有效開發(fā)中國頁巖氣

摘 要

摘要：目前中國正在形成頁巖氣開發(fā)熱潮，為科學看待頁巖氣開發(fā)，分析了美國頁巖氣發(fā)展的有利因素及中國發(fā)展頁巖氣的條件，從資源、技術(shù)、政策等方面將中美兩國頁巖氣開發(fā)條件進行了
摘要：目前中國正在形成頁巖氣開發(fā)熱潮，為科學看待頁巖氣開發(fā)，分析了美國頁巖氣發(fā)展的有利因素及中國發(fā)展頁巖氣的條件，從資源、技術(shù)、政策等方面將中美兩國頁巖氣開發(fā)條件進行了對比。結(jié)果認為，除資源基礎(chǔ)外，中國在自然條件、氣藏埋深、開發(fā)技術(shù)、管網(wǎng)輸送及政策等方面與美國差距都較大；參照國內(nèi)煤層氣及低滲透砂巖氣田開發(fā)參數(shù)進行經(jīng)濟評價，在目前國內(nèi)氣價條件下，頁巖氣開發(fā)暫無經(jīng)濟效益。為實現(xiàn)中國頁巖氣的規(guī)模有效開發(fā)，提出如下建議：①開展資源評價，制定相關(guān)標準；②擴大對外合作，積極引進技術(shù)；③制定優(yōu)惠政策，鼓勵頁巖氣開發(fā)。
關(guān)鍵詞：頁巖氣；開發(fā)；美國；中國；對比；經(jīng)濟評價；建議
    隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展及低碳經(jīng)濟的要求，天然氣消費需求量將越來越大，作為常規(guī)天然氣的重要補充，頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)天然氣的開發(fā)將會更加受到重視。從美國頁巖氣快速發(fā)展的歷程來看，未來中國頁巖氣也會得到較快發(fā)展。針對未來中國頁巖氣的發(fā)展前景，筆者提出自己的一些看法和建議。
1 美國頁巖氣開發(fā)改變了北美供氣格局
1.1 美國頁巖氣開發(fā)歷史背景
    從世界范圍看，頁巖氣資源巨大，資源量約456×1012m3，相當于常規(guī)天然氣的1.4倍，主要分布在北美、中亞、中國及中東、北非等(據(jù)IHS2005)。
    世界頁巖氣資源研究和勘探開發(fā)最早始于美國。美國于19世紀30年代開始對頁巖氣進行研究和鉆探，但直到1980年美國政府實施了非常規(guī)燃料免稅政策后，頁巖氣才得到廣泛的商業(yè)性開采，特別是1981年Mitchell能源公司在得克薩斯州北部Fort Worth盆地Barnett頁巖的成功鉆探，再一次引起了人們對頁巖氣的興趣，但由于技術(shù)等原因，1989年美國僅產(chǎn)頁巖氣42×108m3。
    到20世紀90年代，在政策、價格和技術(shù)進步等因素的推動下，美國頁巖氣產(chǎn)量增速加快，特別是2003年采用水平井開發(fā)技術(shù)后，頁巖氣產(chǎn)量大幅增長，當年達到200×108m3。在美國參與頁巖氣開發(fā)的石油公司，也從2005年的23家發(fā)展到2008年的60多家。
    2008年美國頁巖氣井已超過40000口，產(chǎn)量520×108m3，占美國天然氣總產(chǎn)量的10%(EIA，2009)；2009年頁巖氣生產(chǎn)井數(shù)增至98590口，產(chǎn)量超過878×108m3，其中Barnett頁巖氣產(chǎn)量500×108m3。頁巖氣的快速開發(fā)使得美國天然氣儲量增加了40%，預(yù)計2010年頁巖氣產(chǎn)量將占全美天然氣產(chǎn)量的15%以上。隨著Haynesville和Marcellus頁巖氣的快速開發(fā)，美國頁巖氣產(chǎn)量預(yù)計到2020年將達到2066×108m3(Kuuskraa，2009)。
1.2 美國頁巖氣開發(fā)的有利因素
1.2.1資源量大、分布范圍廣
    美國本土48個州廣泛發(fā)育海相暗色頁巖，主要產(chǎn)氣層位于泥盆系、密西西比系及白堊系。據(jù)評價，僅密歇根盆地Antrim頁巖、阿帕拉契亞盆地0hi0頁巖、沃思堡盆地Barnett頁巖、伊利諾依盆地New Albany頁巖和圣胡安盆地Lewis頁巖等頁巖氣資源量達25×108m3左右[1]；全美頁巖氣可采資源量約28×1012m3。
1.2.2成藏條件好
