中國(guó)頁(yè)巖氣革命現(xiàn)狀與發(fā)展建議

趙全民， 張金成 ， 劉勁歌

(1.中國(guó)石化集團(tuán)國(guó)際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100121； 2.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

頁(yè)巖氣藏具有低孔隙度(一般為4%～5%)、低滲透率(<10×10-3μm2)的特點(diǎn)，采收率僅為10%～20%。美國(guó)是全球最早開發(fā)頁(yè)巖氣資源的國(guó)家，擁有頁(yè)巖氣資源潛力盆地50多個(gè)，其中40多個(gè)已被不同程度地進(jìn)行了規(guī)模化商業(yè)開發(fā)。美國(guó)頁(yè)巖氣的年產(chǎn)量由1998年的104.2×108m3，躍升為2018年的6072×108m3，頁(yè)巖氣產(chǎn)量在20年間增長(zhǎng)了近60倍[1]。美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量的迅速增加，已經(jīng)使全球天然氣期貨價(jià)格隨之下降，進(jìn)而打破了俄羅斯的氣價(jià)權(quán)。頁(yè)巖氣開發(fā)已經(jīng)成為全球油氣資源開發(fā)的一大熱點(diǎn)，深刻改變了全球的能源供應(yīng)格局。所謂的美國(guó)頁(yè)巖氣革命(shale gas revolution)，實(shí)際上是美國(guó)以一種經(jīng)濟(jì)高效的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)頁(yè)巖氣的大規(guī)模商業(yè)開發(fā)，從而改善美國(guó)能源供需結(jié)構(gòu)，提高能源自給水平的過(guò)程。使美國(guó)從能源進(jìn)口大國(guó)華麗轉(zhuǎn)身為能源生產(chǎn)大國(guó)，革了全球能源輸出國(guó)的命[2-5]。

我國(guó)自2000年起開始關(guān)注美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)情況。2004年啟動(dòng)了國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣資源調(diào)查。2009年鉆成了第一口頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井——威201井，井口測(cè)試獲日產(chǎn)1.08×104m3工業(yè)氣流，開啟了我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的序幕[6-9]。2011年底，我國(guó)政府正式批準(zhǔn)頁(yè)巖氣為新的獨(dú)立礦種，將頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)列入了鼓勵(lì)類投資產(chǎn)業(yè)。2017年底，中石化涪陵頁(yè)巖氣田率先建成產(chǎn)能100×108m3，成為我國(guó)首個(gè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)的大型頁(yè)巖氣田。涪陵頁(yè)巖氣田的開發(fā)成功，極大地提振了我國(guó)進(jìn)行頁(yè)巖氣革命的信心，中國(guó)頁(yè)巖氣革命呈現(xiàn)出勃勃生機(jī)，但中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)還未進(jìn)入快速發(fā)展階段，主要表現(xiàn)為在現(xiàn)有工程技術(shù)能力下，頁(yè)巖氣開發(fā)成本仍居高不下，因此必須站高望遠(yuǎn)，埋頭攻關(guān)，探尋提速提效提產(chǎn)的革命性或顛覆性技術(shù)，將中國(guó)頁(yè)巖氣革命推向高潮。

1 美國(guó)頁(yè)巖氣革命的發(fā)展歷程及取得的成就

1.1 發(fā)展歷程

美國(guó)的頁(yè)巖氣革命不是一夜之間爆發(fā)的，它經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程，其發(fā)展歷程可分為以下5個(gè)階段[10-12]：

(1)早期勘探開發(fā)階段(1821-1975年)，也叫起步期，歷經(jīng)154年，以阿巴拉契亞盆地第一口頁(yè)巖氣井和第一個(gè)頁(yè)巖氣田(Big Sandy氣田)為代表。北美地區(qū)是全球發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣最早的地區(qū)，1821年，William A. Hart 在美國(guó)紐約的弗里多尼亞鉆了第一口產(chǎn)自頁(yè)巖層的商業(yè)天然氣井。1914年，在阿巴拉契亞盆地泥盆系Ohio頁(yè)巖中，發(fā)現(xiàn)了世界上第一個(gè)頁(yè)巖氣田——Big Sandy。但受地質(zhì)認(rèn)識(shí)和技術(shù)手段的限制，1930年開始，才有個(gè)別專家提出了頁(yè)巖不只是烴源巖還具有天然氣儲(chǔ)集能力的認(rèn)識(shí)，但沒(méi)有引起人們的重視，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到頁(yè)巖氣可以被大規(guī)模地開發(fā)利用。

