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全球页岩气资源潜力及开发现状57916357

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全球 页岩 资源 潜力 开发 现状 57916357
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2010 年第 6 期 · 石油科技论坛全球页岩气资源潜力及开发现状摘   要 : 页岩气是一种重要的非常规资源。 近年来, 美国页岩气产业发展势头强劲, 正在改变着天然气的供应格局, 甚至将会影响到美国乃至全球未来的整体能源局势。 加拿大、 中国、 澳大利亚等国对其也有所关注。 本文针对全球页岩气资源与开发概况、 美国页岩气开发的推动因素与障碍、 巴耐特页岩气的主要开发指标等进行了重点剖析。关键词 : 页岩气   开发   美国   推动因素   技术指标 何艳青中国石油集团经济技术研究院科技所第一作者简介 : 张焕芝, 1981 年生, 油气田开发专业硕士, 工程师, 目前主要从事油气田开发科技信息研究工作。 石油、 天然气等化石能源需求的不断攀升, 页岩气、 致密气、 煤层气等非常规能源,作为常规能源的重要补充, 逐渐进入人们的视野。 页岩气是以多种相态存在, 主体上富集于泥页岩 (部分粉砂岩) 地层中的天然气聚集。 页岩气藏中的天然气不仅包括了存在于裂缝中的游离相天然气, 也包括了存在于岩石颗粒表面上的吸附气。 页岩气与其他类型天然气的显著差别在于, 其具有典型的 “自生自储” 特点 [1] 。全球对页岩气的勘探开发并不普遍, 仅美国和加拿大在这方面做了大量工作。 近十年来, 美国页岩气行业发展迅速, 目前已进入页岩气开发的快速发展阶段, 加拿大页岩气商业化开采还处于起步阶段。 页岩气在美国已经成为天然气家族中的重要成员, 正广泛应用于燃气化工、 汽车燃料等方面。 作为一个新兴的非常规能源, 页岩气资源的勘探开发需要大量技术、资金和人员投入。 我国页岩气资源的勘探开发刚刚起步, 经验匮乏, 技术不成熟, 实现页岩气资源的规模开发还有很长的路要走。 北美页岩气开发的成功经验和先进技术非常值得我们借鉴和参考。1 球页岩气资源丰富全球页岩气资源丰富。 据美国国家石油委员会( 统计, 截至 2007 年底, 全球页岩气资源量约为456 × 10 12 m 3 , 占全球非常规气资源量近 50% , 主要分布在北美 (占 )、 中亚和中国 (占 )、 中东和北非 (占 )、 拉美 (占 ) 等国家和地区(图 1 )。国页岩气开发最成熟美国页岩气最早的规模开发始于得克萨斯州的巴耐特 ( 页岩。 最近几年, 几个页岩气田也相继得到开发。 在过去的十几年, 美国页岩气产量呈指数级增长 : 1998 年, 产量为 85 × 10 8 m 3 , 占美国天然气年产量的 ; 2008 年, 产量达 500 × 10 8 m 3 , 占美国天然气年产量的 8% 。 页岩气产量的大幅增长扭转了图 1 全球页岩气资源分布图( 10 12 = 10 8 m 3 )前苏联627亚和中国3526哈拉以南美洲274等 : 全球页岩气资源潜力及开发现状53石油科技论坛 · 2010 年第 6 期环球石油美国天然气产量下降的趋势, 降低了美国对进口天然气 (尤其是 的依赖 [2] 。 据美国能源信息署 ( 预测, 未来 20 多年, 页岩气产量还会大幅上涨, 到 2035年, 页岩气产量将占到美国天然气总产量的 [3](图 2 )。球页岩气勘探开发活动悄然兴起北美页岩气的大规模生产引起了全球其他国家和地区对页岩气资源的重视。 2009 年 5 月, 欧洲启动了一个由行业资助、 德国国家地质实验室协作的研究项目 “ ” ; 在南美洲, 阿根廷和智利也正在评估其页岩气的潜力 ; 在亚洲, 印度国有石油公司 ( 已经开始评估印度的页岩气可采量 ; 我国也钻探了一些页岩气评价井。