    美國目前已開發(fā)頁巖氣氣藏具有得天獨厚的條件：埋藏深度適中(大部分在180～2000m)；單層厚度大(30～50m)，總厚度超過500m；基質(zhì)滲透率高(大于100mD)；成熟度適中(Ro在1.4%～3.5%)；有機碳含量大(大于2%)；頁巖脆性好(硅含量大于35%)[2]。
1.2.3開發(fā)技術(shù)有效
    2006年以來，美國頁巖氣開發(fā)廣泛采用水平井分段壓裂技術(shù)，水平段一般在1000～1500m；分段壓裂的技術(shù)特點為：大液量(4000～6000m3)、大排量(8～12m3/min)、大射孔段(100～150m)、低砂比、小粒徑支撐等，效果顯著，產(chǎn)量比直井提高10～15倍，并使開發(fā)成本逐年下降。目前北美開發(fā)成熟區(qū)億立方米產(chǎn)能建設(shè)投資折合人民幣2.5～3億元，單井費用250～350萬美元，每口井的儲層改造和鉆井費用基本相當[2]。
1.2.4天然氣管網(wǎng)發(fā)達
    據(jù)美國能源署網(wǎng)站資料，截至2008年底，美國本土48個州管線長度達49×104km，州際管道34.9×104km，州內(nèi)管道14.1×104km[3]。從1998—2011年實際建設(shè)里程和預(yù)測來看，管網(wǎng)年增幅度在2%。完善的輸配一體化管網(wǎng)幾乎可以為48個州的任何地區(qū)輸送天然氣或從其輸出天然氣。
1.2.5政策支持力度大
    長期以來美國政府對非常規(guī)能源開發(fā)實施稅收補貼政策，1980年美國政府頒布的《能源意外獲利法》第29條規(guī)定：1980—1992年鉆探的非常規(guī)天然氣可享受稅收優(yōu)惠政策，包括致密氣在內(nèi)的非常規(guī)天然氣田實行稅收豁免(頁巖氣為3.5美分/m3)；1992美國聯(lián)邦能源委員會頒布第636號法令，取消管道公司對天然氣購銷市場的控制，規(guī)定管道公司只能從事輸送服務(wù)；2004年美國能源法案規(guī)定10a內(nèi)每年投資4500萬美元用于包括頁巖氣在內(nèi)的非常規(guī)天然氣研究。另外許多州政府也制定了相應(yīng)的鼓勵政策，例如得克薩斯州對頁巖氣開發(fā)免征生產(chǎn)稅。
1.3 頁巖氣開發(fā)對天然氣市場的影響
    美國是世界上天然氣消費量最大的國家。據(jù)美國能源署資料，2008年美國天然氣消費量6581×108m3，產(chǎn)量5825×108m3，進口主要來自加拿大。隨著頁巖氣產(chǎn)量大幅上升，從2007年開始，美國天然氣凈進口量降幅達29.6%，LNG凈進口量減少了42%。同時，還大大降低了美國本土天然氣的邊際供應(yīng)成本，也使得中東LNG出口重點轉(zhuǎn)向歐洲和亞太市場，引起了全球天然氣價格變化。
    因此，從美國頁巖氣的發(fā)展歷程及影響來看，可以得到幾點啟示：豐富的資源奠定了開發(fā)基礎(chǔ)，市場需求激發(fā)了生產(chǎn)動力，技術(shù)創(chuàng)新降低了開發(fā)成本，優(yōu)惠政策刺激了快速發(fā)展，規(guī)模開發(fā)滿足了國內(nèi)需求。
2 中國頁巖氣資源潛力及開發(fā)現(xiàn)狀
    受美國頁巖氣發(fā)展的啟發(fā)，頁巖氣業(yè)務(wù)逐漸成為中國非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)的熱點。2007年，國土資源部組織相關(guān)單位開展了頁巖氣資源的評價工作，并于2009年在重慶啟動了頁巖氣勘查項目。2010年，中國首個專門從事頁巖氣開發(fā)的科研機構(gòu)——國家能源頁巖氣研發(fā)(實驗)中心在中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院成立。
    國內(nèi)石油公司頁巖氣評價工作積極展開。中石油開展了南方海相頁巖和鄂爾多斯盆地陸相頁巖地質(zhì)評價，目前已經(jīng)優(yōu)選出一批成藏有利區(qū)，并部署勘探工作。中石化、中海油和相關(guān)科研機構(gòu)也開始對頁巖氣進行研究和部署。
