如何低成本開發我國頁巖氣？—專訪中國工程院院士、西南石油大學教授羅平亞

○ 文／本刊記者 鄭 丹

如何低成本開發我國頁巖氣？—專訪中國工程院院士、西南石油大學教授羅平亞

○ 文／本刊記者 鄭 丹

●“要降低頁巖氣的成本，技術就要精益求精”。

提高單井產量、降低開采成本，實現工業化開采是我國頁巖氣建成新興產業的必由之路。

院士簡介

羅平亞，1940年生，西南石油大學教授。1963年畢業于四川石油學院（即今西南石油大學）鉆井專業，原任西南石油大學校長，“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室主任， 1995年當選為中國工程院院士。

一直從事石油工程、油田應用化學工程方面的教學與研究工作。在抗高溫深井泥漿、聚合物泥漿技術、保護油層的鉆井、完井技術、化學驅提高采率技術、以及井壁穩定、井下復雜與事故處理、鉆井安全工程、油田應用化學工程理論和應用技術等方面取得了一批重要成果。先后主持和完成了40余項部省級以上的科研項目，獲部省級以上科研成果(含教學研究)獎勵30余項（次）， 其中國家級獎8項，部省級一等獎14項。出版專著6部，論文100余篇。培養碩、博士100多人。

國土資源部今年4月通報最新數據，2015年，全國頁巖氣勘查新增探明地質儲量4373.79億立方米，頁巖氣產量44.71億立方米。自2014年正式進入商業開發以來，我國頁巖氣總產量達57.18億立方米。頁巖氣在全國石油天然氣探明儲量中增勢迅猛，顯示了“十三五”期間我國頁巖氣發展所具有的潛力。

本刊記者在采訪中國工程院院士、西南石油大學教授羅平亞時，他表示，國家希望頁巖氣能夠成為我國經濟發展的重要的新增長點，并對我國能源結構轉型產生重大影響。這就需要盡快實現我國頁巖氣的工業化開采，把頁巖氣建成戰略性新興產業。“十三五”期間和以后，應該動用國家力量來組織科研攻關，解決好優勢資源、單井產量、經濟效益和環境保護等問題。

頁巖氣工業化開發的必要條件

中國石油石化：羅院士，您好！我國頁巖氣工業化開采的衡量標準是什么？

羅平亞：工業化開采是用最終年產量來標志的。國家《能源發展戰略行動計劃（2014-2020年）》提出，到2020年我國頁巖氣產量力爭超過300億立方米。也就是說頁巖氣工業化開采意味著年產量規模應達到或超過幾百億立方米。然而，目前要實現300億這個目標還有些困難。

國家希望頁巖氣能在我國能源結構組成中起舉足輕重的作用。在重慶焦石壩地區，目前的頁巖氣產量已經達到年產50億立方米并實現了商品化，雖然這對一個企業來說是不錯的成績，但從形成戰略新興產業的目標來看還遠遠不夠。

中國石油石化：您認為，我國頁巖氣單井產量和采收率應達到怎樣的標準才具備工業化開采價值？

羅平亞：較高（越高越好）的單井產量和采收率是我國頁巖氣實現工業化開采的必要條件。單井產量包括初產和長期穩產的產量。目前的普遍看法是初產達到幾萬立方米／天，長期穩產上萬立方米/天，而其采收率達到50%～65%。由于各個氣田的情況不完全一樣，所以不能一概而論。但必須要達到能支持一個地區工業化、規模化用氣的需要。

工業化開采意味著開采出的頁巖氣不僅能夠支撐周圍地區，而且能夠提供一個區域甚至全國的用氣需求。目前，在焦石壩和長寧－威遠地區一些頁巖氣井情況較好，初產能夠達到幾萬立方米/天，有的甚至能達到10萬～20萬立方米/天甚至更高。即使在投產兩三年之后，產量能夠維持幾萬立方米/天的頁巖氣井也普遍存在，完全能支持周圍地區工業化、規模化用氣需要，并因此實現了商業化。

中國石油石化：如何提高單井產量達到具有工業化開采價值？

羅平亞：頁巖氣單井產量和采收率達不到工業價值的根本原因是氣體在頁巖中運移速度太低。頁巖中所含天然氣有游離氣和吸附氣（即以吸附狀態存在的甲烷），不同頁巖中游離氣和吸附氣的比例不同。單井日產量取決于解吸、擴散和滲流三個過程中速度最慢的一個。

