摘 要

摘　要：鑒于地質(zhì)條件與國(guó)情的明顯差異，中國(guó)能否成功復(fù)制美國(guó)的“頁(yè)巖氣革命”成為時(shí)下關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，分析了中國(guó)頁(yè)巖氣資源勘探開(kāi)發(fā)擁有的良好機(jī)遇以及面臨的嚴(yán)峻

摘　要：鑒于地質(zhì)條件與國(guó)情的明顯差異，中國(guó)能否成功復(fù)制美國(guó)的“頁(yè)巖氣革命”成為時(shí)下關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，分析了中國(guó)頁(yè)巖氣資源勘探開(kāi)發(fā)擁有的良好機(jī)遇以及面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其中，機(jī)遇包括：①中國(guó)能源結(jié)構(gòu)亟待改善，天然氣需求量在未來(lái)5年的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例將增長(zhǎng)l倍；②能源需求量持續(xù)攀升，到2020年中國(guó)天然氣年均消費(fèi)量仍將以19％的復(fù)合年增長(zhǎng)率遞增；③頁(yè)巖氣資源豐富，預(yù)測(cè)中國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為57×10¹²～244×10¹²m³，技術(shù)可采資源量為10.3×10¹²～47×10¹²m³；④已初步形成了頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)。挑戰(zhàn)包括：①獨(dú)特的頁(yè)巖氣形成與富集地質(zhì)條件差異；②資源前景與核心區(qū)尚不完全落買(mǎi)；⑧勘探開(kāi)發(fā)核心技術(shù)尚不掌握；④勘探開(kāi)發(fā)成本偏高；⑤環(huán)境保護(hù)問(wèn)題；⑥盡管中國(guó)已將頁(yè)巖氣定義為一個(gè)新的礦種，但就其根源和本質(zhì)，頁(yè)巖氣還是油氣資源中的一種類型，只不過(guò)與其他油氣資源相比具有其獨(dú)特性而已，因此非油氣企業(yè)貿(mào)然從事頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)將會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)；⑦自頁(yè)巖氣被設(shè)立為新礦種起，政府管理工作的挑戰(zhàn)就產(chǎn)生了。結(jié)論認(rèn)為：中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)正處在起步階段，有諸多基礎(chǔ)工作尚未深入開(kāi)展，仍有系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)需要應(yīng)對(duì)。既不能因噎而廢食，也需做好扎實(shí)工作。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣革命  中國(guó)  能源結(jié)構(gòu)  需求量  資源量  勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)  發(fā)展機(jī)遇  挑戰(zhàn)

A primary discussion on challenges for exploration and development of shale gas resources in China

Abstract：Due to bvious difference in geological and national conditions，whether or not China can successfully duplicate the American style of shale gas revolution to realize the scientific development of shale gas has already become the most concerned focus at present.In view of this，this paper analyzes good opportunities and severe challenges for the exploration and development of shale gas in China. Good opportunlties include as foilows：(1)The energy structure is to be changed．(2)The energy demand is keeping rising．(3)There is rich shale gas resources in China，the reserves of which in place is predicted to be 57-244 trillion m³ and the technical recoverable reserves of which will be 10.3-47trillion m³．(4)Technologies have been primarily formed for shale gas exploration and development．The following issues are severe challenges to be faced with：the difference in geological conditions between the specific formation process ot shale gas and its accumulation；being unkrlown of prospective and target zones；being lack of key technologies for shale gas exploration and development；a relatively high cost for shale gas exploration and development；high requirement for environment protection. Besides，since the shale gas was regarded as a new mineral species，the government has been troubled by managing to deal with various problems．However，other companles will meet more unexpected challenges in this domain than oil and gas companies if not deliberating their decisions．In the end，this paper points out the fact is that because shale gas exploration and development is still at the initifil stage，a lot of elemental work needs to do and great challenge has to be faced with；however，never shall we dare not to eat for fear of being choked，and be brave enough to overcome any difficulties for the purpose of exploring and recovering more shale gas resources in China．

Key words：shale gas revolution，China，energy structure，demand quantity，  resource reserves，  exploration and development technologies，developing opportunity，challenge