    國外石油公司也積極參與中國頁巖氣勘探開發(fā)。殼牌、康菲分別與中石油簽訂聯(lián)合評價協(xié)議和合作意向；BP與中石化簽訂合作意向，共同勘探開發(fā)頁巖氣資源。
2.1 資源潛力巨大
    研究表明，在中國南方古生界、華北地區(qū)下古生界、塔里木盆地寒武-奧陶系廣泛發(fā)育有海相頁巖，準噶爾盆地的中一下侏羅統(tǒng)、吐哈盆地的中 下侏羅統(tǒng)、鄂爾多斯盆地的上三疊統(tǒng)、松遼盆地的白堊系及渤海灣盆地的下第三系等也發(fā)育有大量的陸相頁巖。通過類比法初步估算中國頁巖氣資源量為30.7×1012m3，其中南方古生界頁巖、華北地區(qū)下古生界頁巖和塔里木盆地寒武奧陶系頁巖3大地區(qū)海相頁巖氣資源量為21×1012m3，占總資源量的70%。
    目前全球頁巖氣業(yè)務(wù)主要集中在海相頁巖中。研究表明，中國南方古生界頁巖最為有利，其頁巖氣資源量為12×1012m3，元古界-古生界共發(fā)育6套海相頁巖地層，其中志留系龍馬溪組和寒武系筇竹寺組成藏最為有利。龍馬溪組和筇竹寺組頁巖分布面積廣、厚度大、有機質(zhì)含量高、成熟度適中，有利于頁巖氣成藏。
    龍馬溪組頁巖厚度50～538m，平均大于100m，有機碳含量為1.9%～4.4%，Ro為2.4%～3.2%，在蜀南、鄂西、蘇皖浙3個地區(qū)，有利分布面積15.5×104km2。筇竹寺組頁巖厚度50～300m，平均大于120m，有機碳含量為1.5%～5.7%，Ro為2.3%～4.1%，在蜀南、鄂西、蘇皖浙3個地區(qū)，有利分布面積24×104km2。
2.2 勘探評價工作已經(jīng)起步
    目前，國內(nèi)公司積極展開頁巖氣的大規(guī)模勘探開發(fā)準備工作[4～13]。2009年11月，國土部在重慶市彭水縣蓮湖鎮(zhèn)實施了第一口頁巖氣戰(zhàn)略調(diào)查井；2009年12月，中石油在四川盆地威遠構(gòu)造上，部署了一口頁巖氣評價井，該井設(shè)計井深2851m，目的層為震旦系黑色頁巖，2010年4月完鉆，通過壓裂，獲日產(chǎn)1.08×104m3的工業(yè)氣流；中石化也積極開展頁巖氣的勘探開發(fā)工作，2010年5月，相繼在皖南開鉆了宣1井，在貴州對方深1井進行壓裂。
    在頁巖氣勘探開發(fā)領(lǐng)域中，中石油相對走在前列。目前，中石油已初步開展了選區(qū)評價和地質(zhì)勘查工作，通過物探和鉆井，已初步優(yōu)選出了有利勘探開發(fā)區(qū)，完成了長寧和昭通區(qū)塊頁巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)的建設(shè)方案并正式啟動，計劃2015年建成產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)。
2.3 天然氣市場前景廣闊
    天然氣在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中僅占3.950，與世界24%的平均水平相差甚遠。2009年中國生產(chǎn)天然氣830×108m3，表觀消費量為875×108m3，天然氣供需缺口超過40×108m3。國內(nèi)有關(guān)機構(gòu)預(yù)測，到2015年，國內(nèi)天然氣需求為2600×108m3，“十二五”期間年均增長16.7%，占一次能源消費比重達到9%左右，2020年國內(nèi)天然氣需求為4000×108m3，“十二五”期間年均增長9%，占一次能源消費比重達到12%左右。2015年和2020年國內(nèi)天然氣產(chǎn)量可望達到1500×108m3和2000×108m3，缺口分別為1100×108m3和2000×108m3，供需矛盾將日益突出。
    總之，隨著我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長以及低碳環(huán)保的要求，未來幾十年內(nèi)將是中國天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高峰期，而常規(guī)天然氣的產(chǎn)量已不能滿足國內(nèi)需求。因此，具有雄厚資源基礎(chǔ)的頁巖氣的勘探開發(fā)亟待實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
