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页岩气行业研究报告

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页岩 行业 研究 报告
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页岩气研究报告(非常规资源)姜浩 化工 1010 1001011010摘要:页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,是一种重要的非常规天然气资源。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点,往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。关键词: 页岩气;天然气;天然气资源。is is an of in is of 未逸散出的烃则以吸附或游离状态留存在暗色泥页岩或高碳泥页岩中形成页岩气。以吸附、游离和溶解状态赋存于泥页岩中的天然气与常规天然气相比,其气藏的特点是页岩既是源岩,又是储层和封盖层。因此页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点,大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气,这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。 图一:页岩气地质状况页岩气有机成因来源种类多,即有生物气、未熟一低熟气、热解气,又有原油、沥青裂解气。页岩演化和各个阶段均有可能形成具备商业价值的页岩气藏,但高演化阶段页岩气藏的规模更大。目前发现的具有商业价值的页岩气藏有机质类型以 为主,页岩中有机质丰度与页岩气产能之间有着良好的线性关系。但是页岩孔隙中的含水量和矿物组成的变化会影响这种线性关系。图二:页岩气与天然气情况对比一、 世界页岩气发展情况1、 页岩气资源全球分布状况世界范围内来看,页岩气资源开发潜力巨大。目前全球页岩气资源量约为456万亿m³,约占全球非常规天然气资源量的50%,与常规天然气472万m³的资源量大概相当,主要分布在中国、北美、拉美、中东、北非和独联体等地区。其中,图三:全球页岩气分布图根据美国能源信息署(全球页岩气资源的初步评估,全球共有14个区域、32个国家、48个页岩气盆地含有页岩气资源,全球页岩气技术可采资源总量达到187万亿m³。其中,中国为36万亿m³,美国为24万亿m³,阿根廷、墨西哥和南非分别约为22万亿、19万亿和14万亿m³。图四:全球主要页岩气国家储量估算2、美国页岩气的开发状况(1)美国是世界上唯一实现页岩气商业开发的国家:美国是世界上最早进行页岩气资源勘探开发的国家,也是迄今为止世界上唯一实现页岩气大规模商业开发的国家。但页岩致密低渗的特点导致页岩气开采难度大、成本高,在21世纪以前,大规模开发页岩气并不具备经济性。20 世纪 80 年代水平井技术被运用于页岩气开发,这是页岩气开发历史上的标志性事件。其后,随着进入 21 世纪页岩气压裂技术的逐渐成熟,水平压裂技术的成熟,使得页岩气的开采成本大幅下降了 85%,由此页岩气的商业化开发具备了可行性。页岩气的勘探开发带动美国天然气产量快速增长。1998年,美国页岩气产量仅85亿m³, 2010 年页岩气产量迅速增加到1379亿m³,而页岩气占全美天然气年产量的比重也由1998年的不到2%上升至2010年的23%;2011年美国页岩气产量更是达到1700亿m³,远超我国1011 亿m³的天然气年产量。据035年页岩气产量将占到美国天然气总产量的49%。页岩气的大量生产,导致美国天然气价格与石油价格联动机制减弱。国跌幅度近乎80%。美国页岩气的大开发,提高了美国能源自给水平,美国能源对外依存度降至20世纪80年代以来最低水平。2010年,美液化天然气进口量约120亿m³,比2006年下降了25%。根据011年能源展望》,未来美国能源对外依存度将不断下降,2030年美国天然气消费依存度预计仅有6%。