有效開發(fā)中國(guó)頁巖氣

摘 要

摘要：目前中國(guó)正在形成頁巖氣開發(fā)熱潮，為科學(xué)看待頁巖氣開發(fā)，分析了美國(guó)頁巖氣發(fā)展的有利因素及中國(guó)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(guó)頁巖氣開發(fā)條件進(jìn)行了
摘要：目前中國(guó)正在形成頁巖氣開發(fā)熱潮，為科學(xué)看待頁巖氣開發(fā)，分析了美國(guó)頁巖氣發(fā)展的有利因素及中國(guó)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(guó)頁巖氣開發(fā)條件進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果認(rèn)為，除資源基礎(chǔ)外，中國(guó)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(guó)差距都較大；參照國(guó)內(nèi)煤層氣及低滲透砂巖氣田開發(fā)參數(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，在目前國(guó)內(nèi)氣價(jià)條件下，頁巖氣開發(fā)暫無經(jīng)濟(jì)效益。為實(shí)現(xiàn)中國(guó)頁巖氣的規(guī)模有效開發(fā)，提出如下建議：①開展資源評(píng)價(jià)，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；②擴(kuò)大對(duì)外合作，積極引進(jìn)技術(shù)；③制定優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)頁巖氣開發(fā)。
關(guān)鍵詞：頁巖氣；開發(fā)；美國(guó)；中國(guó)；對(duì)比；經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)；建議
    隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及低碳經(jīng)濟(jì)的要求，天然氣消費(fèi)需求量將越來越大，作為常規(guī)天然氣的重要補(bǔ)充，頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)天然氣的開發(fā)將會(huì)更加受到重視。從美國(guó)頁巖氣快速發(fā)展的歷程來看，未來中國(guó)頁巖氣也會(huì)得到較快發(fā)展。針對(duì)未來中國(guó)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(guó)頁巖氣開發(fā)改變了北美供氣格局
1.1 美國(guó)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(dāng)于常規(guī)天然氣的1.4倍，主要分布在北美、中亞、中國(guó)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(guó)。美國(guó)于19世紀(jì)30年代開始對(duì)頁巖氣進(jìn)行研究和鉆探，但直到1980年美國(guó)政府實(shí)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(duì)頁巖氣的興趣，但由于技術(shù)等原因，1989年美國(guó)僅產(chǎn)頁巖氣42×108m3。
    到20世紀(jì)90年代，在政策、價(jià)格和技術(shù)進(jìn)步等因素的推動(dòng)下，美國(guó)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(zhǎng)，當(dāng)年達(dá)到200×108m3。在美國(guó)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(guó)頁巖氣井已超過40000口，產(chǎn)量520×108m3，占美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的10%(EIA，2009)；2009年頁巖氣生產(chǎn)井?dāng)?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(guó)天然氣儲(chǔ)量增加了40%，預(yù)計(jì)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(guó)頁巖氣產(chǎn)量預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到2066×108m3(Kuuskraa，2009)。
1.2 美國(guó)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(guó)本土48個(gè)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(píng)價(jià)，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(dá)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(guó)目前已開發(fā)頁巖氣氣藏具有得天獨(dú)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(jī)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(guó)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(diǎn)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(fèi)用250～350萬美元，每口井的儲(chǔ)層改造和鉆井費(fèi)用基本相當(dāng)[2]。
1.2.4天然氣管網(wǎng)發(fā)達(dá)
    據(jù)美國(guó)能源署網(wǎng)站資料，截至2008年底，美國(guó)本土48個(gè)州管線長(zhǎng)度達(dá)49×104km，州際管道34.9×104km，州內(nèi)管道14.1×104km[3]。從1998—2011年實(shí)際建設(shè)里程和預(yù)測(cè)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(gè)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(zhǎng)期以來美國(guó)政府對(duì)非常規(guī)能源開發(fā)實(shí)施稅收補(bǔ)貼政策，1980年美國(guó)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(shí)行稅收豁免(頁巖氣為3.5美分/m3)；1992美國(guó)聯(lián)邦能源委員會(huì)頒布第636號(hào)法令，取消管道公司對(duì)天然氣購(gòu)銷市場(chǎng)的控制，規(guī)定管道公司只能從事輸送服務(wù)；2004年美國(guó)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(lì)政策，例如得克薩斯州對(duì)頁巖氣開發(fā)免征生產(chǎn)稅。