(2)地質(zhì)理論與勘探開發(fā)技術(shù)攻關(guān)階段(1976-1989年)，政府開始積極推進(jìn)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)，從地質(zhì)、地球化學(xué)到氣藏工程等方面開展了一系列理論研究與技術(shù)攻關(guān)，證實(shí)了相關(guān)地區(qū)頁(yè)巖地層具有產(chǎn)氣能力和巨大資源潛力。美國(guó)能源部(DOE)聯(lián)合油公司、科研機(jī)構(gòu)、高校等單位開展了非常規(guī)天然氣(頁(yè)巖氣、致密氣和煤層氣)評(píng)價(jià)和開發(fā)方法研究。其中針對(duì)頁(yè)巖氣，1976年實(shí)施了東部頁(yè)巖氣工程(EGSP)，主要目的有3個(gè)：開展精確的頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)、建立勘探選區(qū)原則、開發(fā)和完善低成本的頁(yè)巖氣鉆采技術(shù)。70多年堅(jiān)持不懈的基礎(chǔ)地質(zhì)研究為頁(yè)巖氣革命大發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(3)大發(fā)展階段(1990-1999年)，得益于水平井鉆完井技術(shù)的進(jìn)步、大型水力壓裂技術(shù)的突破和輸氣管道的規(guī)?；ㄔO(shè)，美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量大幅提升。Mitchell 能源公司堅(jiān)持在 Fort Worth 盆地探索試驗(yàn)，綜合開發(fā)了水平井鉆井技術(shù)和多段水力壓裂技術(shù)。這種關(guān)鍵技術(shù)的出現(xiàn)與成功應(yīng)用，催生了美國(guó)這場(chǎng)頁(yè)巖氣革命，最終實(shí)現(xiàn)了Barnett頁(yè)巖氣田的規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)。經(jīng)過(guò)近30年的技術(shù)沉淀和經(jīng)驗(yàn)積累，直到2000年開始各方面條件逐步成熟并大規(guī)模商業(yè)開發(fā)頁(yè)巖氣。

(4)快速發(fā)展階段(2000-2006年)，水平井鉆完井、大型水力壓裂、重復(fù)壓裂等技術(shù)的推廣應(yīng)用，使美國(guó)頁(yè)巖氣革命的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展階段。Barnett頁(yè)巖氣年產(chǎn)量由1999年的22×108m3增加到2006年的560×108m3，Barnett頁(yè)巖氣田的開發(fā)成功具有里程碑意義，成為這場(chǎng)頁(yè)巖氣革命的成功標(biāo)志。2000年以后，美國(guó)頁(yè)巖氣革命開始向世界各地蔓延。

(5)高速發(fā)展階段(2007年至今)，隨著對(duì)頁(yè)巖氣地質(zhì)認(rèn)識(shí)的創(chuàng)新，水平井鉆完井、大型水力壓裂、分級(jí)壓裂、多井同步壓裂等技術(shù)不斷突破，“井工廠”批量生產(chǎn)作業(yè)模式的規(guī)?；茝V應(yīng)用，美國(guó)頁(yè)巖氣革命跨入了高速發(fā)展階段。2007年至今，頁(yè)巖氣產(chǎn)量以每年400×108m3以上的速度增長(zhǎng)，2011年頁(yè)巖氣產(chǎn)量就攀升到1800×108m3，占全美干氣總產(chǎn)量的23%，2013年產(chǎn)量3090×108m3，占到美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的40%，2017年頁(yè)巖氣產(chǎn)量5060×108m3，2018年頁(yè)巖氣產(chǎn)量6072×108m3(參見圖1)。據(jù)美國(guó)能源信息署(EIA)預(yù)測(cè)，2040年美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量可達(dá)8000×108m3。

