李海明

(承德石油高等?？茖W(xué)校社科與數(shù)理部，河北 承德 067000)

頁巖氣是指賦存于富含有機(jī)質(zhì)頁巖為主的儲(chǔ)集巖系中的非常規(guī)天然氣。在儲(chǔ)集層中一部分以吸附狀態(tài)賦存于巖石顆粒和有機(jī)質(zhì)表面，一部分以游離態(tài)賦存于儲(chǔ)層天然孔隙和裂縫之中，少數(shù)以溶解狀態(tài)存在于干酪根和瀝青質(zhì)中。其中吸附狀態(tài)天然氣的含量變化于80%～20%之間，游離氣比例一般在20%～80%之間。頁巖氣本質(zhì)上是連續(xù)生成的生物化學(xué)成因氣、熱成因氣或兩者混合成因氣，屬天然氣生成后，滯留未排出源巖層系而聚集成藏［1］。頁巖氣幾乎存在于所有的沉積盆地中，其資源潛力巨大。頁巖氣作為源巖生烴或排烴殘余的主要產(chǎn)物，廣泛存在于高含碳頁巖地層中并聚集成藏，使本來不具備常規(guī)油氣成藏條件的泥頁巖中的非常規(guī)油氣資源重新變得具有勘探開發(fā)價(jià)值。

1 世界頁巖氣資源概況

1.1 世界頁巖氣資源量

2011年4月，美國(guó)能源信息署(EIA)在對(duì)全球頁巖氣技術(shù)可采資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，發(fā)布了“世界頁巖氣資源初步評(píng)價(jià)報(bào)告”［2］。報(bào)告認(rèn)為，世界頁巖氣資源總量716.5×1012m3，技術(shù)可采資源總量為187.6×1012m3。從分布情況來看(見表1)，北美儲(chǔ)量最大，技術(shù)可采資儲(chǔ)量為 54.7×1012m3;亞洲次之，可采儲(chǔ)量39.8 ×1012m3。

1.2 我國(guó)頁巖氣資源量

我國(guó)頁巖氣有良好的勘探前景。張金川［3］等研究了我國(guó)頁巖氣富集類型和資源特點(diǎn)，并根據(jù)頁巖氣聚集的機(jī)理，對(duì)中、美頁巖氣地質(zhì)條件的相似性進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為我國(guó)有優(yōu)越的頁巖氣富集成藏地質(zhì)條件［1］。我國(guó)含氣頁巖具有有機(jī)質(zhì)豐度高、有機(jī)質(zhì)熱演化程度高及后期改造程度高等“三高”特點(diǎn)。我國(guó)頁巖氣具有海陸相共存、沉積分區(qū)控制以及分布多樣復(fù)雜等特點(diǎn)。張金川等還以間接型和直接型頁巖氣劃分方法為基礎(chǔ)并結(jié)合中國(guó)區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)，將中國(guó)的頁巖氣富集模式劃分為南方型、北方型及西北型3種［3］。并估算了我國(guó)頁巖氣資源量，計(jì)算結(jié)果為我國(guó)頁巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量預(yù)計(jì)可達(dá)150×1012m3，技術(shù)可采儲(chǔ)量高達(dá)28×1012m3［2］。我國(guó)四川、鄂爾多斯等多個(gè)油氣盆地均具備頁巖氣富集成藏的地質(zhì)條件。南方、北方、西北及青藏地區(qū)各占我國(guó)頁巖氣可采資源總量的 46.8%、8.9%、43%和 1.3%［2］。

表1 各大洲頁巖氣資源量分布情況

2 世界頁巖氣開發(fā)情況

2.1 國(guó)外開發(fā)現(xiàn)狀

美國(guó)是全世界第一個(gè)規(guī)?；_采頁巖氣的國(guó)家。美國(guó)頁巖氣資源豐富，分布范圍廣，可開采資源量24×1012m3。開發(fā)歷史悠久，技術(shù)成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高效經(jīng)濟(jì)、規(guī)模開發(fā)。據(jù)EIA報(bào)告數(shù)據(jù)，美國(guó)頁巖氣產(chǎn)量2013年為1 800億m3，成為美國(guó)天然氣供應(yīng)的重要來源。美國(guó)對(duì)頁巖氣大規(guī)模開采，對(duì)于改善其天然氣供應(yīng)狀況和能源對(duì)外依賴程度，起到舉足輕重的作用。

