胡文瑞

中國石油天然氣股份有限公司

開發(fā)非常規(guī)天然氣是利用低碳資源的現(xiàn)實(shí)最佳選擇3

胡文瑞

中國石油天然氣股份有限公司

非常規(guī)天然氣資源因其具有“低碳、潔凈、高效、低污染”的特性,故而從嚴(yán)格意義上講,也屬于新能源的范疇。非常規(guī)天然氣資源的埋藏、賦存狀態(tài)與常規(guī)天然氣資源既有相似之處,又有較大的差別,其主要的差別在于資源的“低品位”。權(quán)威專家估算的全球非常規(guī)天然氣資源量為2 338.2×1012m3,約為世界常規(guī)天然氣資源量(512.6×1012m3)的4.56倍,約為常規(guī)石油、天然氣資源量的1.65倍。全球非常規(guī)天然氣資源主要分布在加拿大、俄羅斯、美國、中國、拉美等國家和地區(qū)。以美國為代表的非常規(guī)天然氣開采實(shí)踐,經(jīng)過近30年的不斷探索,已經(jīng)逐步形成了適用于非常規(guī)天然氣開發(fā)的技術(shù)體系,中國在致密氣開發(fā)方面也走在了世界前列。我國的非常規(guī)天然氣(僅包含致密砂巖氣、煤層氣、頁巖氣和天然氣水合物)資源量為280.6×1012m3,是常規(guī)天然氣資源量(56×1012m3)的5.01倍。目前,中國的致密砂巖氣已進(jìn)入規(guī)模開發(fā)階段,煤層氣、頁巖氣的開發(fā)利用正在起步;天然氣水合物等資源的基礎(chǔ)研究工作也正逐步展開。中國非常規(guī)天然氣的地質(zhì)特點(diǎn)包括:①南北中廣泛分布;②深中淺層系復(fù)合;③海陸相沉積兼有;④儲層物性復(fù)雜;⑤一般與常規(guī)油氣共生共存?？傮w來看,非常規(guī)天然氣開發(fā)利用要取得成功,其關(guān)鍵是擁有低成本的技術(shù)體系和低成本的管理體系。結(jié)論認(rèn)為:開發(fā)非常規(guī)天然氣是利用低碳資源的現(xiàn)實(shí)最佳選擇。

非常規(guī)天然氣 新能源 資源量 分布 致密砂巖氣 煤層氣 頁巖氣 天然氣水合物 技術(shù)體系 管理體系

1 什么是非常規(guī)天然氣資源

1.1 新能源的概念

所謂新能源,是指相對于傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式,目前正在開發(fā)利用或積極研究、有待推廣的能源。非常規(guī)天然氣,從嚴(yán)格意義上講,也屬于新能源的范疇。

在大力開發(fā)新能源的同時,不能忘記傳統(tǒng)能源對人類社會文明的重大貢獻(xiàn),在可預(yù)見的50年之內(nèi),傳統(tǒng)能源仍將繼續(xù)發(fā)揮主導(dǎo)作用:①原始社會主要使用柴薪,由此造就了農(nóng)耕文明;②1757年以來,大量使用煤炭促成工業(yè)革命(蒸汽機(jī)),造就了工業(yè)文明;③1895年以后,石油、常規(guī)天然氣成為主要能源,進(jìn)而造就了現(xiàn)代文明。

人類社會的進(jìn)步,就是逐步由使用高碳(煤炭)、中碳(石油)到低碳(天然氣)資源,再到無碳(氫氣)資源的過程。

1.2 新能源的四大特征

作為新能源,一般具有以下特征:①可持續(xù)、可再生;②高效、低耗;③綠色、低碳;④低污染或無污染,有利于環(huán)境保護(hù)。

新能源,是理想社會的特征,也是人類社會發(fā)展的理想目標(biāo)。新能源,將成為一個國家再次成功的象征。

1.3 新能源的類型

新能源的類型如圖1所示。

其中,非常規(guī)天然氣資源因其“低碳、潔凈、高效、低污染”的特性,已成為當(dāng)今全球能源發(fā)展的重要方向。

1.4 非常規(guī)天然氣資源的定義

所謂非常規(guī)天然氣資源,是指尚未被充分認(rèn)識、還沒有可以借鑒的成熟技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行開發(fā)的一類天然氣資源。主要包括:①致密氣(致密砂巖氣藏、火山巖氣藏、碳酸鹽巖氣藏);②煤層氣(瓦斯);③頁(泥)巖氣;④天然氣水合物(俗稱可燃冰);⑤水溶氣;⑥無機(jī)氣以及盆地中心氣、淺層生物氣等。

圖1 新能源的類型示意圖

1.5 非常規(guī)天然氣資源的成藏特征

非常規(guī)天然氣資源的成藏特征如圖2所示。

圖2 非常規(guī)天然氣資源的成藏特征示意圖(據(jù)Richard M.Pollastro等,2007)

