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中国页岩气:从“一片空白”到“一抹亮色”

2018-07-31 13:33:55 光明网

页岩气革命风起云涌

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中,以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气。泥页岩是一种以黏土矿物为主的沉积岩,有的容易分离成薄片,即为页岩;有的比较均一,不容易分离成薄片,即为泥岩。泥页岩颜色多样,有红、紫、褐黄、灰绿、灰黑、黑色等,其中灰黑、黑色泥页岩一般为富有机质泥页岩,能生成大量天然气,就是我们常说的页岩气,其成分以甲烷为主,是清洁、高效的能源。

中国地质科学院地质力学研究所研究员、能源地质研究室主任王宗秀指出,页岩气具有4个特点:一是成藏时间早。富有机质泥页岩在一系列地质作用下生成大量烃类,聚集形成页岩气藏,其形成时间在所有类型的油气藏中是最早的。二是分布面积广。富有机质页岩具有分布面积广、单层厚度大、横向变化连续性强的特点,其形成的页岩气田规模也相应非常大。三是储集空间微小。组成泥页岩的粘土矿物颗粒微小,其中的孔隙、裂缝就更小,为纳米级,导致孔隙、裂缝中的天然气不易开采。随着技术的进步,通过实施水平井及多井段压裂在泥页岩层中大规模制造人工裂缝,开采页岩气才具有商业价值。四是生产长期稳定。由于页岩气层分布范围广、厚度大,且普遍含气,使页岩气井能够长期稳定地生产,一般开采寿命为30年到50年。

页岩气与常规天然气的开采不同,后者通过钻探的气井,直接流出即可达到商业利用价值;而前者没有天然逸出通道,只有通过压裂等特殊人工手段,建成气流“高速路”才能获得高产。这使得页岩气的开采面临更大的技术难度和更高成本。美国是全球页岩气开采的先驱也是最成功的国家。早在1821年,美国纽约州弗里多尼亚天然气矿井中首次开采出页岩气。在此后近200年开采历史中,美国进行了两项关键开采技术创新:一是上世纪30年代,把水平钻探技术应用于页岩气开采;二是从上世纪四五十年代开始,把压裂改造增产技术特别是分段压裂和减阻水压裂等应用于页岩气开采,并成为该领域最经典、最常用的技术,推动美国页岩气开采量节节攀升,掀起了世界能源史上的美国“页岩气革命”。

据王宗秀介绍,1980年,美国页岩气年产量达到10亿立方米;2000年,超过236亿立方米;2015年,激增到4300亿立方米,占美国天然气总产量的比例超过56%。2017年,美国页岩气产量再创新高,约4620亿立方米。美国“页岩气革命”不仅深刻改变了国际能源格局而且向其他国家扩散,加拿大紧随美国之后,成为第二个商业开发页岩气的国家,2008年,产量为10亿立方米;2015年,大幅提升到350亿立方米。阿根廷近年来加大了本国页岩气开发力度,2012年该国乌内肯盆地页岩气日产量达到12.7万立方米。此外,澳大利亚、墨西哥等国也进行了页岩气勘探并进行了小规模开采。

“涪陵速度”折射中国干劲

与美国长达200年的页岩气开采历史相比,中国在此领域无疑显得太过年轻,是地道的新手。中国地质调查局地学文献中心田黔宁教授指出,中国从上世纪90年代开始研究页岩气,到进行商业化开采之前,大体上经历了3个阶段。

一是跟踪研究阶段。主要是针对北美页岩气开发的发展状况,进行动态跟踪与评价,在研究北美页岩气发展历程的基础上,总结页岩气赋存特征、北美产气页岩地质特征、开采技术等各种要素。二是对国内页岩气基础研究阶段。在研究美国页岩气开发理论和技术的基础上,开展国内页岩气研究,初步评估中国页岩气资源潜力和有利区。对中国南方和大致相当于云贵川区域的上扬子区开展了页岩气潜力评价,并进行了有利勘探开发目标选择;引进美国公司进行四川内江威远地区页岩气潜力评价。三是在有利区域页岩气先导试验区优选阶段,分层次地开展全国页岩气资源战略调查,确定重庆为页岩气资源战略调查先导试验区主体,为早日实现中国页岩气产业化创造条件。

在以上3个阶段,中国进行了一系列钻探研究。2008年11月26日,中国首口页岩气取芯浅井在四川省宜宾市顺利完钻,获得大量岩矿样品、页岩吸附气样品。一年多后,中国第一口页岩气直井“威201井”在四川省威远县开钻。2010年7月,该井压裂改造成功获得工业气流,证实了威远地区页岩层富含天然气,表明以四川盆地威远地区为代表的中国南方下古生界页岩气具有广阔勘探开发前景,为页岩气实现规模效益开发提供了重要依据。2011年7月,在距离“威201井”2公里处,中国第一口页岩气水平井“威201—H1井”压裂成功,此次施工创造国内页岩气水平井压裂段数最多、泵注压力最高、施工排量最大、连续施工时间最长等多项纪录。2012年5月,另一口页岩气水平井在陕西延长石油集团页岩气工作现场压裂成功,此前,延长石油在鄂尔多斯盆地打成中国第一口陆相页岩气井并成功压裂产气,证实中国存在陆相页岩气。

