经济导刊
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页岩革命及其意义

金之钧 来源: 2019.11.04 13:47:58



 

随着世界经济的发展,能源消费持续增长。据全球多家机构预测,到2040年,油气在一次能源供给中的占比仍将保持在50%以上。油气主体地位的保持在很大程度上将得益于页岩油气的贡献。美国页岩革命的成功使美国的油气自给率大幅度提高,由天然气进口国转变为净出口国,石油消费对外依存度已降至接近10%2023年将实现完全自给。

我国页岩油气资源丰富,初步评价结果位居世界第三位,是建成千万吨级产量油气田最现实的战略接替资源。但是,我国主要为陆相页岩油气,具有不同于美国海相页岩油气的显著特点,美国技术在我国难以完全复制。我国能否像“陆相生油理论”一样,掀起一场“陆相页岩油气”革命,关乎国家能源安全,关乎百万石油人就业岗位,也关乎能否在世界“页岩革命”中抢得先机并从海外获取页岩油气资源的战略问题。

美国页岩革命的影响

页岩油是富存在富有机质页岩层系(包含页岩中致密碳酸盐和碎屑岩夹层)的石油,天然气则叫页岩气。这类油气藏与常规油气藏的不同特点,一是“自生自储”,油气运移距离十分有限;二是非构造高点控制,往往分布于烃源岩发育的斜坡区或洼陷的中央区,分布范围广;三是资源丰度低,必须经过大规模人工压裂改造才能实现油气藏的经济有效开发。

美国的页岩气发展历程大致可以划分为三个阶段。第一,偶遇发现阶段(18211975)。这个阶段经历的时间比较漫长,页岩气年产量小于10亿方。第二,探索阶段(19762005)。此期间美国投入了大量的人力和物力开展页岩气开发探索和技术研发,2005年页岩气产量突破了200亿方。第三,快速发展阶段(2006年至今)2006年起,美国页岩气进入了快速发展时期。到2017年,页岩气产量达到了4747亿方,占美国天然气总产量的50.5%。据美国能源信息署(简称EIA)预测,在基准情形下,到2040年将达到7154亿立方,占比约为67%

在页岩气开发取得成功后,相关的技术被引入了页岩油的开发,带动了美国页岩油的快速发展。美国页岩油发展也可大致划分为三个阶段。第一,探索阶段(19531986),开发活动主要集中在巴肯(Bakken)页岩区,产量比较低。第二,起步阶段(19872006),以水平井技术的成功应用为标志,开发活动扩展到了伊格尔福特(Eagle Ford)页岩油区。第三,快速发展阶段(2007年至今),以水平井分段压裂技术的应用为标志,开发活动向其他页岩区拓展。到2017年,美国页岩油产量达到了16.2亿桶,占美国石油总产量的47.6%。据EIA预测,在基准情形下,到2040年将达到630万桶/日,在美国石油总产量中的占比将达到61%

美国页岩革命带动了美国经济的发展,同时也对世界能源格局产生了深远的影响。这主要表现在以下六个方面:第一,改变了世界油气贸易流向,影响着大国外交。第二,改变了人们对油气资源稀缺性的认识,随着对世界其他含油气盆地油气资源的重新评价,油气可能会从稀缺的资源转变为比较丰富的资源。第三,致使国际油价走低,促进天然气价格分化。第四,加快了美国能源独立的进程。第五,促进了美国GDP增长与政府收入增加。到2035年,美国油气基础设施建设将为GDP贡献1.5万亿到1.89万亿美元。第六,增加了就业岗位。20172035年间,美国油气基础设施建设预计每年将提供82.8万到104.7万个就业岗位。

中国页岩气勘探开发现状及发展趋势

勘探开发三个基本阶段

中国页岩气是在政府大力推动下,国家石油公司在积极实践中快速发展起来的,其勘探开发大致经历了三个阶段。

第一,学习借鉴阶段(20032008)2003年,我国学者开始关注美国页岩气的勘探开发及研究进展。中国石化石油勘探开发研究院启动了对中国页岩气早期资源潜力分析项目,对我国重点领域主要烃源岩层系的页岩气形成条件进行了研究。2008年,对四川盆地页岩气成藏地质条件和中国页岩气资源潜力有了初步的分析结果。这一期间,中国石油勘探开发研究院启动了对北美页岩气新进展调研和中国页岩气有利区的筛查工作。

第二,选区评价与探井实施阶段(20092012)。中国石化于2009年完成了中国石化南方探区页岩气选区评价,明确保存条件对南方复杂构造区页岩气富集具有重要的控制作用。201211月,涪陵焦石坝地区焦页1HF井在下志留统龙马溪组下部优质页岩段压裂测试获得日产20.3万方的页岩气流,实现了中国石化海相页岩气勘探的战略性突破。中国石油于2010年在四川盆地威远地区钻探了页岩气直井评价井-201井,在五峰组-龙马溪组页岩测试产量0.3万方~1.7万方/天。 2011年,钻探了宁201-H1水平井,10段压裂试气,测试产量15万方/天。

第三,规模建产阶段(2013年至现今)。中国石化分别于2013年和2015年全面启动了涪陵页岩气田焦石坝区块一期和二期各50亿方的页岩气产能建设。2017年底,已经建成产能100亿方,累计产气154.68亿方。此外,在四川盆地及周缘的页岩气勘探又取得一批新发现。

