李楊森　李震　慕珂

【摘 要】傳統(tǒng)化石能源預(yù)計(jì)將在四五十年后耗盡，對于新型能源的研究、開發(fā)刻不容緩。美國對于頁巖氣的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)行了80余年，成功地將天然氣儲(chǔ)量增加了近40%。頁巖氣已經(jīng)成為美國重要的能源保障。而我國的頁巖氣資源雖然總量巨大，但勘探開發(fā)才剛剛起步，核心技術(shù)尚未攻破，工業(yè)化生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)。推動(dòng)頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對于改善我國的能源結(jié)構(gòu)，由高污染、高耗能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝?、清潔型，保障能源安全，減少能源的對外依靠，降低能源進(jìn)口量具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】頁巖氣；儲(chǔ)量分布；開發(fā)利用

中圖分類號： F426.22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0212-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.099

Exploitation and utilization of shale gas in China

LI Yang-sen LI Zhen MU Ke

（School of Earth Science and Information Physics， Central South University， Changsha， Hunan 410012， China）

【Abstract】Traditional fossil energy is predicted to be depleted after forty or fifty years. It is urgent to research and develop new energy. The United States has been in the development of shale gas for more than 80 years. The gas reserves increased by nearly 40%， Shale gas has become an important U.S. energy security. The shale gas resources in China are huge， but the exploration and development is just beginning. The core technology has not been breached and the industrialized production is difficult to realize. To promote the development of shale gas industry， it is of great significance to improve our energy structure， change from high pollution and high energy consumption to high efficiency， clean type， ensure energy security， reduce energy external reliance and reduce energy import quantity.

【Key words】Shale gas； Reserve and distribution； Exploitation and utilization

0 前言

頁巖氣是指儲(chǔ)藏在有機(jī)質(zhì)頁巖中的非常規(guī)天然氣，主要以游離氣和吸附氣的形式存在。由于頁巖孔隙度和滲透率低，頁巖氣基本未發(fā)生位移。頁巖既是頁巖氣的產(chǎn)氣源，又聚集和保存頁巖氣。頁巖氣儲(chǔ)藏的特點(diǎn)為：面積廣、厚度大、產(chǎn)氣量穩(wěn)定，這使其成為未來能源開發(fā)的熱點(diǎn)。含氣頁巖分為海相和陸相兩種類型。海相頁巖形成于臺(tái)地和陸棚環(huán)境中，有機(jī)質(zhì)含量豐富，地質(zhì)環(huán)境封閉，形成速率較快。陸相頁巖形成于湖泊沉積環(huán)境中。

1 中國的儲(chǔ)量、分布、開發(fā)情況

全國頁巖氣資源潛力的調(diào)查顯示，中國頁巖氣的技術(shù)可采儲(chǔ)量達(dá)25.08×1012m3，具有極大的開采前景。中國的頁巖氣發(fā)展?jié)摿薮?，但相關(guān)產(chǎn)業(yè)卻仍處于起步階段。由于四川盆地頁巖廣泛發(fā)育，分布面積廣，沉積厚度大，有機(jī)質(zhì)含量高的特點(diǎn)。在四川盆地焦石壩、長寧等局部地區(qū)初步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，但2015年的產(chǎn)量僅為65×108m3

2 頁巖氣開發(fā)

頁巖氣的開采需要經(jīng)歷三個(gè)過程：①裂縫中的游離氣先被開采，效率較高但持續(xù)時(shí)間短；②基質(zhì)中和微裂縫中的游離氣被開采，開采速率下降；③吸附氣的釋放開采。

在不同蘊(yùn)藏條件下的頁巖游離氣和吸附氣比例會(huì)不同。頁巖氣的蘊(yùn)藏條件包含三個(gè)方面：埋深、壓力和溫度。埋深對于開發(fā)成本有極大的影響，隨著埋深的增加，開發(fā)成本大幅度增加。行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為埋深超過5000米的儲(chǔ)藏區(qū)不具有開發(fā)價(jià)值。壓力對頁巖氣的成因有影響，地層壓力較低的頁巖氣主要由于厭氧細(xì)菌的甲烷生成效應(yīng)形成，屬于生物成因；而在地壓較高時(shí)，有機(jī)質(zhì)經(jīng)過熱降解和熱裂解作用形成，屬于熱成因氣。而溫度則會(huì)影響到頁巖氣的賦存形式，隨著溫度升高，吸附氣比例減少，游離氣比例升高。

中國的頁巖氣儲(chǔ)藏層斷層發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜、埋深較深，條件復(fù)雜，開采難度較大。頁巖的滲透率和孔隙度低，通常孔隙度小于10%，滲透率為10-8～10-4，不便于開采。只有頁巖氣開采技術(shù)得到提高，才能降低開采成本，使頁巖氣大規(guī)模開采成為可能。水力壓裂和水平井技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了頁巖氣的工業(yè)開采。

2.1 水力壓裂技術(shù)及水平井技術(shù)

水力壓裂是指通過高壓泵，將壓裂液壓入井中，液體高壓超過井壁巖石所能承載的壓力后，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。然后在裂縫中注入含有支撐劑的混砂液，對裂縫產(chǎn)生支撐作用。使得裂縫穩(wěn)定存在，從而形成頁巖氣釋放和傳輸?shù)耐ǖ?。壓裂液在水力壓裂中作用極其重要，它不僅要傳遞壓力，形成和延伸裂縫，還必須能攜帶傳輸支撐劑。對于穩(wěn)定性不佳的地層，還必須輔以氣體或泡沫。

