从页岩气热分析 中国非常规油气的发展道路

从页岩气热分析 中国非常规油气的发展道路 中国石化石油勘探开发研究院 张抗 编者按：近一段时间，页岩气开发利用的利好消息接踵而至2011 年 12 月底，由 国家发改委、商务部联合下发外商投资产业指导目录(2011 年修订) ，页岩气的勘探和开 发(限于合资、合作)被列入鼓励类；2012 年 2 月 12 日召开的全国地质调查工作会议上，国 土资源部公布页岩气已正式成为中国第 172 种矿产；3 月 1 日，国土资源部发布全国页 岩气资源潜力调查评价及有利区优选成果在各种有利政策的支持下，页岩气话题再 度升温，但我国页岩气的开发还处于初级阶段，存在众多难以解决的问题。 他山之石 1国外致密油气居非常规气之首 致密油气，严格说应称为致密储层油气，指因储层致密孔、渗性差而低产难采，故可 属非常规者。目前，美国商业性开发的非常规气包括致密气、煤层气、页岩气三种。2000 年，致密气约占美国非常规气产量的 70%；2010 年尽管煤层气，特别是页岩气产量急剧升 高，致密气也仍占了 48.8%。据统计， 2009 年全球致密气占非常规气产量的 80%，该年除 美国外尚无页岩气商业开发，煤层气产量也不大。显然，致密气产量亦占全球非常规气首 位。依托致密气这个主体，非常规气产量(约 5200 亿立方米 )占全球气产量约 17%。 应注意到致密储层中亦蕴藏着大量石油，它在美国石油产量中也占重要地位。据统计， 在其年产量达 5 亿吨 的 20 世纪 70 年代中期，单井日产小于 0.5 吨的油井占生产井总数约 70%，占总产量约 15%。在其他非常规油生产尚未兴起时，这些低产井大部分生产的是致 密油，低产却相对稳产。可以说美国致密油是其长期保持产油大国地位的重要支柱之一。 对非常规油气的重视进一步推动了致密油的勘探，据报道，全球近 5 年新发现了 68 亿吨 的致密油。从全球看，除美、中、加、委内瑞拉等少数国家外，主要产油国仍倾力于高利 润的常规油开发，据统计 2008 年全球非常规油产量约 6.2 亿吨，约占石油总产量的 15%， 但以加拿大油砂油和委内瑞拉重油为其主体，致密油产量约 2.2 亿吨、占全球产量 5.6%。 号称油气资源大国的俄罗斯近年在西西伯利亚新探明油气储量中致密油气亦占 50%以 上，在老油气区更成为最主要的后备资源。近年加拿大在致密气勘探上取得重大进展，其 排名前 3 位的大气田都属致密气，其探明(可采) 储量可达 1.9 万亿立方米。 2美国从页岩气到页岩油的演变 由于气的流动性明显比油大，在同等技术条件下气更易被采出，因而在向非常规领域 开拓时首先指向页岩气。美国页岩气的快速发展导致市场出现供大于求，气价大幅度降低。 2008 年美国 Henry Hub 中心的标准气价为每百万英热单位 12 美元左右，2011 年以来仅约 4 美元左右，2011 年底曾降至 2.98 美元。过低的气价（特别是同一油当量气价与油价的差 距较大）压抑了页岩气生产者的积极性，却大为鼓励了有同样地质条件和类似技术要求的 页岩油开采。与页岩气开采使美国天然气产量明显回升类似，稍滞后一点时间，页岩油的 投入生产也改变了自 1970 年以来美国石油持续减产的趋势，使其开始回升。以未开发页岩 油的 20012005 年的 5 年计，美国石油平均年增率为-2.34%；而由于页岩油的投产， 20092010 两年的石油平均年增率为 5.63%；相对于同期世界石油产量有所减少的趋势， 美国成为石油增产最显著的国家之一。 页岩油的开发与页岩气、煤层气开发类似，需钻大量的井。与美页岩油的产量激增相 应的是石油钻井量的大增，达到几十年来的峰值。继页岩气开发高潮之后，页岩油的快速 上产使美国对油气的投资持续增长，过去大量涌向国外的油气投资也开始向国内回流。美 国巴克莱资本(咨询)公司预计， 一反过去美国油气上游投资增长长期低于世界增长率的局 面，2012 年美油气上游投资增长 11%，而该年世界增长率为 10%。除 Barnett 页岩外，目 前美国页岩油开发进展最大的是 Bakken 和 Eagle Fort 两套页岩层系。据报道，Bakken 页 岩油产量 2006 年约为 500 万吨，2010 年已近 2000 万吨，计划到 2015 年达 4000 万吨。