地、大污染根本的解決辦法，是對(duì)現(xiàn)有壓裂方式進(jìn)行深入探討。雖然非常規(guī)壓裂比常規(guī)壓裂用液量要大得多，但是否一定需要這么大的液量，我覺(jué)得不一定。如果從壓裂理論和技術(shù)方面加強(qiáng)研究，水平井體積改造到底需要使用多少液量能達(dá)到最佳的產(chǎn)氣效果？目前的排量與液量是否完全合理？有多少是不必要的？現(xiàn)有壓裂液體系的性能與造縫排量，帶砂能力要求之間是否協(xié)調(diào)等等。這些問(wèn)題都應(yīng)該深入研究，而且也應(yīng)該能得到有益的結(jié)果。我相信產(chǎn)生一種大幅度降低其排量及液量的壓裂及壓裂液體系與技術(shù)是可能的。

降低和消除廢棄物排放和污染是對(duì)我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采提出的環(huán)境和生態(tài)保護(hù)要求，在當(dāng)前它首先牽涉到國(guó)家和地方政府允不允許企業(yè)開(kāi)采頁(yè)巖氣的問(wèn)題，而且還和開(kāi)采成本直接相關(guān)。因此，在必須解決好我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題的同時(shí)還要把環(huán)境保護(hù)的成本控制在可以接受的范圍內(nèi)。由于頁(yè)巖氣開(kāi)采中的生態(tài)、環(huán)境保護(hù)，包括各種廢棄物處理、噪音污染和環(huán)境損害修復(fù)等有其與頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)密切相關(guān)的特點(diǎn)，因此應(yīng)該把它們看成為頁(yè)巖氣有效開(kāi)發(fā)系列配套技術(shù)的重要組成部分來(lái)系統(tǒng)考慮和規(guī)劃。

例如，為更好解決使用油基鉆井液產(chǎn)生的鉆屑等廢棄物進(jìn)行處理和對(duì)環(huán)境損害修復(fù)方面付出的高額成本，現(xiàn)在已明確提出，改用水基鉆井液代替油基鉆井液鉆頁(yè)巖長(zhǎng)段水平井。這不僅是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的環(huán)保技術(shù)的要求，也是對(duì)頁(yè)巖氣有效開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展本身的要求。由于這是一個(gè)國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有完全解決的重大技術(shù)難題，因此，目前從國(guó)家到企業(yè)，都在對(duì)如何用水基鉆井液代替油基鉆井液等問(wèn)題開(kāi)展立項(xiàng)攻關(guān)，估計(jì)未來(lái)幾年能找到這些問(wèn)題的解決辦法。屆時(shí)，源自國(guó)外的頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)體系也會(huì)有一個(gè)質(zhì)的提高。

znzhaoxue@163.com

責(zé)任編輯：趙 雪