中國頁巖氣勘探開發新突破及發展前景思考

董大忠王玉滿李新景鄒才能管全中張晨晨黃金亮王淑芳王紅巖劉洪林拜文華梁 峰吝 文趙 群劉德勛邱 振

1.中國石油勘探開發研究院 2.國家能源頁巖氣研發（實驗）中心 3.中國石油勘探開發研究院廊坊分院

董大忠等.中國頁巖氣勘探開發新突破及發展前景思考.天然氣工業，2016，36（1）：19-32.

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中國頁巖氣勘探開發新突破及發展前景思考

董大忠1,2王玉滿1李新景1鄒才能1管全中1張晨晨1黃金亮1王淑芳1王紅巖2,3劉洪林3拜文華3梁 峰3吝 文3趙 群3劉德勛3邱 振3

1.中國石油勘探開發研究院 2.國家能源頁巖氣研發（實驗）中心 3.中國石油勘探開發研究院廊坊分院

董大忠等.中國頁巖氣勘探開發新突破及發展前景思考.天然氣工業，2016，36（1）：19-32.

摘 要近5年來，中國頁巖氣勘探開發實現了跨越式發展，成為繼美國、加拿大之后，第三個實現頁巖氣工業化生產的國家，截至2015年底，頁巖氣累計產量突破了60×108m3。基于近期中國頁巖氣勘探開發快速發展的主要成果，通過全面回顧勘探開發新突破和深入分析未來發展前景，進而指出中國的頁巖氣勘探開發整體尚處在發展初期，四川盆地海相頁巖氣是近期勘探開發的主要對象，海陸過渡相與陸相頁巖氣的突破和工業化生產是實現中國頁巖氣規模化發展的重要環節；低產—中等產量井是中國頁巖氣的生產常態，發展勘探開發關鍵技術非常重要；嚴格控制單井投資和大幅降低成本成為提升頁巖氣勘探開發效益的重要手段。為此，建議：①持續加強理論技術攻關，積極開展頁巖氣“甜點區”評價勘探，逐漸夯實發展基礎；②高度重視勘探開發前期評價，突出有效頁巖氣資源的落實，把控好評價鉆探與產能建設的節奏；③突出頁巖氣儲層精細描述和評價，提升整體開發水平；④加大勘探開發技術攻關力度，突出技術的簡化和實用性，有效降低成本；⑤全面總結頁巖氣勘探開發快速發展經驗，突出關鍵指標論證及評價，加強新區、新領域及新層系突破和接替。

關鍵詞頁巖氣田 超級大氣區 新進展 有效資源 發展前景 啟示 南方地區 中國

1 中國頁巖氣勘探開發快速發展成果

1.1 四川盆地五峰組—龍馬溪組海相頁巖氣勘探開發取得重大突破，探明規模地質儲量

圖1 中國頁巖氣勘探開發形勢圖

自2010年中國第一口頁巖氣勘探評價井——威201井在上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組海相頁巖中獲工業氣流后，中國借鑒北美頁巖氣勘探開發的成功經驗，以南方下古生界五峰組—龍馬溪組、筇竹寺組（及相當層位）海相頁巖為重點，開展頁巖氣地質綜合評價、勘探評價及開發先導試驗，陸續在四川盆地、渝東鄂西、滇黔北、湘西等地區五峰組—龍馬溪組發現頁巖氣（圖1），并在四川盆地威遠、長寧（長寧—昭通）、富順—永川、涪陵等地區獲得工業頁巖氣產量（圖2）。迄今，基本明確南方地區五峰組—龍馬溪組為一套頁巖氣資源非常富集的層系，具有普遍含氣、大面積富集高產的特征，高產工業頁巖氣井主要位于四川盆地常規天然氣富集區。初步圈定蜀南—川東—川東北地區五峰組—龍馬溪組為萬億立方米級海相頁巖氣大氣區，發現了涪陵、威遠、長寧等千億立方米級以上頁巖氣大氣田（表1）[1]，富順—永川、彭水、南川—丁山等產氣區帶。2014年涪陵頁巖氣田在JY1-JY3井區探明頁巖含氣面積106.45 km2，探明頁巖氣地質儲量1 067.5×108m3，實現中國頁巖氣儲量零的突破。2015年中國頁巖氣探明儲量實現重大突破，在威遠頁巖氣田W202井區、長寧頁巖氣田N201井—YS108井區、涪陵頁巖氣田JY4-JY5井區分別探明頁巖含氣面積48.23 km2、159.64 km2和277.09 km2，探明頁巖氣地質儲量分別為273.51×108m3、1 361.80×108m3和2 738.48×108m3。累計探明頁巖氣地質儲量5 441.29×108m3，探明可采儲量1 360.33×108m3，為中國頁巖氣快速上產奠定了良好的資源基礎。