近年來(lái)，由北美掀起的“頁(yè)巖氣革命”撼動(dòng)了全球傳統(tǒng)能源版圖。越來(lái)越多的證據(jù)表明，這場(chǎng)“頁(yè)巖氣革命”的全球化及全球能源版圖的重構(gòu)，引發(fā)了各國(guó)政府及油氣(能源)企業(yè)和公司對(duì)頁(yè)巖氣資源超乎想象的激情^[1]。富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖作為一種沉積巖，蘊(yùn)藏了豐富的油氣資源，長(zhǎng)期以來(lái)一直被人們所忽視^[2]。過(guò)去的10年間來(lái)，隨著全球能源需求量的增加、非常規(guī)油氣地質(zhì)勘探理論的進(jìn)展、難采油氣開(kāi)采技術(shù)的突破，以及美國(guó)頁(yè)巖氣的成功開(kāi)發(fā)，徹底改變并重新激活了人們對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的認(rèn)識(shí)，使頁(yè)巖氣一躍成了全球最熱、資源量最大、發(fā)展速度最快的天然氣新資源。中國(guó)在能源需求量越來(lái)越大、供給越來(lái)越依賴外源的背景下，為保障國(guó)家能源安全，不可避免地被卷入到了全球“頁(yè)巖氣革命”的洪流中，并試圖在中國(guó)領(lǐng)土上復(fù)制北美頁(yè)巖氣的成功。然而，北美頁(yè)巖氣的成功究竟能否在中國(guó)“再現(xiàn)”，中國(guó)油氣或能源企業(yè)能否在頁(yè)巖氣領(lǐng)域“展現(xiàn)大局面”，各派觀點(diǎn)并不統(tǒng)一。筆者認(rèn)為，從客觀與現(xiàn)實(shí)來(lái)看，頁(yè)巖氣在中國(guó)的發(fā)展既有良好的戰(zhàn)略機(jī)遇、美好的前景，同時(shí)也存在著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，應(yīng)該說(shuō)“戰(zhàn)略機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存”。抓住機(jī)遇迎接挑戰(zhàn)，是未來(lái)5～l0年中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)重大突破和長(zhǎng)遠(yuǎn)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。本文試圖就發(fā)展機(jī)遇做出歸納，對(duì)面臨挑戰(zhàn)做出剖析，以謀求在中國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展進(jìn)程中，有效利用機(jī)遇及時(shí)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。

1　中國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展的重要機(jī)遇

1．1　中國(guó)能源結(jié)構(gòu)亟待改善

能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題同為當(dāng)今世界人類發(fā)展面臨的最大威脅，環(huán)境問(wèn)題在很大程度上是由能源結(jié)構(gòu)不合理造成的。因此，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是否合理是衡量一個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)展的重要指標(biāo)之一，以煤為主的能源資源存量，決定了中國(guó)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)^[3]。在中國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中^[4] (圖1、2)，煤炭占到了69％，是世界煤炭消費(fèi)量的50％，比美國(guó)高出47％、比世界平均水平高出約40％；而天然氣僅占5％(為世界天然氣消費(fèi)量的4％)，遠(yuǎn)低于美國(guó)的28％及24％的世界平均水平。為保障中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)又好又快可持續(xù)發(fā)展，中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)亟待調(diào)整，需要充分開(kāi)發(fā)和利用清潔能源。未來(lái)10年，中國(guó)政府希望在能源結(jié)構(gòu)上發(fā)生重大改變，減少對(duì)煤炭和石油的依賴，尤其是對(duì)煤炭的需求量將從69％降低到60％。在《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》(簡(jiǎn)稱《“十二五”規(guī)劃》)中，政府宣布將增加清潔能源的供應(yīng)量，包括天然氣、水電及核能，其中天然氣需求量在未來(lái)5年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例將增長(zhǎng)1倍，同時(shí)實(shí)現(xiàn)2020年中國(guó)國(guó)內(nèi)單位生產(chǎn)總值CO₂的排放量比2005年下降40％～45％。

 

 

1．2　中國(guó)能源需求量持續(xù)攀升

中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，能源需求量屢創(chuàng)新高。2011年中國(guó)一次能源生產(chǎn)總量為2 446.1×10⁶t油當(dāng)量，一次能源消費(fèi)量為2613.2×10⁶t油當(dāng)量^[3]。2000—2011年世界平均能源消費(fèi)量增長(zhǎng)為31.2％，而中國(guó)能源消費(fèi)量則增長(zhǎng)了158.6％，占世界總能源消費(fèi)增長(zhǎng)量的21.3％，超過(guò)了美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家(圖3)。但中國(guó)能源資源量仍非常低，尤其是人均油氣資源量?jī)H占世界平均水平的6％。中國(guó)1993年首次成為石油凈進(jìn)口國(guó)，2006年天然氣也跨人凈進(jìn)口國(guó)之列^[5]。中國(guó)石油對(duì)外依存度由l993年的l.2％飆升到2011年的58％，天然氣對(duì)外依存度由2006年的0.8％迅速攀升至2011年的23％，成為全球能源市場(chǎng)中最重要的進(jìn)口國(guó)。在天然氣需求中，近年來(lái)(2006 2011年)盡管中國(guó)的天然氣產(chǎn)量每年平均增長(zhǎng)l3％以上，成為全球天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的國(guó)家之一，但總量還是非常少的。2011年中國(guó)天然氣產(chǎn)量為1025×10⁸m³，天然氣消費(fèi)量同期年均增長(zhǎng)量超過(guò)18％，2011年中國(guó)天然氣消費(fèi)量達(dá)1307×10⁸m³。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年中國(guó)天然氣年均消費(fèi)量仍將以19％的復(fù)合年增長(zhǎng)率遞增，在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例將由2011年的5％提高到l0％～l 5％，而屆時(shí)中國(guó)天然氣產(chǎn)量?jī)H為2000×10⁸m³左右。

