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美页岩气开发驱动全球能源革命

2019-10-16 09:59编辑:admin人气:


  页岩气是一种特殊的非常规天然气,教科书将其定义为赋存于暗色泥页岩、粉砂质泥岩地层中的天然气,是清洁、高效的能源资源和化工原料。早在1921年,美国就钻探了世界上笫一口工业性页岩气井,美国的页岩气勘探生产和开发研究被称为静悄悄的革命。据统计,2000年全美页岩气产量近200亿立方米,到2008年增至507亿立方米,占全美天然气总产量的9%左右。美国页岩气成功开发极有可能成为全球页岩气开发的引擎,驱动能源产业出现一场革命

  领军全球页岩气勘探开发

  上世纪70年代,美国为摆脱对外能源依赖,开始大量投入大量资金用于页岩气的地质和地球化学研究,并在页岩气的吸附机理研究等方面取得重大突破,使美国页岩气的产量大幅度提高。2000年以后,美国页岩气发展迅猛,十年间产量增长了12倍,由2000年的122亿立方米增加到2010年的1500亿立方米,占当年天然气产量的20%,由此跃升为世界第一大产气国。据美国能源局资料(EIA)预计,2015年美国页岩气产量将达到2800亿立方米。

  目前,美国页岩气开发主要集中在五大页岩气区,即伍德福德、巴纳特、费耶特维尔、安特里姆新奥尔巴尼和海恩斯维尔。其中,位于美国得克萨斯州沃思堡盆地的巴纳特页岩气区,截至2008年底完钻页岩气生产井11271口,获得页岩气可采储量2.7万亿立方米,同年生产页岩气366亿立方米,其核心产区东纽瓦克气田页岩气产量超过110亿立方米,成为美国境内12个大气田之。

  页岩气异军突起不仅弥补了美国国内天然气供应缺口,使天然气消费逐步实现自给,并推动美国国内天然气价格大幅回落。能源生产结构的重大变革不仅改变了美国的能源供需结构,降低了美国天然气消费的对外依存度,美国国家能源安全也在一定程度上得到保障。从20世纪70年代开始,美国政府实施了一系列鼓励能源储备、替代能源发展、替代燃料技术贸易化等方面的税收激励或补贴政策,极大地激励了国内非常规能源的生产。美国政府对页岩气开发的重视为页岩气发展提供了强劲动力,有利的政策支持大大降低开发成本,刺激页岩气的发展。

  页岩气开发是一个系统的,庞杂的工程,页岩气的经济型开发对于技术要求更高。美国页岩气开发技术包含了页岩气开发过程中的钻井、测井、录井、完井、压裂、酸化以及提高采收率系统技术,其中尤以水平钻井和水力压裂技术为核心技术。美国页岩气开发技术也经历了相当长时间的摸索直至成熟的过程,随着水力压裂、同步压裂、重复压裂以及水平井的应用,单井产量大幅上升,使页岩气开采实现经济性基础。2002年以前,垂直井是美国页岩气开发主要的钻井方式,随着2002年戴文能源公司七口巴纳特页岩气试验水平井取得了巨大成功,业界开始大力推广水平钻井,水平井已然成为页岩气开发的主要钻井方式。2002年后,巴纳特页岩气水平井完井数迅速增加,2003-2007年巴纳特页岩水平井累计达4960口,占巴纳特页岩气生产井总数的50%以上,2007年完钻2219口水平井,占该年页岩气完井数的94%。

  巴纳特页岩最成功的直井在2006年上半年的累积产量为990万立方米,而同期表现最好的水平井的产量为2830万立方米,为直井的三倍。水平井生产还具有目标范围更广,裂缝相遇几率大、地质限制低和安全性更高的优点。上世纪90年代,巴纳特气田开发使用的是直井,钻井数量缓慢增长。从2004年开始,水平井生产量显着上升,开启水平井替代直井的技术升级,至2010年,水平井的数量占到70%的比例,页岩气产量占到90%。

