新疆非常規能源開發利用現狀分析

姚亞明，吾滿江·艾力，張俊敏，趙 斐，邢 礦，趙娟娟，郭 輝

（1.華北水利水電大學地球科學與工程學院，河南 鄭州 450046；2.華北水利水電大學非常規能源研究中心，河南 鄭州 450046；3.新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830023）

非常規能源是當今世界研究熱點，也是我國新疆新的經濟增長點。全球范圍內非常規能源勘探、開發、利用的快速興起，改變了世界現有能源結構，使其由二元當家：一次性能源（煤、油、氣）和可再生能源（太陽能、風能、生物質油）變為三足鼎立，即常規能源、非常規能源、新能源。而且，非常規能源由于其資源量巨大、分布十分廣泛和清潔環保，在未來能源中占據了非常顯著的地位，正為世界各國所青睞和重視。

新疆是不僅是我國常規能源（石油、天然氣和煤炭）基地（已探明儲量中石油、天然氣、煤炭等能源資源占全國儲量的30%、34%和40%，居全國首位），也是新能源（太陽能、風能）重要的資源大區，同時也是非常規能源（頁巖氣、煤層氣和油頁巖）蘊藏量巨大的地區。據專家估算，新疆頁巖氣資源量預計高達26萬億立方米以上，煤層氣資源量超過9.5萬億立方米，油頁巖資源量超過1 200億噸，均位居國內前茅。

為此，自治區黨委、政府在一攬子建設絲綢之路經濟帶，發揮新疆特殊優勢和關鍵作用的規劃中，將非常規能源作為一項重要內容和任務擺到了議事日程上來，并安排發改委、科技廳等有關職能部門拿出相應措施、計劃和方案，指導和組織新疆以煤層氣、頁巖氣、油頁巖為主的非常規能源的勘探、開發、利用。并且希望盡快形成以資源摸底、潛力分析、有利區預測為主的地質條件研究，以水平井鉆探、分段壓裂、排采為主的施工工藝攻關，以氣（油頁巖的提煉）的發電、液化、進管網的下游利用為主的調研，以政府指導、高校和科研院所技術支撐、政府企業社會共同出資、企業實施的運作模式，政府價格補貼、稅收減免、設備進口優惠等政策綜合、配套的一體化方案。只有當國家、自治區針對非常規能源的特殊性，制定出一系列相應的特殊政策，鼓勵人們積極地投身到這個具有現實意義和長遠意義的新興行業之中，才會吸引到更多的人才、技術、資金，其意義在于不但可以創造經濟效益，還會創造更多的社會效益［1-2］。

1 主要研究思路和重點研究方向

非常規能源的重要性主要表現在資源量大、分布范圍廣，近期可以從根本上彌補常規油氣的不足；非常規能源的復雜性主要表現在資源豐度較低、物性致密、吸附態為主、黏稠或呈固態、勘探開發成本高、環境因素等。為此，重點研究為3個一體化：一是勘探、開發、利用一體化；二是地質理論、工藝技術、資金支持一體化；三是人才培養、科學管理、政策扶持一體化［3-5］。

1.1 勘探、開發、利用一體化

Masters etc.認為自然界的油氣資源通常呈對數分布。資源三角形的頂部是常規油氣資源：資源品質高，但資源總量較小；中間包括重油、油砂、油頁巖、煤層氣、致密氣和頁巖氣等非常規油氣資源：資源總量遠大于常規油氣，但資源品位相對較差，對技術要求更高；位于三角形底端的是資源更為豐富、技術難度更大的天然氣水合物等未來資源。

中國非常規天然氣在過去很長一段時間發展較慢。一方面是受勘探開發關鍵技術的制約；另一方面是由于成本高，產量低，技術尚未取得重大突破。近年來，國家和各大石油公司高度重視致密砂巖氣、煤層氣、頁巖氣、天然氣水合物等非常規天然氣的研究和勘探開發工作，我國非常規天然氣已進入新的發展階段。具體體現在新疆維吾爾自治區非常規能源勘探、開發、煉制、利用一體化和理論、方法、技術三創新綜合配套示范工程［6-8］。

