加快中国页岩气勘探开发和利用的主要路径

2011-09-13张大伟

天然气工业 2011年5期

关键词：页岩勘探油气

张大伟

国土资源部油气资源战略研究中心

加快中国页岩气勘探开发和利用的主要路径

张大伟

国土资源部油气资源战略研究中心

目前,页岩气的开发利用已成为全球油气勘探开发的新亮点。加快页岩气资源勘探开发和利用,对于改变中国油气资源格局,甚至改变整个能源结构,缓解中国油气资源短缺,保障国家能源安全,促进经济社会发展都具有十分重要的意义。为此,分析了中国页岩气的资源潜力与勘探开发状况,对比美国页岩气勘探开发取得的成功经验,指出了目前中国页岩气勘探开发面临的几个问题,即:资源家底不清,缺乏政策支持,缺乏核心技术,投资主体单一,管网设施不足。最后,提出了加快中国页岩气勘探开发和利用的主要路径,即:调查先行、规划调控、招标出让、多元投入、技术攻关、对外合作、建设管网、注重环保。

中国页岩气勘探开发状况资源潜力问题利用路径

1 中国页岩气资源潜力与勘探开发状况

中国页岩气资源类型多、分布广、潜力大。中国海相沉积分布面积多达300×104km2,海陆交互相沉积面积超过200×104km2,陆上海相沉积面积约280× 104km2。这些沉积区内均具有富含有机质页岩的地质条件,页岩地层在各地质历史时期十分发育,形成了海相、海陆交互相及陆相多种类型富有机质页岩层系。海相厚层富有机质页岩主要分布在中国南方,以扬子地块为主;海陆交互相中薄层富有机质泥页岩主要分布在中国北方,以华北、西北和东北地区为主;湖相中厚层富有机质泥页岩,主要分布在大中型含油气盆地,以松辽、鄂尔多斯等盆地为主[1],如图1所示。

据估算,中国页岩气可采资源量大约为31×1012m3[2]。估算结果表明,南方、北方、西北及青藏地区各自占中国页岩气可采资源总量的46.8%、8.9%、43%和1.3%,古生界、中生界和新生界各自占中国页岩气资源总量的66.7%、26.7%和6.6%[3-4]。

目前,中国页岩气勘探开发还处于起步阶段。在公益性、基础性页岩气资源战略调查方面,国土资源部油气资源战略研究中心(以下简称国土资源部油气中心)从2002年开始跟踪国外页岩气发展动态,2004年与中国地质大学(北京)重点研究中国富有机质泥页岩发育情况,进行中新生代含油气盆地泥页岩和古生代地层富有机质泥页岩的分析。在此基础上,根据中国页岩气资源分布与类型以及研究进展情况,于2009年启动了“中国重点地区页岩气资源潜力及有利区带优选”项目,开展了页岩气先导试验区建设。整个页岩气资源战略调查工作,按3个梯次部署、展开[2]。

1.1 页岩气资源战略调查工作第一梯次

第一梯次是先期设置以海相地层为主的上扬子川渝黔鄂页岩气战略调查先导试验区,包括四川、重庆、贵州和湖北省(市)的部分地区,面积约20×104km2(图2)。

经过2年多的探索实践,先导试验取得了多项成果和认识:①摸清了区域内发育的6套富有机质页岩层系,其中,下寒武统牛蹄塘组、下志留统龙马溪组分布范围广、规模大,为主力层系;②首次在四川省长宁地区(龙马溪组)、重庆市綦江观音桥、华蓥山三百梯(下志留统)建立了3条中国首批页岩地层示范剖面;③系统研究和掌握了主要目的层富有机质页岩的分布特征,分析了岩石矿物组成,初步掌握了有机地化特征;④建立了页岩气有利目标区优选标准,优选出20个页岩气富集有利区;⑤初步建立了以体积法为主的页岩气资源评价方法,估算了页岩气有利目标区的资源量;⑥初步建立了一套页岩气资源调查评价技术方法。

图1 页岩气发育区划分图(据张金川,2009)