圖2 四川盆地頁巖氣田分布圖

1.2 四川盆地頁巖氣產量快速上升，中國成為全球第三個實現頁巖氣商業化生產國

中國頁巖氣生產始于2010年威201井，隨著2011—2012年N201-H1、Y202-H1井等一批高產水平井的發現和相繼投入生產，2012年中國的頁巖氣產量即超過1.0×108m3，2013年涪陵頁巖氣田發現后，當年中國頁巖氣產量突破2.0×108m3。隨著威遠、長寧、涪陵頁巖氣田的快速建產，2014年中國頁巖氣產量躍升至12.5×108m3，2015年產量已超過40×108m3，累計頁巖氣產量超過60×108m3，基本實現了頁巖氣規模生產，成為全球第三大頁巖氣生產國（表2）[2-3]。研究認為，五峰組—龍馬溪組頁巖氣藏為大型連續聚集型氣藏，氣藏面積大，連續分布，平均埋深2 100～3 000 m，屬中—中深層氣藏，地層壓力高，單井產量中—高（3.4×108～54.7×108m3/d）（圖3），試采效果好，為甲烷含量大于98%、不含硫化氫的優質頁巖氣田。

表1 四川盆地已發現頁巖氣田探明儲量及產量統計表

表2 全球主要頁巖氣生產國家儲量、產量統計表

圖3 四川盆地頁巖氣單井測試產量統計圖

1.3 南方海相頁巖發現多層系含氣，頁巖氣突破需要進一步評價

除五峰組—龍馬溪組外，南方地區發育有震旦系陡山沱組、下寒武統筇竹寺組、中泥盆統應堂組—羅富組、上石炭統大塘組—舊司組等富有機質頁巖層系。這些頁巖層系有的分布于整個南方地區，有的僅局部分布，但其共同特征是TOC值高、厚度大、成熟度高、脆性好、有一定含氣性，勘探開發在多處發現頁巖氣及工業頁巖氣流，震旦系頁巖氣在三峽地區有發現，泥盆系頁巖氣在廣西柳州地區有發現（日產氣量約為2.0×104m3），石炭系頁巖氣在貴州六盤水地區有發現（日產氣量近5.0×104m3），這些發現將為南方地區進一步的頁巖氣地質綜合評價、有利區優選及勘探突破提供重要依據。值得強調的是寒武系筇竹寺組頁巖氣在南方地區發現較廣，與五峰組—龍馬溪組頁巖含氣范圍相似，整個中—上揚子區都含氣，從四川盆地、渝東南—渝東北、貴州，到湖北、湖南等均獲頁巖氣發現，不同的是筇竹寺組普遍含氣程度低或不含氣，僅局部含氣程度較高。據不完全統計，中—上揚子區筇竹寺組頁巖氣鉆井不少于40口，只有四川盆地威遠—犍為區塊4口井獲工業氣流，其余井一部分無氣、一部分含氮氣、一部分微含氣、一部分低產氣。初步研究認為，筇竹寺組熱演化程度普遍較高，Ro普遍大于3.0%，高演化使其有機質趨于碳化，生氣能力幾近衰竭，同時，高演化導致有機質變脆，有機質孔隙易塌陷，有機質納米孔隙減少，黏土礦物以綠泥石為主，黏土礦物晶間孔隙減少，頁巖總孔隙空間變少，而使含氣量降低。統計可知，筇竹寺組頁巖儲層孔隙度介于1.5%～4.2%，平均為2.4%，為五峰組—龍馬溪組頁巖儲層孔隙度的1/2～1/3，所以筇竹寺組頁巖的含氣性通常也只有五峰組—龍馬溪組頁巖含氣量的1/2～1/3，其含氣量為0.5～4.0 m3/t，平均為1.29 m3/t（表3）。此外，筇竹寺組頁巖形成時間（距今約5.7億年）較五峰組—龍馬溪組頁巖（距今4.48億～4.38億年）早1.22～1.32億年[1]，構造變動多且改造程度強，對頁巖氣的保存條件要求高。因此，筇竹寺組頁巖氣多數地區存在風險，僅演化程度相對低、保存條件非常好的局部地區可能會富氣并具有勘探潛力。

表3 五峰組—龍馬溪組與筇竹寺組頁巖儲層特征對比表

1.4 海陸過渡相頁巖氣勘探開發有發現，前景并不明朗

統計資料顯示，中國海陸過渡相頁巖分布面積大、成氣早、持續時間長，中國已發現的常規天然氣儲量中，50%以上儲量的氣源巖為海陸過渡相頁巖。但研究發現，海陸過渡相優質頁巖累厚較大但單厚較小（通常介于5～15 m），縱、橫向變化快，總含氣量偏低且吸附氣含量偏高，有機質納米孔隙發育量較少，頁巖層段常與致密砂巖或煤層伴生，氣、水關系復雜。有鑒于此，海陸過渡相頁巖氣勘探開發整體處于地質綜合評價、直井勘探評價和有利區優選階段。從鉆探情況看，展現出一定的勘探前景[4]，如鄂爾多斯盆地二疊系鉆探的3口井壓裂后均獲一定量頁巖氣流：鄂頁1 井太原組日產氣1.95×104m3，云頁平1井山西組日產氣2.0×104m3，神木SM0-5井太原組日產氣6 695 m3。南華北盆地鉆探的2口井在石炭系—二疊系展現好苗頭：尉參1井發現富有機質優質頁巖（累計厚度為465 m），現場巖心解析含氣量達4.5 m3/ t；牟頁1井發現富有機質優質頁巖10層，累計厚度為277.6 m，對其中一層壓裂后獲日產氣3 000 m3。南方地區針對二疊系大隆組、龍潭組的鉆探評價取得重要發現：湖北地區巴頁1井巖心解析氣含量介于1.0～2.0 m3/t，烴類氣體含量高，點火可燃；鶴地1井巖心解析氣含量最高達3.03 m3/t。湖南地區的湘頁1井巖心解析氣含量介于0.164 4～1.414 m3/t，壓裂后日產氣2 400 m3。貴州地區的西頁1井巖心解析氣含量介于4.926～19.171 m3/t，方頁1井巖心解析氣含量介于1.344～5.562 m3/t。除此而外，海陸過渡相頁巖氣暫沒有井進行生產試驗。