随 生产规模扩大和技术改进，其生产成本也快速降低，2006 年每桶为 34.45 美元，2009 年降 到 11.16 美元。在国际油价高达每桶百美元左右时，其利润是相当高的。 据剑桥能源咨询公司等机构的预测，2015 和 2020 年美页岩油产量可望分别达到每天 200 万桶和 300 万桶，分别相当于页岩油未大力开发前 2008 年美石油产量的 29.2%和 44.6%， 分别相当于 2010 年美从中东进口原油量（每天 172.9 万桶） 的 115.7%和 173.5%。考虑到 美国同时还在加强致密油的开发，加大以气代油、以新能源(特别是第二代生物乙醇、太阳 能、风能等)代油，可以认为美国在近期 “剪断中东石油进口的脐带” 、在 2030 年石油和能 源基本自给等有实现的可能性。 全球非常规石油资源目前认识差异较大。中国石油勘探开发研究院邹才能教授等指出， 全球非常规石油（可采） 资源量为 4495 亿吨，其中页岩油 2770 亿吨；世界能源理事会 （2010）估计，截至 2008 年末，世界非常规石油(地质) 资源量达 1.4 万亿吨，其中页岩油 为 6893 亿吨；而据美国地质调查局（USGS） 2007 年评价结果，世界非常规石油(地质) 资 源总量为 1.6 万亿吨，其中页岩油资源量 4090 亿吨。虽然数据有差异，但一致显示非常规 油潜力巨大且其中页岩油占重要地位。 中国脚印 1致密油气 为其他非常规资源利用奠定技术基础 在生产上，致密油气和重(稠) 油在我国己被列入常规油气，人们已约定俗成的把目前 可以进行生产的非常规气限定于煤层气和页岩气了。因而在国内外对比中应注意不要把中 国煤层气和页岩气产量之和直接与美国的非常规气对应（美国的非常规气包含致密气、煤 层气和页岩气） ，这会造成误导。 从石油资源累计探明储量上看，到 2003 年中国致密油已占 30.9%，近年来新探明储量 中致密油的比例明显增大，估计目前累计探明储量中致密油可能占 35%左右，由于这类油 储量的动用率较低，在剩余可采储量中它可能占 40%以上，如在中石化胜利油田目前未动 用储量中致密油占 45%。 我国陆上 7 个主要盆地上中，致密气资源量预测为 9 万亿12 万亿立方米，以中值计 占 7 盆地预测气资源量的 49%。笔者进而预测全国待发现天然地质资源量中致密气比例可 达 60%左右。显然，致密油气在中国已占相当重要的地位。 在非常规油气开发技术中最关键、最通用的是水平井和压裂两大套技术系列。我国致 密油气开发的成功表明在这些方面已达到国际先进水平，其中一些通用设备和材料(如压裂 液中不可或缺的支撑剂陶粒)已在国际市场上占有相当的份额。这就为同样非常规、低孔渗、 低产储层的煤层气、页岩油气的勘探开发奠定了基础。 2 煤层气“软环境”是发展关键 上世纪后期美国煤层气开发的成功带动了全球对这种非常规资源的探索。中国在 1990 年代初已打出第一个煤层气井组并获得工业性煤层气流，应该说起步并不晚。此后成立了 专门的煤层气公司，国家在政策上给予优惠并提出高瓦斯煤田必须先采气后产煤的要求， 在“十一五”发展规划中也设定出相应的指标。但 2010 年煤层气实际产量和利用率都远低 于“十一五”发展规划要求。按“十二五”规划要求，2015 年产量为地面抽采 160 亿立方 米、矿井排采 140 亿立方米、共计 300 立方米，利用率分别为 100%和 60%。这里面有两 个问题：第一，矿井排采的煤层气(瓦斯) 甲烷浓度低、差别大，难以与几乎为纯甲烷的地 面井采煤层气直接相加，应折算成标准煤层气体积后再相加；第二，对煤层气利用率(特别 是正规统计中要求的商品率)近期内不应规定太高。地面井在较长期的排水试采过程中和初 期下游不配套情况下必有相当大的放空量。而矿山排采的低浓度瓦斯一般适于就近民用， 但在煤炭便宜方便时矿山和附近用户都无再建管线利用气的要求，如作动力或发电需特殊 专用电机、在已有电力供应时矿山亦无此积极性。至于“十二五”规划中瓦斯发电装机容 量超过 285 万 kW 的要求，更需落实相应的补贴和优惠的入电网政策。