中国石油于2013年启动长宁威远和昭通两个国家级页岩气示范区建设。第一批页岩气开发方案,建设产能25亿方。2016年第二批页岩气开发方案获得通过。2017年,年产120亿方的开发方案获批,当年实现页岩气产量30亿方。

20129月,陕西省设立“延长石油延安国家级陆相页岩气示范区”,云页平3井区单井日产量均在2万方左右。预计到“十三五”末,将建成页岩气产能10亿方。

中国页岩气发展前景及挑战

发展前景:不同单位采用类比法或体积法对我国页岩气资源进行了初步估算,虽然结果相差较大,但都在10万亿方以上,说明我国页岩气资源比较丰富。预计在政策支持和市场开拓顺利的情况下,2020年有望实现页岩气产量200亿-300亿方,而到2030年可望达到800亿-1000亿方。  

面临的挑战:中国的页岩气勘探开发面临四方面挑战:一是深层页岩气地应力高,页岩脆性降低,压裂难度大;二是低压和常压页岩气单井产量低,一般小于5万方/日;三是陆相页岩气储层相变快,粘土含量高,尚未形成适应性工程工艺技术;四是页岩气开发成本普遍较高。

中国页岩油勘探开发现状及发展前景

勘探开发基本阶段

中国陆相页岩油勘探开发大致经历了“常规石油”兼探、“非常规页岩油”探索以及针对性技术攻关和新一轮评价、部署三个阶段。

第一,与“常规石油”兼探阶段(2010年以前)。这一时期在鄂尔多斯、渤海湾、江汉等盆地烃源层系均发现了泥页岩裂缝型油气,但总体上储产量规模有限,发展较为缓慢。

第二,“非常规页岩油”探索阶段(20102014)。中国石化和中国石油选取了若干典型盆地,在凹陷边缘构造高部位部署了一批页岩油专探井。

第三,针对性技术攻关和新一轮评价、部署阶段(2014年至今)2014年以来,在国家“973”计划和油气重大专项支持下,陆相页岩油地质评价及开采关键技术攻关全面启动,并取得了可喜进展。

发展前景面临的挑战

据美国EIA估算,我国页岩油技术可采资源量为43.7亿吨,这一评价明显偏低。中国石化石油勘探开发研究院研究团队初步估算,中国陆上主要盆地页岩油资源量为186亿吨。

我国页岩油起步于2010年,先后在准噶尔、鄂尔多斯、渤海湾、松辽和江汉盆地等取得了点上突破,最高单井日产量达到116.8吨。但多数井日产量在20吨以下,生产成本高,投资效益低,实现大规模开发面临着巨大的挑战,具体体现在以下几个方面:

一是缺乏针对陆相页岩油特点的有效开发技术。我国的富有机质页岩以陆相的湖泊沉积为主,具有油质重、粘度高、流动能力差、粘土矿物含量高,气油比低、地层能量不足等特点。依靠现有技术难以实现规模效益开发。

二是对页岩油有效开发的信心不足。对页岩油资源潜力、关键技术及能否有效开发等问题认识不一致,直接影响了下一步的勘探开发部署和投资决策。

三是缺乏有效调动社会资源和鼓励竞争的市场环境。页岩油是一种分布面积大的低效“贫矿”,具有开发投资规模大,投资回收期长等特点,目前我国在投融资体制和竞争机制上需要进一步改革。

发展思路及目标

发展思路:坚持政策引导,科技先行的原则;坚持自主创新,开放合作的原则;坚持先易后难,有序推进的原则;坚持国企主导,多方参与的原则。  

发展目标:根据我国陆相页岩油的特殊性,分战略准备、战略突破、战略展开三个阶段实施:

战略准备(第一阶段):在“十四五”期间,集中科技攻关,制定相关政策,形成高成熟度页岩油勘探开发关键技术,落实高成熟度页岩油技术可采资源量20亿-30亿吨;探索中低成熟度页岩油原位改质技术,落实中低成熟度页岩油原位改质技术可采资源量30亿-40亿吨;全国页岩油年产量达到500-800万吨。

战略突破(第二阶段):在“十五五”期间,继续强化科技攻关,形成关键技术系列;落实高成熟度页岩油技术可采资源量5亿-10亿吨;突破中低成熟度页岩油关键技术,落实中低成熟度页岩油原位改质技术可采资源量40亿-50亿吨;全国页岩油年产量达到1000-1500万吨。

战略展开(第三阶段):在“十六五”期间,完善中低成熟度页岩油关键技术,有效动用中低成熟度页岩油资源;落实中高成熟度页岩油技术可采资源量5亿-10亿吨;落实中低成熟度页岩油原位改质技术可采资源量30亿-40亿吨;全面展开页岩油开发,实现全国页岩油大规模工业化生产,年产量达到2000万吨以上。

美国页岩油气革命使得美国实现了能源独立,改变了世界能源版图。中国页岩油革命正处于起步阶段,页岩油开发应成为国家战略,通过政策引导、金融支持、技术进步与管理创新,实现中国页岩油气的有效开发,保障我国能源安全。

(编辑  季节)



2019年8月10日,中信改革发展研究基金会、《经济导刊》杂志社召开的“新形势下的中国能源安全保障问题”研讨会上的作者发言摘编。

* 金之钧,中国科学院院士,国家页岩油研发中心主任,中国石油学会副理事长。

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