全球各大石油公司也纷纷开始采取行动 : 埃克森美孚在德国展开钻探工程 ; 美国戴文能源 ( 和法国道达尔联手, 在法国钻探页岩气 ; 康菲石油公司将在波兰展开页岩气勘探工作 ; 中国石油天然气集团公司和壳牌宣布将联手开发四川的页岩气资源 ; 挪威国家石油公司、 美国页岩气开发最为成功的切萨皮克能源公司 ( 和南非石化巨头萨索尔公司 ( 共同向南非政府有关部门申请对南非 地页岩气资源的勘探权。2 小石油公司是主要推动者美国的页岩气开发最初主要是由一些中小型石油公司推动的, 他们依靠传统的油田服务公司 (如哈里伯顿、 斯伦贝谢等) 提供服务和技术支持。 这些中小公司主要包括 : 、 。大石油公司没有一个是页岩气开发的专家, 他们起初并没有着手开发页岩气, 这一方面是由于大石油公司把注意力都放在了墨西哥湾深水油气的开发, 低估了页岩气的潜力 ; 另一方面是由于页岩气田开发矿权极难获得, 大油公司没有精力与土地持有者进行旷日持久的谈判。 近几年来, 随着墨西哥湾深水油气产量的急剧下滑, 大石油公司再也找不到比较大的储量增长点来保证储量接替率, 因此又纷纷把目光转向了页岩气。 如前所述, 一些大石油公司开始通过合伙、 参股或收购有页岩气开发经验的中小公司等形式参与页岩气的勘探开发。速发展的主要推动因素美国页岩气发展速度之快, 离不开国家政策上的支持和先进的开发技术, 推动美国页岩气快速发展的主要因素如下。府的财税政策页岩气的开发具有高投入、 高风险、 回收期长等特点, 从发展的角度来说, 特别需要一个协调一致的政策环境。 早在 20 世纪 70 年代末期, 美国政府在 《能源意外获利法》 中规定了非常规能源开发税收补贴政策, 而得克萨斯州自 20 世纪 90 年代初以来, 对页岩气的开发不征生产税。 另外, 美国还专门设立了非常规油气资源研究基金。 可以说, 美国政府有利的政策支持大大降低了页岩气的开发成本, 为页岩气的快速发展提供了强劲的动力。然气价格的作用自 2000 年起美国天然气价格连年飙升, 使得页岩气的开采有利可图。 虽然 2008 年至今, 天然气价格受金融危机的影响一路走低, 但据美国能源信息署( 预测, 2010 年之后, 天然气价格会逐渐反弹 (图3 ), 这对页岩气的大规模开发非常有利。平井和压裂技术的进步页岩气资源丰富, 要实现有效动用, 其问题在于有多少经济和技术可采储量。 除了天然气价格上扬因素以外, 页岩气开发技术的进步使页岩气的有效开采从以往的望而却步变成有利可图的现实。 美国经过多年攻关, 探索出一套先进的页岩气开采技术, 主要包图 2 美国天然气产量历史及预测 ( 历史 预测1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 拉斯加天然气页岩气煤层气陆上气田气海上气田气石油伴生气净进口542010 年第 6 期 · 石油科技论坛图 3 美国天然气井口价格 ( 1086420美元/103 985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035年份历史 预测《年度能源展望 2010 》 参考情景《年度能源展望 2009 》 参考情景更新括 : 水平井钻井技术、 水平井分段压裂技术、 清水压裂技术和微震裂缝实时成像技术等。 正是在这些先进技术不断推动下, 以得克萨斯州的巴耐特页岩气开发为例, 其产量 10 年来一路走高 (图 4 )。备的基础设施美国页岩气开发的另一个主要推动因素是附近有现成的输气管线等基础设施。 许多页岩气的开发紧邻常规油气田, 拥有现成的基础油气设施, 交通便利, 可以实现钻机、 压裂设备等快速转移。 如果页岩气田附近没有充足的基础设施的话, 开发初期投资会很大。国页岩气开发的主要障碍美国页岩气开发时面临的主要障碍具体表现在如下三个方面。得开发权比较困难资源开发权的获得应该是页岩气开发的最大障碍。 