非常規(guī)天然氣資源的埋藏、賦存狀態(tài)與常規(guī)天然氣資源既有相似之處,又有較大的差別,其主要的差別在于資源的“低品位”。

1.6 非常規(guī)天然氣資源的開發(fā)特點(diǎn)

非常規(guī)天然氣資源的開發(fā)特點(diǎn)如圖3所示。

1.7 非常規(guī)天然氣開發(fā)轉(zhuǎn)化條件

非常規(guī)天然氣開發(fā)是一個“過程性概念”,一旦處于開發(fā)技術(shù)成熟、價格合理等條件下,非常規(guī)天然氣資源就可以轉(zhuǎn)化為“常規(guī)資源”開發(fā)。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的主要條件是:①主體開發(fā)技術(shù)達(dá)到成熟程度;②開發(fā)方式具備規(guī)?；?、集約化特性;③油價穩(wěn)定在60～80美元之間;④進(jìn)入“后石油時代”之后,石油資源的開采量減少。

1.8 非常規(guī)天然氣屬于低碳資源

圖3 非常規(guī)天然氣資源的開發(fā)特點(diǎn)示意圖

如果說煤炭是高碳資源,石油是中碳資源,那么非常規(guī)天然氣就是最現(xiàn)實(shí)的低碳資源。其特性如下:①分子結(jié)構(gòu)簡單,組成中80%～99%的是甲烷氣體;②熱值高,甲烷氣體的熱值是50 200 kJ/m3;③低碳,減少了高碳排放的機(jī)會;④低污染或無污染。

綜上所述,筆者認(rèn)為:開發(fā)非常規(guī)天然氣是利用低碳資源的現(xiàn)實(shí)最佳選擇。

2 全球非常規(guī)天然氣資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 一位哲人的預(yù)言

“人類將進(jìn)入天然氣時代”——美國學(xué)者羅伯特就此專題在美國國會先后作過18次報(bào)告。他說:全球天然氣時代僅僅處在萌芽時期,開發(fā)利用類似珍貴的“香水”。能源供給已進(jìn)入了后石油時代,全球能源將由以煤炭和石油為主,轉(zhuǎn)變?yōu)楦鍧崱⒏h(huán)保、分子結(jié)構(gòu)更簡單的天然氣,從而進(jìn)入天然氣時代。

從盤古開天地,固體燃料(木柴、煤炭)連續(xù)使用了幾千年;液體燃料(石油)使人類過渡到“現(xiàn)代社會”;而天然氣燃料(包括氫氣)將把人類帶進(jìn)“能源氣體”時代。羅伯特認(rèn)為:“天然氣有可能首次將人類文明過渡到未來數(shù)千年完全可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)”。

2.2 “天然氣時代”的論點(diǎn)

1)人類記載天然氣的歷史已有3 000多年(公元前11世紀(jì)—711年,西周時期的《易經(jīng)》)。天然氣在地球上已自然冒了800多年。

2)自然現(xiàn)象觀察結(jié)果表明:有煤炭的地方有天然氣,有石油的地方也有天然氣,而有天然氣的地方則不一定有煤炭和石油。由此推斷,天然氣比煤炭和石油加起來的總和還要多。

3)近10年來,全球找到了37個大氣田,是找到大油田的3倍多。據(jù)美國國會聽證資料,目前發(fā)現(xiàn)和估計(jì)的天然氣儲量是石油的5倍多。

4)研究證明,天然氣不一定完全是生物成因的,也有可能是無機(jī)生成的,可以再生。據(jù)美國國會的資料,在可以預(yù)見的將來,天然氣將供應(yīng)全球的80%的能源。

5)宇宙物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種形式存在。即便是把地球里面的水和石油全部抽出來,與所存在的氣體相比也只是一顆“液滴”。而巨大的地球(固體)被氣體(天然氣)所充滿,地球外則被氫氣所環(huán)繞,氫氣在空氣中占90%,在水中和石油中占70%。

數(shù)量如此巨大的天然氣,給天然氣時代的到來與存續(xù)提供了充分必要條件。

2.3 現(xiàn)代社會能源發(fā)展的主要問題

化石能源在促進(jìn)人類文明的同時,也給人類帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。

1)全球變暖和環(huán)境污染,主要是由于二氧化碳排放所造成的,而排放的主體就是煤炭和石油,其主角又是發(fā)電廠和汽車。

2)煤炭的開發(fā)利用,在全球就技術(shù)水平而言,基本仍停留在19世紀(jì)的水平上。其污染給社會造成了沉重的負(fù)擔(dān),使社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)成本上升。估計(jì)其負(fù)面影響,不亞于兩次世界大戰(zhàn)和經(jīng)濟(jì)大衰退。

3)全球石油儲量自然遞減,需求量連續(xù)10年增長,從而導(dǎo)致價格不斷上升,加劇了地緣政治的沖突,致使經(jīng)濟(jì)收縮和社會不穩(wěn)定現(xiàn)象增多。

