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          大興水利水電勘測研究會

          【行業觀察】國土部:頁巖氣勘察開發技術裝備基本實現國產化

          中國巖土網2021-11-04 13:21:24

          在28日舉行的“頁巖氣與生態環境”論壇上,國土資源部中國地質調查局副局長李金發說,頁巖氣勘察開發技術及裝備基本實現國產化。

          頁巖氣作為一種清潔的非常規天然氣資源,其開發利用對于優化能源結構、保障能源安全、提高能源效率、推動節能減排和促進經濟社會發展具有重大戰略意義??梢哉f,經過近五年的努力,我國頁巖氣勘查開發已經取得了良好的開端。

          李金發說,目前,我國基本掌握了頁巖氣地球物理、鉆井、壓裂和試氣等勘察開發技術,水平井鉆井周期從150天減少到70天,最短的46天,水平井單井成本從1億元下降到5000萬至7000萬元。

          李金發介紹,近年來,國家發改委、財政部、國家能源局等相繼出臺多項鼓勵和扶持政策,將頁巖氣列入發展規劃,力爭到2020年頁巖氣產量超過300億立方米。

          李金發說,我國倡導綠色開發,采取四個方面的措施:一是建立廢水、廢氣、廢渣和噪音的預防和治理措施;二是建立嚴格工藝流程,有效保護環境;三是采用“井工廠”作業模式,節約利用土地;四是邊生產、邊建設、邊復墾。

          “開展了頁巖氣勘察開發環境影響研究。經過一年來針對水力壓裂實施的淺層地下水動態監測,目前尚未發現與頁巖氣開發活動相關的污染事件?!崩罱鸢l說。

          頁巖氣勘探開發

          頁巖氣資源產業屬于技術密集型產業,技術突破和裝備升級直接關系頁巖氣發展。今年1月,國土資源部地質勘查司司長彭齊鳴曾指出,近年來我國頁巖氣勘查開發技術及裝備基本實現國產化,水平井成本不斷下降,施工周期不斷縮短。據介紹,我國已初步掌握了頁巖氣地球物理、鉆井、完井、壓裂改造等技術,具備了3500米以淺水平井鉆井及分段壓裂能力,自主研發的壓裂車等裝備已投入生產應用。

          根據中國地質調查局數據顯示,截至2014年底,頁巖氣新增探明地質儲量1067.50億立方米,2014年生產頁巖氣13億立方米。

          據了解,地質理論創新、勘探開發技術突破和裝備發展,是實現頁巖氣大規模、低成本開發的根本保障。近幾年,我國頁巖氣勘探開發呈快速增長的趨勢,而頁巖氣裝備及其配套技術,也在剛剛過去的2014年取得了不斷突破。

          據悉,中國石化作為頁巖氣開發的領頭羊,在頁巖氣國產化設備及配套技術領域均達到了國際較先進水平。剛剛過去的2014年12月29日,中國石化發布了國內首個非商業利益性頁巖氣專題報告——《中國石化頁巖氣開發環境、社會、治理報告》(ESG報告)。該報告顯示,作為中國頁巖氣勘探開發的領跑者,中國石化已初步建立起一套符合中國頁巖氣地層特點、適應性良好的水平井優快鉆井、長水平段壓裂試氣、試采開發配套等具有自主知識產權的頁巖氣開發配套技術系列,相關裝備國產化也取得重要進展。

          另外,在此之前的10月,中國石化國產橋塞及配套技術成功應用,這是國產橋塞及配套技術首次大規模應用于頁巖氣商業開采,它的成功應用完成了頁巖氣工程技術裝備自主化、國產化的“最后一塊拼圖”,標志著中國頁巖氣開發核心技術裝備制造完全擺脫對外國公司的依賴,全面實現國產化。

          除了兩桶油等頁巖氣開發的國企主力軍,在頁巖氣開發中,民企中也涌現出了一些后起之秀和領軍企業,舉例來說,杰瑞集團自主研發的“阿波羅”壓裂車最高功率可達4500馬力,是目前全球單機功率最大的壓裂車。據介紹,該壓裂車將中國油氣壓裂作業帶入了全新渦輪時代的同時,也使我國成為繼美國和俄羅斯之后,世界上第三個擁有渦輪壓裂裝備的國家,標志著我國在能源關鍵裝備上又一次取得重大突破。

          此外,我國還將和國外展開技術交流合作。在剛剛結束的中美戰略與經濟對話中,中美達成300多項共識,其中多項和頁巖氣技術有關。包括2015年,中美雙方將繼續探討各類合作方式,推動中國非常規天然氣可持續發展?中美決定聯合在中國開展第二期頁巖氣開發技術?貿易和監管等領域培訓等?