与常规气藏相比, 页岩气不仅气藏面积比较大, 而且需要的井数为常规气藏的 10 倍, 这意味着钻井和生产作业对地面影响比较大。 大规模钻井会对人口密集的社区产生干扰并增加当地对基础设施的需求。 尽管美国采取了一系列措施来限制页岩气开发对当地社区的影响, 并通过公关和教育争取公众的认可, 但如果当地公众不能获得直接利益的话, 想获得开发权会非常困难。源和水处理问题突出页岩气的开发用水量很大。 以巴耐特页岩为例,钻井平均用水量为 182t/ 口井, 压裂平均用水量为13650t/ 口井 [4] 。 因此, 页岩气成功开发的一个关键点就是要确保钻井和压裂用水供应不与当地社区居民用水发生冲突。 尽管正在设法减少施工过程的用水量, 获得足够的水源仍是一大障碍。产出水的处理也是一个很大的问题, 需要制定既环保又经济的水处理方案。 井场附近如果没有污水处理设备的话, 会大大减缓页岩气藏的开发速度, 增加开发成本。境法规约束环境法规是页岩气开发的又一大障碍。 由于页岩气需要的井数很多, 钻井对地面影响较大。 大量压裂用水的处理可能会触犯环境法, 尤其是那些地下水污染很受重视的地方, 水处理成本会很高。 如果能够在进一步降低占地面积方面技术有所突破的话, 将有助于开发更多的页岩气藏, 尤其是人口密集和环境敏感地区的资源。3 成功开发页岩气的典型案例 —— 巴耐特页岩气田巴耐特页岩气田是目前世界上开发最成功的页岩气田, 也是美国目前产量最大的页岩气田, 其产量占美国总页岩气产量的 50% ~ 60% 。 国际能源署 ( 对巴耐特页岩的钻井井型、 井距、 生产剖面、 产量递减率、 净现值等重要开发指标进行了分析 [5] 。型与井距在常规油气藏中, 如果钻井过密, 每口井的生产速度和井间干扰会对油气藏整体压力产生影响, 但是对于页岩气藏来说并非如此。 由于页岩渗透率极低,只要钻井密度不够大或者临近井的压裂裂缝没有相互交叉, 每口井只能采出该井所控制那一小块气藏里的天然气。 因此, 页岩气产量与钻井数量和压裂规模密切相关。页岩气藏需要的井数为常规气藏的 10 倍, 井距较小。 截至 2008 年, 巴耐特页岩气田总井数为 12000 口。页岩气产量(109 图 4 1998 — 2007 年巴耐特页岩气产量120010008006004002000 1980 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007年份水平井分段压裂实时裂缝诊断水平井重复压裂水平压裂55张焕芝 等 : 全球页岩气资源潜力及开发现状石油科技论坛 · 2010 年第 6 期环球石油在 2008 年产量高峰期的时候, 有 180 多台钻机同时作业, 相当于美国所有可用钻机数的 10% 。 如图 5 所示,近几年钻的井绝大多数为水平井 (通常为 20 ~ 40 口的丛式井), 水平段长度通常为 1000 ~ 2000m , 压裂级数为 4 ~ 15 级。 大多数页岩气井井距为 400 ~ 800m , 但是为了提高采收率, 一些区块的井距甚至为 245 ~ 283m(相当于 16 口井 / )。产剖面巴耐特页岩 7000 多口气井的生产剖面极为类似(图 6 ) : 均为早期出现一个产量高峰, 之后迅速下滑。每口井的产能都与所在区块的地质特征及完井作业的有效性 (是否实现了与产层的最大接触) 有关。 井与井之间的产能差异明显大于常规油气藏。从对巴耐特页岩气井的生产剖面分析可以推断其他有待开发的页岩气藏的生产特征, 即产量与钻井数量成函数关系。 假设每年钻 80 口井, 每口井的设计和生产特征相同, 一个新开的页岩气藏 7 年之后能达到高产稳产期 (图 7 )。 为了维持稳产, 必须不停地钻井 ;如果彻底停止钻井, 3 年之后产气量就会下降到稳产期产量的一半。很高的初始产量和紧随其后的快速下滑意味着页岩气资源开发很快, 4 年之内就可以开发出 2/3 。 这就确保了每口井的投资成本可以很快回收。 