2012年初,页岩气被列为单独矿种,大大推动了中国页岩气规模化、产业化进程。2012年11月,中石化在位于重庆涪陵的“焦页1HF井”钻获高产页岩气流。此后不到两个月,“焦页1HF井”正式投产外销,不仅实现了当年开发、当年投产、当年见效,而且成为中国第一口实现商业开发的页岩气井,拉开了涪陵页岩气田和中国页岩气商业开发的序幕。2013年9月,国家批准设立重庆涪陵国家级页岩气示范区。2014年5月,示范区已开钻页岩气井82口,完钻47口,成功投产27口,平均单井日产气11万立方米以上。自2015年起,涪陵—王场输气管道与川气东送管道实现互联互通,涪陵页岩气通过川气东送管道,输往华中、华东等地,为长江经济带发展提供清洁能源,惠及沿线6省2亿多居民。

今年3月26日,涪陵页岩气田如期建成100亿立方米年产能,成为全球除北美之外最大的页岩气田,相当于建成一个千万吨级的大油田。短短几年间,涪陵就发展成为举足轻重的国家能源基地,跑出了举世瞩目的页岩气“涪陵速度”。

可以预期,今年中国页岩气产量将在2017年91亿立方米基础上获得大幅增长,继续保持第三名位置。而从储量来看,根据自然资源部近期发布的信息,中国页岩气累计探明地质储量已超1万亿立方米;根据联合国贸易和发展会议发布的一份报告,中国页岩气总储量高达31.6万亿立方米,居全球第一。

自主创新催生能源变革

虽然开采量与美国、加拿大的相比还有很大距离,但是中国页岩气已经在短时间内实现了巨大跨越,而背后的支撑因素在很大程度上就是科技创新。

就页岩气自然禀赋而言,中国虽然总储量很大,但是开采难度更高,这就决定了中国页岩气开采不可能复制美国和加拿大模式,必须坚定地走自主创新之路。

北美地区地质背景好,页岩气藏构造条件较为简单,结构平缓、储层面积大、厚度大且连续分布。储层地表主要以平原为主,交通运输、钻探开采、设备安装都十分方便。

中国地质条件复杂得多,页岩大多分布在年代更老的地层,断层和褶皱构造相对活跃,页岩气聚集规律更为复杂、储层厚度不大。而中国页岩气资源多分布在川、黔、渝等地区,人口稠密,地势较高,地质灾害多发,交通运输、设备安装和钻探开采都极为困难。

面对困难,中国多年来持续加大科技攻关力度。在国家层面,设立了国家能源页岩气研发(实验)中心,在“大型油气田及煤层气开发”国家科技重大专项中设立“页岩气勘探开发关键技术”研究项目,在国家重点基础研究发展计划(“973”计划)中设立“南方古生界页岩气赋存富集机理和资源潜力评价”和“南方海相页岩气高效开发的基础研究”等项目,广泛开展各领域技术探索。在开发企业层面,中国石化、中国石油等加强各层次联合攻关,在山地小型井工厂、优快钻完井、压裂改造等方面进行技术创新,并研制了3000型压裂车等一批具有自主知识产权的装备,不仅完成了关键开发装备的进口替代,而且打入国际市场。到“十二五”结束,中国已基本掌握3500米以内浅海相页岩气勘探开发主体技术,有效支撑了页岩气产业健康快速发展。

根据2016年9月国家能源局印发的页岩气发展规划(2016-2020年),到2020年,力争实现页岩气产量300亿立方米;到2030年,实现页岩气产量800亿-1000亿立方米。要完成上述宏大的目标必须继续推进页岩气科技创新。“十三五”开局以来,中国在页岩气领域又实现了一系列关键创新。例如在压裂方面,国产4500马力电驱动压裂泵系统研制成功并在实践中接受考验。

今年初,4500马力电驱动压裂泵系统取代传统3000型压裂车投入实战,该系统采用了交直交变频传动系统和全数字变频多相控制技术,并将目前最先进的通讯网络技术与之结合,实现了远程操作与智能化控制,不仅将压裂效率提升至1.5倍,而且使用寿命更长、过载能力更强,标志着中国页岩气开采核心技术装备在电动化、绿色智能方面再次实现跨越。这为突破页岩气开发国外技术壁垒,有效降低单井开发成本,进一步推动商业化进程开辟了道路。



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责任编辑: 张秀秀

标签: 页岩油气 发展

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