1.5 陸相頁巖氣產量高低懸殊，形成規模產量技術是關鍵

陸相富有機質頁巖是中國主要含油盆地的烴源巖，主體處在生油期，生氣少。對比分析認為陸相頁巖氣成藏富集以頁巖厚度大、有機質類型多樣和復雜、成熟度相對較低、為生油和濕氣階段、保存條件好為特征[5]，頁巖氣和頁巖油伴生共存。陸相頁巖氣在四川盆地三疊系須家河組、侏羅系自流井組、鄂爾多斯盆地三疊系延長組等盆地和層系進行了較多的探索，雖發現了一些工業氣流井，但并未實現工業產能突破[6]，勘探開發前景并不明確。四川盆地上三疊統須家河組、下侏羅統自流井組鉆探頁巖氣井近20口，壓裂測試獲日產氣0.1×104～50.7×104m3/ d。鄂爾多斯盆地上三疊統延長組長7段鉆探頁巖氣井近50余口，壓裂測試獲日產氣0.17×104～4.0×104m3/d。盡管單井測試獲得一定的初始產量，但遞減非常快，無法形成穩定工業產量。迄今，僅在鄂爾多斯盆地初步落實陸相頁巖氣地質儲量677×108m3，建成1.18×108m3/a生產能力，1口井投入井口發電生產，日產氣約為0.4×104m3（圖4）。

1.6 初步形成了海相頁巖氣成藏富集地質認識

中國頁巖氣成藏富集地質條件非常復雜，完全不同于北美頁巖氣地質條件。通過五峰組—龍馬溪組勘探開發實踐與研究，初步形成了中國海相頁巖氣成藏富集地質理論，郭彤樓等[7]根據涪陵頁巖氣田勘探發現提出“階梯運移、背斜匯聚、斷—滑控縫、箱狀成藏”的成藏模式和“深水陸棚相帶是基礎、良好保存條件是關鍵”的海相頁巖氣“二元富氣”模式。王志剛[8]根據涪陵頁巖氣田開發進展提出深水陸棚相優質頁巖是頁巖氣富集的基礎，適中的熱演化程度有利于海相頁巖有機質孔形成，保存條件是海相頁巖氣富集高產的關鍵”的海相頁巖氣“三元富集”理論。董大忠[6]、鄒才能[1]等根據南方海相頁巖氣成藏富集條件研究、主控因素對比及勘探開發剖析，初步建立了構造單體型“甜點”、大面積連續型“甜點區”兩種海相頁巖氣聚集模式，提出海相頁巖氣成藏富集高產受“沉積環境、熱演化程度、巖相組合、構造保存”四大因素控制。研究表明：高TOC含量、高生物成因硅質和鈣質含量頁巖與沉積環境具有良好的耦合關系，半深水—深水陸棚相沉積環境控制了五峰組—龍馬溪組富含有機質、富含生物硅質—鈣質頁巖發育的規模和分布范圍。富含有機質頁巖即TOC含量高、類型好，為頁巖氣成藏提供良好氣源基礎，處在有效熱裂解成氣范圍，為有機質發育納米孔隙創造有利條件，為頁巖氣賦存提供有效儲集空間。巖石脆性由礦物成分、巖石力學及地應力組成，五峰組—龍馬溪組優質頁巖儲層為硅質頁巖、鈣質頁巖巖相組合，硅質、鈣質含量高，部分為生物及生物化學成因，硅質放射蟲和硅質海綿骨針含量部分高達30%以上，高生物成因硅質、鈣質礦物不僅使頁巖脆性好，還易發育基質孔隙、頁理縫及天然微裂縫，為頁巖氣的富集提供充足空間；保存條件是油氣成藏與富集高產的關鍵，擁有良好的儲蓋組合、處在構造相對穩定區、高壓及超高壓“超壓封存箱”是海相頁巖氣成藏富集與高產的關鍵。實踐證實，保存條件好可形成高壓及超高壓，高壓及超高壓就可能富集高產，四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組頁巖氣初始測試產量與地層壓力系數呈明顯正相關關系（圖5）。