增加钻井数量可以迅速提高产量, 一旦停止钻井, 产量就会迅速下滑。量递减率巴耐特页岩气井的产量递减率明显高于大多数常规气井。 总体来说, 巴耐特页岩气井产量第二年比第一年下降 39% , 第三年比第二年下降 50% (图 8 )。 几年之后, 产量下降速率会放缓但还是相当高, 因此, 几年之后大部分可采气都可以采出了。 垂直井的产量递减率也很高 : 第二年比第一年下降 42% , 第三年比第二年下降 55% 。井最终可采资源量国际能源署在历史产量数据的基础上对巴耐特页岩气井的单井最终可采资源量进行了预测。 水平井平562010 年第 6 期 · 石油科技论坛图 10 巴耐特页岩几个主要区县的临界井口气价(据 2009 ; 据库与分析)均单井可采量为 3860 × 10 4 m 3 , 60% 的井在平均值以下(图 9 )。 这些预测是建立在完井初期的产气量基础上的, 没有考虑新产层压裂和老产层的重复压裂所带来的产量剧增, 所以数据有点保守。 垂直井的单井最终可采资源量分布与水平井非常类似, 但总体数值有点低, 平均单井可采量为 2070 × 10 4 m 3 。页岩气藏每口井的单井产量和可采资源量之间差别很大, 这反映了原始地质储量、 储层的局部地质特征、 井的水平段长度以及压裂规模之间的差异。 平均单井产量最高的区块称为 “核心区块”。现值 ( 由于巴耐特页岩气田每口井的单井可采资源量和单井产量变化很大, 它们的经济价值 (净现值) 也差别很大。 据国际能源署 ( 评估, 水平井平均净现值为 58 万美元 / 口井 (以 2008 年的钻井和作业成本、美国财政成本为基础, 贴现率为 10% , 井口气价为 6 美元 / ( 百万英热单位)。 基于同样的假设,垂直井平均净现值不到 10 万美元 / 口井。 如果要获得10% 的资本利润率, 几个主要的生产页岩气的县的临界井口气价为 4 ~ 13 美元 /图 10 )。 迄今为止, 过半数的水平生产井都分布在最具产能的两个县( 。这些临界气价是各个县的所有作业者的平均值,“核心区块” 的作业者能够把它们的临界气价控制的比较低。 降低生产成本的关键在于通过试验找到最佳的气井设计和完井方法, 尤其是井的水平段长度、 压裂级数与规模、 井距、 施工等。 如果每口井都采用最佳的开发设计和技术, 并根据试验不断更新作业标准, 经营者就能够提高产能和采收率、 降低单位成本、增加盈利。我国页岩气资源也很丰富, 开发潜力巨大。 美国页岩气开发的成功经验和先进技术非常值得我们借鉴和参考。 目前, 我国页岩气资源的勘探开发才刚刚起步, 还未得到大规模商业化开采, 相信随着水平井、分段压裂等技术的进步, 页岩气的开发也将取得重大突破。【参考文献】[1] 潘仁芳 , 黄晓松 . 页岩气及国内勘探前景展望 [J]. 中国石油勘探 ,2009,14(3) .[2] ,. s ]2009,11(3).[3] . 010[R]. C: 2009,12(14).[4] in ]. 2009.[5] 009[R]. 2009.[6] 何艳青 , 张焕芝 . 未来全球油气技术展望 [J]. 石油科技论坛 ,2010,29(3).(收稿日期 : 2010 改回日期 : 2010141210864200 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100生产年数过半数的井分布在 两个县57张焕芝 等 : 全球页岩气资源潜力及开发现状气价(美元/010 年第6 期·石油科技论坛 73of on a of a of on a is on A is in of is a of as as as of of in is an of In in It is of in in to of of in . o., 2. o., is a s to in is to by is of
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