1.2 取得的成就

1970年，美國(guó)常規(guī)天然氣產(chǎn)量為6000×108m3，1973年達(dá)到最高峰6400×108m3。到2010年近40年間，雖然美國(guó)常規(guī)天然氣產(chǎn)量逐年降低，但隨著致密氣、煤層氣、頁(yè)巖氣等非常規(guī)天然氣資源的勘探開發(fā)，天然氣年產(chǎn)量基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。尤其是悄然降臨的“頁(yè)巖氣革命”，使美國(guó)在2009年以6240×108m3的天然氣產(chǎn)量首次超過(guò)俄羅斯成為世界上第一大天然氣生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)量地位的更替使美國(guó)天然氣消費(fèi)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面發(fā)生逆轉(zhuǎn)[13]。美國(guó)專家興奮地認(rèn)為，有了頁(yè)巖氣，美國(guó)100年無(wú)后顧之憂。2007年以后，美國(guó)頁(yè)巖氣進(jìn)入高速發(fā)展階段，已成為美國(guó)天然氣產(chǎn)量構(gòu)成中的主體，常規(guī)天然氣與非常規(guī)天然氣的占比發(fā)生了很大變化，2010年常規(guī)氣占比42%，非常規(guī)天然氣占比58%，其中頁(yè)巖氣占到23%。預(yù)計(jì)到2035年，美國(guó)天然氣將以非常規(guī)氣為主，常規(guī)天然氣的占比持續(xù)降低到23%左右，而那時(shí)頁(yè)巖氣占比將達(dá)49%，占據(jù)美國(guó)天然氣產(chǎn)量的半壁江山(參見圖2)。據(jù)美國(guó)能源信息署(EIA)統(tǒng)計(jì)，2017年首次實(shí)現(xiàn)了天然氣凈出口，2018年繼續(xù)維持了天然氣凈出口態(tài)勢(shì)[1,14]。

圖1美國(guó)歷年頁(yè)巖氣產(chǎn)量變化趨勢(shì)圖

Fig.1Yearly shale gas production of America since1980

圖2 美國(guó)1950-2035年天然氣產(chǎn)量變化趨勢(shì)圖

美國(guó)是頁(yè)巖氣理論技術(shù)的創(chuàng)新者和規(guī)模開發(fā)的引領(lǐng)者，美國(guó)頁(yè)巖氣革命對(duì)全球天然氣供需關(guān)系變化和價(jià)格走勢(shì)產(chǎn)生了重大影響，并引起了天然氣生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)的廣泛關(guān)注。頁(yè)巖氣的開發(fā)利用，成為低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略發(fā)展機(jī)遇的推動(dòng)力，成為世界油氣地緣政治格局發(fā)生結(jié)構(gòu)性調(diào)整的催化劑，美國(guó)正在逐步掌握全球石油的定價(jià)權(quán)和主導(dǎo)權(quán)。

2 中國(guó)頁(yè)巖氣革命的發(fā)展歷程及取得的成就

全球頁(yè)巖氣資源非常豐富，據(jù)預(yù)測(cè)，世界頁(yè)巖氣資源量為456×1012m3，主要分布在北美、中亞和中國(guó)、中東和北非、拉丁美洲、俄羅斯等地區(qū)，頁(yè)巖氣的資源潛力可能大于常規(guī)天然氣。我國(guó)蘊(yùn)藏著豐富的頁(yè)巖氣資源，國(guó)土資源部油氣研究中心2012年發(fā)布的一份報(bào)告顯示，我國(guó)頁(yè)巖氣預(yù)估地質(zhì)資源總量134×1012m3，資源潛力與美國(guó)相仿，發(fā)育有海相、海陸過(guò)渡相和陸相3種類型(參見圖3)。美國(guó)能源信息署(EIA)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量達(dá)31.57×1012m3，居全球第一位(參見表1)。

圖3 我國(guó)不同類型頁(yè)巖氣資源量

2.1 發(fā)展歷程

可將我國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展歷程分為5個(gè)階段：

(1)跟蹤調(diào)研階段(2000-2004年)。主要調(diào)研國(guó)外尤其是美國(guó)的頁(yè)巖氣勘探開發(fā)情況，學(xué)習(xí)北美先進(jìn)的頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù)。

表1 全球頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量排名

(2)資源評(píng)價(jià)階段(2005-2009年)。重點(diǎn)對(duì)比國(guó)內(nèi)外類似頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)特征，并與國(guó)外公司對(duì)國(guó)內(nèi)區(qū)塊進(jìn)行聯(lián)合評(píng)價(jià)，如中石油與美國(guó)新田公司聯(lián)合評(píng)價(jià)了威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣。

