中国页岩气的开发利用现状

李杨森　李震　慕珂

【摘 要】传统化石能源预计将在四五十年后耗尽，对于新型能源的研究、开发刻不容缓。美国对于页岩气的开发已经进行了80余年，成功地将天然气储量增加了近40%。页岩气已经成为美国重要的能源保障。而我国的页岩气资源虽然总量巨大，但勘探开发才刚刚起步，核心技术尚未攻破，工业化生产难以实现。推动页岩气产业发展，对于改善我国的能源结构，由高污染、高耗能转变为高效能、清洁型，保障能源安全，减少能源的对外依靠，降低能源进口量具有重要意义。

【关键词】页岩气；储量分布；开发利用

中图分类号： F426.22 文献标识码： A 文章编号： 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

頁岩气是指储藏在有机质页岩中的非常规天然气，主要以游离气和吸附气的形式存在。由于页岩孔隙度和渗透率低，页岩气基本未发生位移。页岩既是页岩气的产气源，又聚集和保存页岩气。页岩气储藏的特点为：面积广、厚度大、产气量稳定，这使其成为未来能源开发的热点。含气页岩分为海相和陆相两种类型。海相页岩形成于台地和陆棚环境中，有机质含量丰富，地质环境封闭，形成速率较快。陆相页岩形成于湖泊沉积环境中。

1 中国的储量、分布、开发情况

全国页岩气资源潜力的调查显示，中国页岩气的技术可采储量达25.08×1012m3，具有极大的开采前景。中国的页岩气发展潜力巨大，但相关产业却仍处于起步阶段。由于四川盆地页岩广泛发育，分布面积广，沉积厚度大，有机质含量高的特点。在四川盆地焦石坝、长宁等局部地区初步实现了工业化生产，但2015年的产量仅为65×108m3

2 页岩气开发

页岩气的开采需要经历三个过程：①裂缝中的游离气先被开采，效率较高但持续时间短；②基质中和微裂缝中的游离气被开采，开采速率下降；③吸附气的释放开采。

在不同蕴藏条件下的页岩游离气和吸附气比例会不同。页岩气的蕴藏条件包含三个方面：埋深、压力和温度。埋深对于开发成本有极大的影响，随着埋深的增加，开发成本大幅度增加。行业内普遍认为埋深超过5000米的储藏区不具有开发价值。压力对页岩气的成因有影响，地层压力较低的页岩气主要由于厌氧细菌的甲烷生成效应形成，属于生物成因；而在地压较高时，有机质经过热降解和热裂解作用形成，属于热成因气。而温度则会影响到页岩气的赋存形式，随着温度升高，吸附气比例减少，游离气比例升高。

中国的页岩气储藏层断层发育、构造复杂、埋深较深，条件复杂，开采难度较大。页岩的渗透率和孔隙度低，通常孔隙度小于10%，渗透率为10-8～10-4，不便于开采。只有页岩气开采技术得到提高，才能降低开采成本，使页岩气大规模开采成为可能。水力压裂和水平井技术的发展推动了页岩气的工业开采。

2.1 水力压裂技术及水平井技术

水力压裂是指通过高压泵，将压裂液压入井中，液体高压超过井壁岩石所能承载的压力后，就会产生裂缝。然后在裂缝中注入含有支撑剂的混砂液，对裂缝产生支撑作用。使得裂缝稳定存在，从而形成页岩气释放和传输的通道。压裂液在水力压裂中作用极其重要，它不仅要传递压力，形成和延伸裂缝，还必须能携带传输支撑剂。对于稳定性不佳的地层，还必须辅以气体或泡沫。

同步压裂、拉链式压裂等新型压裂技术正在实验与研究当中，其原理为通过设计增加井与井、段与段之间的应力干扰，形成交错纵横的立体裂隙网，提高页岩气通道形成效果与维持时间。长宁、威远地区页岩气开发平台，采用同步—拉链复合压裂模式，将压裂效率提高了近两倍。