 

1．3　中國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富

頁(yè)巖氣在中國(guó)雖顯些許陌生，但目前在中國(guó)陸上已發(fā)現(xiàn)從前寒武紀(jì)到新生代均有豐富的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育(圖4)^[5]，初步預(yù)測(cè)中國(guó)具有豐富的頁(yè)巖氣資源量。美國(guó)學(xué)者(Rogner，1997) ^[6-7]、美國(guó)能源信息署(EIA，2011) ^[8]預(yù)測(cè)全球頁(yè)巖氣資源量為456×10¹²～716×10¹²m³ (圖4)，接近或超過(guò)了全球常規(guī)天然氣資源量(471×10¹²m³)。其中所預(yù)測(cè)的中國(guó)頁(yè)巖氣資源量為l00×10¹²～l44.4×10¹²m³，占世界頁(yè)巖氣總資源量的20％左右(圖5)。2005年以來(lái)，中國(guó)機(jī)構(gòu)或?qū)W者借鑒北美成功經(jīng)驗(yàn)，加快頁(yè)巖氣地質(zhì)認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)廣泛開(kāi)展中國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)與典型區(qū)塊的勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，在四川、鄂爾多斯等盆地和重慶黔江、湖南漣源等地區(qū)的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中相繼取得突破，證實(shí)了中國(guó)頁(yè)巖氣(資源)的廣泛存在，具良好的勘探開(kāi)發(fā)前景。利用露頭地質(zhì)調(diào)查、探井及實(shí)驗(yàn)測(cè)試等取得的實(shí)際數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)中國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為57×10²～224×10¹²m³，技術(shù)可采資源量為10.3×10¹²～47×10¹²m³ (表1) ^[5]。2012年中國(guó)政府已依據(jù)中國(guó)豐富的頁(yè)巖氣資源量、勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)的可喜成果，制定了雄心勃勃的《中國(guó)頁(yè)巖氣“十二五”發(fā)展規(guī)劃》：2015年中國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到65×10⁸m³，2020年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣產(chǎn)量600×10⁸～800×10⁸m^3[9]。

 

 

 

1．4　中國(guó)已初步形成了頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)

在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)前，中國(guó)已在沁水盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地成功實(shí)現(xiàn)了煤層氣和致密砂巖氣的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，基本明確了非常規(guī)天然氣的地質(zhì)特征、富集規(guī)律，基本形成了一套有效的地質(zhì)評(píng)價(jià)、富集區(qū)選擇方法，初步摸索出了一套有效的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)。在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程中，中國(guó)充分借鑒、學(xué)習(xí)北美的成熟技術(shù)^[10]，充分利用中國(guó)在常規(guī)及其他非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)中形成的先進(jìn)有效技術(shù)，在致力于頁(yè)巖氣地質(zhì)理論研究的同時(shí)，初步探索形成了多項(xiàng)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)適用技術(shù)(圖6)，包括頁(yè)巖氣形成與富集特征研究方法、頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)與選區(qū)方法、頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法、頁(yè)巖氣測(cè)井識(shí)別與處理解釋技術(shù)、地震采集處理與儲(chǔ)層識(shí)別預(yù)測(cè)技術(shù)、水平井鉆完井技術(shù)、水平井分段體積壓裂工藝技術(shù)、頁(yè)巖儲(chǔ)層改造配套工具、儲(chǔ)層改造低摩阻與速溶滑溜水體系、多種裂縫監(jiān)測(cè)診斷評(píng)估技術(shù)等。

 

