加快中國頁巖氣勘探開發和利用的主要路徑

摘 要

摘要：目前，頁巖氣的開發利用已成為全球油氣勘探開發的新亮點。加快頁巖氣資源勘探開發和利用，對于改變中國油氣資源格局，甚至改變整個能源結構，緩解中國油氣資源短缺，保障國家能源
摘要：目前，頁巖氣的開發利用已成為全球油氣勘探開發的新亮點。加快頁巖氣資源勘探開發和利用，對于改變中國油氣資源格局，甚至改變整個能源結構，緩解中國油氣資源短缺，保障國家能源安全，促進經濟社會發展都具有十分重要的意義。為此，分析了中國頁巖氣的資源潛力與勘探開發狀況，對比美國頁巖氣勘探開發取得的成功經驗，指出了目前中國頁巖氣勘探開發面臨的幾個問題，即：資源家底不清，缺乏政策支持，缺乏核心技術，投資主體單一，管網設施不足。最后，提出了加快中國頁巖氣勘探開發和利用的主要路徑，即：調查先行、規劃調控、招標出讓、多元投入、技術攻關、對外合作、建設管網、注重環保。
關鍵詞：中國；頁巖氣；勘探開發；狀況；資源潛力；問題；利用；路徑
1 中國頁巖氣資源潛力與勘探開發狀況
    中國頁巖氣資源類型多、分布廣、潛力大。中國海相沉積分布面積多達300×104km2，海陸交互相沉積面積超過200×104km2，陸上海相沉積面積約280×104km2。這些沉積區內均具有富含有機質頁巖的地質條件，頁巖地層在各地質歷史時期十分發育，形成了海相、海陸交互相及陸相多種類型富有機質頁巖層系。海相厚層富有機質頁巖主要分布在中國南方，以揚子地塊為主；海陸交互相中薄層富有機質泥頁巖主要分布在中國北方，以華北、西北和東北地區為主；湖相中厚層富有機質泥頁巖，主要分布在大中型含油氣盆地，以松遼、鄂爾多斯等盆地為主[1]，如圖1所示。
    據估算，中國頁巖氣可采資源量大約為31×1012m3[2]。估算結果表明，南方、北方、西北及青藏地區各自占中國頁巖氣可采資源總量的46.8%、8.9%、43%和1.3%，古生界、中生界和新生界各自占中國頁巖氣資源總量的66.7%、26.7%和6.6%[3～4]。
    目前，中國頁巖氣勘探開發還處于起步階段。在公益性、基礎性頁巖氣資源戰略調查方面，國土資源部油氣資源戰略研究中心(以下簡稱國土資源部油氣中心)從2002年開始跟蹤國外頁巖氣發展動態，2004年與中國地質大學(北京)重點研究中國富有機質泥頁巖發育情況，進行中新生代含油氣盆地瀧頁巖和古生代地層富有機質泥頁巖的分析。在此基礎上，根據中國頁巖氣資源分布與類型以及研究進展情況，于2009年啟動了“中國重點地區頁巖氣資源潛力及有利區帶優選”項目，開展了頁巖氣先導試驗區建設。整個頁巖氣資源戰略調查工作，按3個梯次部署、展開[2]。
1.1 頁巖氣資源戰略調查工作第一梯次
    第一梯次是先期設置以海相地層為主的上揚子川渝黔鄂頁巖氣戰略調查先導試驗區，包括四川、重慶、貴州和湖北省(市)的部分地區，面積約20×104km2(圖2)。

    經過2年多的探索實踐，先導試驗取得了多項成果和認識：①摸清了區域內發育的6套富有機質頁巖層系，其中，下寒武統牛蹄塘組、下志留統龍馬溪組分布范圍廣、規模大，為主力層系；②首次在四川省長寧地區(龍馬溪組)、重慶市綦江觀音橋、華鎣山三百梯(下志留統)建立了3條中國首批頁巖地層示范剖面；③系統研究和掌握了主要目的層富有機質頁巖的分布特征，分析了巖石礦物組成，初步掌握了有機地化特征；④建立了頁巖氣有利目標區優選標準，優選出20個頁巖氣富集有利區；⑤初步建立了以體積法為主的頁巖氣資源評價方法，估算了頁巖氣有利目標區的資源量；⑥初步建立了一套頁巖氣資源調查評價技術方法。
1.2 頁巖氣資源戰略調查工作第二梯次