4)能源對經(jīng)濟(jì)的影響不是中性的。中國“和平崛起”的關(guān)鍵與成敗都將取決于新能源的有效替代和轉(zhuǎn)換。

2.4 全球非常規(guī)天然氣資源十分豐富

據(jù)中國首次非常規(guī)油氣資源國際研討會資料,權(quán)威專家估算的全球非常規(guī)天然氣資源量為2 338.2× 1012m3,約為世界常規(guī)天然氣資源量(512.6×1012m3)的4.56倍。

據(jù)2010年3月在美國休斯敦召開的非常規(guī)能源研討會資料,目前,全球非常規(guī)天然氣產(chǎn)量已迅速攀升到了3 242×108m3/a。非常規(guī)天然氣已經(jīng)成為一支不容忽視和小視的能源“新力量”。

2.5 全球非常規(guī)天然氣與常規(guī)油氣的比例

全球非常規(guī)天然氣總資源量,約為常規(guī)石油、天然氣資源量的1.65倍。其中天然氣水合物所占比例最大,達(dá)37%(表1)。

表1 全球非常規(guī)天然氣與常規(guī)油氣的比例表

全球非常規(guī)天然氣資源主要分布在加拿大、俄羅斯、美國、中國、拉美等國家和地區(qū)。

2.6 全球非常規(guī)天然氣發(fā)展趨勢

1)美國是全球非常規(guī)天然氣開發(fā)利用的領(lǐng)軍國家。2009年,美國天然氣產(chǎn)量首次超過俄羅斯,達(dá)到6 240×108m3,成為全球第一大產(chǎn)氣國,其主要貢獻(xiàn)者之一就是非常規(guī)天然氣(年產(chǎn)量已達(dá)到2 917×108m3)。

2)近7年來,中國天然氣儲量和產(chǎn)量每年均以兩位數(shù)增長,2009年全國天然氣年產(chǎn)量已達(dá)830×108m3(與2002年比較,增長了2.76倍),其中非常規(guī)天然氣也占到了較大比例。

3)2006年以前,非常規(guī)天然氣開發(fā)利用的主要方式是小公司決策。之后,國際各大油公司(埃克森美孚、殼牌、雪佛蘭、康菲、BP等)通過直接投資、收購、合作等方式介入非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā),并已經(jīng)成為開發(fā)的主角。

4)?？松举徺I美孚公司花了80億美元,今年初,又花了430億美元購買XTO公司——美國最大的非常規(guī)天然氣公司。近期,中國石油天然氣股份有限公司(以下簡稱中國石油)也購買了澳大利亞煤層氣公司。

2.7 全球煤層氣資源量和產(chǎn)量

全球煤層氣總資源量為256.3×1012m3,是常規(guī)天然氣總資源量的50%。主要分布在北美、俄羅斯、中國、澳大利亞和中亞等國家和地區(qū)。美國、加拿大和澳大利亞已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了煤層氣的商業(yè)化開發(fā)。

世界主要國家煤層氣資源量和產(chǎn)量情況如表2所示。

表2 世界主要國家的煤層氣資源量和產(chǎn)量表

2.8 全球頁巖氣資源量

全球頁巖氣資源量約為456×1012m3,相當(dāng)于煤層氣和致密氣資源量的總和。主要分布在北美、中亞和中國、中東和北非以及拉美等國家和地區(qū)。據(jù)2010年3月在美國休斯敦召開的非常規(guī)能源研討會資料,頁巖氣的特點(diǎn)應(yīng)該包括:①分布范圍廣,主要分布在海相地層;②沉積厚度大,一般厚度介于300～500 m,單層厚度大于50 m;③有機(jī)質(zhì)含量普遍在2%以上,成熟度(Ro)處于1.4%～3.0%區(qū)間;④開采壽命長,一般為30～50 a,預(yù)測有些最高可達(dá)100 a。

美國是目前世界上唯一實(shí)現(xiàn)頁巖氣商業(yè)開采的國家,2008年其頁巖氣產(chǎn)量達(dá)600×108m3,預(yù)計(jì)到2015年,美國的頁巖氣年產(chǎn)量將達(dá)到2 800×108m3。

2.9 全球致密氣資源量

所謂致密氣,一般是指滲透率小于0.3 mD的天然氣資源,包括致密砂巖氣藏、火山巖氣藏、碳酸鹽巖氣藏等類型。

全球致密氣資源量約為209.72×1012m3。目前,世界上技術(shù)可開采的致密氣儲量介于10.5×1012～24 ×1012m3。全球已發(fā)現(xiàn)致密氣的盆地有70個,在世界各大洲均有分布。

致密氣開發(fā)最成功的國家仍然是美國,其次是中國。2008年,美國致密氣年產(chǎn)量為1 757×108m3,約占其天然氣總產(chǎn)量的30%。2009年,中國致密氣年產(chǎn)量約150×108m3——主要是近幾年發(fā)展較快。

2.10 全球天然氣水合物資源量

天然氣水合物是在一定條件下,由水和天然氣形成的類似冰的、非化學(xué)計(jì)量的、籠形結(jié)晶化合物,因其外觀像冰一樣,而且遇火即可燃燒,所以又被稱作“可燃冰”、“固體瓦斯”或“氣冰”。其主要成分為甲烷。

