有效開發中國頁巖氣

摘 要

摘要：目前中國正在形成頁巖氣開發熱潮，為科學看待頁巖氣開發，分析了美國頁巖氣發展的有利因素及中國發展頁巖氣的條件，從資源、技術、政策等方面將中美兩國頁巖氣開發條件進行了
摘要：目前中國正在形成頁巖氣開發熱潮，為科學看待頁巖氣開發，分析了美國頁巖氣發展的有利因素及中國發展頁巖氣的條件，從資源、技術、政策等方面將中美兩國頁巖氣開發條件進行了對比。結果認為，除資源基礎外，中國在自然條件、氣藏埋深、開發技術、管網輸送及政策等方面與美國差距都較大；參照國內煤層氣及低滲透砂巖氣田開發參數進行經濟評價，在目前國內氣價條件下，頁巖氣開發暫無經濟效益。為實現中國頁巖氣的規模有效開發，提出如下建議：①開展資源評價，制定相關標準；②擴大對外合作，積極引進技術；③制定優惠政策，鼓勵頁巖氣開發。
關鍵詞：頁巖氣；開發；美國；中國；對比；經濟評價；建議
    隨著中國經濟的快速發展及低碳經濟的要求，天然氣消費需求量將越來越大，作為常規天然氣的重要補充，頁巖氣、煤層氣等非常規天然氣的開發將會更加受到重視。從美國頁巖氣快速發展的歷程來看，未來中國頁巖氣也會得到較快發展。針對未來中國頁巖氣的發展前景，筆者提出自己的一些看法和建議。
1 美國頁巖氣開發改變了北美供氣格局
1.1 美國頁巖氣開發歷史背景
    從世界范圍看，頁巖氣資源巨大，資源量約456×1012m3，相當于常規天然氣的1.4倍，主要分布在北美、中亞、中國及中東、北非等(據IHS2005)。
    世界頁巖氣資源研究和勘探開發最早始于美國。美國于19世紀30年代開始對頁巖氣進行研究和鉆探，但直到1980年美國政府實施了非常規燃料免稅政策后，頁巖氣才得到廣泛的商業性開采，特別是1981年Mitchell能源公司在得克薩斯州北部Fort Worth盆地Barnett頁巖的成功鉆探，再一次引起了人們對頁巖氣的興趣，但由于技術等原因，1989年美國僅產頁巖氣42×108m3。
    到20世紀90年代，在政策、價格和技術進步等因素的推動下，美國頁巖氣產量增速加快，特別是2003年采用水平井開發技術后，頁巖氣產量大幅增長，當年達到200×108m3。在美國參與頁巖氣開發的石油公司，也從2005年的23家發展到2008年的60多家。
    2008年美國頁巖氣井已超過40000口，產量520×108m3，占美國天然氣總產量的10%(EIA，2009)；2009年頁巖氣生產井數增至98590口，產量超過878×108m3，其中Barnett頁巖氣產量500×108m3。頁巖氣的快速開發使得美國天然氣儲量增加了40%，預計2010年頁巖氣產量將占全美天然氣產量的15%以上。隨著Haynesville和Marcellus頁巖氣的快速開發，美國頁巖氣產量預計到2020年將達到2066×108m3(Kuuskraa，2009)。
1.2 美國頁巖氣開發的有利因素
1.2.1資源量大、分布范圍廣
    美國本土48個州廣泛發育海相暗色頁巖，主要產氣層位于泥盆系、密西西比系及白堊系。據評價，僅密歇根盆地Antrim頁巖、阿帕拉契亞盆地0hi0頁巖、沃思堡盆地Barnett頁巖、伊利諾依盆地New Albany頁巖和圣胡安盆地Lewis頁巖等頁巖氣資源量達25×108m3左右[1]；全美頁巖氣可采資源量約28×1012m3。
1.2.2成藏條件好
    美國目前已開發頁巖氣氣藏具有得天獨厚的條件：埋藏深度適中(大部分在180～2000m)；單層厚度大(30～50m)，總厚度超過500m；基質滲透率高(大于100mD)；成熟度適中(Ro在1.4%～3.5%)；有機碳含量大(大于2%)；頁巖脆性好(硅含量大于35%)[2]。