    第二梯次是在以海相地層為主的下揚子蘇皖浙區，包括江蘇、浙江、安徽省的部分地區，展開頁巖氣資源調查工作。取得的主要成果及認識包括：①下揚子地區富有機質暗色頁巖主要發育于下寒武統荷塘組和上二疊統龍潭組；②富有機質頁巖主要分布在荷塘組中下部，以涇縣-安吉-寧國-休寧一帶最為發育；龍潭組暗色泥頁巖主要分布于安徽涇縣-廣德-長興及蘇南地區；③荷塘組頁巖厚度大，有機質類型較好，有機質含量較豐富，以江南隆起以北為較有利區；龍潭組以涇縣以東、長興以西、長江以南、江南隆起以北為主要有利遠景區。
1.3 頁巖氣資源戰略調查工作第三梯次
    第三梯次是以陸相和海陸交互相地層為主的北方重點區，包括華北、東北、西北的部分省區市的部分地區，開展了頁巖氣資源前期調查研究工作。取得的主要成果及認識包括：①古生界發育海相、海陸過渡相和陸相3類富有機質頁巖，海相頁巖主要發育在準噶爾盆地石炭系、鄂爾多斯盆地奧陶系-石炭系，海陸過渡相頁巖集中分布在石炭-二疊系，陸相頁巖主要發育在準噶爾盆地中上二疊統；②中生界三疊系-侏羅系發育湖沼相煤系泥頁巖，主要發育在準噶爾、塔里木、吐哈等盆地，厚度大、有機質豐度高；③中生界半-深湖相富有機質泥頁巖主要發育在鄂爾多斯盆地三疊系、松遼盆地白堊系等，熱演化程度普遍不高，具有頁巖油氣資源前景。
    在商業性頁巖氣勘探開發方面，中國的石油企業已在川南、渝東鄂西、泌陽、濟陽和東濮、鄂爾多斯、沁水、松遼、遼河東部等地區開展了大量頁巖氣老井試氣和鉆探評價工作，加快了四川、泌陽、鄂爾多斯等盆地頁巖氣勘探節奏。中國石油天然氣股份有限公司針對四川盆地及其周緣的下寒武統、上奧陶統-下志留統海相泥頁巖持續開展了地質研究和勘探工作，取得了較好的頁巖氣勘探效果，實施的威201井、寧201井，在下志留統龍馬溪組見到較好的頁巖氣顯示，壓裂測試產氣量較高。近期成功鉆探了中國第一口頁巖氣水平井。中國石油化工股份有限公司陸相頁巖氣勘探取得重要進展，泌陽凹陷安深1井、鄂西渝東地區的建111井、四川元壩9井以及貴州黃平區塊鉆探的黃頁1井都鉆遇厚暗色泥頁巖，見到了較好的氣測顯示。這些工作成果大大提振了信心，加快了頁巖氣勘探開發的步伐。
2 美國的成功經驗與我們面臨的問題
2.1 美國的成功經驗
    美國是頁巖氣勘探開發最早、最成功的國家。美國頁巖氣快速發展經驗，主要包括以下幾個方面[5～6]：
2.1.1出臺的優惠政策起到了扶持作用
    1978—1992年，美國聯邦政府對煤層氣、頁巖氣等開發實施了長達15年的補貼政策，州政府也出臺相應的稅收減免政策。對油氣行業實施的其他5種稅收優惠，大大地鼓勵了小企業的勘探開發投資熱情，有力地扶持和促進了頁巖氣的勘探開發。
2.1.2形成的技術進步起到了推動作用
    美國政府早在20世紀70年代，就設立專項資金用于頁巖氣基礎理論研究和開發關鍵技術攻關，在世界上率先成功研發了頁巖氣水平鉆井和多段壓裂技術并加以大規模應用，直接推動了頁巖氣的商業開發。
2.1.3開放的競爭環境起到了促進作用
    美國頁巖氣勘探開發準入門檻低，勘探開發主體多元化。美國的頁巖氣勘探開發主要由中小公司推動，85%的頁巖氣產量由中小公司貢獻。在低回報、高成本的壓力下，中小型公司的技術革新行動更為快捷，而大公司可以在長期性和投入穩定性上得到更多保證，因此出現了中小公司取得技術和產業突破，大公司則通過收購和兼并中小公司參與進入市場，形成了大中小石油企業并存發展的市場競爭格局。
2.1.4健全的市場監管起到了保障作用
    美國政府十分重視頁巖氣勘探開發中的監管問題，凡與頁巖氣勘探開發相關的管理部門均在其履行的職責中賦有監管職能。這種分工明確且行之有效的行業監管也是美國頁巖氣開發取得成功的重要因素之一。