據(jù)美國、俄羅斯、日本等的研究結(jié)果,全球陸地天然氣水合物總資源量為2.83×1015m3,海洋為8.5× 1016m3,相當(dāng)于已探明化石燃料總含碳量的2倍多,資源量巨大,儲采期至少是1 000 a。

天然氣水合物的主要特點(diǎn)是能量密度高:單位體積的天然氣水合物分解至少可釋放160個單位體積的甲烷氣體,其能量密度是常規(guī)天然氣的2～5倍,是煤炭的10倍。目前全球有30多個國家都在研究天然氣水合物的開采和利用等相關(guān)問題。

2.11 全球非常規(guī)天然氣開發(fā)技術(shù)體系

以美國為代表的非常規(guī)天然氣開采實(shí)踐,經(jīng)過近30年的不斷探索,已經(jīng)逐步形成了適用于非常規(guī)天然氣開發(fā)的技術(shù)體系。中國在致密氣開發(fā)方面也走在了世界前列。其關(guān)鍵主體技術(shù)包括:①非常規(guī)天然氣成藏基礎(chǔ)理論研究(有機(jī)質(zhì)、孔隙、滲流等);②致密砂巖氣藏精細(xì)描述技術(shù);③非常規(guī)天然氣地震勘探開發(fā)技術(shù);④叢式井、水平井、羽狀水平井鉆井工藝技術(shù);⑤多井、多層壓裂改造增產(chǎn)工藝技術(shù)(批量化施工)。

總體來看,非常規(guī)天然氣開發(fā)利用要取得成功,其關(guān)鍵是:低成本技術(shù)體系和低成本管理體系。

3 中國非常規(guī)天然氣資源開發(fā)利用進(jìn)展

3.1 中國非常規(guī)天然氣資源總量

我國的非常規(guī)天然氣(僅包含致密砂巖氣、煤層氣、頁巖氣和天然氣水合物)資源量為280.6×1012m3,是常規(guī)天然氣資源量(56×1012m3)的5.01倍。

目前,致密砂巖氣已進(jìn)入規(guī)模開發(fā)階段,煤層氣、頁巖氣的開發(fā)利用正在起步;天然氣水合物等資源的基礎(chǔ)研究工作也正逐步展開。

3.2 中國非常規(guī)天然氣開發(fā)狀況與特點(diǎn)

中國非常規(guī)天然氣資源量與產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 中國非常規(guī)天然氣資源量與產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

中國非常規(guī)天然氣的地質(zhì)特點(diǎn):①南北中廣泛分布;②深中淺層系復(fù)合;③海陸相沉積兼有;④儲層物性復(fù)雜;⑤一般與常規(guī)油氣共生共存。

3.3 中國致密氣資源量及其分布

中國致密氣的總資源量約為12×1012m3(部分與常規(guī)氣在資源量上存在著交叉),廣泛分布于鄂爾多斯、四川、松遼、渤海灣、柴達(dá)木、塔里木及準(zhǔn)噶爾等10余個盆地,其中鄂爾多斯盆地和四川盆地資源量最為豐富(圖4)。

圖4 中國致密氣富集與分布示意圖

3.3.1 鄂爾多斯盆地致密砂巖氣探明儲量和產(chǎn)量

鄂爾多斯盆地致密砂巖氣總資源量約10×1012m3,其中探明約3×1012m3。主要包括:①蘇里格氣田;②大牛地氣田;③榆林氣田;④烏審旗氣田;⑤神木氣田;⑥米脂氣田。目前,上述氣田正在擴(kuò)大勘探。

2009年,鄂爾多斯盆地致密砂巖氣總產(chǎn)量達(dá)到了133.82×108m3(不包括榆林氣田的常規(guī)砂巖氣)。

3.3.2 蘇里格為我國最大的致密砂巖氣田

截至2009年底,蘇里格氣田基本探明天然氣儲量超過2×1012m3,是中國第一個特大型天然氣氣田,也是目前最大的氣田。

2009年,蘇里格氣田的天然氣產(chǎn)量達(dá)到80×108m3,2010年產(chǎn)量將突破100×108m3,規(guī)劃到2015年可能建成300×108m3的生產(chǎn)能力,就單個氣田而言也將是我國最大的氣田。

蘇里格大氣田,是京津地區(qū)天然氣供應(yīng)的主力氣源,可以穩(wěn)定供氣30～50 a,甚至更長時間。

3.3.3 四川盆地致密砂巖氣開發(fā)

四川盆地致密砂巖氣的勘探開發(fā)潛力同樣巨大。最新評價結(jié)果表明,川西侏羅系與上三疊統(tǒng)天然氣資源量為1.8×1012～2.5×1012m3,而目前的探明儲量僅占上述資源量的10%左右。2009年,川中地區(qū)須家河組致密砂巖氣的產(chǎn)量約為20×108m3。

