我國頁巖氣開發現狀與制約因素

李海明

(承德石油高等專科學校社科與數理部，河北 承德 067000)

頁巖氣是指賦存于富含有機質頁巖為主的儲集巖系中的非常規天然氣。在儲集層中一部分以吸附狀態賦存于巖石顆粒和有機質表面，一部分以游離態賦存于儲層天然孔隙和裂縫之中，少數以溶解狀態存在于干酪根和瀝青質中。其中吸附狀態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。頁巖氣本質上是連續生成的生物化學成因氣、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，使本來不具備常規油氣成藏條件的泥頁巖中的非常規油氣資源重新變得具有勘探開發價值。

1 世界頁巖氣資源概況

1.1 世界頁巖氣資源量

2011年4月，美國能源信息署(EIA)在對全球頁巖氣技術可采資源量進行評價的基礎上，發布了“世界頁巖氣資源初步評價報告”［2］。報告認為，世界頁巖氣資源總量716.5×1012m3，技術可采資源總量為187.6×1012m3。從分布情況來看(見表1)，北美儲量最大，技術可采資儲量為 54.7×1012m3;亞洲次之，可采儲量39.8 ×1012m3。

1.2 我國頁巖氣資源量

我國頁巖氣有良好的勘探前景。張金川［3］等研究了我國頁巖氣富集類型和資源特點，并根據頁巖氣聚集的機理，對中、美頁巖氣地質條件的相似性進行了對比，認為我國有優越的頁巖氣富集成藏地質條件［1］。我國含氣頁巖具有有機質豐度高、有機質熱演化程度高及后期改造程度高等“三高”特點。我國頁巖氣具有海陸相共存、沉積分區控制以及分布多樣復雜等特點。張金川等還以間接型和直接型頁巖氣劃分方法為基礎并結合中國區域地質特點，將中國的頁巖氣富集模式劃分為南方型、北方型及西北型3種［3］。并估算了我國頁巖氣資源量，計算結果為我國頁巖氣總地質儲量預計可達150×1012m3，技術可采儲量高達28×1012m3［2］。我國四川、鄂爾多斯等多個油氣盆地均具備頁巖氣富集成藏的地質條件。南方、北方、西北及青藏地區各占我國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 世界頁巖氣開發情況

2.1 國外開發現狀

美國是全世界第一個規模化開采頁巖氣的國家。美國頁巖氣資源豐富，分布范圍廣，可開采資源量24×1012m3。開發歷史悠久，技術成熟，已經實現了高效經濟、規模開發。據EIA報告數據，美國頁巖氣產量2013年為1 800億m3，成為美國天然氣供應的重要來源。美國對頁巖氣大規模開采，對于改善其天然氣供應狀況和能源對外依賴程度，起到舉足輕重的作用。

加拿大是世界上第二個對頁巖氣進行勘探開發的國家。加拿大頁巖氣資源亦十分豐富，根據加拿大非常規天然氣協會(CSUG)的資源評價結果，加拿大頁巖氣的資源量大于42.5×1012m3。加拿大充分認識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的步伐。但加拿大國家能源局認為，目前頁巖氣開采技術、開采方式對大規模開發其國內頁巖氣資源在經濟上是否可行還不確定。已有多家油氣生產商在加拿大西部地區進行頁巖氣的開采或開發試驗，但相對于美國而言，加拿大頁巖氣開發還處于初級階段，尚未實現大規模商業化開發。

此外，歐洲、亞洲、南美洲等多國都已充分認識到頁巖氣資源的潛在價值，開始頁巖氣基礎理論研究、資源評價、工業化開采試驗。世界著名油氣公司在多國投資勘探開發頁巖氣，如2012年殼牌計劃投資100億美元以上開發烏克蘭Yuzivske頁巖氣田;雪佛龍與阿根廷YPF國家石油公司合作勘探開發其國內烏肯省頁巖氣資源，還投標勘探開采立陶宛頁巖氣。