1.2 地質理論、工藝技術、資金支持一體化

如何選擇先進適用的工藝技術，使油氣產出更多、更快、更好，這直接關系到經濟效益和社會效益。

1.2.1 搞好評價選區，優選豐度相對高、埋藏相對淺、物性相對好、含油氣量相對大的地區進行示范、試驗攻關、取得突破，然后及時在全疆范圍內進行推廣。

1.2.2 優化方案設計，優選工藝技術，引進和研制適用于新疆的長距離水平段水平鉆井、大型水力壓裂以及大型無水壓裂，隨鉆測井、微地震檢測等工藝技術。

1.2.3 研究非常規能源技術商業化。國外非常規能源開采技術都源自中小能源和技術公司，一項技術從研發到商業化甚至會經歷數個公司間的更替。

1.2.4 研究專業化分工與協作結合。礦業權人對非常規礦業權可以采取自主經營或通過市場交易進行出讓。

1.2.5 研究建立新能源發展專項基金。政府要重點支持一般投資者不愿意投資的、僅靠市場機制難以有效運作的頁巖氣、煤層氣、油頁巖等非常規能源開發研究［9-11］。

1.3 人才培養、科學管理、政策扶持一體化

針對非常規能源的物性致密，需要壓裂進行儲層改造；吸附態為主，需要降壓解吸使其游離；黏稠或呈固態，需要加熱使其降低黏度至可以流動，這樣才能將其從地下開采出來。而要做這些工作，就得增加相應的成本，特別是在勘探期或者開發的早期，基本上是沒有經濟效益的。而這些資源對新疆當前來說又是必須而十分重要的，這就需要國家、自治區有相應的支持政策，鼓勵企業來做這項工作。

研究納入自治區戰略性新興產業；研究通過調整財政支出結構，增加對非常規能源的投入；研究如何實行稅收優惠政策；研究通過政府采購，支持非常規能源發展；研究非常規能源開發過程中環境保護問題。形成國家引導、鼓勵、補貼，自治區立足“兩新、兩高”新理論、新技術、高起點、高水平，各類高校、科研院所、企業、金融等機構積極參與的公開、公平、公正的管理體系和全面開放、科學、完善的機制。按照國內一流、世界領先的非常規能源創新理論、方法、技術，實現一體化、基地化、大型化、現代化和集約化發展，達到資源節約、能源發展、環境友好目的，實現經濟效益和社會效益雙豐收，當前利益和長遠利益共兼顧。

1.3.1 設立一個新疆非常規能源政策制定和決策機構。在自治區層面成立非常規能源開發工作領導小組，編制科學可行的非常規能源專項規劃，制定非常規能源開發一系列配套政策，統一部署非常規能源的勘探、開發、利用，為自治區非常規能源的及早開展，提供政策支持。

1.3.2 建立一個新疆非常規能源的發展專項基金。政府要重點支持一般投資者不愿意投資的、僅靠市場機制難以有效運作的頁巖氣、煤層氣、油頁巖等非常規能源開發研究，并在這些研究形成產業化和商業化的競爭條件后逐步退出，以發揮市場和企業在非常規能源行業投融資活動的基礎性和主體性作用，推動其持續、健康發展。

1.3.3 成立一個新疆非常規能源系統綜合研究院。重點研究非常規能源形成的地質條件、資源潛力、分布規律、有利地區、開采規模等，并對我國乃至全球今后一段時期能源需求規模、結構、價格等做出一個科學的、切合實際的預測。其目的是提高我國能源戰略地位，改善我國能源結構，不斷降低能源安全風險。

1.3.4 培育一個新疆非常規能源科技創新產業園。立足非常規能源研究院的各類成果，重點圍繞非常規能源及其配套產業，以能源環境可持續發展為目標，以“一園多基地”為發展模式，以市場化、專業化、國際化為運營思路，不斷拓展科技產業園的外延，提升科技產業園的內涵。依靠自治區、市政府的政策優勢和中國科學院新疆分院的技術優勢，立足烏魯木齊市經濟技術開發區（頭屯河區），為非常規能源企業研發機構和初創期的研發企業提供專業水準的發展空間，促進各種科技創新資源在科技產業園區內集聚。