(3)先導(dǎo)試驗(yàn)階段(2010-2013年)。2010年鉆成國(guó)內(nèi)第一口頁(yè)巖氣直井——威201井壓裂獲氣；2011年鉆成國(guó)內(nèi)第一口頁(yè)巖氣水平井——威201-H1井壓裂獲氣；2012年鉆獲國(guó)內(nèi)第一口具有商業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣井——寧201-H1井；2012年11月28日焦頁(yè)1HF井放噴測(cè)試產(chǎn)量達(dá)20.3×104m3/d，拉開了中國(guó)頁(yè)巖氣革命的序幕。國(guó)土資源部開展了兩輪頁(yè)巖氣礦權(quán)招標(biāo)，2011年5-7月進(jìn)行了第一輪招標(biāo)，4個(gè)區(qū)塊，6家企業(yè)投標(biāo)；2012年9-11月進(jìn)行了第二輪招標(biāo)，20個(gè)區(qū)塊，83家企業(yè)投標(biāo)。2011年12月31日頁(yè)巖氣被列為我國(guó)第172個(gè)獨(dú)立礦種[15]。2012年3月，國(guó)家能源局批準(zhǔn)了四川長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣示范區(qū)和滇黔北昭通頁(yè)巖氣示范區(qū)；2012年9月，國(guó)家能源局批準(zhǔn)了延長(zhǎng)陸相頁(yè)巖氣示范區(qū)；2013年9月，涪陵頁(yè)巖氣田被國(guó)家能源局批準(zhǔn)為第4個(gè)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)。2013年開展了涪陵、長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)、昭通、延長(zhǎng)頁(yè)巖氣田的先導(dǎo)試驗(yàn)，初步掌握了頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)：長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)+多段大型水力壓裂技術(shù)。2013年開鉆第一個(gè)“工廠化”試驗(yàn)平臺(tái)——長(zhǎng)寧H3平臺(tái)。

(4)示范區(qū)建設(shè)階段(2014-2015年)。在前期先導(dǎo)試驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，開展了轟轟烈烈的示范區(qū)產(chǎn)能建設(shè)，到2015年底，涪陵建成了50×108m3的產(chǎn)能，長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)建成了20×108m3的產(chǎn)能，昭通黃金壩YS108井區(qū)建成了5×108m3的產(chǎn)能。示范區(qū)產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，使中國(guó)成為了繼美國(guó)、加拿大之后第3個(gè)掌握頁(yè)巖氣開發(fā)工程技術(shù)的國(guó)家，極大地提振了中國(guó)頁(yè)巖氣革命的信心。

(5)規(guī)模化開發(fā)階段(2016年至今)。涪陵頁(yè)巖氣田于2017年底實(shí)現(xiàn)了100×108m3產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo)，長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)建成了50×108m3的產(chǎn)能，昭通建成了10×108m3的產(chǎn)能，延長(zhǎng)陸相建成了5×108m3的產(chǎn)能。中石化又啟動(dòng)了威榮頁(yè)巖氣田、永川頁(yè)巖氣田的開發(fā)建設(shè)。

2.2 取得的成就

經(jīng)過(guò)10年的努力，中國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了規(guī)模開發(fā)階段。目前，我國(guó)已經(jīng)突破了四川盆地海相龍馬溪地層，累計(jì)探明頁(yè)巖氣儲(chǔ)量超過(guò)了1.0455×1012m3(參見表2)。

表2 中石油及中石化主要頁(yè)巖氣區(qū)塊地質(zhì)儲(chǔ)量情況

除了中石油長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)、昭通、中石化涪陵、威榮等主要頁(yè)巖氣區(qū)塊，我國(guó)在四川盆地及周緣的丁山、永川、大足、武隆以及中揚(yáng)子宜昌等地區(qū)的海相頁(yè)巖氣勘探也取得了新突破(參見圖4)。中國(guó)石化在丁山地區(qū)的丁頁(yè)4HF、5HF井五峰-龍馬溪組測(cè)試分別獲日產(chǎn)氣20.56×104m3、16.33×104m3；在永川地區(qū)已完成8口井壓裂，經(jīng)測(cè)試日產(chǎn)氣6×104～14×104m3；在武隆地區(qū)的隆頁(yè)2HF井五峰-龍馬溪組獲日產(chǎn)氣9.2×104m3；在東勝構(gòu)造帶勝頁(yè)2HF井勘探取得重大突破，測(cè)試產(chǎn)量達(dá)32.8×104m3。中國(guó)石油在大足地區(qū)的足201-H1井五峰-龍馬溪組獲日產(chǎn)氣10.56×104m3。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在宜昌地區(qū)的鄂宜頁(yè)1井下寒武統(tǒng)獲日產(chǎn)氣6.02×104m3。展現(xiàn)了良好的頁(yè)巖氣勘探開發(fā)前景和潛力。