图五:美国页岩气在天然气中生产占比预测 图六:美国页岩气在天然气中比重预测(2)美国页岩气储量及分布概况美国50个州中有48个州富含页岩气资源,主要分布在东部、中南部、墨西哥湾沿岸及落基山脉地区,共有20多个页岩气区块,集中分布在据国页岩气技术可开发量约为24万亿m³。美国页岩气规模化开发最早始于006 年以后, 几个页岩气田也陆续得到开发。岩区位于美国德克萨斯州的 地,2010年其核心产区是美国国地质调查局预计该气田开采年限可达80七:美国页岩气分布图(3)技术进步及政策鼓励是美国页岩气发展的根本原因技术创新是根本推动力。美国之所以在页岩气开发方面位居世界前列,原因主要在于水平钻井技术与水力压裂技术的大规模应用。目前页岩气开发主要有直井技术和水平井技术。使用直井压裂法大规模开采气体,需要使用大型水力压裂,而大型水力压裂成本过高、对地层伤害过大;水平井初始成本虽为直井的 ,但初始开采速度、控制储量和最终评价可采储量却是直井的 3。2003年以前美国页岩开采基本采用直井技术,此后大量应用水平井技术,2010年水平井数量已远超直井数量。目前美国约 85%页岩气生产井采用水平井和多级压裂技术开采。图八:页岩气开发示意图矿权清晰、高度分工推动创新和商业化。产权清晰促使美国页岩气开发高度分工协作。美国页岩气矿业权可以自主经营或通过市场交易出让,因此虽然美国页岩气开采技术创新均来自中小公司,但在中小公司实现技术突破后,大公司通过并购或合资等方式介入。大公司在投资规模上更具优势,从而将页岩气开发迅速规模化。由于开发的各环节、各阶段会有不同类型、不同规模的公司介入,分工协作,因此页岩气开发回收快、效率高。政策强力支持与环保协调发展。20 世纪70年代开始,美国联邦及各州政府实施了一系列鼓励替代能源发展的税收扶持及补贴政策,激励了美国非常规天然气勘探量和产量大幅提高。在页岩气发展初期,美国对页岩气发展采取较为宽松的环保监管态度;随着开采规模的扩大,监管才逐步趋严。美国政府通过修改法律取消了“哈里伯顿漏洞”(将水力压裂从《安全饮用水法》中免除,解除环境保护局对这一过程的监管权力,让水力压裂技术很快应用起来,该免除条款被称为“哈里伯顿漏洞”),同时要求将水力压裂中充分披露所用化学增强剂情况以进行评估其地下水的影响等。3、页岩气开发对世界天然气市场格局的影响页岩气在美国的成功开发(被称之为页岩气革命),激发了世界上其他国家对页岩气资源开发的热情。目前,除美国外,加拿大、德国、波兰、澳大利亚、印度等国家均开始了页岩气的研究和勘探开发工作。2009 年加拿大页岩气产量达到70亿m³,此外继美国之后第二个对页岩气进行实质性开发的国家。总体而言, 世界页岩气资源潜力开发潜力虽然巨大,但地质条件、经济环境差异较大,面临诸多制约,能否成功复制美国模式实现页岩气大规模商业性开发仍存在不确定性。美国页岩气革命将深刻影响全球天然气市场格局。2009年美国以 6240亿m³的产量首次超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国,美国正在向化天然气)出口国转变,目前已经与欧洲签订了使得俄罗斯正在逐步丧失其在欧洲天然气市场的强硬定价权。据估计,未来俄罗斯在非前苏联成员国的欧洲国家天然气市场的份额将从27%下降到13%左右。欧洲天然气消费过于依赖俄罗斯的局面将得到改变。俄罗斯不得不将销往欧洲的部分天然气价格同石油价格脱钩,并降低其天然气出口价格。图九:美国超越俄罗斯成为世界第一天然气生产国(单位:界天然气价格的波动也制约着页岩气的开发。根据统计,乐观情况下天然气价格3万 制热量单位)时,页岩气开采才具有可行性;而悲观条件下,只有天然气价格为5万 ,页岩气才可以大规模开采。北美页岩气开采量快速上升导致的直接结果就是天然气价格的持续走低,而天然气价格的持续低迷会打击企业的投资热情。目前美国美元/口;美元/口。根据美国能源部的数据,2011年11月为天然气价格低迷,美国天然气井的钻机动用数量下降了33%;而与此同时,开发商在钻井、水力压裂等方面的费用支出仍在继续增加,再加上债务融资,这导致了许多页岩气开发商目前处于亏损状态。2009 年美国页岩气产业的“领头羊”切萨皮克(源公司亏损了90多亿美元,切萨皮克不得不连续出售资产来偿还巨额债务。总之,未来如果天然气价格持续低迷,必将制约页岩气投资和建设。