1.3.5 打造一個新疆非常規能源3種類型示范區。改變過去固守實驗室內封閉式的研究模式，一開始就走產、學、研、用一體化道路，分別在三大盆地選擇3個示范實驗區，完成非常規能源勘探、開發、煉制、利用一體化和理論、方法、技術三創新綜合配套研究生產。頁巖氣研究選擇在塔里木盆地滿加爾坳陷地區；煤層氣研究選擇在吐哈盆地哈密三塘湖地區；油頁巖研究選擇在準噶爾盆地烏魯木齊地區。

1.3.6 培養一批非常規能源高級人才和研發一系列先進技術。通過非常規能源開發利用政策的實施，促進了新疆非常規能源高級人才的引進和培養，同時也可以加快引進和研發非常規能源勘探、開采、利用方面的技術，主要包括深井、超深井長距離水平井段的鉆探和在相對缺水環境下需要進行大型水力分段壓裂技術以及自治區對環境保護的要求技術［12-16］。

2 國內外研究現狀

2.1 國外最新進展

2.1.1 資源評價與產業化。①煤層氣。煤層氣資源在世界范圍內分布廣泛且資源極其豐富。目前，美國、澳大利亞和加拿大等國家的煤層氣勘探開發發展比較迅速。我國煤層氣的勘探程度和資源探明程度均很低，但在優惠扶持政策的拉動下，呈現出了較快的發展態勢。

根據最新資源評價結果，全球煤層氣資源量可能超過260×1012m3，而90%的煤層氣資源量分布在12個主要產煤國。目前許多國家都進行了煤層氣開發的有關研究，且逐漸實現了商業化開采［17-20］。

②頁巖氣。全球頁巖氣資源極其豐富。據美國能源信息署（以下簡稱“EIA”）2013年6月發布的結果，頁巖氣地質資源量約1 013×1012m3，主要分布在北美、東亞、南美、北非、澳大利亞等地區。

美國20世紀90年代以來，隨著地質認識的不斷深入和勘查開發技術的進步，美國頁巖氣開發得到快速發展，產量增長迅猛。特別是2006年以后，頁巖氣年產量由279×108m3快速增長到2012年的2 653×108m3，平均年增長率高達46.6%，2017年產量已經達到4 770×108m3，占美國天然氣產量比例將超過50%以上。美國已進行了36套頁巖的勘探，其中，2套主要為生物成因頁巖氣藏，1套為混合氣藏，20套為熱成因頁巖氣藏，8套為頁巖油藏，2套未發現頁巖油氣［26-29］。

2.1.2 成功經驗與做法。①立法稅收政策到位。美國非常規天然氣的快速發展與政策的扶持有直接關系。國家立法和稅收給予了非常規天然氣發展很大的支持。②中小企業先行先試。美國充分鼓勵非常規能源勘探開發領域的競爭，注重發揮中小企業的作用，在非常規能源開發上形成了中小企業與大企業有機接替、專業化分工與協作有機結合、產業鏈各環節資本高效流動的開發體制。③各種技術配套跟進。美國在頁巖氣開發技術方面走在世界前列，已形成水平井加多段壓裂技術、清水壓裂技術和同步壓裂技術等先進的開采技術。圍繞頁巖氣開采，美國形成了一個技術創新特征明顯的新興產業，帶動了就業和稅收，并已開始向全球進行技術和裝備輸出［11-14］。

2.2 國內最新進展

2.2.1 資源評價與產業化。①煤層氣。我國煤層氣經過20多年大量的地質評價、技術試驗與勘探開發，建立起了與我國地質條件相適應的勘查開發技術體系，并在2006年開始快速發展，發現了沁水盆地南部和鄂爾多斯盆地東緣兩個上億立方米的大型氣田，形成了兩大煤層氣產業化基地。在政府相關配套的政策鼓勵下，2017年煤層氣產量達到70.2×108m3。