          延伸閱讀

          我國頁巖氣勘查和開發任重而道遠

          《中國頁巖氣資源調查報告(2014)》(以下簡稱“報告”)顯示,我國頁巖氣勘查開發企業已率先在四川盆地取得頁巖氣勘探突破,已探明首個千億立方米整裝頁巖氣田,勘查開發技術已基本實現了國產化,開始進入規?;_發初期階段。

          截至2014年底,累計投資230億元,在重慶涪陵、四川長寧、威遠等地取得重大突破,獲得頁巖氣三級地質儲量近5000億立方米,其中探明地質儲量為1067.5億立方米,建成產能32億立方米/年,累計生產頁巖氣15億立方米(2014年生產頁巖氣13億立方米)。

          這份由中國地質調查局組織編寫,中國地質調查局油氣資源調查中心承擔完成的報告總結了我國頁巖氣資源調查評價、勘查開發、理論研究、技術裝備和環境保護等方面的主要進展和成果,提出了下一步工作建議。

          報告指出,我國頁巖氣資源潛力巨大,可采資源潛力居世界前列,勘查開發點上取得重大突破、技術裝備基本實現國產化,多元投資勘查局面已經形成。但同時,富集規律不清、面上尚未展開、核心技術尚需攻關、監督機制尚待完善仍是當前我國頁巖氣勘查開發所面對的難題。

          頁巖油氣資源潛力總體很大

          報告指出,我國富有機質頁巖層系多、分布廣,頁巖氣資源潛力巨大。調查顯示,南方下古生界海相地層是我國頁巖氣主力層系,中上揚子地區龍馬溪組為最優層段,占全國頁巖氣資源量的20%。

          據介紹,中國工程院、美國能源信息署和國土資源部分別對我國頁巖油氣資源量進行了評價。2012年7月,中國工程院評價我國頁巖氣技術可采資源量為10.3萬億立方米~12.6 萬億立方米,中值為11.5 萬億立方米。而美國能源信息署于2013年6月評價中國頁巖氣技術可采資源量達到31.57萬億立方米,排名世界第一,約占14.30%。

          到底有多少資源似乎并不明朗。2009年~2012年,國土資源部累計投入6.6億元,開展了全國頁巖氣資源潛力評價和重點地區頁巖氣資源調查工作,對我國41個盆地(或地區)、87個評價單元、57個含氣頁巖層段的頁巖氣資源潛力進行了評價。實施調查井62口,參數井4口,重磁電測量1500千米,二維地震210千米。

          結果表明,全國頁巖氣地質資源量134萬億立方米(不含青藏區),約是常規天然氣地質資源量的2倍;頁巖氣可采資源量25萬億立方米。同時,基本查明南方下古生界海相地層是我國頁巖氣主力層系。

          開發示范基地取得重大進展

          頁巖氣資源評價工作穩步推進,隨著頁巖氣勘查工作程度的提高,各項勘探參數逐步得到落實。同時,一些重點地區如長寧—威遠示范區、重慶涪陵勘查開發示范基地、云南昭通示范區、陜西延長示范區、黔北勘查試驗區、招標區塊等地區頁巖氣資源評價工作取得了進展。

          記者了解到,截至2014年年底,開發示范基地總計落實頁巖氣地質資源量6.99億立方米,落實探明地質儲量1067.50億立方米。

          涪陵勘查開發示范基地位于四川盆地東南部,包括萬縣以南、涪陵以北、墊江以東、忠縣以西廣大地區。2014年4月,國土資源部宣布設立重慶涪陵頁巖氣勘查開發示范基地。國土資源部、重慶市人民政府和中國石化(600028)通過政、產、學、研、用相結合,開展頁巖氣技術理論研究、勘查開發技術攻關、相關技術規范和標準研制等方面的工作,促進了產能建設和生態環境保護。通過總結發展模式、探索扶持政策、完善監管機制,促進了推廣應用和示范工程建設。

          報告指出,到2015年底,涪陵勘查開發示范基地預計探明儲量1000億立方米,形成產能50億立方米/年,產氣量32億立方米/年;到2017年底,預計累計探明地質儲量3000億立方米,建成產能100億立方米/年,為全國頁巖氣勘查開發提供典型示范。