2.2 我國頁巖氣勘探開發情況

我國頁巖氣勘探開發起步較晚，但近年對頁巖氣勘探開發高度重視，勘探開發前期研究工作始于2009年。當年，國土資源部在重慶啟動我國首個頁巖氣資源勘查項目。2009年12月四川威遠縣新場鎮老場村的威201井開鉆，2010年10月投產。投產初期日產氣量2 000 m3，截至2014年2月25日，日均產量400 m3，該井拉開了我國頁巖氣生產序幕。2011年，國土資源部將渝黔南川、貴州綏陽、貴州鳳崗、渝黔湘秀山4個區塊，共約1.1萬km2頁巖氣探礦權招標出讓。中石化中標渝黔南川區塊，河南煤層氣中標渝黔湘秀山區塊。2011年12月，國土資源部將頁巖氣正式列為第172種獨立礦產。并計劃到2015年，基本完成全國頁巖氣資源潛力調查與評價，頁巖氣產量達到65億m3。2012年3月，國土資源部發布我國頁巖氣資源潛力評價成果:地質資源潛力約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獲高產頁巖氣流。2012年9月，國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個區塊頁巖氣探礦權公開招標出讓，分別由華電煤業集團、中煤地質工程總公司、山西能源投資有限公司、華電湖北發電有限公司、河南豫礦地質勘查投資有限公司等16家企業中標。

中石油為著力推進四川長寧—威遠、滇黔北昭通兩個國家級頁巖氣示范區的建設，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調指揮小組辦公室。目前，兩區礦權面積分別為6 534 km2、15 078 km2。四川長寧-威遠示范區已完鉆16口井，完成壓裂試氣12口井，直井日產量0.2萬m3～3.3萬m3，水平井日產量1萬m3～16萬m3;云南昭通示范區完鉆7口井，完成壓裂試氣2口井，直井日產0.25萬 m3，水平井日產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個頁巖氣及油氣區塊。中石化重慶涪陵國家級示范區頁巖氣井已開鉆27口，完鉆21口，已投入試采水平井10口，平均單井產量15萬m3/天，累計實現商品氣量近7 300萬m3。

中海油國內第一口頁巖氣探井——徽頁1井順利開鉆，標志著中海油頁巖氣勘探開發步入新階段。

江西修武盆地頁巖氣區塊勘探項目被江西省天然氣(贛投氣通)控股有限公司中標奪得。首期勘查設計施工11孔，預算投入勘查經費4.3億元，標志著江西省頁巖氣進入實質勘查開發階段。

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

我國頁巖氣勘查開發進展比較順利，截至2013年底累計完成頁巖氣鉆井285口，2013年頁巖氣產量達到2.0億 m3。

3 制約我國頁巖氣產業發展的關鍵因素

我國頁巖氣資源的開發剛剛起步，經驗匱乏，技術不成熟。制約我國頁巖氣產業化發展的關鍵因素是頁巖氣成藏理論研究、資源勘查和開發核心技術。

3.1 國內頁巖氣理論研究尚不夠系統化

目前，國內頁巖氣研究重點主要集中于兩方面。一是頁巖氣地質理論及資源評價理論與方法［4］;二是勘探區域和層位優選評價。在頁巖氣地質理論與資源評價理論與方法方面，中國地質大學張金川、中國石油勘探開發研究院李新景、王社、王紅巖等一批專家學者們一方面借鑒和消化吸收美國頁巖氣資源評價的理論與勘探開發成功經驗;另一方面不斷收集整理國內資料，結合國內沉積地層和盆地構造特征等因素分析。在頁巖氣成藏機理、儲量評價、資源量、頁巖氣滲流機理等方面取得了可喜的研究成果，為我國頁巖氣勘探開發奠定了一定的理論基礎。在首選勘探區域和層位方面，國內專家學者們主要是通過與美國5套開發成功的含氣頁巖進行地質要素比照分析來進行，不同的研究者對勘探首選目標區有不同看法，四川盆地作為中國頁巖氣勘探開發研究的首選區的觀點較為普遍，但對盆地內具體區域和層位選擇的看法尚不統一。大多數研究者得到了一些公司企業的資助，研究方向只是側重某一區塊或某個方面。國內系統化研究頁巖氣聚集成藏理論在開展聯合科技攻關方面顯得十分薄弱，加強聯合科技公關十分必要。只有搞清我國頁巖氣富集成藏地質條件、成藏理論，才有望解決目前制約中國頁巖氣產業發展的重大基礎理論難題。因此，在國家層面有必要加大科技攻關力度，完善基礎地質工作投入機制，設立專項基金，整合一支精干的頁巖氣理論研究、地質調查隊伍，形成跨學科、跨部門的頁巖氣基礎理論研究局面，為我國頁巖氣產業發展提供公益性服務。