建成了涪陵、長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)、昭通、延長(zhǎng)等4個(gè)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)。2018年頁(yè)巖氣產(chǎn)量為108.42×108m3，并形成了3500 m以淺的頁(yè)巖氣開發(fā)配套工程技術(shù)，使我國(guó)成為繼美國(guó)、加拿大之后第3個(gè)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣商業(yè)化開發(fā)的國(guó)家。預(yù)計(jì)2020年頁(yè)巖氣產(chǎn)量將達(dá)到300×108m3，2030年將達(dá)到800×108～1000×108m3。

圖4中國(guó)南方地區(qū)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)形勢(shì)圖

Fig.4Shale gas exploration map in the south of China

中國(guó)首個(gè)大型頁(yè)巖氣田——中石化涪陵頁(yè)巖氣田累計(jì)探明含氣面積575.92 km2，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到6008.14×108m3，是全球除北美之外最大的頁(yè)巖氣田[16]。2012年11月實(shí)現(xiàn)了焦頁(yè)1HF井的頁(yè)巖氣大發(fā)現(xiàn)，2013年1月，啟動(dòng)開發(fā)試驗(yàn)井組，2015年12月，建成了一期50×108m3產(chǎn)能。2017年12月，累計(jì)建成產(chǎn)能100×108m3。截至2017年底，開鉆井401口，完鉆井348口，投產(chǎn)井260口，2017年產(chǎn)氣量60.4×108m3，2018年產(chǎn)氣量60.2×108m3。涪陵頁(yè)巖氣田歷年產(chǎn)能及產(chǎn)量如圖5所示。另外，南川頁(yè)巖氣田2018年產(chǎn)氣量5.06×108m3。威榮及永川頁(yè)巖氣田年產(chǎn)氣量均為0.23×108m3。

圖5 涪陵頁(yè)巖氣田歷年產(chǎn)能產(chǎn)量

中石油在長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)、昭通頁(yè)巖氣開發(fā)區(qū)，2017年頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到30.2×108m3，2018年產(chǎn)氣量42.7×108m3。形成了3個(gè)工業(yè)化開采區(qū)及2個(gè)工業(yè)化突破區(qū)。截至2017年底，開鉆井328口，完鉆井269口，投產(chǎn)井213口，目前日產(chǎn)能力1100×104m3。圖6為中石油主要頁(yè)巖氣開發(fā)區(qū)分布圖。

圖6 中石油主要頁(yè)巖氣開發(fā)區(qū)

3 對(duì)中國(guó)頁(yè)巖氣革命的思考與發(fā)展建議

3.1 中國(guó)頁(yè)巖氣革命還未進(jìn)入快速發(fā)展階段，任重而道遠(yuǎn)

鑒于中國(guó)頁(yè)巖氣革命的蓬勃發(fā)展，有的專家樂(lè)觀地認(rèn)為中國(guó)頁(yè)巖氣革命即將或已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，筆者認(rèn)為我國(guó)雖不會(huì)像美國(guó)那樣要經(jīng)歷20年漫長(zhǎng)的探索階段，但還需要5年左右的時(shí)間才能迎來(lái)快速發(fā)展的良好局面，原因如下[17]：

(1)縱向上，五峰-龍馬溪組“一層獨(dú)輝”，頁(yè)巖氣“層層同輝”的局面尚未實(shí)現(xiàn)。

我國(guó)南方海相發(fā)育牛蹄塘組、五峰-龍馬溪組、泥盆-石炭系、二疊系、中下侏羅統(tǒng)5套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系，但目前只有五峰-龍馬溪組一個(gè)地層獲得了商業(yè)性開發(fā)，其余4個(gè)頁(yè)巖層均未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)發(fā)現(xiàn)。即使五峰-龍馬溪組這一層，目前頁(yè)巖氣規(guī)模發(fā)現(xiàn)和開發(fā)也主要集中在小于3500 m的中淺層(資源量為2.6×1012m3)，而盆內(nèi)3500～4500 m的深層(資源量為11.3×1012m3)和盆地邊緣的常壓有利區(qū)(資源量為8×1012m3)，資源量巨大，但開發(fā)技術(shù)還不成熟，有待技術(shù)攻關(guān)實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)。同時(shí)，海陸過(guò)渡相、陸相頁(yè)巖氣也尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。