2　中國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

頁(yè)巖氣是早在1821年于美國(guó)東部阿帕拉契亞盆地紐約州Chautauga縣泥盆系Perrysbury組Dunkirk黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中發(fā)現(xiàn)的天然氣。頁(yè)巖氣白被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，走過(guò)了近200年復(fù)雜艱辛的發(fā)展道路^[6-7]，2000年以來(lái)才正式成為天然氣勘探開(kāi)發(fā)的新目標(biāo)，并迅速對(duì)世界能源供給格局和地緣政治產(chǎn)生了重大影響。頁(yè)巖為典型的細(xì)粒沉積巖石，由粉砂和黏土級(jí)顆粒經(jīng)壓實(shí)作用而形成，是全球大多數(shù)常規(guī)油氣藏的主要源巖或封蓋層。頁(yè)巖不同于其他黏土巖和泥巖，頁(yè)巖呈薄層狀且易破裂，可以沿其薄層理破碎或裂開(kāi)，容易形成裂縫。盡管頁(yè)巖十分常見(jiàn)(在地殼沉積巖中有60％是頁(yè)巖)，但能夠作為有遠(yuǎn)景的油氣資源開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖儲(chǔ)層并不多，能成為勘探開(kāi)發(fā)的有效含氣頁(yè)巖僅是那些富含有機(jī)質(zhì)、沉積后得到較好保存、生成的天然氣多數(shù)仍被圈閉在超低滲透率的巖石基質(zhì)中的頁(yè)巖^[2]。在可開(kāi)采的含氣頁(yè)巖儲(chǔ)層中，頁(yè)巖氣部分以游離氣自由分布在頁(yè)巖基質(zhì)的原生孔隙與次生孔隙巾，部分以吸附氣的形式附著在頁(yè)巖中干酪根的表面上。頁(yè)巖儲(chǔ)層滲透率極低，一般為1.0×10^-3～1．0×10^-6 mD，比常規(guī)儲(chǔ)層滲透率低數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)^[2]，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層必須通過(guò)鉆大位移水平井和實(shí)施多級(jí)水力壓裂才能形成工業(yè)產(chǎn)能。因此，大位移水平井鉆井和多級(jí)水力壓裂是確保頁(yè)巖氣經(jīng)濟(jì)有效的兩項(xiàng)重要技術(shù)。但美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，從頁(yè)巖儲(chǔ)層中開(kāi)發(fā)天然氣絕非僅靠鉆水平井和實(shí)施水力壓裂那么簡(jiǎn)單，而是要充分綜合運(yùn)用多種來(lái)源、各種規(guī)模的資料，加強(qiáng)對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征的認(rèn)識(shí)，針對(duì)性地改進(jìn)開(kāi)發(fā)工藝和技術(shù)，優(yōu)化鉆井、完井、增產(chǎn)措施，才能成功地從頁(yè)巖儲(chǔ)層中開(kāi)采出油氣資源來(lái)^[2]。中國(guó)盡管在頁(yè)巖氣資源勘探開(kāi)發(fā)上已展露良好機(jī)遇，也在現(xiàn)有先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)取得了可喜進(jìn)展，但要實(shí)現(xiàn)規(guī)模有效發(fā)展，還面臨一系列重大挑戰(zhàn)，不可忽視^[11-13]。這些重大挑戰(zhàn)包括中國(guó)獨(dú)特的頁(yè)巖氣形成與富集地質(zhì)條件、復(fù)雜的地表地貌條件與成本控制、適用勘探開(kāi)發(fā)核心技術(shù)與配套裝備的形成、水資源利用與環(huán)境保護(hù)等。

2．1　獨(dú)特的頁(yè)巖氣形成與富集條件差異的挑戰(zhàn)

在地質(zhì)特征上，作為有勘探開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)景的含氣頁(yè)巖儲(chǔ)層既要有產(chǎn)氣潛力大的物質(zhì)基礎(chǔ)——高質(zhì)量?jī)?chǔ)層(RQ)，也要是能進(jìn)行有效壓裂的目標(biāo)——良好的鉆完井地層(CQ)。有機(jī)質(zhì)含量高的富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖是在特殊條件下形成的^[2]，這種特殊的條件使得所有頁(yè)巖氣儲(chǔ)層都有其獨(dú)特性(圖7) ^[6-7]，即便是同一套頁(yè)巖儲(chǔ)層的地質(zhì)特征在縱橫向上也往往會(huì)有非常明顯的變化。每一頁(yè)巖儲(chǔ)層要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模開(kāi)發(fā)都需要花費(fèi)一定的時(shí)間對(duì)其地質(zhì)特征進(jìn)行認(rèn)識(shí)，摸索適應(yīng)的工程技術(shù)。從對(duì)比研究的結(jié)果可知，與北美地臺(tái)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層相比，中國(guó)頁(yè)巖氣形成與富集地質(zhì)條件非常復(fù)雜，除頁(yè)巖沉積總面積可能相當(dāng)外，其他條件都相差較遠(yuǎn)。美國(guó)產(chǎn)氣頁(yè)巖主要是海相沉積，而中國(guó)除海相頁(yè)巖外，還有較為發(fā)育的海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖(圖8)。美國(guó)頁(yè)巖氣主要產(chǎn)白上古生界一中生界，中國(guó)白元古界到新近系都有頁(yè)巖發(fā)育^[1]。美國(guó)頁(yè)巖熱(R。)為1.0％～3.5％，處在生氣高峰期，中國(guó)海相頁(yè)巖R。為2.3％～5.1％，為高——過(guò)成熟熱裂解成氣階段，陸相頁(yè)巖R。為0．4％～l．2％，處于低熟一成熟階段，以生油為主，局部生氣。北美地臺(tái)構(gòu)造穩(wěn)定，斷裂少，頁(yè)巖自沉積、成巖、成氣以來(lái)，除有一定抬升外，很少有大的構(gòu)造改造，中國(guó)構(gòu)造背景總體處在活動(dòng)性較強(qiáng)的區(qū)域，斷裂發(fā)育，大部分頁(yè)巖都經(jīng)歷了強(qiáng)烈的后期多次改造，南方海相頁(yè)巖大面積出露。另外，從圖9中可明顯看出，中國(guó)頁(yè)巖儲(chǔ)層楊氏模量較低、泊松比高，巖石脆性指數(shù)低于美國(guó)頁(yè)巖儲(chǔ)層，可壓性差。