3.4 中國煤層氣資源量及其分布

中國煤層氣的地質(zhì)資源量分布情況如表4所示。其中,埋深2 000 m以內(nèi)的煤層氣資源量為36.8× 1012m3;埋深1 500 m以內(nèi)的可采資源量為10.9× 1012m3。

表4 中國煤層氣的地質(zhì)資源量分布情況表

3.4.1 中國煤層氣開發(fā)利用成果與規(guī)劃

截至2009年底,全國地面煤層氣鉆井總數(shù)達(dá)3 972口(探井675口、開發(fā)井3 297口),其中羽狀水平井85口,主要分布在鄂爾多斯盆地東部和山西沁水盆地;目前的資源探明率僅5.0‰。2009年,煤層氣年產(chǎn)量為71.7×108m3。

2010年,國家規(guī)劃煤層氣產(chǎn)量為100×108m3,其中地面開采50×108m3(完成難度很大)、井下巷道抽排50×108m3(可以超額完成);2020年煤層氣年產(chǎn)量將達(dá)到300×108m3;2030年產(chǎn)量將達(dá)500×108m3。

3.4.2 全國煤炭安全、環(huán)保形勢依然嚴(yán)峻

2009年,全國煤炭產(chǎn)量為30×108t,井下瓦斯抽采量達(dá)到61.7×108m3,全國煤礦百萬噸死亡率為0.987人,首次降到1以下;但瓦斯利用率還很低,安全、環(huán)保形勢依然嚴(yán)峻,煤層氣開發(fā)任務(wù)艱巨,任重而道遠(yuǎn)。

3.5 中國頁巖氣資源量及其分布

頁巖氣資源廣泛分布于海相(主要)、陸相沉積盆地內(nèi),在全國范圍內(nèi),各地質(zhì)歷史時期都存在頁巖氣資源。中國主要盆地頁巖分布如圖5所示。

圖5 中國主要盆地頁巖分布圖(圖中綠色區(qū)塊表示盆地)

中國海相地層沉積面積達(dá)300×104km2,其中陸上海相沉積達(dá)280×104km2。據(jù)2006年中國石油的研究成果,中國頁巖氣資源量為100×1012m3;近期有利地區(qū)頁巖氣資源量在30×1012m3左右(表5)。

3.5.1 中國頁巖氣有利區(qū)資源分布

中國頁巖氣有利區(qū)及資源量分布情況如表5所示。

3.5.2 中國頁巖氣成藏與基本地質(zhì)特點(diǎn)

全國在多個含油氣盆地都發(fā)現(xiàn)了頁巖氣資源。凡是有天然氣生成的盆地,理論上講都應(yīng)該存在頁巖氣,特別是在海相地層中。嚴(yán)格意義上講,頁巖氣是頁巖中生成后未運(yùn)移出去和殘留于頁巖層內(nèi)的天然氣。中國頁巖氣的主要地質(zhì)特點(diǎn)包括:①分布面積約占國土總面積的三分之一(主要在南方);②儲層厚度大,單層厚度介于20～500 m(累計(jì)厚度介于100～850 m);③成熟度高,Ro一般大于1.0%;④有機(jī)質(zhì)豐富,有機(jī)碳含量一般大于2%。

3.5.3 中國頁巖氣的開發(fā)與利用

“大力推進(jìn)頁巖氣勘探開發(fā)”在中國已經(jīng)基本達(dá)成共識。中國石油西南油氣田公司、浙江油田公司和煤層氣有限責(zé)任公司,已投身頁巖氣的勘探評價工作,并與殼牌、康菲、挪威國家石油等公司廣泛開展了合作研究及試采開發(fā)。目前,已顯露出良好的發(fā)展前景:①2009年8月,國土資源部天然氣資源戰(zhàn)略研究中心在重慶市綦江縣啟動了中國首個頁巖氣資源勘查項(xiàng)目;②2009年11月,中國石油與殼牌合作開發(fā)的中國首個頁巖氣合作項(xiàng)目——“富順—永川區(qū)塊頁巖氣項(xiàng)目”在成都啟動;③2010年,在四川盆地川東地區(qū)、云貴地區(qū)開辟2個頁巖氣開發(fā)試采示范區(qū)。

3.6 天然氣水合物仍處于研究階段

天然氣水合物資源潛力大,前景廣闊,主要分布在我國南海、東海、青藏高原、東北凍土帶,其中以南海海域資源潛力為最大。

據(jù)國土資源部專家的初步估算,我國天然氣水合物資源量為700×108t油當(dāng)量;據(jù)張洪濤估算:“在我國南海至少有450×108t油當(dāng)量”。

中國天然氣水合物調(diào)查工作開展時間只有幾年,僅投入了很少的工作量,但在臺灣東南和西南近海海底、西沙海槽、青藏高原已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物,顯示出這一資源的良好前景。