二、 中国页岩气开发状况1、 开发页岩气有助于保障我国能源安全页岩气开发及利用对于保障我国能源安全事关重大。跟据发改委能源所预测,2010,我国天然气消费需求将以 13%的年均增长率递增,2015 到年全国天然气需求将达到 2000 亿 m³,在 2008年的基础上翻一番;而到 2020 年我国天然气消费需求则将增加到3000 亿 m³左右。虽然目前天然气在我国的能源消费结构中仅占4%,但按照国际能源署(测,2035 年天然气在我国消费结构中所占比重将上升到 13%;我国的天然气需求增长将占到全球天然气需求总增长量的 1/4。目前我国的石油对外依存度已经达到 55%,对进口天然气的依存度为 20%,而根据预测,到 2020 年,我国进口天然气的数量将占到总需求量的 33%。测,如果我国页岩气开发进展顺利,2035年我国天然气消费对外依存度将只有 20%;如果开发不力,届时我国 50%天然气消费都将依赖进口。国内页岩气的开发力度决定了我国的天然气对外依存度大小。此外,页岩气的开发也会减轻我国面临的油气地缘竞争压力,尤其使我国在中俄天然气价格谈判过程中将拥有更多的议价能力。2、中国页岩气开发遇到的问题(1)资源勘探程度低及分布区域广目前,我国页岩气资源调查与勘探开发还处于探索起步阶段,页岩气可采储量说法不一,面临资源勘探程度不明的困境。开发页岩需要大量数据,包括岩石学、地质力学、压裂传导性等,而我国页岩板块复杂,可供勘探面积较零碎,因此我国的页岩气勘探有一定难度,需要时间。预计我国页岩气可采储量约为36万亿m³,然而美国并未对中国进行过页岩气系统勘查,可信度存疑。根据中国石油勘探开发研究院油气资源规划所数据,中国页岩气资源量约26但该所并没有对页岩气资源进行准确评估,仅是按体积法估算出的结果。根据国土资源部发布的《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选》,不含青藏区)。其中,已获工业气流或有页岩气发现的评价单元,面积约88万平方公里,是目前页岩气资源落实程度较高,较为现实的勘查开发地区。本次《评价及优选》,将我国陆域划分为上扬子及滇黔桂区、中下扬子及东南区、华北及东北区、西北区、青藏区五大区,范围涵盖了41个盆地和地区、87个评价单元、57个含气页岩层段。页岩气储量、产量的增长将主要来自包括四川、重庆、贵州、湖北、湖南、陕西、新疆等省(区、市)在内的四川盆地、渝东鄂西地区、黔湘地区、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地等。相对而言,我国海相页岩勘探前景最好,其中四川盆地及其周缘地区最为现实; 海陆过渡相与煤系页岩难以形成规模区块,勘探潜力有待落实。图十:中国海相及陆相页岩分布图根据国家能源局于2012年3月发布的《页岩气发展规划》(2011我国在“十二五”期间,首先需要基本完成对全国页岩气资源潜力的评估与勘探,为“十三五”页岩气开发打好基础。规划中还提及,到2015年页岩气目标产量为65亿m³,而2011年我国天然气消费量为1300亿m³,65亿m³页岩气仅够我国使用20 天。这意味着我国页岩气大规模开发要等到2016间。(2)开发技术落后技术问题是我国页岩气发展面临的主要限制。根据《页岩气发展规划》(2011),目前我国已初步掌握了页岩气直井压裂技术,但水平井技术尤其是分段压裂等关键技术,尚待突破,距离真正开发页岩气还有距离。由于技术瓶颈,与美国开展合作是必然选择,但合作不代表技术。美国对页岩气核心开采技术严格保密,甚至连专利都不申请。我国面临技术受制于人的窘境。(3)环保问题突出页岩气开发采用的高压水力压裂法,通过向地下岩层泵入高压液体致使岩层产生裂缝,从而达到油气增产的目的。高压液体为掺有沙石和化学物质的高压水,因此页岩气开采需要消耗大量的水,一口页岩气井通常需要20万吨水,而我国页岩气潜力地区较大的准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地及华北地区普遍为缺水地区;而且由于长期超采地下水,华北地区存在大面积地下水采空区,页岩气开发需要向地下施加的高压力会带来一定的地质灾害。同时水力压裂法有引发地震的担忧,我国页岩气最具开发潜力的四川地区处于地震高发带,有一定的安全隐患。