加拿大是世界上第二個(gè)對(duì)頁巖氣進(jìn)行勘探開發(fā)的國(guó)家。加拿大頁巖氣資源亦十分豐富，根據(jù)加拿大非常規(guī)天然氣協(xié)會(huì)(CSUG)的資源評(píng)價(jià)結(jié)果，加拿大頁巖氣的資源量大于42.5×1012m3。加拿大充分認(rèn)識(shí)到頁巖氣將成為其重要的替代能源，加快了頁巖氣勘探開發(fā)的步伐。但加拿大國(guó)家能源局認(rèn)為，目前頁巖氣開采技術(shù)、開采方式對(duì)大規(guī)模開發(fā)其國(guó)內(nèi)頁巖氣資源在經(jīng)濟(jì)上是否可行還不確定。已有多家油氣生產(chǎn)商在加拿大西部地區(qū)進(jìn)行頁巖氣的開采或開發(fā)試驗(yàn)，但相對(duì)于美國(guó)而言，加拿大頁巖氣開發(fā)還處于初級(jí)階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)。

此外，歐洲、亞洲、南美洲等多國(guó)都已充分認(rèn)識(shí)到頁巖氣資源的潛在價(jià)值，開始頁巖氣基礎(chǔ)理論研究、資源評(píng)價(jià)、工業(yè)化開采試驗(yàn)。世界著名油氣公司在多國(guó)投資勘探開發(fā)頁巖氣，如2012年殼牌計(jì)劃投資100億美元以上開發(fā)烏克蘭Yuzivske頁巖氣田;雪佛龍與阿根廷YPF國(guó)家石油公司合作勘探開發(fā)其國(guó)內(nèi)烏肯省頁巖氣資源，還投標(biāo)勘探開采立陶宛頁巖氣。

2.2 我國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)情況

我國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)起步較晚，但近年對(duì)頁巖氣勘探開發(fā)高度重視，勘探開發(fā)前期研究工作始于2009年。當(dāng)年，國(guó)土資源部在重慶啟動(dòng)我國(guó)首個(gè)頁巖氣資源勘查項(xiàng)目。2009年12月四川威遠(yuǎn)縣新場(chǎng)鎮(zhèn)老場(chǎng)村的威201井開鉆，2010年10月投產(chǎn)。投產(chǎn)初期日產(chǎn)氣量2 000 m3，截至2014年2月25日，日均產(chǎn)量400 m3，該井拉開了我國(guó)頁巖氣生產(chǎn)序幕。2011年，國(guó)土資源部將渝黔南川、貴州綏陽、貴州鳳崗、渝黔湘秀山4個(gè)區(qū)塊，共約1.1萬km2頁巖氣探礦權(quán)招標(biāo)出讓。中石化中標(biāo)渝黔南川區(qū)塊，河南煤層氣中標(biāo)渝黔湘秀山區(qū)塊。2011年12月，國(guó)土資源部將頁巖氣正式列為第172種獨(dú)立礦產(chǎn)。并計(jì)劃到2015年，基本完成全國(guó)頁巖氣資源潛力調(diào)查與評(píng)價(jià)，頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到65億m3。2012年3月，國(guó)土資源部發(fā)布我國(guó)頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)成果:地質(zhì)資源潛力約134×1012m3，可采資源約25×1012m3。2012年3月，中石化勘探南方分公司在四川元壩區(qū)獲高產(chǎn)頁巖氣流。2012年9月，國(guó)土資源部將貴州綏陽、鳳岡、岑鞏;重慶黔江、酉陽、城口;湖南龍山、保靖、永順、花垣;江西修武;浙江臨安;河南溫縣、中牟等19個(gè)區(qū)塊頁巖氣探礦權(quán)公開招標(biāo)出讓，分別由華電煤業(yè)集團(tuán)、中煤地質(zhì)工程總公司、山西能源投資有限公司、華電湖北發(fā)電有限公司、河南豫礦地質(zhì)勘查投資有限公司等16家企業(yè)中標(biāo)。

中石油為著力推進(jìn)四川長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)、滇黔北昭通兩個(gè)國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)的建設(shè)，2013年3月由西南油氣田公司牽頭在成都成立頁巖氣前線協(xié)調(diào)指揮小組辦公室。目前，兩區(qū)礦權(quán)面積分別為6 534 km2、15 078 km2。四川長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)示范區(qū)已完鉆16口井，完成壓裂試氣12口井，直井日產(chǎn)量0.2萬m3～3.3萬m3，水平井日產(chǎn)量1萬m3～16萬m3;云南昭通示范區(qū)完鉆7口井，完成壓裂試氣2口井，直井日產(chǎn)0.25萬 m3，水平井日產(chǎn)1.5萬 m3至3.6萬 m3。

中石化2013年共投入逾1.68億元勘查湖南龍山、保靖、花垣、桑植、永順5個(gè)頁巖氣及油氣區(qū)塊。中石化重慶涪陵國(guó)家級(jí)示范區(qū)頁巖氣井已開鉆27口，完鉆21口，已投入試采水平井10口，平均單井產(chǎn)量15萬m3/天，累計(jì)實(shí)現(xiàn)商品氣量近7 300萬m3。