2.1.5完善的基礎設施起到了支持作用
    美國天然氣管網和城市供氣網絡十分發達，天然氣管網總長超過40×104km，大大減少了頁巖氣在開發利用環節的前期投入，降低了市場風險。同時，該國從1993年起實行了天然氣開發和運輸的全面分離，運輸商對天然氣供應商實施無歧視準入。管道運輸價格受到監管，而天然氣價格則完全放開，有力支持了頁巖氣開發的商業化。
2.1.6專業的技術服務起到了支撐作用
    美國油氣專業服務公司具有強大的技術優勢，自主研發儀器裝備且門類齊全、專業化程度高。水平鉆井、完井、固井和多段壓裂等工程以及測井、實驗測試等一般都委托專業技術服務公司來完成。
2.2 我們面臨的問題
    中國頁巖氣富集地質條件優越，具有與美國大致相同的頁巖氣資源前景及開發潛力[7]。現階段，中國頁巖氣勘探開發面臨的問題，主要包括以下5個方面：
2.2.1資源家底不清
    近年來，盡管中國在頁巖氣地質理論、潛力評價和有利區優選等方面進行了初步探索，取得了一定的進展。但中國頁巖氣賦存規律和含氣頁巖基本參數還有待深入研究，對頁巖氣資源潛力尚未進行系統評價，頁巖氣遠景區和有利目標區尚未優選和圈定。
2.2.2缺乏政策支持
    頁巖氣勘探開發初期特別是起步階段，具有風險大、成本高的特點，一般需要政府在財稅方面給予一定的政策支持，當形成規模和市場完善后再取消財稅支持政策。目前，中國雖然已有礦產資源補償費、探礦權、采礦權使用費等減免的一些優惠政策，但還未專門出臺支持頁巖氣勘探開發的稅費優惠和補貼等政策。
2.2.3缺乏核心技術
    與美國相比，中國在資源評價和水平井、壓裂增產開發技術等方面，尚未形成頁巖氣商業開發的核心技術體系。況且，中國頁巖氣地質條件更為復雜，頁巖層系時代老、熱演化程度高、經歷了多期構造演化、埋藏深、保存條件不夠理想。因此，開發技術要求更高，目前技術水平尚不能完全滿足頁巖氣勘探開發的要求。
2.2.4投資主體單一
    按照現行規定和管理體制，中國油氣礦業權主要授予中石油、中石化、中海油和延長油礦4大石油企業。這種投資主體的單一化，排斥了其他投資主體的進入，再加之市場監管不到位等，制約了資源開發的市場競爭。美國的經驗表明，實行投資主體多元化，形成有序的競爭機制，在頁巖氣勘探開發中具有顯著的效果。
2.2.5管網設施不足
    美國發達的天然氣管網大大降低了頁巖氣開發利用成本。與美國相比，中國管網設施建設滯后，且已有管網設施在第三方準入、市場開放等方面體制不順、壟斷經營，缺乏政策支持，不利于頁巖氣開發利用降低成本。隨著頁巖氣規模開發，基礎設施不足等問題將會成為制約頁巖氣開發利用的瓶頸[8]。
3 加快中國頁巖氣勘探開發和利用的主要路徑
    雖然中國頁巖氣勘探開發起步較晚，但開局良好，呈現出了積極的發展態勢。借鑒國外發展頁巖氣的先進經驗，結合中國實際，尋找加快發展的路徑，探索并形成具有中國特色的頁巖氣資源勘探開發和利用體系，獲得更多的非常規天然氣儲量，滿足中國天然氣消費量不斷增長的需要，促進向清潔能源經濟模式的轉化和經濟社會又好又快發展，顯得十分迫切。為此，筆者認為，中國加快頁巖氣勘探開發和利用的路徑應是“調查先行、規劃調控、招標出讓、多元投入、技術攻關、對外合作、建設管網、注重環保”。
3.1 調查先行
    在全國范圍內，對中國頁巖氣資源潛力進行總體評價，查明中國頁巖氣資源分布，優選頁巖氣富集有利區，初步摸清中國頁巖氣資源“家底”。2011年，國土資源部油氣中心以點面結合的方式，部署啟動了“全國頁巖氣資源潛力調查及有利區優選”項目(圖3)。