 

 

 

2．2　中國(guó)頁(yè)巖氣資源前景與核心區(qū)待落實(shí)的挑戰(zhàn)

初步研究結(jié)論指出(圖8)，中國(guó)南方地區(qū)、華北地區(qū)、新疆塔里木盆地、西藏羌塘盆地發(fā)育海相頁(yè)巖，南方地區(qū)、華北地區(qū)、新疆地區(qū)發(fā)育海陸過(guò)渡相—湖沼相煤系頁(yè)巖，松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地等發(fā)育湖相頁(yè)巖，上述3類頁(yè)巖都具備頁(yè)巖氣形成與富集的條件。國(guó)內(nèi)外專家預(yù)測(cè)：中國(guó)頁(yè)巖氣資源非常豐富，或許超過(guò)常規(guī)天然氣資源量(圖5、表l)。實(shí)際上，中國(guó)到底會(huì)有多少頁(yè)巖氣資源，從目前國(guó)內(nèi)流行的多版本資源數(shù)據(jù)就可見(jiàn)一斑，每個(gè)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)看似依據(jù)都很充分，但實(shí)際又都不可信，關(guān)鍵緣由是目前中國(guó)頁(yè)巖氣資源預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)非常差。美國(guó)是在經(jīng)歷了數(shù)l0年頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，才逐步解決了頁(yè)巖氣資源問(wèn)題，其頁(yè)巖氣資源量估算基礎(chǔ)是建立在工業(yè)化規(guī)模開(kāi)發(fā)的9大頁(yè)巖氣區(qū)帶、近60 000口頁(yè)巖氣生產(chǎn)井、近30年頁(yè)巖氣規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)上，采用了單井(生產(chǎn))最終可采儲(chǔ)量法。即便是如此，美國(guó)的頁(yè)巖氣資源量在不同經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下，仍然還會(huì)隨時(shí)有較大的變化(表2) ^[14]。

 

中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)歷時(shí)剛5個(gè)年頭，僅在四川、鄂爾多斯等盆地、重慶黔江、湖南漣源等地區(qū)見(jiàn)到好苗頭，全國(guó)各類(包括地質(zhì)淺井、評(píng)價(jià)井、先導(dǎo)試驗(yàn)井等)頁(yè)巖氣鉆井不足100口，尚無(wú)正式進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段的貞巖氣田，必要的實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)很少，尤其是來(lái)自井下的數(shù)據(jù)稀少，頁(yè)巖含氣量、單井可控制資源等關(guān)鍵參數(shù)極其有限，頁(yè)巖氣資源估算所采用的方法是簡(jiǎn)單的類比法，預(yù)測(cè)的資源結(jié)果相對(duì)比較粗略。事實(shí)上，中國(guó)頁(yè)巖氣資源前景在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)仍將是一個(gè)未知數(shù)，需要深入的地質(zhì)認(rèn)識(shí)、大量的鉆井實(shí)踐、足夠的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，才可能較為準(zhǔn)確地確定出中國(guó)的頁(yè)巖氣資源前景。