1.2.3開發技術有效
    2006年以來，美國頁巖氣開發廣泛采用水平井分段壓裂技術，水平段一般在1000～1500m；分段壓裂的技術特點為：大液量(4000～6000m3)、大排量(8～12m3/min)、大射孔段(100～150m)、低砂比、小粒徑支撐等，效果顯著，產量比直井提高10～15倍，并使開發成本逐年下降。目前北美開發成熟區億立方米產能建設投資折合人民幣2.5～3億元，單井費用250～350萬美元，每口井的儲層改造和鉆井費用基本相當[2]。
1.2.4天然氣管網發達
    據美國能源署網站資料，截至2008年底，美國本土48個州管線長度達49×104km，州際管道34.9×104km，州內管道14.1×104km[3]。從1998—2011年實際建設里程和預測來看，管網年增幅度在2%。完善的輸配一體化管網幾乎可以為48個州的任何地區輸送天然氣或從其輸出天然氣。
1.2.5政策支持力度大
    長期以來美國政府對非常規能源開發實施稅收補貼政策，1980年美國政府頒布的《能源意外獲利法》第29條規定：1980—1992年鉆探的非常規天然氣可享受稅收優惠政策，包括致密氣在內的非常規天然氣田實行稅收豁免(頁巖氣為3.5美分/m3)；1992美國聯邦能源委員會頒布第636號法令，取消管道公司對天然氣購銷市場的控制，規定管道公司只能從事輸送服務；2004年美國能源法案規定10a內每年投資4500萬美元用于包括頁巖氣在內的非常規天然氣研究。另外許多州政府也制定了相應的鼓勵政策，例如得克薩斯州對頁巖氣開發免征生產稅。
1.3 頁巖氣開發對天然氣市場的影響
    美國是世界上天然氣消費量最大的國家。據美國能源署資料，2008年美國天然氣消費量6581×108m3，產量5825×108m3，進口主要來自加拿大。隨著頁巖氣產量大幅上升，從2007年開始，美國天然氣凈進口量降幅達29.6%，LNG凈進口量減少了42%。同時，還大大降低了美國本土天然氣的邊際供應成本，也使得中東LNG出口重點轉向歐洲和亞太市場，引起了全球天然氣價格變化。
    因此，從美國頁巖氣的發展歷程及影響來看，可以得到幾點啟示：豐富的資源奠定了開發基礎，市場需求激發了生產動力，技術創新降低了開發成本，優惠政策刺激了快速發展，規模開發滿足了國內需求。
2 中國頁巖氣資源潛力及開發現狀
    受美國頁巖氣發展的啟發，頁巖氣業務逐漸成為中國非常規天然氣勘探開發的熱點。2007年，國土資源部組織相關單位開展了頁巖氣資源的評價工作，并于2009年在重慶啟動了頁巖氣勘查項目。2010年，中國首個專門從事頁巖氣開發的科研機構——國家能源頁巖氣研發(實驗)中心在中國石油勘探開發研究院廊坊分院成立。
    國內石油公司頁巖氣評價工作積極展開。中石油開展了南方海相頁巖和鄂爾多斯盆地陸相頁巖地質評價，目前已經優選出一批成藏有利區，并部署勘探工作。中石化、中海油和相關科研機構也開始對頁巖氣進行研究和部署。
    國外石油公司也積極參與中國頁巖氣勘探開發。殼牌、康菲分別與中石油簽訂聯合評價協議和合作意向；BP與中石化簽訂合作意向，共同勘探開發頁巖氣資源。
2.1 資源潛力巨大
    研究表明，在中國南方古生界、華北地區下古生界、塔里木盆地寒武-奧陶系廣泛發育有海相頁巖，準噶爾盆地的中一下侏羅統、吐哈盆地的中 下侏羅統、鄂爾多斯盆地的上三疊統、松遼盆地的白堊系及渤海灣盆地的下第三系等也發育有大量的陸相頁巖。通過類比法初步估算中國頁巖氣資源量為30.7×1012m3，其中南方古生界頁巖、華北地區下古生界頁巖和塔里木盆地寒武奧陶系頁巖3大地區海相頁巖氣資源量為21×1012m3，占總資源量的70%。