中海油國(guó)內(nèi)第一口頁巖氣探井——徽頁1井順利開鉆，標(biāo)志著中海油頁巖氣勘探開發(fā)步入新階段。

江西修武盆地頁巖氣區(qū)塊勘探項(xiàng)目被江西省天然氣(贛投氣通)控股有限公司中標(biāo)奪得。首期勘查設(shè)計(jì)施工11孔，預(yù)算投入勘查經(jīng)費(fèi)4.3億元，標(biāo)志著江西省頁巖氣進(jìn)入實(shí)質(zhì)勘查開發(fā)階段。

2013年，國(guó)土資源部公布貴州頁巖氣地質(zhì)資源量10.48×1012m3。并在貴州岑鞏開鉆貴州第一口頁巖氣調(diào)查井——岑頁1井，見到了良好的頁巖氣顯示。

我國(guó)頁巖氣勘查開發(fā)進(jìn)展比較順利，截至2013年底累計(jì)完成頁巖氣鉆井285口，2013年頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到2.0億 m3。

3 制約我國(guó)頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素

我國(guó)頁巖氣資源的開發(fā)剛剛起步，經(jīng)驗(yàn)匱乏，技術(shù)不成熟。制約我國(guó)頁巖氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵因素是頁巖氣成藏理論研究、資源勘查和開發(fā)核心技術(shù)。

3.1 國(guó)內(nèi)頁巖氣理論研究尚不夠系統(tǒng)化

目前，國(guó)內(nèi)頁巖氣研究重點(diǎn)主要集中于兩方面。一是頁巖氣地質(zhì)理論及資源評(píng)價(jià)理論與方法［4］;二是勘探區(qū)域和層位優(yōu)選評(píng)價(jià)。在頁巖氣地質(zhì)理論與資源評(píng)價(jià)理論與方法方面，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)張金川、中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院李新景、王社、王紅巖等一批專家學(xué)者們一方面借鑒和消化吸收美國(guó)頁巖氣資源評(píng)價(jià)的理論與勘探開發(fā)成功經(jīng)驗(yàn);另一方面不斷收集整理國(guó)內(nèi)資料，結(jié)合國(guó)內(nèi)沉積地層和盆地構(gòu)造特征等因素分析。在頁巖氣成藏機(jī)理、儲(chǔ)量評(píng)價(jià)、資源量、頁巖氣滲流機(jī)理等方面取得了可喜的研究成果，為我國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。在首選勘探區(qū)域和層位方面，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者們主要是通過與美國(guó)5套開發(fā)成功的含氣頁巖進(jìn)行地質(zhì)要素比照分析來進(jìn)行，不同的研究者對(duì)勘探首選目標(biāo)區(qū)有不同看法，四川盆地作為中國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)研究的首選區(qū)的觀點(diǎn)較為普遍，但對(duì)盆地內(nèi)具體區(qū)域和層位選擇的看法尚不統(tǒng)一。大多數(shù)研究者得到了一些公司企業(yè)的資助，研究方向只是側(cè)重某一區(qū)塊或某個(gè)方面。國(guó)內(nèi)系統(tǒng)化研究頁巖氣聚集成藏理論在開展聯(lián)合科技攻關(guān)方面顯得十分薄弱，加強(qiáng)聯(lián)合科技公關(guān)十分必要。只有搞清我國(guó)頁巖氣富集成藏地質(zhì)條件、成藏理論，才有望解決目前制約中國(guó)頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大基礎(chǔ)理論難題。因此，在國(guó)家層面有必要加大科技攻關(guān)力度，完善基礎(chǔ)地質(zhì)工作投入機(jī)制，設(shè)立專項(xiàng)基金，整合一支精干的頁巖氣理論研究、地質(zhì)調(diào)查隊(duì)伍，形成跨學(xué)科、跨部門的頁巖氣基礎(chǔ)理論研究局面，為我國(guó)頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供公益性服務(wù)。