此外开采过程中所用压裂液含有约2%比例的化学增强剂,包括为溶解矿物和造缝而添加的盐酸、为保持压裂液的黏度而添加的硼酸盐等。页岩气钻井的深度通常超过1500m,如果污水回收工作不到位,会导致深层地下水污染。因为浪费水资源,且有地震隐患,页岩气开采在多国受到质疑。2011年6月,法国第一个立法禁止采用水力压裂法;甚至美国的某些州,出于对环保问题的担忧,也已禁止水力压裂法开采页岩气。图十一:中国页岩气和水资源分布图注:绿色为发现页岩气地区、灰色为水资源受限地区(4)地质结构复杂开采困难相对而言,我国陆上页岩具有“一深二杂三多”的特点,主要表现在埋藏较深,埋深超过3500米的页岩占65%;地表条件与页岩热演化史复杂,南方和中西部地区以山地与丘陵为主,海相页岩成熟度偏高,陆相页岩成熟度偏低;页岩类型、分布层位和构造运动多。开发页岩气的地质条件远不如美国优良。图十二:中国页岩气地质及开发条件的特点(5)输送管网不足页岩气开发建设须管道先行。利用天然气管道输送页岩气,是陆上大规模输送页岩气的最佳方式。我国页岩气潜在产区大多位于人烟稀少的偏远地区,页岩气开采后,怎样输送到消费端成为有待解决的问题。目前我国天然气输送管网密度极低,天然气管道总长度只有约4 万公里,而美国天然气管道长达55万公里,超过中国十倍。美国庞大完善的天然气管网系统,减少了页岩气开发前期环节的投入。而且,美国天然气开发与输送分离,天然气管道网络运营商对供应商无歧视准入,从而降低了页岩气的输送成本;相对而言,我国输气管道本就为数不多,还隶属于不同的公司、各自为阵,管道建设缺少统一协调,制约中国页岩气的发展。3、“十二五”是我国页岩气开发起步阶段目前我国页岩气开发正在有条不紊逐步开展。国土资源部已正式将页岩气批准为独立矿种,同时确定页岩气探矿权将采用市场化方式出让。中石油、中石化以及延长石油三大石油公司也在积极调整业务结构,将页岩气勘探开发作为非常规油气资源开发的重点。然而,出于前文所述原因,总体而言“十二五”期间我国页岩气开发将更多注重于前期储备工作。根据国家《页岩气发展规划》(2011-2015年),“十二五”期间是我国页岩气勘探开发的起步阶段。按照要求,至2015年应首先基本完成对全国页岩气资源潜力调查与评价,初步掌握全国页岩气资源量及其分布,优选出30明页岩气地质储量6000亿立方米,可采储量2000亿立方米;实现页岩气产量65亿立方米。同时形成适合我国地质条件的页岩气地质调查与资源评价技术方法,页岩气勘探开发关键技术及配套装备;形成我国页岩气调查与评价、资源储量、试验分析与测试、勘探开发、环境保护等多个领域的技术标准和规范。之后,在“十二五”期间基本摸清页岩气资源情况、勘探开发技术取得突破基础上,“十三五”期间,才进一步加大投入,大幅度提高19个勘探开发区的储量和产量规模。同时建成新的页岩气勘探开发区,力争2020年产量达到600图十三:中石油、中石化以及延长石油三大石油公司页岩气开发进展4、涉及页岩气概念的国内上市公司虽然我国页岩气资源潜力较大,但由于“十二五”期间我国页岩气行业将更为侧重于前期勘探准备工作,因此石油、天然气地质勘探技术业务为主的上市公司或将因此受益,目前具备该类业务的上市公司包括潜能恒信(300191)、恒泰艾普(300157)、海默科技(300084)三家。参考文献: [1] 吴冲龙, 汪新庆, ]. 中国科学 (D 辑) , 2001, 31 (6) : 477[2] 张瑞生,王华,吴冲龙. 盆地沉积动力学特征及其聚煤意义[J]. 沉积学报,2001,19(3):375[3] 车启鹏, 方德庆, 邵奎政等. 煤田始新统西露天组生物地层学研究的新进展[J]. 大庆石油学院学报,1994,18(1):11[4] 宋明水. 东营凹陷南斜坡沙四段沉积环境的地球化学特征[J]. 矿物岩石,2005,25(1):67[5] A C. 1994. of of in ]. 111:111[6] , P, , . 1996. in ]. 103: 23[7] 刘春莲,秦红,车平等. 广东三水盆地始新统布心组生油岩元素地球化学特征及沉积环境[J]. 古地理学报,2005,7(1):125[8] 邓宏文,]肃科学技术出版社,1993. 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