(2)橫向上，主要集中在四川盆地及周緣，還未在全國(guó)形成燎原之勢(shì)。

從表3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不難看出，美國(guó)的頁(yè)巖氣田所處的盆地面積大，最小的達(dá)1萬(wàn)km2，最大的超過(guò)24萬(wàn)km2，地質(zhì)儲(chǔ)量十分豐富，每個(gè)盆地的頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量都在10×1012m3以上，有效厚度大，埋深普遍較淺。反觀我國(guó)，頁(yè)巖氣的“星星之火”目前主要集中在四川盆地，氣田面積普遍不大，最大的涪陵頁(yè)巖氣田也僅有500余平方千米，地質(zhì)儲(chǔ)量也遠(yuǎn)低于美國(guó)的頁(yè)巖氣田。

表3 中美主要頁(yè)巖氣區(qū)塊的儲(chǔ)層特征

3.2 在現(xiàn)有工程技術(shù)能力下，頁(yè)巖氣開發(fā)成本居高不下，必須繼續(xù)攻關(guān)，探尋降本增效的顛覆性技術(shù)

與美國(guó)頁(yè)巖氣資源有利區(qū)多處于平原地區(qū)不同，我國(guó)頁(yè)巖氣資源有利區(qū)多位于丘陵(45%)、山地地區(qū)(22%)，而平原地區(qū)僅占20%，普遍存在生態(tài)脆弱，環(huán)保要求高，地面建設(shè)成本高，天然氣管網(wǎng)缺乏，在現(xiàn)有技術(shù)能力下，頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)難度大。借鑒北美勘探開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國(guó)頁(yè)巖氣資源的特點(diǎn)，提出以下發(fā)展建議[17-23]：

(1)借鑒北美經(jīng)驗(yàn)，探索形成單一井場(chǎng)多套層系立體開發(fā)模式。

在美國(guó)Eagle Ford、Permian和加拿大Montney等盆地多采用單一井場(chǎng)多套產(chǎn)層立體開發(fā)模式，如美國(guó)Laredo石油公司在Permian盆地采用單井場(chǎng)同時(shí)開發(fā)4個(gè)層位的頁(yè)巖油氣，作業(yè)成本大大降低。借鑒北美經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)應(yīng)積極在涪陵頁(yè)巖氣田探索五峰-龍馬溪組兩套層系或多套層系立體開發(fā)模式，以及四川盆地侏羅系、二疊系、志留系、寒武系多套層系立體開發(fā)模式。涪陵頁(yè)巖氣田五峰-龍馬溪組存在兩套開發(fā)層系，下部?jī)?chǔ)層①～③為當(dāng)前開發(fā)的主要目的層，但前期完鉆井水平段間距為600 m，兩井水平段中間部分儲(chǔ)層資源未能動(dòng)用，需要部署加密井；上部?jī)?chǔ)層③～⑨為未動(dòng)用儲(chǔ)層，已完鉆的5口評(píng)價(jià)井測(cè)試日產(chǎn)氣5.3×108～28×108m3，具有良好的開發(fā)潛力，需要部署開發(fā)水平井。因此可借鑒北美經(jīng)驗(yàn)，探索五峰-龍馬溪組兩套層系單一井場(chǎng)立體開發(fā)鉆井技術(shù)，即通過(guò)充分利用一期產(chǎn)建已部署的老井場(chǎng)平臺(tái)，減少土地占用面積、地面設(shè)施的投入，采用上下兩層立體開發(fā)模式，實(shí)施“井工廠”作業(yè)，降低作業(yè)成本，提高效率，實(shí)現(xiàn)總體效益提升。

(2)攻關(guān)超長(zhǎng)水平井鉆井技術(shù)，不斷提高開發(fā)效益。

美國(guó)Haynesville頁(yè)巖氣開發(fā)井，2012年之前水平段平均長(zhǎng)1263 m，2014-2015年水平段平均長(zhǎng)2408 m，增長(zhǎng)了94.6%，水平段每米成本降低了73%，桶油成本從40美元降至10美元。2016年5月完成的Purple Hayes 1H超級(jí)水平井水平段長(zhǎng)達(dá)5656 m，鉆井周期17.6 d，單位進(jìn)尺成本降低20%～40%。實(shí)踐證明，大幅增加水平段長(zhǎng)能有效提高資源動(dòng)用效率，國(guó)外已把超長(zhǎng)水平井鉆井技術(shù)作為降低頁(yè)巖氣開發(fā)成本的手段之一，因此建議開展超長(zhǎng)水平井鉆井技術(shù)研究，將目前的水平段長(zhǎng)從1500 m提高到3000 m，進(jìn)一步提高開發(fā)效益。

