李楊森　李震　慕珂

【摘 要】傳統(tǒng)化石能源預(yù)計(jì)將在四五十年后耗盡，對(duì)于新型能源的研究、開(kāi)發(fā)刻不容緩。美國(guó)對(duì)于頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)行了80余年，成功地將天然氣儲(chǔ)量增加了近40%。頁(yè)巖氣已經(jīng)成為美國(guó)重要的能源保障。而我國(guó)的頁(yè)巖氣資源雖然總量巨大，但勘探開(kāi)發(fā)才剛剛起步，核心技術(shù)尚未攻破，工業(yè)化生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)。推動(dòng)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)于改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，由高污染、高耗能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝堋⑶鍧嵭?，保障能源安全，減少能源的對(duì)外依靠，降低能源進(jìn)口量具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】頁(yè)巖氣；儲(chǔ)量分布；開(kāi)發(fā)利用

中圖分類號(hào)： F426.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）12-0212-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.099

Exploitation and utilization of shale gas in China

LI Yang-sen LI Zhen MU Ke

（School of Earth Science and Information Physics， Central South University， Changsha， Hunan 410012， China）

【Abstract】Traditional fossil energy is predicted to be depleted after forty or fifty years. It is urgent to research and develop new energy. The United States has been in the development of shale gas for more than 80 years. The gas reserves increased by nearly 40%， Shale gas has become an important U.S. energy security. The shale gas resources in China are huge， but the exploration and development is just beginning. The core technology has not been breached and the industrialized production is difficult to realize. To promote the development of shale gas industry， it is of great significance to improve our energy structure， change from high pollution and high energy consumption to high efficiency， clean type， ensure energy security， reduce energy external reliance and reduce energy import quantity.

【Key words】Shale gas； Reserve and distribution； Exploitation and utilization

0 前言

頁(yè)巖氣是指儲(chǔ)藏在有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中的非常規(guī)天然氣，主要以游離氣和吸附氣的形式存在。由于頁(yè)巖孔隙度和滲透率低，頁(yè)巖氣基本未發(fā)生位移。頁(yè)巖既是頁(yè)巖氣的產(chǎn)氣源，又聚集和保存頁(yè)巖氣。頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏的特點(diǎn)為：面積廣、厚度大、產(chǎn)氣量穩(wěn)定，這使其成為未來(lái)能源開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。含氣頁(yè)巖分為海相和陸相兩種類型。海相頁(yè)巖形成于臺(tái)地和陸棚環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)含量豐富，地質(zhì)環(huán)境封閉，形成速率較快。陸相頁(yè)巖形成于湖泊沉積環(huán)境中。

1 中國(guó)的儲(chǔ)量、分布、開(kāi)發(fā)情況

全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力的調(diào)查顯示，中國(guó)頁(yè)巖氣的技術(shù)可采儲(chǔ)量達(dá)25.08×1012m3，具有極大的開(kāi)采前景。中國(guó)的頁(yè)巖氣發(fā)展?jié)摿薮?，但相關(guān)產(chǎn)業(yè)卻仍處于起步階段。由于四川盆地頁(yè)巖廣泛發(fā)育，分布面積廣，沉積厚度大，有機(jī)質(zhì)含量高的特點(diǎn)。在四川盆地焦石壩、長(zhǎng)寧等局部地區(qū)初步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，但2015年的產(chǎn)量?jī)H為65×108m3

2 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)

頁(yè)巖氣的開(kāi)采需要經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程：①裂縫中的游離氣先被開(kāi)采，效率較高但持續(xù)時(shí)間短；②基質(zhì)中和微裂縫中的游離氣被開(kāi)采，開(kāi)采速率下降；③吸附氣的釋放開(kāi)采。