3 中美頁巖氣開發(fā)對比
3.1 發(fā)展條件對比
    1) 自然條件：美國頁巖分布地區(qū)地表條件優(yōu)越，地勢平坦；我國優(yōu)質(zhì)頁巖多分布在崇山峻嶺間，如蜀南、鄂西、貴州、重慶等地區(qū)。復雜的地表條件，給我國頁巖氣勘探開發(fā)帶來極大的困難，增加了開發(fā)成本。
    2) 氣藏埋深：美國早期開發(fā)的頁巖氣藏一般在1500m以淺范圍，經(jīng)過近20多年大規(guī)模開發(fā)，近期才開始開發(fā)3000m以深氣藏；我國有利頁巖氣藏埋深大多分布在3000m左右。
    3) 輸送管網(wǎng)：美國本土天然氣管網(wǎng)發(fā)達，長度達49×104km，所產(chǎn)頁巖氣可方便進入管網(wǎng)銷售；而我國目前天然氣管線總長僅3.5×104km，僅建成兩氣東輸、陜京線等干線，與美國相比差距巨大。
    4) 開發(fā)技術(shù)：經(jīng)過多年的研究和實踐，美國已具有成熟的頁巖氣開發(fā)配套技術(shù)，主要包括水平井鉆井技術(shù)、水平井分段壓裂技術(shù)等；雖然我國已基本掌握水平井鉆井技術(shù)，但頁巖氣鉆探仍以直井為主，水平段壓裂技術(shù)尚處于研究階段。
    5) 財稅政策：美國能源部設(shè)立專門的非常規(guī)油氣資源研究基金、得克薩斯州免征生產(chǎn)稅等政策，對頁巖氣開發(fā)政府補貼3.5美分/m3；目前我國對頁巖氣開發(fā)尚沒有任何優(yōu)惠政策。
3.2 開發(fā)效益分析
    參照國內(nèi)煤層氣田和低滲透砂巖氣田開發(fā)投資、操作成本、稅費等基礎(chǔ)參數(shù)，按評價期20a、億立方米產(chǎn)能投資3億元、氣價使用發(fā)改委公布的2009年平均出廠含稅價0.92元/m3測算，投資30億元5a建成10×108m3產(chǎn)能項目的內(nèi)部收益率為-0.04%，財務(wù)凈現(xiàn)值為-78315萬元，投資回收期為16a，沒有開發(fā)效益。
    如內(nèi)部收益率要達到12%，反算天然氣臨界含稅價格為1.373元/m3，投資回收期為7.83a；如內(nèi)部收益率達到10%，反算天然氣臨界含稅價格為1.294元/m3，財務(wù)凈現(xiàn)值為-12 951萬元，投資回收期為7.51a；也就是說當天然氣價格達到1.373元/m3時，頁巖氣開發(fā)才能達到盈虧平衡點。而目前國內(nèi)天然氣生產(chǎn)平均出廠價不到1元/m3，如天然氣平均出廠價再漲0.23元/m3，漲至1.15元/m3，仍達不到效益平衡點。
    據(jù)IEA(2009)資料，美國Barnett頁巖氣項目的稅后內(nèi)部收益率為11%，盈虧平衡價為1.29元/m3。
    中國頁巖氣要達到效益、規(guī)模開發(fā)，還需要在降低成本、優(yōu)惠政策及天然氣價格等方面做大量的工作。目前進口天然氣到岸價在2元/m3以上，而國內(nèi)頁巖氣開發(fā)盈虧平衡氣價約1.373元/m3。因此，如果國內(nèi)氣價逐步提高到盈虧平衡氣價以上，則國內(nèi)頁巖氣開發(fā)將會快速發(fā)展。
4 措施及建議
4.1 開展資源評價，制定相關(guān)標準
    研究表明，中國頁巖氣形成的地質(zhì)背景比北美地區(qū)復雜，在頁巖氣形成條件上既具相似之處，又有明顯的差異，這就決定了北美地區(qū)頁巖氣的評價標準、開發(fā)經(jīng)驗不完全適合中國頁巖氣的評價和勘探。
    建議國家調(diào)撥專項資金，組織有關(guān)單位，研究并提出頁巖氣資源評價、儲量計算等方法和標準；根據(jù)我國頁巖的厚度及分布、有機地化特征、孔滲條件、裂縫發(fā)育程度、保存條件等因素，在全國范圍內(nèi)開展頁巖氣地質(zhì)評價工作，落實有利目標區(qū)，并有針對性地部署實物工作量，進一步評價中國頁巖氣的資源潛力及經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)界限，為未來頁巖氣開發(fā)提供可靠數(shù)據(jù)。
4.2 擴大對外合作，積極引進技術(shù)