通常情況下，與游離氣的滲流運移相比，吸附氣的解吸和擴散過程最慢，成為影響單井日產量的主要因素。因此，要想獲得較高的單井產量，最好選擇以游離氣為主（即游離氣占80%或以上）的頁巖。眾所周知，增加氣體運移速度及擴大泄氣面積是增加單井產量的兩條途徑。但目前增加氣體在頁巖中的運移速度還無法實現。

一般而言，為實現工業化開采，單井產量當然越高越好。但單井產量與開采成本存在必然的邏輯關系，對頁巖氣而言，大幅度提高單井產量就得采用更新、更好的技術，也就必然會更多的增大投入，這就涉及到能否取得必要的經濟效益的問題。因此，必要的（越高越好）單井產量是實現工業化開發的必要條件，而能否因此獲得必要的（越高越好）經濟效益才是能否把頁巖氣建成大產業的決定因素。

構建合理的成本和產量結構

中國石油石化：您認為，我國頁巖氣提高經濟效益，實現低成本、工業化開采的途徑是什么？

羅平亞：“低成本”只是一種習慣說法，對頁巖氣開采來說更是一個相對概念。因為頁巖氣開發成本肯定要高于常規氣。所以，我理解“低成本”是在現有基礎和投資條件下，如何盡可能降低頁巖氣綜合開采成本，使之具有工業化開采價值，獲得必須的經濟效益。這同樣涉及產量和成本的關系。頁巖氣開采成本和產量之間應構成比較合理的關系，用生產出每立方米氣的綜合成本來衡量也許更為合適一些。從這個概念講，當前，如何能夠更好地加強技術攻關和管理，進一步大幅度增加頁巖氣產量并降低綜合開采成本，對于我國頁巖氣實現工業化開采至關重要。

中國石油石化：在您看來，尋求技術成本的降低對提高我國頁巖氣開采經濟效益具有怎樣的重要性？

羅平亞：在頁巖氣開采的綜合成本中，技術成本占比最高。降低技術成本、提高效率是提升我國頁巖氣開采經濟效益的必由之路，這可以通過兩種方式（或分兩步）實現：一是加強攻關，對現行成熟、有效技術更加精益求精、全面掌握充分發揮其效率，從而不斷提高單井產量，并通過技術進步來降低使用成本。在“十三五”期間和以后，建立起符合我國國情及頁巖地質特點及自然、生態特點的頁巖氣開采關鍵技術以及系列配套技術體系。二是從基礎研究出發對頁巖氣開發、開采機理進行深入研究，進行原始創新，以改進、完善和發展頁巖氣現行開發技術，建立起更為適合我國特點的更新、更合理、更經濟有效的頁巖氣開發技術體系。

中國石油石化：要建立起符合我國國情的頁巖氣開采關鍵技術以及系列配套技術體系，降低頁巖氣開采成本，應在哪些方面下功夫？

羅平亞：要做的事還很多，目前這個問題至少包括三個部分。首先是鉆井環節。需要解決頁巖長井段水平井鉆、完井質量、縮短鉆井周期；其次是壓裂環節，如何提高壓裂效率和效果；再次是環境保護和廢棄物的經濟有效處理。

例如：全面改用水基鉆井液替換油基鉆井液，且鉆井、完井質量進一步提高，鉆井周期進一步縮短等等。

發展頁巖氣新興產業，需要解決兩個基本問題：一是支撐產業發展的資源，二是有效開發資源的系列技術。

目前，每立方米壓裂液的成本已從最早時的100多元下降到70～80元以下，但仍然偏高；此外，在壓裂液外加劑國產化過程中，雖然國內產品已能夠起到替代國外產品的作用，但國產壓裂液仍未達到國外壓裂液所能取得的最佳效果，包括壓裂液質量的穩定和最佳性能的發揮等，都需要深入攻關，并使壓裂成本進一步下降。

例如：各種廢棄物處理與生態環境保護與修復研究雖己全面展開并取得不小的進展，但距離全面、高效、經濟的要求還有很大距離。

這些都是近幾年內必須狠下功夫、認真解決的重大技術難題。

中國石油石化：工廠化作業在哪些方面有利于頁巖氣的低成本開采？

羅平亞：“工廠化作業”的內容雖然早就有，但在頁巖氣的有效開發中的成功應用是一個重大而有效的創新，也是實現水平井鉆完井技術和水平井分段壓裂及體積改造等關鍵技術的需要和保證。同時，做好頁巖氣開采工廠化作業的科學化管理，也是降低管理成本和技術成本的必要途徑之一。

工廠化作業需要適合于工廠化作業的裝備系統，如鉆機、動力系統和管線等所有裝備都要適用于工廠化作業。現在的鉆機和壓裂車等裝備不是完全適合工廠化作業的，所以有的需要購買新型裝備，有的需要對現有裝備進行改造。