显然，欲实现“十 二五”规划煤层气产量（应理解为可供消费的商品气量）210 亿立方米的要求，必须针对 已长期存在的阻滞煤层气发展的因素采取有效措施才有实现的可能。 我国有丰富的煤资源，也有巨大的煤层气蕴藏，在开采技术方面也有相当雄厚的基础。 问题在于近 30 年来我国投入煤层气的资金及相应的钻井数量太少，形成这种局面的根本原 因是市场机制的缺失。可供煤层气勘探开发的区块已被少数石油和煤矿公司占有，他们处 于保障油气和煤炭生产指标的重压下，无心也无力投入风险大、利润低的非常规新领域的 开拓。这些公司“跑马圈地”但长期不去勘探开发，想要进行此工作的其他公司却苦于无 施展机会，这从根本上制约着我国煤层气的发展。此外，融资的困难、提供勘探开发的服 务市场缺乏，乃至开采出的煤层气进入天然气管网的困难等，使之难于出现美国非常规油 气中的大量公司(特别是中小公司 )活跃投资的蓬勃发展局面。显然，其发展滞后的关键不 在“硬条件”(资源、技术)，而在“软环境” ，而后者又决定于国家经济体制的进一步改革。 煤层气如此，页岩油气也基本如此。 3页岩油气 开发刚刚起步 受美国页岩气发展成果的启发，中国在近两年非常注意这个新事物而逐步形成“页岩 气热” 。由于倡导者对页岩油气的共/伴生机理宣传不够，多数国人对页岩油却感生疏。我 国勘探者早就在工作中发现，烃源岩中亦有油显示、产出，个别还具有商业价值，如在江 汉潜北、松辽古龙、柴达木油泉子和南翼山等所见。但投入小规模开发的仅为页岩的裂缝 性油藏。2011 年中石油辽河油田在其西部坳陷曙古 165 预探井古近系大套泥岩段中发现裂 缝富油显示，在页岩油思路的指导下遂决定提前完钻对其试油，放喷获日产 24 立方米的油 流，依托新的三维地震资料圈定 50km2 的可能含油面积。但严格地说，上述裂缝性油气藏 与一般意义上的页岩油气还是分属不同类型。 可喜的是，在中国第一批页岩气探索井进行的同时，少量以页岩油为目的预探井已实 施。 2009 年中石化河南油田率先在泌阳凹陷古近系布署专探页岩油的安深 1 井，2010 年 1 月在井深 24502510m 页岩层中实施大型压裂，获最高达日产 4.68 立方米的工业油流。 其后布署第一口页岩油水平井泌页 HF-1，并在 2012 年 2 月实施了 15 段压裂。初步估算， 该凹陷页岩油气资源量为 5.4 亿吨 油当量。 目前我国已完成了对页岩气的第一轮资源评价。应在进一步研究美国页岩油开发进展 和总结中国页岩气资评经验，在获得一批实验分析和钻井测试数据后，进行页岩油资源评 价。中国的富含有机页岩(烃源岩 )有许多处在成熟度适中的环境中，会有相当数量的黑油 和凝析油得以保存。显然，与巨大的页岩气前景类似，中国亦有良好的页岩油前景。目前， 有人初步估算中国页岩油可采资源量超过 100 亿吨。 理性发展 1大力倡导综合勘探、开发、利用 注意到页岩气和页岩油的密切关系，注意到页岩层系中往往含有煤层、煤层气，笔者 在中国刚开始页岩气评价时就呼吁要重视其综合勘探开发。进一步说，页岩层系内和其上 下也还有致密、非致密气储层，常规和非常规油气间并无严格界线且多有共生关系。他们 在同一含油气系统内的密切关系，使他们在同一地质体内有规律的共生和/或伴生。客观地 质规律明确地向我们提出非常规油气之间以及他们与常规油气之间的综合勘探开发的问题。 显然，把油气作为统一的烃类资源，因地制宜的综合勘探、开发对油气企业来说是有利其 快速发展、降低成本、提高效益的“康庄大道” 。对社会来说，综合利用，互相补充可更充 分地发挥不同资源的优势、更好地保障能源资源供应。 广而言之，综合勘探开发还存于油气与煤、盐类(特别是我国缺乏的钾盐类) 、铝土矿、 沉积铀矿等的关系上。目前一些企业已对其综合利用，发展综合化工。 进行不同矿种、不同资源间的综合勘探开发的首要难题在于矿权管理上的配合和促进。 前面讨论的煤层气发展中的问题充分显示出解决这一问题的重要性；油气区块与沉积铀矿 勘探区的重叠也带来许多麻烦，这也就显示出改革管理办法和经济体制的迫切性。可以说， 没有管理的到位和政策的优惠，就无从谈及煤层气、页岩油气等的发展；不进行经济体制 的改革，能源安全和结构改善的目标都难以实现。这不仅需要“顶层设计”的决心，也需 要通过“示范区”的试点摸索经验。 2首先