1.3 頁巖氣開發(fā)對(duì)天然氣市場(chǎng)的影響
    美國(guó)是世界上天然氣消費(fèi)量最大的國(guó)家。據(jù)美國(guó)能源署資料，2008年美國(guó)天然氣消費(fèi)量6581×108m3，產(chǎn)量5825×108m3，進(jìn)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(guó)天然氣凈進(jìn)口量降幅達(dá)29.6%，LNG凈進(jìn)口量減少了42%。同時(shí)，還大大降低了美國(guó)本土天然氣的邊際供應(yīng)成本，也使得中東LNG出口重點(diǎn)轉(zhuǎn)向歐洲和亞太市場(chǎng)，引起了全球天然氣價(jià)格變化。
    因此，從美國(guó)頁巖氣的發(fā)展歷程及影響來看，可以得到幾點(diǎn)啟示：豐富的資源奠定了開發(fā)基礎(chǔ)，市場(chǎng)需求激發(fā)了生產(chǎn)動(dòng)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(guó)內(nèi)需求。
2 中國(guó)頁巖氣資源潛力及開發(fā)現(xiàn)狀
    受美國(guó)頁巖氣發(fā)展的啟發(fā)，頁巖氣業(yè)務(wù)逐漸成為中國(guó)非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)。2007年，國(guó)土資源部組織相關(guān)單位開展了頁巖氣資源的評(píng)價(jià)工作，并于2009年在重慶啟動(dòng)了頁巖氣勘查項(xiàng)目。2010年，中國(guó)首個(gè)專門從事頁巖氣開發(fā)的科研機(jī)構(gòu)——國(guó)家能源頁巖氣研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心在中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院成立。
    國(guó)內(nèi)石油公司頁巖氣評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)，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(jī)構(gòu)也開始對(duì)頁巖氣進(jìn)行研究和部署。
    國(guó)外石油公司也積極參與中國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)。殼牌、康菲分別與中石油簽訂聯(lián)合評(píng)價(jià)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(guó)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(zhǔn)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(guó)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(guó)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(jī)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(jī)碳含量為1.9%～4.4%，Ro為2.4%～3.2%，在蜀南、鄂西、蘇皖浙3個(gè)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(jī)碳含量為1.5%～5.7%，Ro為2.3%～4.1%，在蜀南、鄂西、蘇皖浙3個(gè)地區(qū)，有利分布面積24×104km2。
2.2 勘探評(píng)價(jià)工作已經(jīng)起步
    目前，國(guó)內(nèi)公司積極展開頁巖氣的大規(guī)?？碧介_發(fā)準(zhǔn)備工作[4～13]。2009年11月，國(guó)土部在重慶市彭水縣蓮湖鎮(zhèn)實(shí)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(yuǎn)構(gòu)造上，部署了一口頁巖氣評(píng)價(jià)井，該井設(shè)計(jì)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(duì)方深1井進(jìn)行壓裂。
    在頁巖氣勘探開發(fā)領(lǐng)域中，中石油相對(duì)走在前列。目前，中石油已初步開展了選區(qū)評(píng)價(jià)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(zhǎng)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(dòng)，計(jì)劃2015年建成產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)。
2.3 天然氣市場(chǎng)前景廣闊
    天然氣在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中僅占3.950，與世界24%的平均水平相差甚遠(yuǎn)。2009年中國(guó)生產(chǎn)天然氣830×108m3，表觀消費(fèi)量為875×108m3，天然氣供需缺口超過40×108m3。國(guó)內(nèi)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2015年，國(guó)內(nèi)天然氣需求為2600×108m3，“十二五”期間年均增長(zhǎng)16.7%，占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到9%左右，2020年國(guó)內(nèi)天然氣需求為4000×108m3，“十二五”期間年均增長(zhǎng)9%，占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到12%左右。2015年和2020年國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量可望達(dá)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(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)以及低碳環(huán)保的要求，未來幾十年內(nèi)將是中國(guó)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(guó)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(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
3 中美頁巖氣開發(fā)對(duì)比
3.1 發(fā)展條件對(duì)比
    1) 自然條件：美國(guó)頁巖分布地區(qū)地表?xiàng)l件優(yōu)越，地勢(shì)平坦；我國(guó)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(fù)雜的地表?xiàng)l件，給我國(guó)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(guó)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(guó)有利頁巖氣藏埋深大多分布在3000m左右。