目前，四川地區頁巖氣工廠化作業已初見成效并形成自己的特色。與國外相比，四川地區的作業場地狹小，能在這么狹小的場地把設備設施放置好并且充分發揮作用，顯示了我們在工廠化作業方面的特長和水平。

● 與“涪娃”親密接觸，助涪陵氣田“涪氣”多多。　攝影/黃予劍

大排量和大液量并非合理

中國石油石化：在您看來，要把我國頁巖氣建成戰略性新興產業還面臨哪些問題？

羅平亞：我國發展頁巖氣新興產業，“十三五”期間以及未來很長一段時間內，需要解決兩個基本問題：一是支撐產業發展的資源，二是有效開發資源的系列技術。

從資源條件看，我國頁巖氣資源儲量豐富，但能夠實現商業化開發的資源集中在四川盆地龍馬溪。迄今為止，還未發現條件相同或者類似并達到同樣水平的新地質構造。所以，下一步必須在全國加強資源勘探，摸清家底，對國內頁巖氣資源做科學評價，找到眾多適合頁巖氣有效開發的“甜點”，為我國頁巖氣形成規模化大產業提供必要的資源保證。

從技術條件看，中石化和中石油現已在焦石壩和長寧－威遠頁巖氣試驗區內進行了成功嘗試，說明我們把美國的頁巖氣開采理論和技術結合我國實際情況，基本形成并掌握了一套可行、有效，并適合我國國情的頁巖氣開發技術。如果再找到類似焦石壩和長寧－威遠的新優勢區域，我們就有可能開發出適合新區域頁巖氣層的相應開采技術，對該區域進行更為有效的開發。

中國石油石化：眾所周知，大機組、大水源、大場地、大污染是決定我國頁巖氣能否有效開發的重大問題。這些問題現在是否有了更好的解決之道？我國頁巖氣開采最終能否實現零排放和零污染？

羅平亞：頁巖氣開采采用的體積壓裂技術必須大排量和大液量，這是目前的共識。它導致必須用大機組和大水源。而大機組和大水源需要大場地，也由此帶來廢水、廢氣、噪聲等大污染。所有這些由大排量和大液量帶來的種種問題是將來我國建設頁巖氣大產業無法回避的重大難題。目前，這種壓裂技術仍然是必須采用的，因而大排量和大液量帶來的大機組、大水源、大場地、大污染問題是無法回避的，只有在大排量和大水量的前提下解決由它而引起的各種后續問題。

大機組、大水源、大場地、大污染根本的解決辦法，是對現有壓裂方式進行深入探討。雖然非常規壓裂比常規壓裂用液量要大得多，但是否一定需要這么大的液量，我覺得不一定。如果從壓裂理論和技術方面加強研究，水平井體積改造到底需要使用多少液量能達到最佳的產氣效果？目前的排量與液量是否完全合理？有多少是不必要的？現有壓裂液體系的性能與造縫排量，帶砂能力要求之間是否協調等等。這些問題都應該深入研究，而且也應該能得到有益的結果。我相信產生一種大幅度降低其排量及液量的壓裂及壓裂液體系與技術是可能的。

降低和消除廢棄物排放和污染是對我國頁巖氣開采提出的環境和生態保護要求，在當前它首先牽涉到國家和地方政府允不允許企業開采頁巖氣的問題，而且還和開采成本直接相關。因此，在必須解決好我國頁巖氣開采帶來的環境污染問題的同時還要把環境保護的成本控制在可以接受的范圍內。由于頁巖氣開采中的生態、環境保護，包括各種廢棄物處理、噪音污染和環境損害修復等有其與頁巖氣開發密切相關的特點，因此應該把它們看成為頁巖氣有效開發系列配套技術的重要組成部分來系統考慮和規劃。

例如，為更好解決使用油基鉆井液產生的鉆屑等廢棄物進行處理和對環境損害修復方面付出的高額成本，現在已明確提出，改用水基鉆井液代替油基鉆井液鉆頁巖長段水平井。這不僅是頁巖氣開發中的環保技術的要求，也是對頁巖氣有效開發技術發展本身的要求。由于這是一個國內外都沒有完全解決的重大技術難題，因此，目前從國家到企業，都在對如何用水基鉆井液代替油基鉆井液等問題開展立項攻關，估計未來幾年能找到這些問題的解決辦法。屆時，源自國外的頁巖氣開采技術體系也會有一個質的提高。

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責任編輯：趙 雪