          2014年8月,國土資源部還與貴州省人民政府聯合設立黔北頁巖氣綜合勘查試驗區,以加快推進貴州省頁巖氣勘查開發工作。

          調查評價工作正穩步推進

          我國在多個地區開展的頁巖氣調查評價工作進展順利。

          慈頁1井首次在湘西北復雜構造區下寒武統發現頁巖氣。慈頁1井完鉆井深3008米,鉆進過程中共發現氣測異常13個。在下寒武統牛蹄塘組取心100.88米,首次在該地區建立了完整的黑色泥頁巖巖心柱狀剖面,系統獲得有機地化、礦物組成、儲層物性、含氣性等多項參數?,F場解析氣點火成功,表明下寒武統牛蹄塘組下段具有良好的含氣性。

          此外,在滇東、桂中—南盤江地區頁巖氣調查評價進展順利;鄂西—湘中—桂中鉆探獲得頁巖氣發現;寧夏也首次發現了頁巖氣資源。四川盆地及其周緣優選了下寒武統牛蹄塘組和龍馬溪組頁巖氣有利區;柴達木盆地頁巖氣新層系獲得進展;柴達木盆地魚卡地區煤層氣、頁巖氣兼探也獲得進展,明確了門源盆地發育兩套頁巖氣有利層系。此外,尉參1井揭示南華北地區上古生界海陸過渡相具有良好的頁巖氣形成條件。

          與此同時,多個省市也積極行動起來,開展頁巖氣資源調查評價工作。

          重慶、貴州等地方政府自籌資金,積極推進轄區內頁巖氣資源調查評價工作,累計投入4.6億元,實施二維地震740千米、調查井45口。其中,重慶市投入2.4億元,完成二維地震740千米、調查井14口,優選了有利目標區和勘查靶區;貴州省投入1.5億元,實施調查井26口,查明頁巖氣發育層系,落實了資源潛力,優選了有利目標區;江西省和山西省分別投入3600萬元、3000萬元開展頁巖氣資源調查工作。此外,湖南、湖北、內蒙古、安徽等省區也啟動了頁巖氣調查相關工作。

          頁巖氣商業開發拉開序幕

          我國頁巖氣的市場無疑是巨大的。將廣闊的潛在市場前景轉化為產業發展的推動力顯得尤為重要。

          截至2014年底,涪陵頁巖氣田年內完成試氣井75口,提前完成全年新建20億立方米產能任務,目前該氣田已累積產氣超過12億立方米,日產氣360萬立方米。

          中國石油(601857)在四川威遠區塊實施威204井,經壓裂測試,初始產量16.5萬立方米/日,長寧區塊寧201井測試產量15萬立方米/日;云南昭通區塊YS108H1—1水平井獲得最高20萬立方米/日的工業氣流。在長寧—威遠和昭通區塊實現頁巖氣勘查突破,獲得三級儲量2000多億立方米。

          數據顯示,截至2014年底,石油企業和中標企業累計投資218.8億元,完成二維地震2萬千米,三維地震2134平方千米,鉆井669口(其中調查井90口,直井探井234口,水平井345口),鋪設管線235千米。其中,2014年度投資91.7億元,完成二維地震2938千米,三維地震1841平方千米,鉆井162口,生產頁巖氣13億立方米。2012年~2014年全國頁巖氣累計產量超過15億立方米。此外,在重慶涪陵和彭水、四川長寧—威遠和富順—永川、云南昭通和貴州習水等地區啟動頁巖氣產能建設。

          查開發技術基本實現國產

          與常規油氣和致密油氣水平井不同,頁巖氣水平井鉆完井的難度在于如何在頁巖層段中實現優快鉆完井,保證井眼質量、降低鉆完井成本。我國在頁巖氣鉆完井技術研究方面研究起步較晚,但進步較快。

          報告指出,目前我國頁巖氣勘查開發技術及裝備基本實現國產化,水平井成本不斷下降,施工周期不斷縮短。通過技術引進、消化吸收和攻關,我國基本掌握了頁巖氣地球物理、鉆井、完井、壓裂和試氣等頁巖氣勘查開發技術。3500米以淺水平井鉆井及分段壓裂熟練作業,具備水平井分段壓裂段多達22段、長達2130米的能力。自主研發的可移動式鉆機、3000型壓裂車等設備,以及頁巖氣“甜點”預測軟件,在勘查開發中取得較好的應用效果。水平井鉆完井周期從150天減少到70天,最短46天,水平井單井成本從1億元下降到5000萬元~7000萬元。

          相關扶持鼓勵政策逐步落實

          美國自上世紀80年代開展頁巖氣勘查開發技術攻關,直到本世紀初實現技術突破,2006年以后實現快速發展,先后探索30年。而我國用5年時間取得四川盆地的突破,與各部門、各公司的不懈努力密切相關。