更為重要的是每一個(gè)成功的頁(yè)巖氣田從發(fā)現(xiàn)到工業(yè)化規(guī)模開(kāi)發(fā)都需要經(jīng)歷“點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)、面上評(píng)價(jià)、落實(shí)核心區(qū)、拓展規(guī)模開(kāi)發(fā)”4個(gè)階段。與常規(guī)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)不同，頁(yè)巖氣首先是在遠(yuǎn)景區(qū)帶評(píng)選的基礎(chǔ)上，通過(guò)l～2口或更多一點(diǎn)的鉆井工作，驗(yàn)證貞巖氣的存在，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)；再以數(shù)口至數(shù)10口評(píng)價(jià)井鉆探，對(duì)整個(gè)頁(yè)巖氣區(qū)帶開(kāi)展面上評(píng)價(jià)，落實(shí)資源規(guī)模，分析資源分布規(guī)律，劃分不同資源豐度富集區(qū)；隨后進(jìn)行富集區(qū)綜合評(píng)價(jià)，開(kāi)展先導(dǎo)試驗(yàn)井鉆探，評(píng)價(jià)單井產(chǎn)能，總結(jié)高產(chǎn)富集規(guī)律，確定核心區(qū)；最后以核心區(qū)為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模開(kāi)發(fā)，以此為基礎(chǔ)逐漸拓展，最終實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣區(qū)帶整體開(kāi)發(fā)。頁(yè)巖氣形成與富集機(jī)理特殊，一般大面積連續(xù)分布，資源富集程度總體較低，核心區(qū)為資源相對(duì)富集區(qū)。一個(gè)頁(yè)巖氣區(qū)帶中，核心區(qū)范圍不大，但所擁有的資源可占整個(gè)頁(yè)巖氣區(qū)帶的60％以上^[6-7](表3)，單井最終可采儲(chǔ)量(EUR)高，核心區(qū)內(nèi)的頁(yè)巖氣井中的干井、低產(chǎn)井比例不足4％。因此，核心區(qū)的確定成為一個(gè)頁(yè)巖氣區(qū)帶成功的關(guān)鍵。中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)處于起步階段，資源潛力尚未完全落實(shí)，遠(yuǎn)景頁(yè)巖氣區(qū)帶尚未確定，核心區(qū)的確定目前更無(wú)從談起。

 

2．3　頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的挑戰(zhàn)

除了雄厚的資源基礎(chǔ)外，頁(yè)巖氣成功規(guī)?；l(fā)展的關(guān)鍵還包括實(shí)現(xiàn)勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的突破。頁(yè)巖氣開(kāi)采中，一般單井產(chǎn)量低、單井控制儲(chǔ)量少、高產(chǎn)時(shí)間短。為提高頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量、增加單井控制儲(chǔ)量，常采用大位移長(zhǎng)水平井生產(chǎn)、多級(jí)水力壓裂儲(chǔ)層改造、微地震壓裂縫網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)。為實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣田規(guī)?；a(chǎn)，控制生產(chǎn)成本，還常采取集中批量鉆井、“工廠化”作業(yè)。頁(yè)巖氣開(kāi)采中涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)收集、地層評(píng)價(jià)、氣藏模擬、大位移水平井鉆井、多級(jí)水力壓裂、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井、微地震監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)管理等。盡管這些技術(shù)大多屬于成熟技術(shù)，但多被國(guó)際大公司“把控”^[11]。中國(guó)涉足頁(yè)巖氣時(shí)間短，相關(guān)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)還不成熟，關(guān)鍵核心技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚為空白。中國(guó)頁(yè)巖氣與國(guó)外頁(yè)巖氣儲(chǔ)層品質(zhì)的差異，使得即便直接引進(jìn)國(guó)外成熟技術(shù)，短時(shí)間內(nèi)也難對(duì)這些進(jìn)行技術(shù)消化、實(shí)現(xiàn)本土化。中國(guó)頁(yè)巖氣也存在開(kāi)發(fā)條件上的技術(shù)難關(guān)，突出的是特殊的地表?xiàng)l件和較大的埋藏深度。中國(guó)南方海相頁(yè)巖發(fā)育區(qū)是迄今評(píng)價(jià)認(rèn)為最有前景的頁(yè)巖氣區(qū)，但中國(guó)南方地表溝壑縱橫、高山峽谷相連、人口密集、耕地較少。這一復(fù)雜的地形地表?xiàng)l件將嚴(yán)重限制大規(guī)模的交通運(yùn)輸，嚴(yán)重制約頻繁的、多井次的大規(guī)模施工。井場(chǎng)范圍受限會(huì)給大規(guī)模施丁帶來(lái)制約，不能集中、連續(xù)部署集群化(Pad平臺(tái))鉆井井場(chǎng)，“工廠化”作業(yè)就難以施展。中國(guó)頁(yè)巖埋藏深度普遍偏深，概略統(tǒng)計(jì)有65％以上的頁(yè)巖埋深超過(guò)3500m，而美國(guó)頁(yè)巖埋深主體上介于1500～3500m。埋深加大不僅直接增加生產(chǎn)成本，也較大地增加了技術(shù)難度。目前中國(guó)已鉆的頁(yè)巖氣水平井在鉆井過(guò)程中無(wú)一例外地遇到了井擘垮塌、卡鉆等頻發(fā)事故，水平井段40％的鉆井進(jìn)尺要花費(fèi)總鉆井時(shí)間的70％以上。因此，中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)不可完全移植國(guó)外的成熟方法和技術(shù)，技術(shù)突破是中國(guó)頁(yè)巖氣規(guī)模化發(fā)展的重要前提。

2．4　頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成本偏高的挑戰(zhàn)