圖4 鄂爾多斯盆地三疊系延長組頁巖氣勘探開發成果圖

此外，富集高產也與構造類型、埋藏深度、地應力條件、網狀天然裂縫發育程度等因素相關。勘探實踐表明，南方復雜構造地區，構造相對穩定的大型復背（向）斜寬緩區的正向構造，斷層不發育，地層保存較好，是海相頁巖氣核心區的主要構造類型。五峰組—龍馬溪組產層壓力系數與埋深成正比，產層埋深越大，地層壓力系數越高，初始測試產量也越高，涪陵、威遠、長寧、富順—永川等頁巖氣田產層埋深介于1 500～3 800 m，平均為2 500 m，壓力系數介于1.2～2.2，當埋深大于2 500 m時，地層壓力系數一般大于1.5，水平井測試產量大于10×104m3/d。

圖5 四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組頁巖氣初始測試產量與地層壓力系數關系圖

1.7 關鍵技術突破，關鍵工藝優化，工程質量提高，推動復雜頁巖氣藏規模效益開發

通過5年的探索，從技術引進、消化吸收到自主創新，中國在地質綜合評價、地球物理勘探、實驗測試分析、水平井鉆完井、體積壓裂、微地震監測與評估等技術、可移動式鉆機、3 000型大型壓裂車組、可鉆式橋塞、高效壓裂液配制等裝備與工具上，形成了適宜于復雜地質地表條件的頁巖氣勘探開發關鍵技術與配套裝備系列（表4），并基本實現了國產化和規模應用。水平井鉆完井周期從150 d減少至60 d（最短為34 d），分段壓裂由最初的最多10段增加到目前至少15段（最多為26段），平均每天壓裂3～4段，單井最大壓裂液量3.8×104m3，最大排量17.2 m3/min，井均測試日產氣量15×104m3。完全具備3 500 m以淺水平井一趟鉆、1 500～2 000 m水平井段優質儲層鉆遇率超過90%、15段左右分段體積壓裂等能力，基本建立了丘陵區4～8口井1平臺井組鉆井、“交叉+同步+拉鏈”式壓裂等“工廠化”生產模式，水平井單井綜合成本從1億元下降到5 500萬元～6 500萬元。同時，不斷優化井身結構，防止表層水污染，積極探索泥漿、巖屑、壓裂返排液等回收、處理及再利用，邊測試、邊生產、邊建設、邊復墾，有效防控空氣污染，形成綠色開發模式。

表4 中國頁巖氣勘探開發關鍵技術與裝備體系表

2 中國頁巖氣成藏富集地質特征

中國在多旋回構造與多沉積環境演變過程中，發育海相、海陸過渡相和陸相3類富有機質頁巖（表5、表6、圖6），都具備頁巖氣成藏的基本地質條件，但勘探開發前景差異大。對比認為（表6）海相頁巖氣成藏條件最好，其次是海陸過渡相頁巖氣，陸相頁巖氣條件最差，海相頁巖氣是最現實的勘探開發領域。

2.1 海相頁巖氣成藏富集地質特征

北美產氣頁巖以晚古生代泥盆系、石炭系頁巖為主，形成于克拉通邊緣坳陷及前陸坳陷。中國海相頁巖具有時代老、盆地內埋深大、盆地外改造強、熱成熟度高等特征。中國海相頁巖主要發育在早古生代，形成于克拉通內坳陷或邊緣斜坡區，分布在四川盆地及周緣、中—下揚子地區等廣大南方地區及塔里木盆地等中—西部地區，以上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組、下寒武統筇竹寺組及其相當層位為重點。除四川盆地外，南方地區大部分海相頁巖處在盆地之外，遭受多次構造改造或大面積裸露。熱成熟度（鏡質體反射率Ro）統計，大部分地區海相頁巖Ro值大于2.0%，為原油裂解氣階段，有的層段Ro值普遍大于3.0%，有機質進入了碳化期，生氣能力幾近衰竭。中國頁巖氣勘探開發實踐證實，海相頁巖是中國頁巖氣勘探開發的重要領域。由于海相頁巖時代老，生氣時間早，經歷構造運動多，褶皺、斷裂、剝蝕等作用使其頁巖氣保存條件差異性大[9]。四川盆地內埋深適中—大，地層超壓—超高壓為主，保存條件較好，有利于頁巖氣成藏和富集高產，是頁巖氣勘探開發的優選地區。盆地周緣構造相對復雜，埋深變化大。同一個構造不同部分埋深不同，埋深中—深的，地層超壓，保存條件較好，有利于頁巖氣成藏和富集高產；埋深淺的，上覆地層可能較薄或缺失或存在斷裂，地層低—常壓，保存條件變差或無保存條件，不利于頁巖氣成藏。在盆地以外地區，構造極為復雜，頁巖地層往往遭抬升、斷裂、剝蝕，埋深普遍不大，以低壓—常壓為主，保存條件較差，非常不利于頁巖氣成藏和保存。因此，構造相對穩定、地層超壓、保存條件好是海相頁巖氣成藏富集的關鍵。