  水平井完井成本较高,决定页岩气能否经济型开发的关键是单井产量,而压裂技术是提高单井产量的关键一环。页岩气井钻井完成后,还要经过酸化、压裂等储层改造措施后才能获得比较理想的产量。水力压裂是目前用于页岩储层改造的主要技术,包括多级压裂、清水压裂、同步压裂及重复压裂技术。同步压裂技术是页岩气储层改造的另一项重要技术,适用于两口或多口距离相近,水平井段大致平行的井。2006年,同步压裂技术开始应用于巴纳特页岩气完井,最终改变近井地带的应力场使页岩气井短期内产量显着增加。美国页岩气生产的几大盆地中水平井长度和单井压裂次数均处于上升状态。气井开发中后期,初始压裂效果下降时可以采用重复压裂技术,对于初次压裂效果不理想的井同样适用。1999年引入的重复压裂能重建储层到经验的线性流,恢复或增加产能,可以使估计最终采收率提高8%10%,可采储量增加60%。巴纳特页岩新井完井和老井采用重复压裂方法压裂后,页岩气产量与估计最终可采储量都接近甚至超过初次压裂时期。

  美国2007年开始进入页岩气开发高潮,每年的水平井增量在6000-7000口,每口井的投资成本在200-600美元,再加上管线和增压站投资,工程投资量非常大,在投资高峰时期每年的投资近400亿美元。随着政策因素和技术进步的推动,美国页岩气已经实现经济性开发,某些开发商的投资回报率可高达50%。在纽约商品交易所天然气价格和12%必要报酬率的条件下,很多盆地和开发商的盈亏成本非常低。据统计,2000年全美页岩气产量近200亿立方米,页岩气井2.8万口,开发企业10余家;到2008年,页岩气产量增至507亿立方米,占全美天然气总产量的9%左右,年均增长12.5%,页岩气井超过四万口,开发企业达到64家。

  对中国和全世界均意义重大

  美国页岩气开发的经验值得我国借鉴,并取长补短,少走弯路,加快步伐走出一条适合中国页岩气开发勘探生产和发展的道路。

  1、关键技术突破和规模推广应用。经过多年的探索攻关,美国已形成一套先进有效的页岩气开采技术,主要有水平井技术、压裂技术(包括多段压裂技术、清水压裂技术和多段同步压裂技术)。在定的市场和政策条件下,这些先进技术的大规模推广应用,降低了开发成本,大幅提高了页岩气井产量。

  2、良好的市场条件和基础设施。经过多年发展,美国形成了相对健全的天然气市场体系,建成了四通八达的天然气管网和城市供气网络,大大减少了页岩气开发在末端环节的前期投入,降低了市场风险,迅速实现了页岩气开发的市场化和商品化。

  3、投资主体的多样化。根据美国页岩气开发成功经验,其页岩气产业允许各种资本和各种实体进入。页岩气开发之初,主体是数以千计、充满活力的民营小企业,其中有小型勘探公司、设备制造企业和感兴趣的科研公司;当然不乏实力雄厚的大公司与大学科研机构,他们不断创新技术,压缩成本,最终实现了技术突破,才使页岩气开发得以实现商业化。

  4、国家政策扶持。长期以来,美国联邦政府对非常规能源开发实施税收补贴政策,许多州政府也制定了相应的鼓励政策,例如得克萨斯州对页岩气开发免征生产税。另外,美国能源部设立了专门的非常规油气资源研究基金,以促进页岩气、煤层气等非常规资源开发的基础研究。

  5、发达的专业技术服务业起到关键作用。美国的油气专业服务企业具有很强的技术优势和服务意识。这些企业聚集各种技术人员,而且自主研发能力强,专业化程度高,能解决一些生产中遇到的难题。一些拿到页岩气中标项目的企业、公司,都会把钻井、完井、固井和压裂等工序、实验测试等多段工程,委托或承包给专业技术服务公司,各自取得经济利益。