    由于頁巖氣開采特點和采氣工藝與常規(guī)天然氣差別較大，中國頁巖氣開發(fā)技術(shù)尚處于探索階段，應(yīng)積極擴大對外合作，選擇有實力、有經(jīng)驗的國外公司開展合作。一方面引進消化吸收先進成熟技術(shù)，縮短研究時間，加快國內(nèi)頁巖氣開發(fā)步伐；另一方面可借鑒國外開發(fā)經(jīng)驗，降低成本，促進規(guī)模商業(yè)開發(fā)。
4.3 制定優(yōu)惠政策，鼓勵頁巖氣開發(fā)
    美國頁巖氣快速發(fā)展，一方面是市場需求，另一方面離不開國家政策支持。正是由于美國政府的優(yōu)惠政策，才使頁巖氣開發(fā)具有經(jīng)濟效益，這點在頁巖氣開發(fā)初期尤為重要。如無優(yōu)惠政策，以目前國內(nèi)天然氣價格無法進行頁巖氣效益開發(fā)。建議國家借鑒美國頁巖氣開發(fā)的成功經(jīng)驗，盡快制定頁巖氣開發(fā)有關(guān)的優(yōu)惠政策，鼓勵企業(yè)加大開發(fā)力度，促進中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)早日進入商業(yè)和規(guī)模化開發(fā)階段。
參考文獻
[1] 潘繼平.頁巖氣開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].國際石油經(jīng)濟2009，19(11)：12-15.
[2] 中國石油勘探與生產(chǎn)公司.中國石油頁巖氣產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)工作方案[R].北京：中國石油勘探與生產(chǎn)分公司，2009.
[3] 劉振武，馬新華，雷群，等.天然氣發(fā)展戰(zhàn)略與技術(shù)專集[C]∥中國石油第五屆天然氣開發(fā)年會.北京：中國石油天然氣股份公司，2010：60-68.
[4] 閆存章，黃玉珍，葛春梅，等.頁巖氣是潛力巨大的非常規(guī)天然氣資源[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：1-6.
[5] 李建忠，董大忠，陳更生，等.中國頁巖氣資源前景與戰(zhàn)略地位[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：11-16.
[6] 董大忠，程克明，王世謙，等.頁巖氣資源評價方法及其在陰川盆地的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：33-39.
[7] 王世謙，陳更生，董大忠，等.四川盆地下古生界頁巖氣藏形成條件與勘探前景[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：51-58.
[8] 王蘭生，鄒春艷，鄭平，等.四川盆地下古生界存在頁巖氣的地球化學依據(jù)[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：59-62.
[9] 張金川，姜生玲，唐玄，等.我國頁巖氣富集類型及資源特點[J].天然氣工業(yè)，2009，29(12)：109-114.
[10] 李玉喜，聶海寬，龍鵬宇.我國富含有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育特點與頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū)[J].天然氣工業(yè)，2009，29(12)：115-118.
[11] 龍鵬宇，張金川，李玉喜，等.重慶及其周緣地區(qū)下古生界頁巖氣資源勘探潛力[J].天然氣工業(yè)，2009，29(12)：125-129.
[12] 葉軍，曾華盛.川西須家河組泥頁巖氣成藏條件與勘探潛力[J].天然氣工業(yè)，2008，28(12)：18-25.
[13] 張林嘩，李政，朱日房，等.濟陽坳陷古近系存在頁巖氣資源的可能性[J].天然氣工業(yè)，2008，28(12)：26-29.
 
(本文作者：郭宏1 李凌2 楊震3 吉萬成1 1.中國石油塔里木油田公司；2.中國石油大學(北京)工商管理學院；3.中國石油天然氣集團公司規(guī)劃計劃部)