表5 中國陸上主要沉積盆地或地區富有機質頁巖統計表

表6 中國3類頁巖氣成藏富集特征簡表

圖6 中國富有機質頁巖連續厚度（集中段）剖面組合類型圖

2.2 海陸過渡相頁巖氣成藏富集地質特征

中國海陸過渡相（交互相）頁巖形成于石炭紀—二疊紀，分布在四川盆地及周緣、中—下揚子地區等南方地區、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地等北方地區（表5）。研究認為海陸過渡相頁巖氣基本成藏特征為頁巖大面積廣覆式分布，臺洼潟湖相、深沼蘆葦相控制富有機質優質頁巖厚度和分布規模。黏土質頁巖、粉砂質頁巖為有利巖相組合。孔隙類型以基質孔隙（黏土礦物晶間、粒間孔、溶蝕孔等）為主，局部存在有機質孔隙和微裂縫。有機質豐度較高，TOC含量1.44%～7.51%，干酪根類型以偏腐殖混合型—腐殖型為主，有機質成熟度（鏡質體反射率Ro）介于1.0%～2.5%，普遍處在成氣高峰階段，為中國50%以上常規天然氣探明儲量提供了氣源。構造穩定，埋深適中，上覆蓋層好，受盆地類型和成烴作用控制，地層超壓區有利于頁巖氣富集—為最佳“有利區”。同時，海陸交互相頁巖氣成藏也存在以下不足：連續厚度小、單層厚度薄、頁巖巖相變化大、常與煤巖、致密砂巖等互層或橫向變化。海陸過渡相頁巖氣勘探開發鉆井數不多，總體處在勘探評價階段。從鉆井頁巖氣顯示及已有井頁巖氣流判斷，海陸過渡相頁巖氣成藏條件較好，未來有望實現勘探開發突破。

2.3 陸相頁巖氣成藏富集地質特征

陸相富有機質頁巖形成于中生代—新生代，廣泛分布于中國含油氣盆地，包括松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地、準噶爾盆地、塔里木盆地等，以三疊系—侏羅系、白堊系（青山口組）、古近系—新近系（沙河街組）為重點層系。陸相頁巖氣成藏具有“四優四劣”顯著特征。“四優”是指陸相頁巖氣成藏具有四大優勢：①深水—半深水湖盆中心和斜坡區頁巖發育、分布廣；②頁巖總厚度大，集中段較發育（一般為20～200 m）；③有機質豐度高（2.0%～8.0%），有機質類型好（腐泥型—偏腐殖混合型為主）；④構造簡單，地層超壓，保存條件好。“四劣”是指陸相頁巖氣成藏存在四個致命弱點：①即有機質熱演化程度低（Ro介于0.5%～1.3%），以生油為主，成氣有限；②頁巖黏土礦物含量高、脆性礦物含量低，脆性相對較差；③有機質孔隙不發育，物性總體偏低；④生氣范圍小（約占有效頁巖面積的10%～30%），埋深較大。陸相頁巖氣勘探開發在鄂爾多斯、四川、柴達木、南襄、渤海灣等盆地近50口鉆井中獲頁巖氣流，單井測試初始產量差異大（0.1×104～50.7×104m3/d），遞減快，沒有形成工業產能。

3 中國頁巖氣勘探開發面臨的主要困難

3.1 有效頁巖氣資源落實程度低，新領域新目標準備不足

頁巖氣形成、成藏及富集基礎理論及勘探開發技術研究等處在起步階段，頁巖氣資源評價標準、技術規范正在建立、形成中。2012年國土資源部組織完成中國陸域41個盆地/地區的頁巖氣資源評價，并優選出頁巖氣有利區帶180個。但是，迄今中國頁巖氣勘探開發只有海相頁巖氣在局部地區（四川盆地）、個別層位（五峰組—龍馬溪組）實現突破，大部分地區、層位只有少數評價井獲得頁巖氣流。海陸過渡相及陸相頁巖氣盡管也有鉆井獲得頁巖氣流，但并未實現工業氣流突破，其實質是這兩類頁巖氣資源形成、賦存、富集機理與主控因素尚未認識，資源評價與有利區選關鍵參數獲取不規范，對其認識僅停留在宏觀層面，尤其是頁巖含氣量現場解析結果差較大，多數評價者更是將等溫吸附模擬實驗結果看作地層溫、壓條件下的頁巖實際含氣量，形成了較大誤導。同時，海陸過渡相及陸相頁巖氣“甜點”識別與預測技術不成熟，尤其是海陸過渡相頁巖巖相變化快、單層厚度薄，常與煤巖、致密砂巖等互層。

3.2 頁巖氣勘探開發關鍵技術與裝備有待進一步完善

四川盆地涪陵、威遠、長寧（長寧—昭通）頁巖氣田五峰組—龍馬溪組氣層主體埋深為2 000～3 500 m，對埋深小于3 500 m的頁巖氣勘探開發技術與裝備基本實現了國產化及規模應用。但是，四川盆地及中國其他地區更多頁巖氣資源埋深大于3 500 m，對這部分頁巖氣資源勘探開發技術與裝備還不成熟，處在探索、攻關階段，例如四川盆地南川地區、大足地區等鉆探的超過4 000 m的井，其頁巖氣的成藏地質指標都很好，但多口探井嘗試至今未實現突破，分析認為是由于技術、裝備不到位，導致未能獲得成功。同時，中國陸相、海陸過渡相頁巖氣勘探開發技術與裝備未突破，需要持續攻關，以構建適合中國頁巖氣地質特征的勘探開發技術體系。