  我国页岩气资源量丰富,可采储量达30万亿立方米。借鉴美国成功的经验,开发条件日趋成熟,我国页岩气开发提上日程,十二五规划提出达到探明储量一万亿立方米,年产量65亿立方米。

  政府政策支持、技术水平的进步将会使我国页岩气商业性开发成为可能。2011年12月30日,国土资源部发布的2011年第30号公告,国务院正式批准页岩气成为中国第172种矿产。按国务院指示精神,考虑页岩气自身特点和中国页岩气勘查开采进展以及国外经验,国土资源部将页岩气按照独立矿种进行管理,引进多种投资主体,制定相关支持政策,推进页岩气勘查开采进程,尽快实现中国页岩气规模开发,有利于缓解中国油气资源短缺,提高天然气供应能力,改变中国能源结构,增加清洁能源供应,形成油气勘探开发新格局。

  我国页岩气十二五规划已初步成型,将在页岩气资源潜力调查评价和页岩气勘探开发布局两方面有所突破,形成以四川、重庆、山西和辽宁为重点的鄂西渝东、川西、川东北、南川等19个页岩气重点勘探开发区域。总体发展目标上,规划提出到2015年基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价,探明页岩气地质储量一万亿立方米,可采储量2000亿立方米,年产量大65亿立方米。

  埃克森美孚最新的长期展望报告显示,由于储量丰富以及清洁能源运动的展开,页岩气将在2025年前取代煤成为美国的主要发电燃料,同时也将成为世界第二大燃料源。一个新兴产业开发前期的风险肯定是有的,页岩气的开发同样如此。但是风险和机遇并存。幸运的是,美国、加拿大等国已经捷足先登,积累了丰富的经验和教训,中国完全可以借鉴和汲取。

  目前,据国内外有关研究部门不完全数据表明,中国的页岩气可采储量达到36.08万亿立方米,占世界第一。最重要的是,页岩气将成为改变世界能源格局的新兴能源,必须未雨绸缪,早日扎实做好勘探、开采、运输、销售等方面的前期准备。笔者认为,技术引进的工作须同步跟进,同时要根据国情如地质结构、开采设备、环保监管等消化引进技术,并逐步形成自己的页岩气开发生产技术,力争尽快实现页岩气商业化,也就是在国务院发布的《页岩气十二五发展规划》提出的,到2015年页岩气产量将达到65亿立方米,到2020年年产量要达到600亿-1000亿立方米的目标。

  我国高度重视页岩气勘探开发

  我国对页岩气资源的勘探开发还处在初级阶段,与美国相差甚远。2009年8月,国土资源部油气资源战略研究中心在重庆市綦江县启动了我国首个页岩气资源勘查项目。同年12月,我国第一口页岩气勘探浅井渝页1井在重庆市彭水县连湖镇顺利完钻,标志着我国正式实施页岩气勘探开发。2010年分三个梯次展开,启动川渝黔鄂页岩气调查先导试验区,在下扬子地区开展页岩气调查和北方地区开展区域页岩气研究,优选有利区、评价资源潜力。2011年3月,我国国民经济发展十二五规划明确,推进页岩气等非常规油气资源开发利用。2011年我国已启动了全国页岩气资源潜力评估及有利目标区优选。

  我国页岩气十二五规划已初步成型,将在页岩气资源潜力调查评价和页岩气勘探开发布局两方面有所突破,形成以四川、重庆、山西和辽宁为重点的鄂西渝东、川西、川东北、南川等19个页岩气重点勘探开发区域。总体发展目标上,规划提出到2015年基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价,探明页岩气地质储量一万亿立方米,可采储量2000亿立方米,年产量大65亿立方米,初步形成符合我国地质特点的页岩气勘探开发核心技术,形成一系列国家级页岩气技术标准和规范。