2017年，涪陵頁(yè)巖氣田開展了3000 m水平段鉆完井技術(shù)可行性研究，同年12月9日在焦頁(yè)2-5HF井開始探索試驗(yàn)，并于2018年2月20日完鉆，完鉆井深5965 m，水平段長(zhǎng)度3065 m。鉆井周期74 d，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層穿行率100%，是目前國(guó)內(nèi)第一口水平段超過(guò)3000 m的頁(yè)巖氣水平井，創(chuàng)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣水平井水平段最長(zhǎng)記錄，持續(xù)引領(lǐng)了我國(guó)頁(yè)巖氣水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展[24]。2018年到目前，完鉆的42口開發(fā)調(diào)整井平均水平段長(zhǎng)由一期的1517 m增長(zhǎng)為2156 m，增加了42.1%，其中12口井水平段長(zhǎng)超過(guò)2500 m，6口井水平段長(zhǎng)超過(guò)2800 m。

(3)廣泛推廣應(yīng)用“一趟鉆”技術(shù)，持續(xù)提高鉆井效率。

“一趟鉆”是集成應(yīng)用設(shè)計(jì)、提速與管理一體化的鉆井技術(shù)，采用“一趟鉆”鉆完一個(gè)開次的所有井段，可以有效縮短鉆井周期。“一趟鉆”技術(shù)已在美國(guó)頁(yè)巖氣田廣泛應(yīng)用。2015年美國(guó)CONSOL能源公司在Marcellus一個(gè)井場(chǎng)用工廠化作業(yè)方式鉆8口水平井，多口井實(shí)現(xiàn)了三開一趟鉆(斜井段+水平段)，鉆得最快的2口水平井，水平段日進(jìn)尺分別達(dá)到1613.3 m/d(平均機(jī)械鉆速67.22 m/h)和774.2 m/d(平均機(jī)械鉆速32.26 m/h)，一趟鉆完成的進(jìn)尺最多達(dá)到4597.6 m。2016年美國(guó)Eclipse資源公司在俄亥俄州Utica頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)鉆成了一口總井深達(dá)8244.2 m的水平井，頁(yè)巖層埋深2000 m左右，一趟鉆完成長(zhǎng)度為5652.2 m的水平段，創(chuàng)造了美國(guó)陸上一趟鉆水平段長(zhǎng)度新紀(jì)錄。

中石化涪陵頁(yè)巖氣田積極探索“一趟鉆”鉆井技術(shù)，2018年完鉆開發(fā)調(diào)整井12口，一開“一趟鉆”實(shí)現(xiàn)率100%；二開平均趟數(shù)由之前的8.3次下降到目前的6.2次，降低了25%，其中有2口井實(shí)現(xiàn)了二開4趟鉆的目標(biāo)；上部氣層井造斜段“一趟鉆”完成率50%，水平段“一趟鉆”完成率83.33%；加密井造斜段“一趟鉆”完成率83.33%，水平段“一趟鉆”完成率16.67%。共有7口井實(shí)現(xiàn)了水平段“一趟鉆”，平均純鉆時(shí)間123.67 h，平均進(jìn)尺1668 m，最大水平段進(jìn)尺1971 m，平均機(jī)械鉆速14.30 m/h。中石化南川氣田焦頁(yè)194-4HF井，實(shí)現(xiàn)三開一趟鉆，進(jìn)尺2556 m，創(chuàng)中石化頁(yè)巖氣三開鉆井單趟進(jìn)尺最高紀(jì)錄。中石油昭通YS112H6-4井從3801 m鉆至4180 m完鉆，用時(shí)7.29 d，造斜段+水平段一趟鉆完成1985 m進(jìn)尺，水平段機(jī)械鉆速達(dá)17.3 m/h。

與美國(guó)相比，我國(guó)的一趟鉆技術(shù)指標(biāo)尚有很大的差距，還有很大的優(yōu)化提高潛力，因此建議針對(duì)我國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)特征及工程技術(shù)現(xiàn)狀，進(jìn)一步優(yōu)化“一趟鉆”鉆井技術(shù)，加大推廣應(yīng)用力度，不斷提高鉆井效率[25-28]。