我國諸多煤層氣盆地中，大于5 000×108m3的含煤層氣盆地共有14個；大于1萬億立方米的盆地或區帶有9個，依次為鄂爾多斯、沁水、準噶爾、滇黔桂、吐哈、二連、塔里木、海拉爾、伊犁盆地。

截至2016年底，全國煤層氣鉆井總數22 000余口，累計探明地質儲量6 928.3×108m3，累計產量241.1×108m3，資源探明率2.3%。形成鄂爾多斯盆地東緣和沁水盆地南部兩個上千億方大氣田。其中沁水盆地成為具有4 000×108m3儲量的特大型煤層氣田，鄂爾多斯盆地東緣成為具有1 000×108m3儲量的大型煤層氣田，產量不斷上升［17-25］。

②頁巖氣。我國各地質時期頁巖分布廣泛，勘探開發潛力大，頁巖氣資源也十分豐富，總資源量可達126×1012m3，相當于常規天然氣量的兩倍，與美國的頁巖氣資源量大體相當。

我國把頁巖氣開發納入國家戰略性新興產業，加大對頁巖氣勘查開發財政扶持力度；中國地質調查局及省市資源管理部門，加大了頁巖氣資源調查力度；國土資源部先后兩次開展頁巖氣探礦權招標，21個招標區塊由18家企業中標，中標區塊頁巖氣勘查工作全面展開；頁巖氣形成富集主控因素研究取得進展，海相頁巖氣選區評價參數體系更加完善；頁巖氣勘查開發關鍵技術基本實現了國產化，可以自主組織設計和施工；頁巖氣調查評價技術標準體系建設啟動，首批8項技術要求和規范完成編寫，《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術要求》已獲國土資源部標準委員會批準同意。截至2017年底，我國頁巖氣累計探明地質儲量9 168×108m3，2017年產量100×108m3［30-31］。

2.2.2 成功經驗與做法。加快能源勘探步伐、提高能源自給能力是我國保障能源安全的一貫政策。伴隨著國際油氣價格的不斷走高，國外開采和進口油氣又遇到更多的風險和不確定因素，迫使新疆將重點轉移到國內非常規能源上來。

一系列在增值稅、進口關稅、采礦權收費和礦區使用費方面實行優惠的政策已經出臺，同時，對煤層氣研究提供資金補助或貸款貼息。不僅如此，在價格、下游設施方面國家政策優化也可以加速非常規能源的開發［12-15］。

3 新疆非常規能源開發現狀及商業化條件

3.1 大盆地種類多、資源豐富

這些非常規能源以各自的形式分布在不同沉積盆地中，如塔里木、準噶爾、吐哈盆地種類相對較多、資源儲量相對較大；而焉耆、三塘湖、伊犁盆地種類相對較少、資源儲量相對較小。當然，由于盆地的形成演化、構造充填、有機質豐度類型演化、改造保存等的差異，不同大盆地之間也會有較大差別。如準噶爾盆地各種類型非常規能源種類比較齊全，而塔里木盆地非常規能源種類相對較少。［5-7］。

3.2 成因不同，導致礦權不一

這些非常規能源中煤層氣與煤資源相伴生，還有大部分油頁巖也與煤伴生，以上這些與中石油、中石化關系不太密切，而與自治區煤礦企業或地方政府關系密切；致密砂巖油氣、深盆氣、稠油、油砂、瀝青與中石油、中石化關系十分密切，應該在他們礦權登記范圍內，而五年前由于對頁巖油氣只研究而不開發，中石油、中石化一般也不登記頁巖油氣，現在隨著頁巖氣的興起，中石油、中石化加緊競爭巖油氣的礦權。