    3) 輸送管網(wǎng)：美國(guó)本土天然氣管網(wǎng)發(fā)達(dá)，長(zhǎng)度達(dá)49×104km，所產(chǎn)頁巖氣可方便進(jìn)入管網(wǎng)銷售；而我國(guó)目前天然氣管線總長(zhǎng)僅3.5×104km，僅建成兩氣東輸、陜京線等干線，與美國(guó)相比差距巨大。
    4) 開發(fā)技術(shù)：經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，美國(guó)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(guó)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(cái)稅政策：美國(guó)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(duì)頁巖氣開發(fā)政府補(bǔ)貼3.5美分/m3；目前我國(guó)對(duì)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(guó)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(fèi)等基礎(chǔ)參數(shù)，按評(píng)價(jià)期20a、億立方米產(chǎn)能投資3億元、氣價(jià)使用發(fā)改委公布的2009年平均出廠含稅價(jià)0.92元/m3測(cè)算，投資30億元5a建成10×108m3產(chǎn)能項(xiàng)目的內(nèi)部收益率為-0.04%，財(cái)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(dá)到12%，反算天然氣臨界含稅價(jià)格為1.373元/m3，投資回收期為7.83a；如內(nèi)部收益率達(dá)到10%，反算天然氣臨界含稅價(jià)格為1.294元/m3，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值為-12 951萬元，投資回收期為7.51a；也就是說當(dāng)天然氣價(jià)格達(dá)到1.373元/m3時(shí)，頁巖氣開發(fā)才能達(dá)到盈虧平衡點(diǎn)。而目前國(guó)內(nèi)天然氣生產(chǎn)平均出廠價(jià)不到1元/m3，如天然氣平均出廠價(jià)再漲0.23元/m3，漲至1.15元/m3，仍達(dá)不到效益平衡點(diǎn)。
    據(jù)IEA(2009)資料，美國(guó)Barnett頁巖氣項(xiàng)目的稅后內(nèi)部收益率為11%，盈虧平衡價(jià)為1.29元/m3。
    中國(guó)頁巖氣要達(dá)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(jià)格等方面做大量的工作。目前進(jìn)口天然氣到岸價(jià)在2元/m3以上，而國(guó)內(nèi)頁巖氣開發(fā)盈虧平衡氣價(jià)約1.373元/m3。因此，如果國(guó)內(nèi)氣價(jià)逐步提高到盈虧平衡氣價(jià)以上，則國(guó)內(nèi)頁巖氣開發(fā)將會(huì)快速發(fā)展。
4 措施及建議
4.1 開展資源評(píng)價(jià)，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
    研究表明，中國(guó)頁巖氣形成的地質(zhì)背景比北美地區(qū)復(fù)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)經(jīng)驗(yàn)不完全適合中國(guó)頁巖氣的評(píng)價(jià)和勘探。
    建議國(guó)家調(diào)撥專項(xiàng)資金，組織有關(guān)單位，研究并提出頁巖氣資源評(píng)價(jià)、儲(chǔ)量計(jì)算等方法和標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)我國(guó)頁巖的厚度及分布、有機(jī)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(guó)范圍內(nèi)開展頁巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)工作，落實(shí)有利目標(biāo)區(qū)，并有針對(duì)性地部署實(shí)物工作量，進(jìn)一步評(píng)價(jià)中國(guó)頁巖氣的資源潛力及經(jīng)濟(jì)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(kuò)大對(duì)外合作，積極引進(jìn)技術(shù)
    由于頁巖氣開采特點(diǎn)和采氣工藝與常規(guī)天然氣差別較大，中國(guó)頁巖氣開發(fā)技術(shù)尚處于探索階段，應(yīng)積極擴(kuò)大對(duì)外合作，選擇有實(shí)力、有經(jīng)驗(yàn)的國(guó)外公司開展合作。一方面引進(jìn)消化吸收先進(jìn)成熟技術(shù)，縮短研究時(shí)間，加快國(guó)內(nèi)頁巖氣開發(fā)步伐；另一方面可借鑒國(guó)外開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，降低成本，促進(jìn)規(guī)模商業(yè)開發(fā)。
4.3 制定優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)頁巖氣開發(fā)
    美國(guó)頁巖氣快速發(fā)展，一方面是市場(chǎng)需求，另一方面離不開國(guó)家政策支持。正是由于美國(guó)政府的優(yōu)惠政策，才使頁巖氣開發(fā)具有經(jīng)濟(jì)效益，這點(diǎn)在頁巖氣開發(fā)初期尤為重要。如無優(yōu)惠政策，以目前國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格無法進(jìn)行頁巖氣效益開發(fā)。建議國(guó)家借鑒美國(guó)頁巖氣開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，盡快制定頁巖氣開發(fā)有關(guān)的優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)企業(yè)加大開發(fā)力度，促進(jìn)中國(guó)頁巖氣產(chǎn)業(yè)早日進(jìn)入商業(yè)和規(guī)?；_發(fā)階段。
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(本文作者：郭宏1 李凌2 楊震3 吉萬成1 1.中國(guó)石油塔里木油田公司；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)工商管理學(xué)院；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司規(guī)劃計(jì)劃部)