图2 川渝黔鄂页岩气战略调查先导试验区分布范围示意图

1.2 页岩气资源战略调查工作第二梯次

第二梯次是在以海相地层为主的下扬子苏皖浙区,包括江苏、浙江、安徽省的部分地区,展开页岩气资源调查工作。取得的主要成果及认识包括:①下扬子地区富有机质暗色页岩主要发育于下寒武统荷塘组和上二叠统龙潭组;②富有机质页岩主要分布在荷塘组中下部,以泾县—安吉—宁国—休宁一带最为发育;龙潭组暗色泥页岩主要分布于安徽泾县—广德—长兴及苏南地区;③荷塘组页岩厚度大,有机质类型较好,有机质含量较丰富,以江南隆起以北为较有利区;龙潭组以泾县以东、长兴以西、长江以南、江南隆起以北为主要有利远景区。

1.3 页岩气资源战略调查工作第三梯次

第三梯次是以陆相和海陆交互相地层为主的北方重点区,包括华北、东北、西北的部分省区市的部分地区,开展了页岩气资源前期调查研究工作。取得的主要成果及认识包括:①古生界发育海相、海陆过渡相和陆相3类富有机质页岩,海相页岩主要发育在准噶尔盆地石炭系、鄂尔多斯盆地奥陶系—石炭系,海陆过渡相页岩集中分布在石炭—二叠系,陆相页岩主要发育在准噶尔盆地中上二叠统;②中生界三叠系—侏罗系发育湖沼相煤系泥页岩,主要发育在准噶尔、塔里木、吐哈等盆地,厚度大、有机质丰度高;③中生界半—深湖相富有机质泥页岩主要发育在鄂尔多斯盆地三叠系、松辽盆地白垩系等,热演化程度普遍不高,具有页岩油气资源前景。

在商业性页岩气勘探开发方面,中国的石油企业已在川南、渝东鄂西、泌阳、济阳和东濮、鄂尔多斯、沁水、松辽、辽河东部等地区开展了大量页岩气老井试气和钻探评价工作,加快了四川、泌阳、鄂尔多斯等盆地页岩气勘探节奏。中国石油天然气股份有限公司针对四川盆地及其周缘的下寒武统、上奥陶统—下志留统海相泥页岩持续开展了地质研究和勘探工作,取得了较好的页岩气勘探效果,实施的威201井、宁201井,在下志留统龙马溪组见到较好的页岩气显示,压裂测试产气量较高。近期成功钻探了中国第一口页岩气水平井。中国石油化工股份有限公司陆相页岩气勘探取得重要进展,泌阳凹陷安深1井、鄂西渝东地区的建111井、四川元坝9井以及贵州黄平区块钻探的黄页1井都钻遇厚暗色泥页岩,见到了较好的气测显示。这些工作成果大大提振了信心,加快了页岩气勘探开发的步伐。

2 美国的成功经验与我们面临的问题

2.1 美国的成功经验

美国是页岩气勘探开发最早、最成功的国家。美国页岩气快速发展经验,主要包括以下几个方面[5-6]:

2.1.1 出台的优惠政策起到了扶持作用

1978—1992年,美国联邦政府对煤层气、页岩气等开发实施了长达15年的补贴政策,州政府也出台相应的税收减免政策。对油气行业实施的其他5种税收优惠,大大地鼓励了小企业的勘探开发投资热情,有力地扶持和促进了页岩气的勘探开发。

2.1.2 形成的技术进步起到了推动作用

美国政府早在20世纪70年代,就设立专项资金用于页岩气基础理论研究和开发关键技术攻关,在世界上率先成功研发了页岩气水平钻井和多段压裂技术并加以大规模应用,直接推动了页岩气的商业开发。

2.1.3 开放的竞争环境起到了促进作用

美国页岩气勘探开发准入门槛低,勘探开发主体多元化。美国的页岩气勘探开发主要由中小公司推动,85%的页岩气产量由中小公司贡献。在低回报、高成本的压力下,中小型公司的技术革新行动更为快捷,而大公司可以在长期性和投入稳定性上得到更多保证,因此出现了中小公司取得技术和产业突破,大公司则通过收购和兼并中小公司参与进入市场,形成了大中小石油企业并存发展的市场竞争格局。

2.1.4 健全的市场监管起到了保障作用

美国政府十分重视页岩气勘探开发中的监管问题,凡与页岩气勘探开发相关的管理部门均在其履行的职责中赋有监管职能。这种分工明确且行之有效的行业监管也是美国页岩气开发取得成功的重要因素之一。

2.1.5 完善的基础设施起到了支持作用

美国天然气管网和城市供气网络十分发达,天然气管网总长超过40×104km,大大减少了页岩气在开发利用环节的前期投入,降低了市场风险。同时,该国从1993年起实行了天然气开发和运输的全面分离,运输商对天然气供应商实施无歧视准入。管道运输价格受到监管,而天然气价格则完全放开,有力支持了页岩气开发的商业化。