頁(yè)巖氣井生產(chǎn)具有單井產(chǎn)量低、遞減快等顯著特征，需要大量鉆井才能實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣規(guī)模產(chǎn)量與穩(wěn)產(chǎn)(表4)。因此，頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)投資巨大，成本高，一般企業(yè)承擔(dān)不了如此巨大的投入風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)是在較為完善的天然氣管網(wǎng)和發(fā)育的消費(fèi)市場(chǎng)基礎(chǔ)上，不斷改善技術(shù)、優(yōu)化作業(yè)流程、降低成本，才使其勘探開(kāi)發(fā)成本明顯偏高，短期內(nèi)根本無(wú)利可圖。四川盆地頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，目前該試驗(yàn)區(qū)頁(yè)巖氣水平井所需費(fèi)用均超過(guò)4000萬(wàn)元(人民幣)，有的甚至達(dá)到7000萬(wàn)元(人民幣)，單井頁(yè)巖氣產(chǎn)量?jī)H1.0×10⁴～15.0×10⁴m³／a，單井可采儲(chǔ)量為0.2×10⁸～0.5×10⁸m³，其虧損明顯。況且中國(guó)頁(yè)巖的賦存地質(zhì)條件比美國(guó)復(fù)雜，頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)成本本身就可能會(huì)高于美國(guó)。

 

2．5　頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中環(huán)保的挑戰(zhàn)

頁(yè)巖氣本身是潔凈能源，毋庸置疑，但頁(yè)巖氣在勘探開(kāi)發(fā)巾會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題也不應(yīng)回避。美國(guó)有輿論指出頁(yè)巖氣開(kāi)采已產(chǎn)生了明顯的環(huán)境污染，在美國(guó)的一些地方，已爆發(fā)多起抗議由頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的水源污染、房屋損害等事件。歐洲因擔(dān)心頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)存在環(huán)境隱患而叫停了多個(gè)頁(yè)巖氣項(xiàng)目，越來(lái)越多的國(guó)家正在由于對(duì)環(huán)境的擔(dān)憂而不鼓勵(lì)頁(yè)巖氣發(fā)展^[13]。頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)可能造成的環(huán)境污染包括勘探開(kāi)發(fā)中大量占有土地對(duì)地表的破壞、大量鉆井液與壓裂液的用水與排放對(duì)水資源的過(guò)度使用與污染(表5)、烴類氣體遺散及其他有害物質(zhì)的排放對(duì)大氣及土地等的污染。大量占有土地、鉆井液與壓裂成功實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣大規(guī)模商業(yè)性開(kāi)采。據(jù)美國(guó)西南能源公司2007—2011年對(duì)Fayetteville頁(yè)巖氣區(qū)帶的開(kāi)發(fā)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)不斷的技術(shù)進(jìn)步和優(yōu)化作業(yè)流程，鉆井時(shí)間減少了52％以上，水平井段長(zhǎng)度增加了84％以上，產(chǎn)量、儲(chǔ)量均提高了7倍以上，但鉆井成本基本保持不變，發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)成本大幅度降低(圖10) ^[2]，盡管如此，該區(qū)帶所有頁(yè)巖氣井，仍有80％處于虧損或無(wú)利可盈狀態(tài)，只有20％的井有盈利狀態(tài)。中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)剛駛?cè)斯I(yè)化試驗(yàn)發(fā)展道路，以地質(zhì)評(píng)價(jià)、資源落實(shí)、技術(shù)積累為主，頁(yè)巖氣鉆井、儲(chǔ)層改造技術(shù)還不成熟，工具、工藝不配套，特別是施工工具、裂縫監(jiān)測(cè)等工具與技術(shù)尚需進(jìn)口，同時(shí)，盡管中國(guó)的天然氣市場(chǎng)需求旺盛，但管網(wǎng)建設(shè)還不成熟且分布不均，使中國(guó)頁(yè)巖氣液的用水在中國(guó)將是更為嚴(yán)峻的環(huán)保挑戰(zhàn)。在中國(guó)南方地少人多、地貌以丘陵、山地為主，頁(yè)巖氣井場(chǎng)往往會(huì)臨近村舍，人口密集，且取水、排液主要以灌溉及飲用水源為主，這將使得頁(yè)巖氣在鉆井、儲(chǔ)層改造中面臨嚴(yán)峻的噪音消除、鉆井液與壓裂液處理及交通設(shè)施協(xié)調(diào)的壓力。大量土地占有，會(huì)造成地表植被破壞，大規(guī)模水力壓裂會(huì)破壞巖層穩(wěn)定性，二者并存將會(huì)增加山體滑坡發(fā)生的町能性。在中國(guó)北方，尤其是兩北地區(qū)，干旱缺水現(xiàn)象較為突出，在較短的時(shí)間內(nèi)消耗大量的水，會(huì)給當(dāng)?shù)厝诵笥盟凸I(yè)用水帶來(lái)影響。另外，水力壓裂中大量消耗和陶粒、石英砂及KC1等也是寶貴的天然資源。