同步壓裂、拉鏈?zhǔn)綁毫训刃滦蛪毫鸭夹g(shù)正在實(shí)驗(yàn)與研究當(dāng)中，其原理為通過設(shè)計(jì)增加井與井、段與段之間的應(yīng)力干擾，形成交錯(cuò)縱橫的立體裂隙網(wǎng)，提高頁巖氣通道形成效果與維持時(shí)間。長寧、威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖氣開發(fā)平臺(tái)，采用同步—拉鏈復(fù)合壓裂模式，將壓裂效率提高了近兩倍。

水平井使得井筒與儲(chǔ)氣層的接觸面積大大增加，擴(kuò)大產(chǎn)氣通道，提高產(chǎn)量。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，水平井的成本一般為豎直井的2～3倍，但其產(chǎn)量卻是豎直井的15～20倍。井身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鉆井工藝是水平井的關(guān)鍵。頁巖地層裂隙發(fā)育、受力狀況差，需要合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高效、快速和穩(wěn)定的鉆井工藝在產(chǎn)量最大化的同時(shí)須保證生產(chǎn)安全。

2.3 可持續(xù)開發(fā)

頁巖氣開發(fā)在傳統(tǒng)的模式當(dāng)中，為了在最短時(shí)間內(nèi)收回成本，采用的都是無阻暢噴。即壓裂后任由地層釋放頁巖氣，而不對其進(jìn)行控制。但對于頁巖氣資源的長久持續(xù)開發(fā)是不利的，控壓限產(chǎn)目前正在成為頁巖開發(fā)中重要的發(fā)展規(guī)劃。按一定的速率，保持一定的產(chǎn)量，對于延長頁巖氣開發(fā)周期，提高最終可采儲(chǔ)量有重要的作用。同時(shí)對于國家能源戰(zhàn)略格局的布置和維持安全能源儲(chǔ)備具有重大意義。

3 開發(fā)過程中的問題

頁巖氣開發(fā)過程中的水污染、大氣污染、甲烷逸散排放是不可避免的問題。我國的頁巖氣分布除塔里木和準(zhǔn)格爾區(qū)域外，主要分布于人口密集的區(qū)域，如四川、重慶。改善頁巖氣儲(chǔ)層的壓裂液主要成分為水，同時(shí)還需要使用十余種化學(xué)添加劑。且目前的作業(yè)區(qū)塊多是典型的喀斯特地貌，地下溶洞、水系密集，壓裂液難以返排，必須考慮到其對地下水的影響。開發(fā)過程中排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物、甲烷和硫化氫對大氣的影響也尚未明確。

4 相關(guān)政策及監(jiān)管體系

中國頁巖氣開發(fā)條件的復(fù)雜性，導(dǎo)致其開發(fā)難度大，技術(shù)要求高，開發(fā)成本居高不下。涪陵頁巖氣田單井綜合費(fèi)用平均為7000～8500萬元，長寧頁巖氣田單井綜合費(fèi)用平均為6500～7500萬元.目前仍處于投入階段，產(chǎn)出較少，經(jīng)濟(jì)效益低甚至沒有。

對于新興頁巖氣產(chǎn)業(yè)，必須依托于政府的優(yōu)惠政策才能得以迅速發(fā)展。由政府牽頭，促進(jìn)民營資本的進(jìn)入。中央財(cái)政對頁巖氣開采企業(yè)給予補(bǔ)貼，其中：2016—2018年的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.3元/立方米；2019—2020年補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.2元/立方米。財(cái)政部、國家能源局也將根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、成本變化等因素適時(shí)調(diào)整補(bǔ)貼政策。同時(shí)對對頁巖氣開采企業(yè)減免礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)、礦權(quán)使用費(fèi)，研究出臺(tái)資源稅、增值稅、所得稅等稅收激勵(lì)政策。同時(shí)頁巖氣勘探開發(fā)等鼓勵(lì)類項(xiàng)目項(xiàng)下進(jìn)口的國內(nèi)不能生產(chǎn)的自用設(shè)備（包括隨設(shè)備進(jìn)口的技術(shù)），按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定免征關(guān)稅。

我國目前的頁巖氣開發(fā)存在多頭管理的監(jiān)管體制，國家發(fā)改委負(fù)責(zé)油氣定價(jià)，國家能源局負(fù)責(zé)油氣資源的發(fā)展規(guī)劃和政策的制定，國土資源局負(fù)責(zé)油氣資源的礦權(quán)管理和油氣勘探開發(fā)的監(jiān)督管理，財(cái)政部和國家稅務(wù)總局負(fù)責(zé)制定相關(guān)稅收政策和油氣項(xiàng)目的投資管理，環(huán)境保護(hù)部負(fù)責(zé)制定油氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和政策。這種分割管理的模式使得頁巖氣的發(fā)展規(guī)劃、管理和監(jiān)管過于分散，失去協(xié)調(diào)。

5 結(jié)論

對于中國目前的頁巖氣開發(fā)來說，技術(shù)、資料、經(jīng)驗(yàn)的不足導(dǎo)致開發(fā)難度大、成本高、效率低，但作為未來能源格局中重要的一環(huán)，頁巖氣的開發(fā)利用刻不容緩。政府應(yīng)當(dāng)給予頁巖氣開發(fā)更多相關(guān)政策、稅收及補(bǔ)貼福利，以促進(jìn)頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國在頁巖氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展上還任重而道遠(yuǎn)。

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