頁巖氣開發要突出“海相”突破“陸相”

文/鄒才能 中國石油勘探開發研究院副院長

頁巖氣早在1821年就已在美國被發現，但長期以來，頁巖一直被視為生成油氣的烴源巖，而不能成為有效儲集層。即使在頁巖中鉆探出工業氣流，也被認為是裂縫性氣藏。直到上世紀70年代中后期，頁巖氣才逐漸受到人們重視。

進入21世紀，隨著理論創新、水平井與水力壓裂技術突破，美國率先在海相沉積地層實現了頁巖氣大規模開發利用，2013年頁巖氣產量達3100億立方米，改變了美國乃至全球能源供應格局，也帶動全球開展頁巖氣研究與勘探開發。

中國頁巖氣研究與勘探開發雖起步晚，但發展較快。2010年在四川盆地海相頁巖氣勘探開發率先取得重大突破，目前已累計生產頁巖氣5億立方米，掀起了新一輪頁巖氣勘探開發熱潮,初步實現頁巖氣商業開發。

這主要得益于頁巖氣連續型聚集地質理論創新、高產富集“甜點區”評選方法進步、水平井體積壓裂技術突破與國家管理機制的驅動。

中國主要發育的海相、沼澤相與湖相三類頁巖，都有形成頁巖氣的基本條件與潛力。當前基礎研究與鉆探實踐表明，中國陸相頁巖氣仍需繼續探索與突破；海相頁巖氣現實性最好，高產富集“甜點區”主要受深水陸棚相帶、較好基質孔縫、較高異常高壓力、適中埋藏深度等主要因素控制。

加快發現海相新“甜點區”

從區塊看，已在四川盆地焦石壩、威遠、長寧等區塊實現初期高產，在每個鉆井平臺，仍需選井進行1～2年連續試采，獲取開發關鍵參數，最大限度降低規模開發方案風險。在川東的焦石壩、蜀南的威遠與長寧等區塊,發現了幾百到幾千平方千米的勘探開發面積。

頁巖氣開采呈現典型的“L型”曲線遞減規律，初始產量高，但遞減很快。北美頁巖氣單井第一年產量遞減率一般在60%～70%，區塊規模穩產和上產須通過加密井和發現新區塊實現接替。

從層系看，中國南方地區主要發育八套海相頁巖，其中志留系龍馬溪組、寒武系筇竹寺組相對有利，區域分布穩定，有利區面積分別達10萬平方千米左右，初步評價頁巖氣技術可采資源量達5萬億和4萬億立方米。目前僅在志留系龍馬溪組實現工業生產，而地質基本條件相似的寒武系筇竹寺組僅有4口井獲得頁巖氣流，尚未實現商業性開采。

從深度看，目前實現工業開采深度主要在2000～3500米，井深超過5000米的只有丁頁2HF井獲得日產4.3萬立方米頁巖氣流。但是，中國工業性海相頁巖氣在盆地內埋藏深度普遍偏大，南方上揚子寒武系筇竹寺組黑色頁巖在四川盆地大部分地區埋藏深度大于4000米，實施水平井鉆井與壓裂施工難度更大、成本更高，這也是筇竹寺組頁巖氣尚未實現突破的原因之一。

總體上看，中國海相頁巖氣具有分布范圍廣、分布層系多、埋藏深度大等特點，需要研究“甜點區”最大可采儲量、單井最大產氣量、開發區效益最大產量；加快海相頁巖氣新區塊、新層系、新深度“三新”領域發現，擴大川東、蜀南之外工業性“甜點區”范圍，將是加快中國頁巖氣規模發展的關鍵。

突破湖相與沼澤相局限

根據2012年國土資源部油氣資源戰略研究中心完成的全國頁巖氣資源潛力評價結果，中國已實現工業開發的海相頁巖氣資源只占三分之一左右，約三分之二的頁巖氣資源分布在湖相、沼澤相頁巖沉積地層中。

目前中國已在鄂爾多斯盆地湖相頁巖、四川盆地沼澤相地層中，鉆探證實存在頁巖氣，但主要因單井產量低，難以達到工業生產要求。沼澤相頁巖母質類型以煤系為主，具有較好發展潛力；湖相頁巖成熟度低，主體處于生油階段，生氣范圍較小，工業開發利用陸相頁巖氣仍需探索。

需繼續摸清中國不同類型頁巖氣資源家底，突破發現陸相頁巖氣“甜點區”、擴大頁巖氣新類型，將是實現中國頁巖氣大規模發展的重要資源基礎。

重點創新四項關鍵技術

與此同時，需進行海相、沼澤相與湖相三種類型工業化試驗區建設，加快推進中國頁巖氣開發，近斯還應當重點加大四項關鍵技術的科技創新。

一是及時部署高精度三維地震。實踐表明高精度三維地震技術應用，可有效確定頁巖氣富集區與高產段，預測裂縫發育區與展布方位，對提高水平井鉆探與壓裂效果十分關鍵。加快勘探“甜點區”發現后三維地震部署，可為開發階段大批量水平井鉆探提供準確井眼軌跡。

二是實現水平井“工廠化”生產。中國頁巖氣資源主要分布在山地、丘陵等復雜地表區，不僅施工作業難度大、技術要求高，而且可以實施水平井加大規模壓裂的井場有限，美國平原為主的均勻布井“工廠化”生產模式難以復制，需加快形成適宜中國復雜地表的“工廠化”生產模式。

三是材料裝備技術全面國產化。水平井體積壓裂是頁巖氣大規模開發利用的核心，而所涉及的關鍵材料、裝備與技術的進口是造成頁巖氣井成本居高不下的原因之一，目前四川盆地海相頁巖氣單井成本普遍在8000萬元左右。加快水平井體積壓裂材料、裝備與技術的國產化與產業化，提高低成本規模化發展速度，可降低頁巖氣經濟開發門檻。

四是節約利用水資源與環境保護。與常規儲層相比，頁巖基本沒有滲透率，決定頁巖氣井需要進行大規模水力壓裂，形成人造網絡裂縫“滲透率”，以維持長期生產能力。形成大規模滑溜水壓裂技術與重復利用方法，最大限度節約水資源和保護環境，并加快創新發展液化石油氣（LPG）、二氧化碳、空氣等非水壓裂新技術，對頁巖氣大規模發展至關重要。