天然氣水合物是我國天然氣的后備超級資源庫,將對我國未來能源構(gòu)成產(chǎn)生重大的影響,但目前還暫時無法展望其開發(fā)利用的前景。

表5 中國頁巖氣有利區(qū)及其資源量分布情況表

3.7 中國其他非常規(guī)天然氣資源

水溶氣廣泛分布于我國的中、新生代地層中,據(jù)關(guān)德師預(yù)測:全國水溶氣資源總量約為45×1012m3,其中我國東部遠(yuǎn)景資源量為19×1012m3。四川、松遼、渤海灣、瓊東南、鄂爾多斯等盆地,均具有較好的水溶氣勘探前景,但目前基本上還沒有真正的投入開發(fā)。

在松遼、渤海灣、蘇北、東海、珠江口、鶯歌海等盆地,共發(fā)現(xiàn)28個無機(jī)成因的二氧化碳?xì)馓?從成因上將其稱為無機(jī)氣,其中萬金塔、黃橋等氣田已開發(fā),并已取得效果。同時,在松遼盆地三肇凹陷、渤海灣盆地黃驊凹陷、東海盆地天外天構(gòu)造,也發(fā)現(xiàn)了無機(jī)成因的甲烷天然氣。

4 中國開發(fā)非常規(guī)天然氣資源的條件與問題

4.1 中國開發(fā)非常規(guī)天然氣資源的條件

中國常規(guī)油氣勘探開發(fā),經(jīng)歷了百年的歷史,積累了豐富的勘探開發(fā)認(rèn)識、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),完全可以復(fù)制或創(chuàng)新應(yīng)用到非常規(guī)天然氣資源的勘探開發(fā)工作中來。近年來,國家大力支持非常規(guī)天然氣的開發(fā)利用,中國石油等企業(yè)初步形成了非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)的理論、技術(shù)、模式、管理經(jīng)驗(yàn)以及成功的對策,為非常規(guī)天然氣開發(fā)創(chuàng)造了條件。加之,借鑒知名國際石油公司先進(jìn)的技術(shù),同時總結(jié)合作開發(fā)過程中所積累的認(rèn)識、技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn),中國石油在某些領(lǐng)域已形成了具有世界先進(jìn)水平的技術(shù),如致密氣開發(fā)在世界上就有很大的影響力。

4.2 中國非常規(guī)天然氣開發(fā)理論與認(rèn)識

經(jīng)過多年的不懈探索,中國非常規(guī)天然氣在勘探、地質(zhì)、開發(fā)等方面已形成了一系列理論與認(rèn)識。

4.2.1 致密氣(致密砂巖、火山巖、碳酸鹽巖)理論認(rèn)識

已形成了超高建設(shè)型大型河流三角洲、低速變形流動、三個重新、二元攻關(guān)、超淺層侵入相火山巖、海相碳酸鹽巖層系多期聚散成藏等理論與認(rèn)識。

4.2.2 煤層氣開采機(jī)理及理論認(rèn)識

已形成了排采“雙駝峰”曲線、物理吸附說、面積降壓平穩(wěn)排采認(rèn)識、等溫吸附模型、低煤階煤層氣分形吸附模型、“五段兩點(diǎn)法”管理等理論與經(jīng)驗(yàn)。

4.2.3 頁巖氣形成機(jī)理及理論認(rèn)識

已形成了泥巖裂縫孔滲形成概念、泥頁巖裂縫性成藏、游離方式賦存說、海相優(yōu)于陸相、生物和熱成因等機(jī)理與認(rèn)識。

4.3 中國非常規(guī)天然氣開發(fā)技術(shù)體系

經(jīng)過多年的不懈努力,中國非常規(guī)天然氣開發(fā)初步探索形成了一系列關(guān)鍵技術(shù),其中有些技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平:①煤層氣地球物理識別技術(shù)(國內(nèi)先進(jìn));②煤層氣鉆完井技術(shù)(國內(nèi)先進(jìn));③羽狀多分支鉆井技術(shù)(低成本新技術(shù)、世界先進(jìn));④煤層氣排水采氣技術(shù)(沁水盆地,成熟技術(shù));⑤水平井鉆井技術(shù)(成熟技術(shù));⑥水平井分段壓裂改造技術(shù)(大慶、長慶、吉林油田正在攻關(guān)試驗(yàn));⑦致密氣排水采氣技術(shù);⑧低壓集輸處理工藝技術(shù)等。

4.4 中國致密(低滲透)天然氣開發(fā)技術(shù)體系

探索形成了一套致密砂巖氣田有效開發(fā)主體技術(shù)、特色技術(shù)和適用的配套技術(shù)體系。主要有:①高精度二維地震技術(shù)(集成創(chuàng)新);②富集區(qū)優(yōu)選、井位優(yōu)選技術(shù)(集成創(chuàng)新);③快速鉆井及小井眼鉆井技術(shù)(集成創(chuàng)新);④適度規(guī)模壓裂技術(shù)(國內(nèi)首創(chuàng));⑤井下節(jié)流技術(shù)(國內(nèi)原創(chuàng));⑥排水采氣技術(shù)(吸收引進(jìn)再創(chuàng)新);⑦分壓合采技術(shù)(集成創(chuàng)新);⑧地面不加熱、低壓集氣、混相計(jì)量技術(shù)(國內(nèi)首創(chuàng))等。