2.1.6 专业的技术服务起到了支撑作用

美国油气专业服务公司具有强大的技术优势,自主研发仪器装备且门类齐全、专业化程度高。水平钻井、完井、固井和多段压裂等工程以及测井、实验测试等一般都委托专业技术服务公司来完成。

2.2 我们面临的问题

中国页岩气富集地质条件优越,具有与美国大致相同的页岩气资源前景及开发潜力[7]。现阶段,中国页岩气勘探开发面临的问题,主要包括以下5个方面:

2.2.1 资源家底不清

近年来,尽管中国在页岩气地质理论、潜力评价和有利区优选等方面进行了初步探索,取得了一定的进展。但中国页岩气赋存规律和含气页岩基本参数还有待深入研究,对页岩气资源潜力尚未进行系统评价,页岩气远景区和有利目标区尚未优选和圈定。

2.2.2 缺乏政策支持

页岩气勘探开发初期特别是起步阶段,具有风险大、成本高的特点,一般需要政府在财税方面给予一定的政策支持,当形成规模和市场完善后再取消财税支持政策。目前,中国虽然已有矿产资源补偿费、探矿权、采矿权使用费等减免的一些优惠政策,但还未专门出台支持页岩气勘探开发的税费优惠和补贴等政策。

2.2.3 缺乏核心技术

与美国相比,中国在资源评价和水平井、压裂增产开发技术等方面,尚未形成页岩气商业开发的核心技术体系。况且,中国页岩气地质条件更为复杂,页岩层系时代老、热演化程度高、经历了多期构造演化、埋藏深、保存条件不够理想。因此,开发技术要求更高,目前技术水平尚不能完全满足页岩气勘探开发的要求。

2.2.4 投资主体单一

按照现行规定和管理体制,中国油气矿业权主要授予中石油、中石化、中海油和延长油矿4大石油企业。这种投资主体的单一化,排斥了其他投资主体的进入,再加之市场监管不到位等,制约了资源开发的市场竞争。美国的经验表明,实行投资主体多元化,形成有序的竞争机制,在页岩气勘探开发中具有显著的效果。

2.2.5 管网设施不足

美国发达的天然气管网大大降低了页岩气开发利用成本。与美国相比,中国管网设施建设滞后,且已有管网设施在第三方准入、市场开放等方面体制不顺、垄断经营,缺乏政策支持,不利于页岩气开发利用降低成本。随着页岩气规模开发,基础设施不足等问题将会成为制约页岩气开发利用的瓶颈[8]。

3 加快中国页岩气勘探开发和利用的主要路径

虽然中国页岩气勘探开发起步较晚,但开局良好,呈现出了积极的发展态势。借鉴国外发展页岩气的先进经验,结合中国实际,寻找加快发展的路径,探索并形成具有中国特色的页岩气资源勘探开发和利用体系,获得更多的非常规天然气储量,满足中国天然气消费量不断增长的需要,促进向清洁能源经济模式的转化和经济社会又好又快发展,显得十分迫切。为此,笔者认为,中国加快页岩气勘探开发和利用的路径应是“调查先行、规划调控、招标出让、多元投入、技术攻关、对外合作、建设管网、注重环保”。

3.1 调查先行

在全国范围内,对中国页岩气资源潜力进行总体评价,查明中国页岩气资源分布,优选页岩气富集有利区,初步摸清中国页岩气资源“家底”。2011年,国土资源部油气中心以点面结合的方式,部署启动了“全国页岩气资源潜力调查及有利区优选”项目(图3)。

图3 中国页岩气资源潜力调查评价分区示意图

在点上,根据中国页岩气资源分布和不同特点,继续实施上扬子海相川渝黔鄂先导试验区的5个重点项目,设置下扬子皖浙苏、东北陆相和华北海陆交互相的先导试验区建设,建立页岩气资源潜力调查评价刻度区,评价资源潜力,优选有利目标区,争取实现突破;在面上,将中国划分为上扬子及滇黔桂区、中下扬子及东南地区、华北及东北区、西北区、青藏区5个大区,全面掌握中国富有机质泥页岩发育特点和分布特征,获取各区主要目的层位的富有机质页岩基本参数,初步评价资源潜力,优选页岩气富集远景区,为推动中国页岩气勘探开发,制定能源规划特别是页岩气中长期发展规划和宏观决策以及资源管理提供依据。