3.3 頁巖氣勘探開發成本較高，實現經濟開采是關鍵

中國頁巖氣地質、地表條件復雜，有效優質頁巖氣資源及“甜點區”落實程度低，勘探開發處在起步階段，導致頁巖氣勘探開發成本高，完全實現經濟開采還需一定時日。頁巖氣實現效益開發必須降低成本和提高產量，全面戰略規劃對于一個地區頁巖氣發展至關重要，既不要走一步算一步，也不要四處出擊，不能因暫時性油價下跌就擱置開發計劃，應按照既定戰略規劃來推進頁巖氣勘探開發。

3.4 管網建設滯后制約頁巖氣發展速度

涪陵、威遠、長寧（長寧—昭通）頁巖氣田無一例外地由于無管網或管網輸送能力不足，只能暫緩投產或降低產能生產。北美頁巖氣成功開發的主要經驗之一在于輸氣管網非常發達。中國頁巖氣資源富集區總體管網不足、建設難度大、成本高，將成為制約頁巖氣進一步發展的重要因素。

4 中國頁巖氣勘探開發啟示

4.1 頁巖氣內涵

頁巖氣主要在“富有機質頁巖”區帶中被發現，頁巖氣區帶是富含大量天然氣的一套連續分布的、具有相似地質和地理特征的頁巖地層。在頁巖氣勘探開發實踐中，應注重頁巖氣三個方面的內涵[10]。首先，頁巖氣是以游離態、吸附態為主，賦存于富有機質頁巖層段中的天然氣，主體上為自生自儲的、大面積連續型天然氣聚集。在地層條件下，頁巖基質滲透率一般小于或等于0.001 mD，單井一般無自然產能，需要通過一定技術措施才能獲得工業氣流。其次，頁巖不是字面上的含義，也不是單純巖性上的定義。重點是基于富含有機質和主要成分的粒徑而確定。頁巖氣藏中的頁巖是粒徑小于0.062 5 mm的細粒沉積巖，即以頁巖為主的細粒沉積巖石組合，除頁巖外，可以有或必然有少量其他巖類，是一個巖性組合。組成成分（無機礦物、有機質等）含量有明確界定，例如此頁巖必須為黑色頁巖、富含有機質、黏土礦物成分、頁理發育等，以與純粹的粉砂巖、灰質泥巖等巖性相區別。第三，必須為已證實的有效烴源巖，進入生氣窗后的生氣源巖。

由此可見，把握頁巖氣內涵對正確理解頁巖氣成藏非常重要。頁巖氣成藏不是靠天然氣運移、充足圈閉成藏，背斜等正向構造有利于頁巖氣富集，高點區是頁巖氣“甜點”評價優選時必須考慮的重要因素（加分項目），但不是必備要素。必備要素是有足夠量的富有機質頁巖、TOC含量、適中的熱演化（Ro適中），保證有足夠的天然氣賦存及足夠的天然氣持續補充，即使沒有正向構造或高點的水平頁巖地層或構造（背斜、向斜、坳陷、隆起等）的斜坡也會有豐富的頁巖氣聚集成藏。頁巖氣本質上是以甲烷為主要成分的天然氣，成藏要素可以集中，但成藏過程必須要服從石油地質的基本規律。因此，成藏富集中構造保存條件同樣非常重要，雖不同于常規油氣成藏的保存條件那么嚴格，但沒有一定的保存條件是絕對不行的，構造變形對頁巖氣的逸散作用絕對不能忽視。

4.2 頁巖氣勘探開發誤區

隨著四川盆地涪陵、長寧（長寧—昭通）、威遠等頁巖氣田五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探開發的突破，對中國頁巖氣前景充滿了“過于樂觀”情緒。根源在于沒有充分認識到中國頁巖氣資源的特殊性、復雜性，簡單地用北美頁巖氣概念認識中國頁巖氣，產生了“有頁巖就有頁巖氣”“有頁巖氣就能商業開發”“常規技術就能開發頁巖氣”等誤區。沒有充分認識到北美地質特征與中國地質特征的差別，也沒有充分認識到海相頁巖氣和海陸過渡相及陸相頁巖氣的差異[11-12]。勘探開發實踐中更是把工作重心和關注重點放在了鉆井、分段體積壓裂等工藝技術突破上，忽視了優質“甜點區”資源評價與選區，造成“工藝成功、產量不高”的尷尬局面。認識的偏差和工作的不均衡導致對中國頁巖氣發展階段定位不客觀，甚至認為當下已經進入規模工業化開發階段，從而制定出較高發展目標。