3.2 資源勘查程度低尚無技術標準體系

頁巖氣作為資源性礦產，與石油、煤炭、天然氣等一樣，要實現規模開采，明確含氣區并探明資源儲量是前提條件。我國頁巖氣資源潛力雖然很大，但全國范圍內資源總量與分布情況還沒有開展系統調查與評價工作，未能明確確定有利目標區，更未探明各地區可采資源量。一些科技文獻、報告公布的數據只是根據EIA等國外機構發布的報告和國內專家學者依據初步勘探結果或利用已有地質資料推斷的。頁巖氣預測儲量僅限于地質分析推斷，不是實際勘探的結果［4］，且頁巖氣資源勘探開發工作難度高，資金投入大，實施周期長，投資回報不確定。對頁巖氣的經濟開發來講，借鑒國外特別是美國的勘探開發成功經驗，會給國內頁巖氣的勘探開發帶來有益啟發，縮短頁巖氣勘探開發前期研究時間并降低投入成本。我國要大規模勘探開發頁巖氣資源，有必要對國內各沉積盆地頁巖氣成藏地質條件、聚集成藏機理、資源評價方法等進行系統研究，形成一套適合中國頁巖氣資源評價和勘探開發的理論體系。吸收借鑒國外經驗，制訂我國頁巖氣資源勘探技術方法與工作規范，構建我國頁巖氣勘查評價技術標準體系。

3.3 頁巖氣開發核心技術尚不成熟

美國將水平鉆井技術和水力壓裂技術成功應用于頁巖氣開采［5］，大幅降低了開采成本。我國在頁巖氣開發的核心技術如水平井、壓裂增產開發技術等方面，尚未形成頁巖氣開發的核心技術體系。我國頁巖氣的地質條件復雜，含氣頁巖層系時代老、熱演化程度高，經歷了多期構造演化，埋藏深度大，多在3 000 m以上，氣藏結構相對復雜且自然環境多處于山區［5］;而美國主要頁巖氣田埋藏深度多在2 000 m以淺且地處平原。這意味著我國頁巖氣開采難度更大，開采成本更高，經濟效益更難于把握。美國頁巖氣開采經驗表明:不同地區頁巖氣的賦存狀態、開發技術參數都有很大差異;加之美國頁巖氣開采核心技術對華出口限制，因此美國頁巖氣開采技術短時間內還無法大范圍普及，直接套用美國頁巖氣開發經驗在技術上、經濟上未必可行。在鉆井、壓裂方面，應著力解決降低鉆井成本、研發配套儀器、優選鉆井液配方、多級壓裂等技術問題，并重點研究頁巖氣滲流機理、網縫擴展與形成機理、裂縫監測與解釋等基礎理論研究力度，以盡快形成適合我國頁巖氣地質特征的開發技術方案，走出自己的頁巖氣開發技術自主創新之路。

此外，明晰各區塊探礦權、采礦權，協調處理好礦業權重疊;爭取國家資金政策扶持，加快建立頁巖氣勘探開發新機制，引入社會資金參與頁巖氣勘探開發，也是我國頁巖氣產業發展必須關注的問題。

4 結束語

我國是能源消費大國，隨著經濟發展和人民生活水平提高，能源需求量將顯著增長，頁巖氣這種清潔能源對改善我國能源消費結構，減少環境污染具有重要意義。常規油氣資源后備儲量有限也將迫使我國特別注重非常規油氣資源的開發利用。頁巖氣資源豐富，開發前景廣闊，已經成為世界性共識［6］。展望未來，我國頁巖氣工業化發展對保障國家能源安全具有戰略意義，尋找頁巖氣資源有利區塊、探明儲量是頁巖氣產業發展的當務之急。此外頁巖氣開采技術復雜，投資風險大，經濟可行性不確定，因此突破頁巖氣開采關鍵技術，降低開采成本，是我國頁巖氣產業發展的關鍵。可以預見，不久的將來，國內頁巖氣必將成為一個大有可為的新興產業。

［1］邵曉州，余川，付勛勛.頁巖氣研究新進展及開發瓶頸分析［J］.斷塊油氣田，2012，19(6):765－766.

［2］曾少軍，楊來，曾凱超 .中國頁巖氣開發現狀、問題及對策［J］.中國人口·資源與環境，2013，23(3):689－694.

［3］張金川，邊瑞康，荊鐵亞，等.頁巖氣理論研究的基礎意義［J］.地質通報，2011，30(2):110－111.

［4］張東曉，楊婷云.頁巖氣開發綜述［J］.石油學報，2013，34(4):793－795.

［5］安曉璇，黃文輝，劉思宇，等.頁巖氣資源分布、開發現狀及展望［J］.資源與產業，2010，12(2):172－174.

［6］李玉喜，喬德武，姜文利，等.頁巖氣含氣量和頁巖氣地質評價綜述［J］.地質通報，20l1，30(2):309－311.