3.3 新疆非常規能源開采處于初級階段

目前，新疆在進行非常規能源勘探、開發、利用過程中還處于初級階段。雖然如此，但不排除一些非常規開采已經進入商業化階段，有的還走在我國前列。由于地質原因，克拉瑪依油田有超過數億噸的稠油資源，早在20世紀就已經進行開發，通過利用熱采等技術，取得了不錯的效果。對于致密砂巖油氣的開采，通過使用壓裂改造技術也起到了一定的效果。尤其是近幾年，對準東阜康煤層氣的試驗成功，開創了開發低煤階、厚煤層、大傾角、高產量的先河，為全面啟動新疆非常規能源開發奠定了基礎。但是，由于新疆地域廣、含煤油氣盆地面積大、非常規能源種類多、資源量大，離規模開采、商業利用、形成產業還有一定的距離。對于油頁巖來說，只是個別企業在進行中試以及小規模生產提煉；對于資源量最大的天然氣水合物，還沒有開始系統的資源調查；對于目前最熱的頁巖氣的開采，也只是剛剛起步，做一些資源調查［4-7］。

3.4 新疆非常規能源開發的商業化條件

3.4.1 “十二五”工作成效較為顯著，為“十三五”奠定堅實基礎。新疆煤炭資源十分豐富，高居我國首位，相應地煤層氣資源也十分可觀，位于全國第一位。楊起院士研究結果表明，預測埋深2 000米以淺的煤層氣總資源量達9.5×1012m3。其中，準噶爾盆地3.542 8×1012m3，吐哈盆地2.625 6×1012m3，三塘湖盆地1.370 0×1012m3，伊犁盆地1.219 1×1012m3，塔里木盆地0.430 0×1012m3，焉耆盆地0.410 0×1012m3。2012年，新疆煤層氣抽采總量8 889萬立方米，利用量634.5萬立方米，利用率為7%，開發利用潛力巨大。2013年5月，《新疆煤層氣勘查開發利用（2011—2020年）實施方案》獲批。根據方案，2015年新疆將完成重點地區煤層氣資源潛力調查與評價，優選一批煤層氣開發有利目標區和遠景區，啟動1～2個開發示范工程。到2020年，基本完成煤層氣資源潛力調查與評價，新增探明地質儲量800億立方米［17-25］。

3.4.2 新疆低煤階煤層氣開展顯現出非常好的發展勢頭。第一，低煤階資源量大、物性好。而中低煤階煤層，煤層含氣量中等（10～20方/噸煤），或略低（5～10方/噸煤），但是由于熱演化低、成巖作用弱，物性相對較好，滲透率能達到1個甚至幾個毫達西。這樣，儲量豐度雖比不上高煤階煤層，但由于煤層厚度大，總儲量也不少，相反產量則比較高，即采收率大。

我國低煤階煤層氣資源量大，資源條件好，勘探開發前景廣闊。隨著美國低煤階煤層氣商業開發的成功、國內外煤層氣勘探開發工作的推進，低煤階煤層氣資源受到了越來越多的關注，有望成為新的研究熱點和煤層氣勘探開發新領域。

眾所周知，我國目前所交探明儲量區塊，主要是高煤階煤層分布區域，實際上我國高煤階煤資源并不大，占比不超過30%，且主要分布在山西、河南、安徽及鄂爾多斯東部等地。而超過70%的中低煤階煤資源則分布在西部和東北地區，尤以新疆最為廣泛，新疆煤炭資源占全國40%，且都是中低煤階，特別是以低煤階為主，這就為新疆全面開發利用煤層氣提供了理論依據和實際示范。

第二，南疆、北疆同時示范。南疆、北疆同時進行煤層氣開發示范，尤其是在昌吉取得直井17 000方/天，在全國同類井產量最高。另外，新疆煤田地質局161隊承擔塔北庫車——拜城煤層氣評價和靶區優選示范區研究，已經鉆探了5口井，獲取了豐富的資料，取得較好的效果。156隊承擔的準東阜康白楊河煤層氣示范工程已全面實施，并為商業化開采做好準備。

第三，綜合效益已經凸顯。憑借良好的安全效益、環境效益和經濟效益，新疆煤層氣產業迎來發展機遇，商業化進程加速。從新疆煤層氣資源的分布、開采條件和資源品質分析，新疆煤層氣資源具備大規模開發的資源優勢。隨著新疆煤層氣抽采環境的完善，預計新疆全區煤層氣產量將持續增長，新疆煤層氣開發前景廣闊。