    目前全球頁巖氣業務主要集中在海相頁巖中。研究表明，中國南方古生界頁巖最為有利，其頁巖氣資源量為12×1012m3，元古界-古生界共發育6套海相頁巖地層，其中志留系龍馬溪組和寒武系筇竹寺組成藏最為有利。龍馬溪組和筇竹寺組頁巖分布面積廣、厚度大、有機質含量高、成熟度適中，有利于頁巖氣成藏。
    龍馬溪組頁巖厚度50～538m，平均大于100m，有機碳含量為1.9%～4.4%，Ro為2.4%～3.2%，在蜀南、鄂西、蘇皖浙3個地區，有利分布面積15.5×104km2。筇竹寺組頁巖厚度50～300m，平均大于120m，有機碳含量為1.5%～5.7%，Ro為2.3%～4.1%，在蜀南、鄂西、蘇皖浙3個地區，有利分布面積24×104km2。
2.2 勘探評價工作已經起步
    目前，國內公司積極展開頁巖氣的大規模勘探開發準備工作[4～13]。2009年11月，國土部在重慶市彭水縣蓮湖鎮實施了第一口頁巖氣戰略調查井；2009年12月，中石油在四川盆地威遠構造上，部署了一口頁巖氣評價井，該井設計井深2851m，目的層為震旦系黑色頁巖，2010年4月完鉆，通過壓裂，獲日產1.08×104m3的工業氣流；中石化也積極開展頁巖氣的勘探開發工作，2010年5月，相繼在皖南開鉆了宣1井，在貴州對方深1井進行壓裂。
    在頁巖氣勘探開發領域中，中石油相對走在前列。目前，中石油已初步開展了選區評價和地質勘查工作，通過物探和鉆井，已初步優選出了有利勘探開發區，完成了長寧和昭通區塊頁巖氣產業示范區的建設方案并正式啟動，計劃2015年建成產業化示范區。
2.3 天然氣市場前景廣闊
    天然氣在我國一次能源消費結構中僅占3.950，與世界24%的平均水平相差甚遠。2009年中國生產天然氣830×108m3，表觀消費量為875×108m3，天然氣供需缺口超過40×108m3。國內有關機構預測，到2015年，國內天然氣需求為2600×108m3，“十二五”期間年均增長16.7%，占一次能源消費比重達到9%左右，2020年國內天然氣需求為4000×108m3，“十二五”期間年均增長9%，占一次能源消費比重達到12%左右。2015年和2020年國內天然氣產量可望達到1500×108m3和2000×108m3，缺口分別為1100×108m3和2000×108m3，供需矛盾將日益突出。
    總之，隨著我國經濟持續穩定增長以及低碳環保的要求，未來幾十年內將是中國天然氣產業發展的高峰期，而常規天然氣的產量已不能滿足國內需求。因此，具有雄厚資源基礎的頁巖氣的勘探開發亟待實現跨越式發展。
3 中美頁巖氣開發對比
3.1 發展條件對比
    1) 自然條件：美國頁巖分布地區地表條件優越，地勢平坦；我國優質頁巖多分布在崇山峻嶺間，如蜀南、鄂西、貴州、重慶等地區。復雜的地表條件，給我國頁巖氣勘探開發帶來極大的困難，增加了開發成本。
    2) 氣藏埋深：美國早期開發的頁巖氣藏一般在1500m以淺范圍，經過近20多年大規模開發，近期才開始開發3000m以深氣藏；我國有利頁巖氣藏埋深大多分布在3000m左右。
    3) 輸送管網：美國本土天然氣管網發達，長度達49×104km，所產頁巖氣可方便進入管網銷售；而我國目前天然氣管線總長僅3.5×104km，僅建成兩氣東輸、陜京線等干線，與美國相比差距巨大。