3.2 规划调控

制定科学合理的规划,充分发挥规划的调控作用,是促进页岩气勘查开发和利用工作的重要措施。要在认真分析世界页岩气勘探开发的态势和中国现状的基础上,根据国家“十二五”规划明确提出的“推进煤层气、页岩气等非常规油气资源的开发利用”的要求,着手研究制定“十二五”页岩气发展规划,科学规划中国页岩气的发展定位,发展目标、重点和措施,对中国页岩气的发展进行合理引导和综合布局。

3.3 招标出让

根据页岩气丰度低、分布广、勘探开发灵活性强的特点,深入研究中国页岩气矿业权设置制度。借鉴煤层气矿业权管理经验,设立专门的页岩气区块登记制度,实行国家一级管理。开展页岩气探矿权招标出让,引入市场机制,探索促进投资,激发市场活力的尝试。实行行政合同管理,掌握中标方勘探动态,规定最低应达到的勘探程度,确定年均投入达到法定最低勘查投入高限的倍数和每千平方千米最低投入的实际工作量。对具备条件的,应进行压裂和试采,力争实现突破并转入开采。同时,要加强对页岩气招标区块成果和勘查资料的汇交管理。

3.4 多元投入

加强页岩气勘查开发管理,创造开放的竞争环境,推进页岩气勘查开发投资主体多元化,鼓励中小企业和民营资本参与。给予页岩气与国内煤层气勘查开发一样的投资主体地位,允许具备资质的企业、民营资本等,通过合资、入股等多种方式参与页岩气的勘查开发,或独立投资,直接从事页岩气勘查开发。加强市场监管,维护勘查开发秩序,形成合理有序的竞争格局,加快突破,促进勘查开发。

3.5 技术攻关

加大科技投入,促进科技创新,加强对页岩气研究和工程技术的财税投入与组织力度。组织全国优势科技力量,大力开展页岩气勘探开发核心技术的攻关研究,鼓励企业研发并推广应用成熟新技术、新工艺,为页岩气的勘探开发和跨越式发展提供有效的理论和技术支撑,不断提高资源开发效率。

3.6 对外合作

加强页岩气国际合作与交流,积极引进国外页岩气开发先进技术。继续跟踪美国页岩气勘探开发技术进展,引进和消化页岩气勘探开发技术。在页岩气资源战略调查和勘查开发初期,可考虑与国外有经验的公司合作,引进实验测试、水平钻井、测井、固井和压裂等技术。在学习借鉴的基础上,开展页岩气开发核心技术、工艺的研发和联合攻关。

3.7 建设管网

推动天然气基础设施特别是管网建设,继续加快天然气输送主干网、联络管网和地方区域管网等的建设,逐步建成覆盖全国的天然气骨干网和能够满足地方需要的管网,建立天然气管网公平准入机制,适时引入强制性第三方准入规定。同时,加快储气调峰设施建设,保障天然气安全稳定供应。

3.8 注重环保

加强页岩气勘探开发对环境影响的评估,特别是水力压裂所用化学物质对地下水的潜在污染和地下爆破对地表的影响等。严格执行中国现有的环境保护方面的法律法规。同时,要求页岩气开发企业披露压裂混合液的化学成分,以便充分评估对地下水的影响。

[1]李玉喜,聂海宽,龙鹏宇,等.我国富含有机质泥页岩发育特点与页岩气战略选区[J].天然气工业,2009,29(12): 115-118.

[2]国土资源部油气资源战略研究中心.中国重点地区页岩气资源潜力及有利区带优选项目[R].北京:国土资源部,2010.

[3]张金川,姜生玲,唐玄,等.我国页岩气富集类型及资源特点[J].天然气工业,2009,29(12):1-6.

[4]张金川,徐波,聂海宽,等.中国页岩气资源勘探潜力[J].天然气工业,2008,28(6):136-141.

[5]《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会.北美地区页岩气勘探开发新进展[M].北京:石油工业出版社,2009.

[6]张抗,谭云冬.世界页岩气资源潜力和开发现状及中国页岩气发展前景[J].当代石油石化,2009,17(3):9-12.

[7]张金川,汪宗余,聂海宽,等.页岩气及其勘探研究意义[J].现代地质,2008,22(4):640-644.

[8]潘继平.页岩气开发现状及发展前景[J].国际石油经济, 2009,17(11):12-15.