在不同蘊(yùn)藏條件下的頁(yè)巖游離氣和吸附氣比例會(huì)不同。頁(yè)巖氣的蘊(yùn)藏條件包含三個(gè)方面：埋深、壓力和溫度。埋深對(duì)于開(kāi)發(fā)成本有極大的影響，隨著埋深的增加，開(kāi)發(fā)成本大幅度增加。行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為埋深超過(guò)5000米的儲(chǔ)藏區(qū)不具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。壓力對(duì)頁(yè)巖氣的成因有影響，地層壓力較低的頁(yè)巖氣主要由于厭氧細(xì)菌的甲烷生成效應(yīng)形成，屬于生物成因；而在地壓較高時(shí)，有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)熱降解和熱裂解作用形成，屬于熱成因氣。而溫度則會(huì)影響到頁(yè)巖氣的賦存形式，隨著溫度升高，吸附氣比例減少，游離氣比例升高。

中國(guó)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏層斷層發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜、埋深較深，條件復(fù)雜，開(kāi)采難度較大。頁(yè)巖的滲透率和孔隙度低，通常孔隙度小于10%，滲透率為10-8～10-4，不便于開(kāi)采。只有頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)得到提高，才能降低開(kāi)采成本，使頁(yè)巖氣大規(guī)模開(kāi)采成為可能。水力壓裂和水平井技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了頁(yè)巖氣的工業(yè)開(kāi)采。

2.1 水力壓裂技術(shù)及水平井技術(shù)

水力壓裂是指通過(guò)高壓泵，將壓裂液壓入井中，液體高壓超過(guò)井壁巖石所能承載的壓力后，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。然后在裂縫中注入含有支撐劑的混砂液，對(duì)裂縫產(chǎn)生支撐作用。使得裂縫穩(wěn)定存在，從而形成頁(yè)巖氣釋放和傳輸?shù)耐ǖ?。壓裂液在水力壓裂中作用極其重要，它不僅要傳遞壓力，形成和延伸裂縫，還必須能攜帶傳輸支撐劑。對(duì)于穩(wěn)定性不佳的地層，還必須輔以氣體或泡沫。

同步壓裂、拉鏈?zhǔn)綁毫训刃滦蛪毫鸭夹g(shù)正在實(shí)驗(yàn)與研究當(dāng)中，其原理為通過(guò)設(shè)計(jì)增加井與井、段與段之間的應(yīng)力干擾，形成交錯(cuò)縱橫的立體裂隙網(wǎng)，提高頁(yè)巖氣通道形成效果與維持時(shí)間。長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用同步—拉鏈復(fù)合壓裂模式，將壓裂效率提高了近兩倍。

水平井使得井筒與儲(chǔ)氣層的接觸面積大大增加，擴(kuò)大產(chǎn)氣通道，提高產(chǎn)量。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，水平井的成本一般為豎直井的2～3倍，但其產(chǎn)量卻是豎直井的15～20倍。井身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鉆井工藝是水平井的關(guān)鍵。頁(yè)巖地層裂隙發(fā)育、受力狀況差，需要合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高效、快速和穩(wěn)定的鉆井工藝在產(chǎn)量最大化的同時(shí)須保證生產(chǎn)安全。

2.3 可持續(xù)開(kāi)發(fā)

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)在傳統(tǒng)的模式當(dāng)中，為了在最短時(shí)間內(nèi)收回成本，采用的都是無(wú)阻暢噴。即壓裂后任由地層釋放頁(yè)巖氣，而不對(duì)其進(jìn)行控制。但對(duì)于頁(yè)巖氣資源的長(zhǎng)久持續(xù)開(kāi)發(fā)是不利的，控壓限產(chǎn)目前正在成為頁(yè)巖開(kāi)發(fā)中重要的發(fā)展規(guī)劃。按一定的速率，保持一定的產(chǎn)量，對(duì)于延長(zhǎng)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)周期，提高最終可采儲(chǔ)量有重要的作用。同時(shí)對(duì)于國(guó)家能源戰(zhàn)略格局的布置和維持安全能源儲(chǔ)備具有重大意義。