水平井使得井筒与储气层的接触面积大大增加，扩大产气通道，提高产量。根据实际经验，水平井的成本一般为竖直井的2～3倍，但其产量却是竖直井的15～20倍。井身的结构设计与钻井工艺是水平井的关键。页岩地层裂隙发育、受力状况差，需要合理的结构设计和高效、快速和稳定的钻井工艺在产量最大化的同时须保证生产安全。

2.3 可持续开发

页岩气开发在传统的模式当中，为了在最短时间内收回成本，采用的都是无阻畅喷。即压裂后任由地层释放页岩气，而不对其进行控制。但对于页岩气资源的长久持续开发是不利的，控压限产目前正在成为页岩开发中重要的发展规划。按一定的速率，保持一定的产量，对于延长页岩气开发周期，提高最终可采储量有重要的作用。同时对于国家能源战略格局的布置和维持安全能源储备具有重大意义。

3 开发过程中的问题

页岩气开发过程中的水污染、大气污染、甲烷逸散排放是不可避免的问题。我国的页岩气分布除塔里木和准格尔区域外，主要分布于人口密集的区域，如四川、重庆。改善页岩气储层的压裂液主要成分为水，同时还需要使用十余种化学添加剂。且目前的作业区块多是典型的喀斯特地貌，地下溶洞、水系密集，压裂液难以返排，必须考虑到其对地下水的影响。开发过程中排放的挥发性有机化合物、甲烷和硫化氢对大气的影响也尚未明确。

4 相关政策及监管体系

中国页岩气开发条件的复杂性，导致其开发难度大，技术要求高，开发成本居高不下。涪陵页岩气田单井综合费用平均为7000～8500万元，长宁页岩气田单井综合费用平均为6500～7500万元.目前仍处于投入阶段，产出较少，经济效益低甚至没有。

对于新兴页岩气产业，必须依托于政府的优惠政策才能得以迅速发展。由政府牵头，促进民营资本的进入。中央财政对页岩气开采企业给予补贴，其中：2016—2018年的补贴标准为0.3元/立方米；2019—2020年补贴标准为0.2元/立方米。财政部、国家能源局也将根据产业发展、技术进步、成本变化等因素适时调整补贴政策。同时对对页岩气开采企业减免矿产资源补偿费、矿权使用费，研究出台资源税、增值税、所得税等税收激勵政策。同时页岩气勘探开发等鼓励类项目项下进口的国内不能生产的自用设备（包括随设备进口的技术），按现行有关规定免征关税。

我国目前的页岩气开发存在多头管理的监管体制，国家发改委负责油气定价，国家能源局负责油气资源的发展规划和政策的制定，国土资源局负责油气资源的矿权管理和油气勘探开发的监督管理，财政部和国家税务总局负责制定相关税收政策和油气项目的投资管理，环境保护部负责制定油气开发的环境监管标准、规范和政策。这种分割管理的模式使得页岩气的发展规划、管理和监管过于分散，失去协调。

5 结论

对于中国目前的页岩气开发来说，技术、资料、经验的不足导致开发难度大、成本高、效率低，但作为未来能源格局中重要的一环，页岩气的开发利用刻不容缓。政府应当给予页岩气开发更多相关政策、税收及补贴福利，以促进页岩气产业的发展。中国在页岩气产业化发展上还任重而道远。

【参考文献】

[1]殷诚，高世葵等.页岩气产业发展的影响因素[J].安全与管理，2015（4）：117～125.

[2]浦泊伶.四川盆地页岩气成藏条件分析[D].青岛：中国石油大学（华东），2008.

[3]张东晓，杨婷云.页岩气开发综述[J].石油学报，2013（4）：792～801.

[4]邹才能，董大忠等.中国页岩气特征、挑战及前景（二）[J].石油勘察与开发，2016（2）：166～178.