實際上，美國頁巖氣成功也不是一蹴而就的，是在經歷了理論突破、資源評價、技術攻關、先導試驗等階段后，逐漸進入規模開發的。即便如此，北美各油氣公司在主要頁巖氣產區打了十余萬口井，壓裂了幾百萬次，在Barnett這樣成熟的頁巖氣產區，2005年以來單井產量增長了數倍，但仍然約有40%的壓裂段數完全沒有產出，30%左右的壓裂段數產氣較少，只有25%左右的高效壓裂段數為80%左右的頁巖氣產量做出了貢獻。

同樣，無論處在什么階段，對頁巖氣地質、資源的認識總是在深入，勘探開發技術總是在提高。北美頁巖氣開發從垂直井，到水平井，最終到平臺井組“工廠化”生產模式，大大降低了單井作業成本，縮短了開發周期，提高了開發效益。與2010年相比，2014年北美每臺鉆機年鉆井數量增長了130%，水平井段平均長度增長了125%，鉆井速度平均增長了60%，單井綜合成本下降了50%～60%。

5 中國頁巖氣發展前景

5.1 中國天然氣市場需求規模大

中國社會經濟持續穩定發展，能源需求將持續保持相對較高水平。1993年中國成為石油凈進口國，2006年天然氣也成為凈進口國，目前中國是世界上最大的能源消費國、生產國和凈進口國（圖7）。中國石油的對外依存度由1993年的1.2%飆升到2014年的59%，天然氣對外依存度由2006年的0.8%迅速攀升至2014年的32%，成為全球能源市場中最重要的進口國。在天然氣需求中，近年來（2006—2014年）盡管中國天然氣產量每年平均增長超過12%，為全球天然氣產量增長最快的國家之一，但中國天然氣產量總量還是非常少[13]，2014年中國天然氣產量為1 345×108m3。天然氣消費量同期年均增長量超過16%，2014年中國天然氣消費量達1 855×108m3。據預測（國務院發展研究中心，2014年），到2020年中國天然氣年均消費量仍將以19%的復合年增長率遞增，在中國能源結構中的比例由2014年的5.6%提高到10%～15%，總量將達到3 500×108m3，但屆時中國常規天然氣產量預測僅為2 000×108m3左右，剩余部分主要依靠頁巖氣等非常規天然氣產量及進口氣量來彌補。

圖7 中國天然氣生產、消費、進口及一次能源結構與全球及主要地區的對比圖

5.2 中國頁巖氣資源總體豐富

目前，有不同單位采用類比法、體積法等多種方法，對中國頁巖氣資源進行了初步估算，但都尚未完全實現全國范圍內頁巖氣資源量估算，因此，預測結果也相差較大（表7）[1]。其中，美國能源信息署（EIA）分別于2011年和2013年對中國頁巖氣資源量做了估算，結果為地質資源量介于134.40×1012～144.50×1012m3，可采資源量介于31.57×1012～36.10×1012m3；2012年國土資源部的估算結果為地質資源量134.42×1012m3，可采資源量25.08×1012m3；同年中國工程院的估算為可采資源量11.50×1012m3；2014年筆者根據中國頁巖氣勘探開發新進展，對重點地區頁巖氣資源量做了預測，結果為地質資源量為80.5×1012m3，可采資源量12.85×1012m3；中國石化對中國陸域頁巖氣資源的評估結果為可采資源量18.6×1012m3。

由此可知，中國頁巖氣資源總體較豐富，地質資源量介于80.5×1012～144.5×1012m3，可采資源量介于11.5×1012～36.1×1012m3，以海相頁巖氣資源為主，海陸過渡相及陸相頁巖氣資源相對較少。

表7 中國頁巖氣資源量預測結果統計表 1012 m3

5.3 中國頁巖氣發展前景預測

從2005年中國涉獵頁巖氣勘探開發以來，2006—2012年初步實現了對頁巖氣資源認識上的第一次跨越，初步預測了中國重點地區頁巖氣資源，尤其是海相頁巖氣資源，圈定了最有利地區。2010—2015年實現了中國頁巖氣的發現—生產—提交探明儲量的跨越，在四川盆地—上揚子區—中揚子區五峰組—龍馬溪組發現大型海相頁巖含氣區，明確蜀南、川東、川東北重點含氣領域，確定涪陵、長寧、威遠等千億立方米級頁巖氣大氣田，探明頁巖氣地質儲量超過5 000×108m3。2013—2015年實現了中國頁巖氣產量大跨越，自2010年中國生產第一立方米頁巖氣產量起，2012年頁巖氣產量超過1.0×108m3，2014年超過10×108m3（達12.47×108m3），2015年將超過40.0×108m3。據此，筆者預測“十三五”期間，中國頁巖氣勘探開發將進入快速發展階段，除四川盆地、五峰組—龍馬溪組外，無論在地區上，層系上，乃至頁巖氣類型上都將有新突破，頁巖氣儲量、產量實現新跨越，到2020年前后，中國頁巖氣產量有望增長到300×108m3左右，為2020—2030年實現更快發展奠定基礎。針對2020年前后頁巖氣產量300×108m3左右發展目標，分析以為，以川南為主地區有望實現頁巖氣產量100×108～150×108m3，以川東—川東北為主地區有望實現頁巖氣產量100×108～150×108m3。表8主要為美國不同頁巖氣區帶儲量與產量關系統計[14]，也將中國四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣探明儲量及產量列入其中。將表8中所列美國、中國四川盆地頁巖氣資源量、探明儲量及產量進行對比，可以預見四川盆地頁巖氣探明儲量及產量均可有較大幅度進一步增長前景。