3.2 資源勘查程度低尚無技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

頁巖氣作為資源性礦產(chǎn)，與石油、煤炭、天然氣等一樣，要實(shí)現(xiàn)規(guī)模開采，明確含氣區(qū)并探明資源儲(chǔ)量是前提條件。我國(guó)頁巖氣資源潛力雖然很大，但全國(guó)范圍內(nèi)資源總量與分布情況還沒有開展系統(tǒng)調(diào)查與評(píng)價(jià)工作，未能明確確定有利目標(biāo)區(qū)，更未探明各地區(qū)可采資源量。一些科技文獻(xiàn)、報(bào)告公布的數(shù)據(jù)只是根據(jù)EIA等國(guó)外機(jī)構(gòu)發(fā)布的報(bào)告和國(guó)內(nèi)專家學(xué)者依據(jù)初步勘探結(jié)果或利用已有地質(zhì)資料推斷的。頁巖氣預(yù)測(cè)儲(chǔ)量?jī)H限于地質(zhì)分析推斷，不是實(shí)際勘探的結(jié)果［4］，且頁巖氣資源勘探開發(fā)工作難度高，資金投入大，實(shí)施周期長(zhǎng)，投資回報(bào)不確定。對(duì)頁巖氣的經(jīng)濟(jì)開發(fā)來講，借鑒國(guó)外特別是美國(guó)的勘探開發(fā)成功經(jīng)驗(yàn)，會(huì)給國(guó)內(nèi)頁巖氣的勘探開發(fā)帶來有益啟發(fā)，縮短頁巖氣勘探開發(fā)前期研究時(shí)間并降低投入成本。我國(guó)要大規(guī)?？碧介_發(fā)頁巖氣資源，有必要對(duì)國(guó)內(nèi)各沉積盆地頁巖氣成藏地質(zhì)條件、聚集成藏機(jī)理、資源評(píng)價(jià)方法等進(jìn)行系統(tǒng)研究，形成一套適合中國(guó)頁巖氣資源評(píng)價(jià)和勘探開發(fā)的理論體系。吸收借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，制訂我國(guó)頁巖氣資源勘探技術(shù)方法與工作規(guī)范，構(gòu)建我國(guó)頁巖氣勘查評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.3 頁巖氣開發(fā)核心技術(shù)尚不成熟

美國(guó)將水平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)成功應(yīng)用于頁巖氣開采［5］，大幅降低了開采成本。我國(guó)在頁巖氣開發(fā)的核心技術(shù)如水平井、壓裂增產(chǎn)開發(fā)技術(shù)等方面，尚未形成頁巖氣開發(fā)的核心技術(shù)體系。我國(guó)頁巖氣的地質(zhì)條件復(fù)雜，含氣頁巖層系時(shí)代老、熱演化程度高，經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化，埋藏深度大，多在3 000 m以上，氣藏結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且自然環(huán)境多處于山區(qū)［5］;而美國(guó)主要頁巖氣田埋藏深度多在2 000 m以淺且地處平原。這意味著我國(guó)頁巖氣開采難度更大，開采成本更高，經(jīng)濟(jì)效益更難于把握。美國(guó)頁巖氣開采經(jīng)驗(yàn)表明:不同地區(qū)頁巖氣的賦存狀態(tài)、開發(fā)技術(shù)參數(shù)都有很大差異;加之美國(guó)頁巖氣開采核心技術(shù)對(duì)華出口限制，因此美國(guó)頁巖氣開采技術(shù)短時(shí)間內(nèi)還無法大范圍普及，直接套用美國(guó)頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗(yàn)在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上未必可行。在鉆井、壓裂方面，應(yīng)著力解決降低鉆井成本、研發(fā)配套儀器、優(yōu)選鉆井液配方、多級(jí)壓裂等技術(shù)問題，并重點(diǎn)研究頁巖氣滲流機(jī)理、網(wǎng)縫擴(kuò)展與形成機(jī)理、裂縫監(jiān)測(cè)與解釋等基礎(chǔ)理論研究力度，以盡快形成適合我國(guó)頁巖氣地質(zhì)特征的開發(fā)技術(shù)方案，走出自己的頁巖氣開發(fā)技術(shù)自主創(chuàng)新之路。

此外，明晰各區(qū)塊探礦權(quán)、采礦權(quán)，協(xié)調(diào)處理好礦業(yè)權(quán)重疊;爭(zhēng)取國(guó)家資金政策扶持，加快建立頁巖氣勘探開發(fā)新機(jī)制，引入社會(huì)資金參與頁巖氣勘探開發(fā)，也是我國(guó)頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須關(guān)注的問題。

4 結(jié)束語

我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，能源需求量將顯著增長(zhǎng)，頁巖氣這種清潔能源對(duì)改善我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染具有重要意義。常規(guī)油氣資源后備儲(chǔ)量有限也將迫使我國(guó)特別注重非常規(guī)油氣資源的開發(fā)利用。頁巖氣資源豐富，開發(fā)前景廣闊，已經(jīng)成為世界性共識(shí)［6］。展望未來，我國(guó)頁巖氣工業(yè)化發(fā)展對(duì)保障國(guó)家能源安全具有戰(zhàn)略意義，尋找頁巖氣資源有利區(qū)塊、探明儲(chǔ)量是頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。此外頁巖氣開采技術(shù)復(fù)雜，投資風(fēng)險(xiǎn)大，經(jīng)濟(jì)可行性不確定，因此突破頁巖氣開采關(guān)鍵技術(shù)，降低開采成本，是我國(guó)頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵?？梢灶A(yù)見，不久的將來，國(guó)內(nèi)頁巖氣必將成為一個(gè)大有可為的新興產(chǎn)業(yè)。

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