  2007年,中石油天然气集团公司与美国新田石油公司签署页岩气开发对外合作的第一份协议《威远地区页岩气联合研究》。2009年11月,中国石油与壳牌公司在北京签订《四川盆地富顺永川区块页岩气联合评价协议》,吹响了我国在页岩气这一能源新领域的勘探开发号角。2009年11月,在重庆实施了第一口页岩气战略调查井,得到了良好的页岩气显示。2011年4月1日,中国第一口页岩气水平井威201-H1井在四川省威远县顺利完井,垂直钻井2823米以后又水平钻井1079米,用时仅34天。这口井已成为中国国内第一个水平页岩气钻井。2011年4月,中国石油与道达尔在内蒙古投资20亿美元开发页岩气。2011年9月,随着最后一台压裂车停泵,中国石化首口页岩气水平井建页HF-1井大规模分段压裂施工顺利完成。中石化第一口页岩气井在2010年12月钻至4110米的目标深度,已获页岩气流,目前钻井20口。该公司计划在三年内对南川区块钻井11口,计划投资5.9亿元。中国石油计划十二五末十二五期间可能建立1、2块页岩气试产区,在四川威远、长宁区块建成10亿立方米/年的产能。2011年8月,我国第一口页岩气水平井试采。2011年8月,中国石油和美国油田服务公司互派压裂技术人员培训,缩短与国外压裂技术差距,加快中国石油页岩气开发脚步。据《金融时报》报道,中石油已在四川省内发现页岩气田,并已在四川南部钻探约20口井,采用水力压裂方法,单井日产量超过一万立方米,仍在评估确切资源规模。

  页岩气发展优势明显。资源量丰富,与常规天然气相当。作为独立的矿种,不存在采气权和采矿权的冲突。国土资源部将页岩气列为独立矿种,鼓励多种投资主体进入页岩气勘探开发领域,今后将有更多的页岩气区块面向社会各种符合条件的经济实体招标出让。遵循美国的经验,非常规气尤其是页岩气的开发应更多向市场开放,鼓励各种新技术的应用和创新。从这一点上看,比较适合有实力的民营企业进入。国土资源部对页岩气的开发目标是:在2020年实现年产能150-300亿立方米。该产能是中石油目前所有非常规能源产量的150-300倍。这意味着未来5-10年将是页岩气发展的黄金时代。

  中国政府对中国页岩气勘探给予了高度重视。2009年,中国与美国签署《中美关于在页岩气领域开展合作的谅解备忘录》,国土资源部设立了全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选重大专项;2010年中国与美国制订并签署了《美国国务院和中国国家发展改革委员会及能源局关于中美页岩气资源工作行动计划》、成立国家能源页岩气研发(实验)中心;2011年科技部在油气重大专项中设立《页岩气勘探开发关键技术》项目,国家发展和改革委员会等多部委联合编制了中国页岩气十二五勘探开发规划。

  目前,中国已在陆上广泛开展页岩气前期地质评价和勘探开发先导试验,初步明确了上扬子区古生界海相富有机质页岩为中国陆上页岩气勘探最有利领域。据不完全统计,中国在陆上四川、鄂尔多斯、渤海湾、沁水、泌阳等盆地,云南昭通、贵州大方、建南、铜仁等地区开展了页岩气钻探与水力压裂试气,完钻页岩气井35口,水力压裂试气井14,获工业气(油)流井11口,初产超过1104m3/d气井七口。四川盆地、云南昭通实现了古生界海相页岩气的突破;四川盆地、鄂尔多斯盆地陆相页岩气见到良好显示;泌阳盆地陆相页岩油勘探也取得了进展。

  继2011年6月页岩气探矿权首次招标之后,2012年9月10日我国又启动了第二轮招标,目前已有近百家企业领取了招标文件,除中石油、中石化等大型国企外,其中不乏较有实力的民企,还有中方控股的外资企业。而上次招标的只有两个省的四个区块,此次上升到八个省20个区块,且投资额度有了新的要求,第一次要求每1000平方公里至少打两口井,每平方公里投资不少于两万元;第二次则要求每500平方公里至少打两口井,每平方公里投资不少于三万元。

(来源:未知)

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