表8 美國主要頁巖氣區帶2014年頁巖氣產量與儲量關系統計表

6 結論與建議

1）中國頁巖氣勘探開發已在全國范圍內廣泛開展，四川盆地五峰組—龍馬溪組海相頁巖氣實現了發現—探明—生產快速發展，初步邁入了工業化生產階段。全國在多個盆地或地區證實廣泛發育富有機質頁巖、存在頁巖氣，勘探開發整體處在探索、起步階段。

2）頁巖氣資源仍屬油氣資源，成藏富集仍遵循基本的石油地質規律，且比常規油氣資源更復雜。中國頁巖氣地質、地表特征、管網等基礎設施與北美差距甚大，資源落實程度很低，美國頁巖氣發展模式在中國不會被簡單地復制成功。只有不斷建立頁巖氣勘探開發學習曲線，逐漸形成適宜中國頁巖氣特征的發展模式，才能實現頁巖氣大發展

3）2020年中國頁巖氣年產量有望達到300×108m3左右，強化3類頁巖氣地質認識、頁巖氣有效資源的落實與“甜點區”優選，有序推動頁巖氣先導示范區建設，突破非海相頁巖氣勘探開發關鍵技術及海相3 500 m以深核心技術與裝備。

4）持續加強理論技術攻關，積極開展頁巖氣“甜點區”評價勘探，突出有效頁巖氣資源的落實，逐漸夯實發展基礎。高度重視勘探開發前期評價，把控好評價鉆探與產能建設速度。全面總結頁巖氣勘探開發快速發展經驗，突出關鍵指標論證及評價，加強新區、新領域及新層系突破和接替。

致謝：本文在研究和撰寫中得到中國科學院戴金星院士、中國石油勘探開發研究院程克明教授等的指導和幫助，以及中國石油、中國石化等相關油田專家的支持，在此一并致謝。

參 考 文 獻

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Breakthrough and prospect of shale gas exploration and development in China

Dong Dazhong1,2,Wang Yuman1, Li Xinjing1, Zou Caineng1, Guan Quanzhong1, Zhang Chenchen1, Huang Jinliang1, Wang Shufang1, Wang Hongyan2,3, Liu Honglin3, Bai Wenhua3, Liang Feng3, Lin Wen3, Zhao Qun3, Liu Dexun3, Qiu Zhen3
(1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China; 2. National Energy Shale Gas R & D Centre, Langfang, Hebei 065007, China; 3. Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Langfang, Hebei 065007, China)
NATUR．GAS IND．VOLUME 36，ISSUE 1，pp.19-32， 1/25/2016．(ISSN 1000-0976；In Chinese)

Abstract:In the past five years, shale gas exploration and development has grown in a leaping-forward way in China. Following USA and Canada, China is now the third country where industrial shale gas production is realized, with the cumulative production exceeding 60×108m3untill the end of 2015. In this paper, the main achievements of shale gas exploration and development in China in recent years were reviewed and the future development prospect was analyzed. It is pointed out that shale gas exploration and development in China is, on the whole, still at its early stage. Especially, marine shale gas in the Sichuan Basin has dominated the recent exploration and development. For the realization of shale gas scale development in China, one key point lies in the breakthrough and industrial production of transitional facies and continental facies shale gas. Low-moderate yield of shale gas wells is the normal in China, so it is crucial to develop key exploration and development technologies. Especially, strictly controlling single well investment and significantly reducing cost are the important means to increase shale gas exploration and development benefits. And finally, suggestions were proposed in five aspects. First, continuously strengthen theoretical and technical researches, actively carry out appraisal on shale gas “sweet spots”, and gradually accumulate development basis. Second, stress on primary evaluation of exploration and development, highlight the effective implementation of shale gas resources, and control the rhythm of appraisal drilling and productivity construction. Third, highlight fine description and evaluation of shale gas reservoirs and increase the overall development level. Fourth, intensify the research on exploration and development technologies in order to stand out simple and practical technologies with low costs. And fifth, summarize the experiences in fast growth of shale gas exploration and development, highlight the demonstration and evaluation of key indicators, and try to achieve more breakthroughs and replacement in new areas, new domains and new strata.

Keywords:Shale gas field; Super gas province; New progress; Effective resource; Development prospect; Enlightenment; South China

收稿日期（2015-11-03 編輯 羅冬梅）

作者簡介：董大忠，1962年生，教授級高級工程師，本刊第七屆編委會委員、《Natural Gas Industry B》編委會委員，博士；主要從事油氣資源與發展戰略、非常規油氣資源地質勘探與開發等方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀區學院路910信箱石油地質實驗研究中心。ORCID:0000-0002-5842-4223。E-mail:ddz@petrochina.com.cn

基金項目：國家油氣重大專項（編號：2011ZX05018-001）、國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目（編號：2013CB228001）。

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.01.003