3 開(kāi)發(fā)過(guò)程中的問(wèn)題

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中的水污染、大氣污染、甲烷逸散排放是不可避免的問(wèn)題。我國(guó)的頁(yè)巖氣分布除塔里木和準(zhǔn)格爾區(qū)域外，主要分布于人口密集的區(qū)域，如四川、重慶。改善頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的壓裂液主要成分為水，同時(shí)還需要使用十余種化學(xué)添加劑。且目前的作業(yè)區(qū)塊多是典型的喀斯特地貌，地下溶洞、水系密集，壓裂液難以返排，必須考慮到其對(duì)地下水的影響。開(kāi)發(fā)過(guò)程中排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物、甲烷和硫化氫對(duì)大氣的影響也尚未明確。

4 相關(guān)政策及監(jiān)管體系

中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)條件的復(fù)雜性，導(dǎo)致其開(kāi)發(fā)難度大，技術(shù)要求高，開(kāi)發(fā)成本居高不下。涪陵頁(yè)巖氣田單井綜合費(fèi)用平均為7000～8500萬(wàn)元，長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田單井綜合費(fèi)用平均為6500～7500萬(wàn)元.目前仍處于投入階段，產(chǎn)出較少，經(jīng)濟(jì)效益低甚至沒(méi)有。

對(duì)于新興頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)，必須依托于政府的優(yōu)惠政策才能得以迅速發(fā)展。由政府牽頭，促進(jìn)民營(yíng)資本的進(jìn)入。中央財(cái)政對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采企業(yè)給予補(bǔ)貼，其中：2016—2018年的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.3元/立方米；2019—2020年補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.2元/立方米。財(cái)政部、國(guó)家能源局也將根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、成本變化等因素適時(shí)調(diào)整補(bǔ)貼政策。同時(shí)對(duì)對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采企業(yè)減免礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)、礦權(quán)使用費(fèi)，研究出臺(tái)資源稅、增值稅、所得稅等稅收激勵(lì)政策。同時(shí)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)等鼓勵(lì)類項(xiàng)目項(xiàng)下進(jìn)口的國(guó)內(nèi)不能生產(chǎn)的自用設(shè)備（包括隨設(shè)備進(jìn)口的技術(shù)），按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定免征關(guān)稅。

我國(guó)目前的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)存在多頭管理的監(jiān)管體制，國(guó)家發(fā)改委負(fù)責(zé)油氣定價(jià)，國(guó)家能源局負(fù)責(zé)油氣資源的發(fā)展規(guī)劃和政策的制定，國(guó)土資源局負(fù)責(zé)油氣資源的礦權(quán)管理和油氣勘探開(kāi)發(fā)的監(jiān)督管理，財(cái)政部和國(guó)家稅務(wù)總局負(fù)責(zé)制定相關(guān)稅收政策和油氣項(xiàng)目的投資管理，環(huán)境保護(hù)部負(fù)責(zé)制定油氣開(kāi)發(fā)的環(huán)境監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和政策。這種分割管理的模式使得頁(yè)巖氣的發(fā)展規(guī)劃、管理和監(jiān)管過(guò)于分散，失去協(xié)調(diào)。

5 結(jié)論

對(duì)于中國(guó)目前的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，技術(shù)、資料、經(jīng)驗(yàn)的不足導(dǎo)致開(kāi)發(fā)難度大、成本高、效率低，但作為未來(lái)能源格局中重要的一環(huán)，頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)利用刻不容緩。政府應(yīng)當(dāng)給予頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)更多相關(guān)政策、稅收及補(bǔ)貼福利，以促進(jìn)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國(guó)在頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展上還任重而道遠(yuǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]殷誠(chéng)，高世葵等.頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響因素[J].安全與管理，2015（4）：117～125.

[2]浦泊伶.四川盆地頁(yè)巖氣成藏條件分析[D].青島：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2008.

[3]張東曉，楊婷云.頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)綜述[J].石油學(xué)報(bào)，2013（4）：792～801.

[4]鄒才能，董大忠等.中國(guó)頁(yè)巖氣特征、挑戰(zhàn)及前景（二）[J].石油勘察與開(kāi)發(fā)，2016（2）：166～178.