    在點上，根據中國頁巖氣資源分布和不同特點，繼續實施上揚子海相川渝黔鄂先導試驗區的5個重點項目，設置下揚子皖浙蘇、東北陸相和華北海陸交互相的先導試驗區建設，建立頁巖氣資源潛力調查評價刻度區，評價資源潛力，優選有利目標區，爭取實現突破；在面上，將中國劃分為上揚子及滇黔桂區、中下揚子及東南地區、華北及東北區、西北區、青藏區5個大區，全面掌握中國富有機質泥頁巖發育特點和分布特征，獲取各區主要目的層位的富有機質頁巖基本參數，初步評價資源潛力，優選頁巖氣富集遠景區，為推動中國頁巖氣勘探開發，制定能源規劃特別是頁巖氣中長期發展規劃和宏觀決策以及資源管理提供依據。
3.2 規劃調控
    制定科學合理的規劃，充分發揮規劃的調控作用，是促進頁巖氣勘查開發和利用工作的重要措施。要在認真分析世界頁巖氣勘探開發的態勢和中國現狀的基礎上，根據國家“十二五”規劃明確提出的“推進煤層氣、頁巖氣等非常規油氣資源的開發利用”的要求，著手研究制定“十二五”頁巖氣發展規劃，科學規劃中國頁巖氣的發展定位，發展目標、重點和措施，對中國頁巖氣的發展進行合理引導和綜合布局。
3.3 招標出讓
    根據頁巖氣豐度低、分布廣、勘探開發靈活性強的特點，深入研究中國頁巖氣礦業權設置制度。借鑒煤層氣礦業權管理經驗，設立專門的頁巖氣區塊登記制度，實行國家一級管理。開展頁巖氣探礦權招標出讓，引入市場機制，探索促進投資，激發市場活力的嘗試。實行行政合同管理，掌握中標方勘探動態，規定最低應達到的勘探程度，確定年均投入達到法定最低勘查投入高限的倍數和每千平方千米最低投入的實際工作量。對具備條件的，應進行壓裂和試采，力爭實現突破并轉入開采。同時，要加強對頁巖氣招標區塊成果和勘查資料的匯交管理。
3.4 多元投入
    加強頁巖氣勘查開發管理，創造開放的競爭環境，推進頁巖氣勘查開發投資主體多元化，鼓勵中小企業和民營資本參與。給予頁巖氣與國內煤層氣勘查開發一樣的投資主體地位，允許具備資質的企業、民營資本等，通過合資、入股等多種方式參與頁巖氣的勘查開發，或獨立投資，直接從事頁巖氣勘查開發。加強市場監管，維護勘查開發秩序，形成合理有序的競爭格局，加快突破，促進勘查開發。
3.5 技術攻關
    加大科技投入，促進科技創新，加強對頁巖氣研究和工程技術的財稅投入與組織力度。組織全國優勢科技力量，大力開展頁巖氣勘探開發核心技術的攻關研究，鼓勵企業研發并推廣應用成熟新技術、新工藝，為頁巖氣的勘探開發和跨越式發展提供有效的理論和技術支撐，不斷提高資源開發效率。
3.6 對外合作
    加強頁巖氣國際合作與交流，積極引進國外頁巖氣開發先進技術。繼續跟蹤美國頁巖氣勘探開發技術進展，引進和消化頁巖氣勘探開發技術。在頁巖氣資源戰略調查和勘查開發初期，可考慮與國外有經驗的公司合作，引進實驗測試、水平鉆井、測井、固井和壓裂等技術。在學習借鑒的基礎上，開展頁巖氣開發核心技術、工藝的研發和聯合攻關。
3.7 建設管網
    推動天然氣基礎設施特別是管網建設，繼續加快天然氣輸送主干網、聯絡管網和地方區域管網等的建設，逐步建成覆蓋全國的天然氣骨干網和能夠滿足地方需要的管網，建立天然氣管網公平準入機制，適時引入強制性第三方準入規定。同時，加快儲氣調峰設施建設，保障天然氣安全穩定供應。
3.8 注重環保
    加強頁巖氣勘探開發對環境影響的評估，特別是水力壓裂所用化學物質對地下水的潛在污染和地下爆破對地表的影響等。嚴格執行中國現有的環境保護方面的法律法規。同時，要求頁巖氣開發企業披露壓裂混合液的化學成分，以便充分評估對地下水的影響。
參考文獻
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(本文作者：張大偉 國土資源部油氣資源戰略研究中心)