    4) 開發技術：經過多年的研究和實踐，美國已具有成熟的頁巖氣開發配套技術，主要包括水平井鉆井技術、水平井分段壓裂技術等；雖然我國已基本掌握水平井鉆井技術，但頁巖氣鉆探仍以直井為主，水平段壓裂技術尚處于研究階段。
    5) 財稅政策：美國能源部設立專門的非常規油氣資源研究基金、得克薩斯州免征生產稅等政策，對頁巖氣開發政府補貼3.5美分/m3；目前我國對頁巖氣開發尚沒有任何優惠政策。
3.2 開發效益分析
    參照國內煤層氣田和低滲透砂巖氣田開發投資、操作成本、稅費等基礎參數，按評價期20a、億立方米產能投資3億元、氣價使用發改委公布的2009年平均出廠含稅價0.92元/m3測算，投資30億元5a建成10×108m3產能項目的內部收益率為-0.04%，財務凈現值為-78315萬元，投資回收期為16a，沒有開發效益。
    如內部收益率要達到12%，反算天然氣臨界含稅價格為1.373元/m3，投資回收期為7.83a；如內部收益率達到10%，反算天然氣臨界含稅價格為1.294元/m3，財務凈現值為-12 951萬元，投資回收期為7.51a；也就是說當天然氣價格達到1.373元/m3時，頁巖氣開發才能達到盈虧平衡點。而目前國內天然氣生產平均出廠價不到1元/m3，如天然氣平均出廠價再漲0.23元/m3，漲至1.15元/m3，仍達不到效益平衡點。
    據IEA(2009)資料，美國Barnett頁巖氣項目的稅后內部收益率為11%，盈虧平衡價為1.29元/m3。
    中國頁巖氣要達到效益、規模開發，還需要在降低成本、優惠政策及天然氣價格等方面做大量的工作。目前進口天然氣到岸價在2元/m3以上，而國內頁巖氣開發盈虧平衡氣價約1.373元/m3。因此，如果國內氣價逐步提高到盈虧平衡氣價以上，則國內頁巖氣開發將會快速發展。
4 措施及建議
4.1 開展資源評價，制定相關標準
    研究表明，中國頁巖氣形成的地質背景比北美地區復雜，在頁巖氣形成條件上既具相似之處，又有明顯的差異，這就決定了北美地區頁巖氣的評價標準、開發經驗不完全適合中國頁巖氣的評價和勘探。
    建議國家調撥專項資金，組織有關單位，研究并提出頁巖氣資源評價、儲量計算等方法和標準；根據我國頁巖的厚度及分布、有機地化特征、孔滲條件、裂縫發育程度、保存條件等因素，在全國范圍內開展頁巖氣地質評價工作，落實有利目標區，并有針對性地部署實物工作量，進一步評價中國頁巖氣的資源潛力及經濟技術開發界限，為未來頁巖氣開發提供可靠數據。
4.2 擴大對外合作，積極引進技術
    由于頁巖氣開采特點和采氣工藝與常規天然氣差別較大，中國頁巖氣開發技術尚處于探索階段，應積極擴大對外合作，選擇有實力、有經驗的國外公司開展合作。一方面引進消化吸收先進成熟技術，縮短研究時間，加快國內頁巖氣開發步伐；另一方面可借鑒國外開發經驗，降低成本，促進規模商業開發。
4.3 制定優惠政策，鼓勵頁巖氣開發
    美國頁巖氣快速發展，一方面是市場需求，另一方面離不開國家政策支持。正是由于美國政府的優惠政策，才使頁巖氣開發具有經濟效益，這點在頁巖氣開發初期尤為重要。如無優惠政策，以目前國內天然氣價格無法進行頁巖氣效益開發。建議國家借鑒美國頁巖氣開發的成功經驗，盡快制定頁巖氣開發有關的優惠政策，鼓勵企業加大開發力度，促進中國頁巖氣產業早日進入商業和規模化開發階段。
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(本文作者：郭宏1 李凌2 楊震3 吉萬成1 1.中國石油塔里木油田公司；2.中國石油大學(北京)工商管理學院；3.中國石油天然氣集團公司規劃計劃部)