4.5 中國非常規(guī)天然氣開發(fā)管理模式

中國非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)已經(jīng)探索形成了一些典型的開發(fā)模式或示范區(qū),其核心是低成本技術(shù)體系和低成本管理體系,主要包括:①蘇里格模式(致密氣,低成本、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、市場化);②蘇南合作模式(致密氣,低成本、程序化、高效率);③沁水模式(煤層氣,低成本、數(shù)字化、經(jīng)濟(jì)有效、規(guī)模開發(fā));④韓城模式(煤層氣,低成本、成組水平井、叢式井、節(jié)能);⑤云貴示范區(qū)(頁巖氣,低成本技術(shù)、管理示范);⑥川南示范區(qū)(頁巖氣,低成本技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)示范)等。

4.6 中國非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)條件

中國非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)利用的基礎(chǔ)條件已經(jīng)趨于成熟,理由如下:①與常規(guī)天然氣雖有差異,但在成藏、開采機(jī)理上基本相似;②與常規(guī)天然氣的開發(fā)技術(shù)接近,可以移植、復(fù)制并改造;③可以直接利用現(xiàn)有的常規(guī)天然氣管道、銷售網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施;④國家大力支持,已出臺并將繼續(xù)出臺多項(xiàng)優(yōu)惠政策;⑤國外已形成了多項(xiàng)低成本技術(shù),可借鑒。

目前以蘇里格大型氣田為代表的致密砂巖氣已進(jìn)入規(guī)模化快速發(fā)展階段,沁水、渭北、三交等煤層氣田已進(jìn)入規(guī)模建設(shè)期,四川、云貴等南方地區(qū)的頁巖氣開發(fā)已開始示范性起步。

4.7 中國非常規(guī)天然氣開發(fā)對策

非常規(guī)天然氣勘探開發(fā),就總體而言,中國還處于謀劃和起步階段。根據(jù)國外成功的經(jīng)驗(yàn)和中國近些年所積累的實(shí)踐認(rèn)識,為實(shí)現(xiàn)中國非常規(guī)天然氣資源的長遠(yuǎn)開發(fā)大計(jì),現(xiàn)提出如下對策:①制定國家發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略;②國家層面主要致力于制定扶持政策,其依據(jù)是級差地租理論;③小公司決策方式是一條重要途徑;④大公司以小公司決策方式開發(fā)低品位資源也是一種方式,可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ);⑤低成本技術(shù)體系和低成本管理體系是唯一選擇;⑥關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)必不可少;⑦顛覆傳統(tǒng)規(guī)則,制定非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)新規(guī)則;⑧完全的、真正意義上的市場化運(yùn)作。

4.8 中國天然氣(包括非常規(guī))發(fā)展的主要問題

1)天然氣在人類生活中是一種奢侈品,使用天然氣是富人的標(biāo)志。因而全球天然氣消費(fèi)主要集中在北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū),發(fā)展中國家消費(fèi)量所占的比例很小。中國經(jīng)濟(jì)狀況目前還達(dá)不到廣泛使用天然氣的條件。

2)新能源是個相對概念,在中國,非常規(guī)天然氣也屬于新能源了,而在北美、歐洲就已經(jīng)不是新能源。既然是新能源,其發(fā)展就毫不例外的要經(jīng)歷一個相當(dāng)長的過程,不可能憑借發(fā)現(xiàn)幾個大氣田就能實(shí)現(xiàn)天然氣的廣泛覆蓋消費(fèi)。

3)天然氣規(guī)?；M(fèi)的基礎(chǔ)條件是管網(wǎng)的高覆蓋,美國天然氣管網(wǎng)總長度達(dá)50×104km,覆蓋到了鄉(xiāng)村,而中國目前只有3.8×104km。中國要達(dá)到美國目前的條件,需要幾十年的努力,僅靠幾個公司解決不了廣泛覆蓋的問題,而且資源也有限。

4)天然氣消費(fèi)的調(diào)峰是一大難題,如北京冬季日用氣量是5 000×104m3,而夏季則只有300×104m3,平衡巨大的峰谷差要依賴巨大的儲氣庫。天津大港地區(qū)約30×108m3規(guī)模的儲氣庫,遠(yuǎn)遠(yuǎn)解決不了調(diào)峰問題,況且儲氣庫不可能盈利,至少目前不可能盈利,而美國有400余座大中型儲氣庫保證其天然氣均衡消費(fèi)。

5)中國氣價混亂:上海天然氣有5種價格,西氣東輸有3種價格在一條管道運(yùn)行,國內(nèi)氣價遠(yuǎn)低于國際氣價。管道輸送企業(yè)基本上都是微利,類似慈善事業(yè);而國內(nèi)老百姓則對天然氣寄予厚望且希望天然氣價格越低越好,認(rèn)為資源屬于國家所有。

6)非常規(guī)天然氣開發(fā),在中國可能要經(jīng)歷一個較長的時期。低碳能源在中國還是一個理想狀態(tài)。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測,2050年全球能源結(jié)構(gòu)中的80%還是化石能源,新能源只占10%左右。我國的情況更不能例外,中國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)不可能在短時期內(nèi)發(fā)生改變。