 

 

2．6　非油氣企業(yè)從事頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

盡管中國(guó)將頁(yè)巖氣定義為一個(gè)新的獨(dú)立礦種，但就其根源和本質(zhì)來(lái)說(shuō)，頁(yè)巖氣還是油氣資源中的一種類型，只不過(guò)與其他油氣資源相比有其獨(dú)特性而已。因此，非油氣企業(yè)貿(mào)然從事頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)，將會(huì)面臨以下諸多挑戰(zhàn)。

2．6．1對(duì)油氣資源認(rèn)識(shí)的能力

非油氣企業(yè)較少?gòu)氖掠蜌赓Y源的勘探開(kāi)發(fā)，對(duì)該領(lǐng)域所需知識(shí)、技術(shù)熟悉程度一般都不會(huì)高，可能造成對(duì)油氣資源、包括頁(yè)巖氣資源把握不準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)。

2．6．2預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)、抗風(fēng)險(xiǎn)能力

油氣行業(yè)有高投入、高回報(bào)的特點(diǎn)，但也有高投入、無(wú)回報(bào)的高風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際是高投入、高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)。只有事前資源落實(shí)到位、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確、資金雄厚、技術(shù)實(shí)力強(qiáng)，才具有相應(yīng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。能否盈利是非油氣企業(yè)投身頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的核心，如能保障盈利，則非油氣企業(yè)可承擔(dān)較小風(fēng)險(xiǎn)，否則，一般的非油氣企業(yè)承受不起這樣的虧損。

2．6．3實(shí)現(xiàn)資源充分有效開(kāi)采的能力

頁(yè)巖氣資源為低品位的非常規(guī)油氣資源，以“瘦”和“骨”為主，“肥”的很少。對(duì)這種資源的開(kāi)發(fā)實(shí)際上是以在“骨頭上剔肉”為主，需要避免“挑肥揀瘦”，否則就會(huì)使大量有效資源被浪費(fèi)。

2．6．4保護(hù)環(huán)境的能力

前文已對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采可能造成的環(huán)境影響有了明確的論述，作為非油氣企業(yè)是否對(duì)此有足夠的認(rèn)識(shí)，抑或認(rèn)識(shí)到了但是否有足夠的能力實(shí)現(xiàn)環(huán)保開(kāi)采，其中的能力包括資金上的、技術(shù)上的和經(jīng)驗(yàn)上的等多個(gè)層面。實(shí)際上，在油氣開(kāi)采過(guò)程巾造成環(huán)境影響的事例屢見(jiàn)不鮮，即使像BP公司這樣的國(guó)際石油巨頭也難以避免，非油氣企業(yè)在頁(yè)巖氣開(kāi)采中的環(huán)保工作就更為重要，否則將會(huì)面臨難以預(yù)料的困難和挑戰(zhàn)。

2．7　政府管理工作面臨的挑戰(zhàn)

實(shí)際上，自頁(yè)巖氣被設(shè)立為新礦種起，管理工作的挑戰(zhàn)就產(chǎn)生了。目前已進(jìn)行了兩輪頁(yè)巖氣礦權(quán)招標(biāo)，應(yīng)充分總結(jié)招標(biāo)成果，正確評(píng)估招標(biāo)區(qū)塊效果，充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)投資者在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等層面的管理，避免招標(biāo)潮后投資人的失望。加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一旦招標(biāo)區(qū)頁(yè)巖氣取得突破，頁(yè)巖氣外送、銷售和利用的問(wèn)題將接踵而至。

3　結(jié)論與建議

頁(yè)巖氣資源的勘探開(kāi)發(fā)具有非常重要的戰(zhàn)略意義，全球很多公司都在爭(zhēng)先恐后地尋找頁(yè)巖氣資源。世界頁(yè)巖氣革命已“蔓延”到中國(guó)，中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)已見(jiàn)良好苗頭，資源豐富，具有美好的發(fā)展前景。但是，頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)不僅僅是發(fā)現(xiàn)富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖和實(shí)施水平井與水力壓裂，地質(zhì)條件和國(guó)情上的差異，使中國(guó)無(wú)法完全復(fù)制美國(guó)頁(yè)巖氣的成功。

中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)正處在起步階段，有諸多基礎(chǔ)工作尚未深入開(kāi)展，仍有系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)需要應(yīng)對(duì)。既不能因噎而廢食，也需做好扎實(shí)工作，未雨綢繆，應(yīng)積極深化理論認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，降低成本，有效保護(hù)環(huán)境。

 

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本文作者：王道富  高世葵  董大忠  黃旭楠  王玉滿  黃金亮  王淑芳  蒲泊伶

作者單位：中國(guó)石油天然氣股份有限公司

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