(4)樹立全過(guò)程降本理念，實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)。

國(guó)外鉆井液處理存儲(chǔ)中心站輻射區(qū)域平臺(tái)，而不在平臺(tái)配置，盡可能利用好鉆井液材料；另外將白油基鉆井液改為柴油基，基礎(chǔ)油價(jià)降低一半；鉆井液處理到位，重復(fù)利用率極高。單井鉆井液費(fèi)用一般不超過(guò)200萬(wàn)元，僅為我國(guó)鉆井液費(fèi)用的一半以下。另外開發(fā)個(gè)性化高性能水基鉆井液，種類齊全，滿足不同區(qū)域和性質(zhì)頁(yè)巖鉆井需要。應(yīng)用柴油基鉆井液和高性能水基鉆井液(約30%的井使用水基)可以控制單井鉆井液費(fèi)用低于200萬(wàn)元[29-30]。

國(guó)外在鉆前工程中，不建設(shè)永久性的磚混結(jié)構(gòu)的池體(包括污水池、清水池和巖屑池)，而是采用可重復(fù)利用的移動(dòng)式支架池體，它是用很厚很結(jié)實(shí)的塑料布鋪成的。鉆完井后，既可以拆掉移動(dòng)走，盡最大量地恢復(fù)井場(chǎng)原貌，又可以重復(fù)利用這種池體，極大地降低了鉆井池體的建設(shè)費(fèi)用。

完井階段，試驗(yàn)應(yīng)用了“鉆刮通洗一體化”完井工具，與常規(guī)小鉆桿鉆塞、刮管、通井、洗井相比，將3趟鉆壓縮為1趟鉆，可節(jié)約時(shí)間40 h以上。另外，一般使用原鉆機(jī)，完成通井、刮井、洗井、測(cè)聲幅、試壓等工序，一般需要7 d，而采用連續(xù)油管完井技術(shù)，可以替代鉆機(jī)，2 d就可完成通井、刮井、洗井、測(cè)聲幅、試壓等工序，施工效率大為提高，因此建議推廣應(yīng)用連續(xù)油管完井技術(shù)。

(5)優(yōu)化管理措施，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)全要素降本。

麥肯錫(McKinsey)研究顯示，低油價(jià)下油氣公司采取7種方式來(lái)提高工程項(xiàng)目的生產(chǎn)效率，包括監(jiān)管變更、合作與外包、設(shè)計(jì)與建造、供應(yīng)鏈管理、現(xiàn)場(chǎng)管理優(yōu)化、新技術(shù)、管理能力構(gòu)建等，若綜合運(yùn)用上述手段，生產(chǎn)效率可以提高50%～65%。其中新技術(shù)的貢獻(xiàn)率為14%～15%，管理措施優(yōu)化的貢獻(xiàn)率可達(dá)35%～41%。因此除了重視新技術(shù)的應(yīng)用外，應(yīng)轉(zhuǎn)化觀念，強(qiáng)化優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)管理措施。

鉆井施工，一般都是用鉆機(jī)打?qū)а?，需?～5 d。近年來(lái)，一些單位進(jìn)行了有益的嘗試，采用工程鉆機(jī)，在鉆前工程施工時(shí)也一并把導(dǎo)眼鉆成，鉆井隊(duì)直接打一開，這樣就減少了打?qū)а壅加勉@機(jī)的時(shí)間，提高了鉆井效率。

中石油研究形成了精細(xì)化單井作業(yè)計(jì)劃，該計(jì)劃具體到每趟鉆、每個(gè)工序、每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，鉆頭、螺桿及鉆井參數(shù)都進(jìn)行了針對(duì)性優(yōu)化，每道工序都做到無(wú)縫銜接，極大地提高了鉆井施工效率。建議借鑒中石油模板，大力推進(jìn)精細(xì)化單井作業(yè)計(jì)劃。

4 結(jié)語(yǔ)

由于地質(zhì)條件及工程因素的影響和制約，中國(guó)頁(yè)巖氣革命還未進(jìn)入快速發(fā)展階段，仍任重而道遠(yuǎn)，可借鑒北美經(jīng)驗(yàn)，探索單一井場(chǎng)多套層系立體開發(fā)模式，開展超長(zhǎng)水平段頁(yè)巖氣水平井鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用，廣泛推廣應(yīng)用“一趟鉆”技術(shù)，樹立全過(guò)程降本理念，優(yōu)化管理措施，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)全要素降本，盡早迎來(lái)中國(guó)頁(yè)巖氣革命的快速發(fā)展階段，助推中國(guó)夢(mèng)。