7)中國天然氣消費(fèi)國際化是個大趨勢,正建和籌建的引進(jìn)管道包括:中土線(最終年輸氣量將達(dá)400× 108m3)、中緬線(年輸氣量100×108m3)、中俄3條線(氣量不詳)、伊朗—巴基斯坦—中國線(籌劃)。我國已在沿海規(guī)劃有10座LNG接收站,有的已建成投產(chǎn)有的正建和待建,總進(jìn)口氣量超過3 000×104t(相當(dāng)于天然氣近400×108m3),主要由中海油(約2 000× 104t)、中石油(約900×104t)、中石化(約300×104t)等公司承建。上述能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的政治、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)極大。

4.9 中國天然氣(包括非常規(guī))發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)

2020年,我國天然氣發(fā)展規(guī)劃目標(biāo):預(yù)測天然氣年產(chǎn)量將達(dá)到1 800×108～2 200×108m3,其在我國能源結(jié)構(gòu)中的比例由目前的近4%將上升到8%～12%。屆時,中國將進(jìn)入天然氣生產(chǎn)大國行列,非常規(guī)天然氣將是重要的貢獻(xiàn)者。

5 結(jié)束語

總體來看,開發(fā)非常規(guī)天然氣是利用低碳資源的現(xiàn)實(shí)最佳選擇;非常規(guī)天然氣開發(fā)利用要取得成功,其關(guān)鍵是:擁有低成本技術(shù)體系和低成本管理體系;非常規(guī)天然氣開發(fā)是個難題,可能要經(jīng)歷較長的過程,但是,非常規(guī)天然氣已成為全球低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新趨勢!

Development of unconventional natural gas:The best approach to low-carbon economy and resource efficiency

Hu Wenrui
(PetroChina Co.,L td.,Beijing 100007,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 9,pp.1-8,9/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Unconventional natural gas belongs to,in the strict sense,a kind of new energy resources due to its advantagesof low carbon and low pollution.A lthough some similarities between conventional and unconventional natural gas are the burial histo ry and occurrence state,a big difference exists between them,unlike conventional natural gas,unconventional natural gas is usually classified as a kind of low-grade resources.Acco rding to the authorities,the global unconventional natural gas,mainly distributed in Canada, Russia,the USA,China,Latin America,etc.,is estimated to be 2338.2 bcm,being app roximately 4.56 timesof the world’s total conventional gas resources(512.6 bcm)and 1.65 timesof the world’soil and gas resources.After 30 yearsof unconventional gasexp loitation p ractices rep resented by the USA,a comp lete technical system has gradually come into being.China has leaped into the f ront ranks of the world in tight sandstone gas recovery.The unconventional gas resources in China w hich only includes tight sandstone gas,coalbed methane,and natural gas hydrate has a volumeof 208.6 bcm,being about 5.01 timesof the domestic conventional gas resources(56 bcm).A t p resent,China has started the scale commercial development of tight sandstone gas,w hile the recovery of coalbed methane and shale gas is still at the initial stage,and fundamental studies of other new energy resources like natural gas hydrate is gradually being developed.Furthermore,the geological features of unconventional natural gas resources in China are summarized as follow s:①they are w idely distributed in the north,south and middle of China;②they are discovered in those compound strata w ith deep,medium,o r shallow layers;③they are found to be accumulated in both continental and marine deposit;④the petrophysical p roperties of their reservoirs are comp lex;⑤they are commonly o riginated and co-exist w ith conventional oil and gas. In general,the key to achievements in developing the unconventional natural gas resources relies on a low cost technical system and management system.This paper concludes that the development of unconventional natural gas resources is the best app roach to low carbon economy and resource efficiency.

unconventional natural gas,new energy,resources volume,distribution,tight sandstone gas,coalbed methane,shale gas,natural gas hydrate,technical system,management system

3本文由“2010年非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)技術(shù)研討會”上題為《中國非常規(guī)天然氣資源開發(fā)與利用》的大會主報(bào)告整理而成。

胡文瑞,教授級高級工程師,國家有突出貢獻(xiàn)專家,本刊第六屆編委會名譽(yù)主任;歷任中國石油長慶油田公司總經(jīng)理、中國石油勘探與生產(chǎn)分公司總經(jīng)理、中國石油天然氣股份有限公司副總裁。地址:(100007)北京市東城區(qū)東直門北大街9號。

胡文瑞.開發(fā)非常規(guī)天然氣是利用低碳資源的現(xiàn)實(shí)最佳選擇.天然氣工業(yè),2010,30(9):1-8.

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.09.001

2010-08-25 編輯 居維清)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.09.001

Hu Wenrui,p rofesso r of senior engineer,isone of distinguished scholars in China.He is also one of honour directors at the 6th Edito rial Committee of NGI.

Add:No.9,North Dongzhimen Avenue,Dongcheng District,Beijing 100007,P.R.China