          國土資源部立足資源管理職能,按照“開放市場、有序競爭、創新機制、協調聯動”的原則,著力推動頁巖氣勘查開發。2009年以來,開展了頁巖氣資源潛力評價及有利區帶優選,進行了兩輪頁巖氣勘查區塊招標,經國務院批準,將頁巖氣設置為獨立礦種,放開了頁巖氣勘查開采市場,發布了《關于加強頁巖氣勘查開采和監督管理有關工作的通知》,出臺了《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術規范》。

          為及時跟蹤我國頁巖氣招標區塊最新進展,全面了解頁巖氣招標區塊勘查開發現狀,中國地質調查局油氣資源調查中心多次組織召開頁巖氣勘查開發進展座談會,介紹21個中標區塊工程進展、勘查開發成果及最新地質認識,探討工作推進中遇到的地質、工程技術問題,提出了建設性意見。該中心建立企業聯盟機制,與中標企業開展聯合攻關研究,根據企業的不同需求和特殊問題,采取有針對性的專家咨詢會,為企業答疑解難,并組織中標企業技術人員到重慶地區進行頁巖氣現場考察。

          放開市場、引入石油公司以外的社會投資主體,一方面激發社會投資熱情,激活了勘查市場,調動了地方政府的積極性,另一方面,激發了石油公司活力,調動了石油公司加快頁巖氣勘查開發積極性,促進石油公司加大勘查投入、加快科技攻關。

          全產業鏈標準體系逐步完善

          頁巖氣全產業鏈標準體系的建設,為我國頁巖氣產業提供了科學有效的標準規范。

          2014年4月,國土資源部發布并實施我國首部頁巖氣儲量行業標準《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術規范》。中國礦業報記者了解到,我國將從頁巖氣資源評價、鉆完井、井控、壓裂、環境保護等方面入手,在3年~5年內基本建成我國頁巖氣全產業鏈標準體系,為我國頁巖氣產業提供科學有效的標準規范。

          2013年11月,國家能源局發布《頁巖含氣量測定方法》,于2014年4月1日起實施。

          截至目前,中國地質調查局初步完成的《頁巖氣資源調查評價規范》、《頁巖含氣量分析技術方法》、《頁巖氣調查地面時頻電磁法技術規程》和《頁巖氣調查地震資料采集技術規程》等4項技術規程已列入國土資源2014年標準制定計劃,擬提交標委會審核。在頁巖氣開發實踐中,石油企業借鑒已有的國家標準、行業標準、企業標準,形成了鉆井工程、采氣工程、地面工程、健康安全環保等百余項技術規范和標準。

          綠色勘查開發模式基本形成

          報告指出,目前我國頁巖氣綠色勘查開發模式基本形成。

          一是建立嚴格的工藝流程,有效保護環境。鉆井采用“四開四層套管”井身結構,飲用水層采用清水鉆進和獨立固井封隔,防止污染。壓裂返排廢水100%處理后重復利用。放噴測試過程中“邊測試、邊生產”,有效防止對空氣的污染。我國還探索利用二氧化碳壓裂替代大型水力壓裂,泥漿、巖屑等殘余物進行無害化處理,以減少和杜絕開發過程對水、大氣、土壤等的污染。

          二是采用“井工廠”作業模式,節約利用土地。在頁巖氣開發過程中采用“井工廠”作業模式和叢式鉆井技術,有效控制井場占地面積,減少對地表植被的破壞。在頁巖氣勘查開發過程中,注重天然林保護和礦區環境綠化,對井場及時開展土地復墾工作,實現了“邊生產、邊建設、邊復墾”,建立了頁巖氣資源有效開發的綠色發展模式。

          與此同時,中國地質調查局高度重視頁巖氣勘查開發對環境影響的研究。2014年,啟動了公益性行業科研項目“頁巖氣勘查開發環境影響因素研究”,在柴達木盆地柴頁1井壓裂試氣工程現場、重慶涪陵頁巖氣勘查示范基地開展頁巖氣勘查開發環境影響因素研究。2015年,將開展頁巖氣水文地質調查和地下水監測工作,以重慶涪陵頁巖氣示范區為重點,開展地下水、地表水采樣和動態監測,調查和評價水環境質量現狀,評估水資源保障程度,初步探索頁巖氣勘查開發水環境影響評價指標體系。中國地質調查局近年來還完成了新一輪全國地下水資源評價和北方11個平原盆地地下水資源及其環境問題調查。

          這些成果可提供全國范圍內的環境地質和地下水資源背景資料,為頁巖氣開發環境評價提供依據。

          勘查開發仍任重而道遠

          總體來看,我國頁巖氣勘查開發已經取得重要突破和進展,展示了廣闊的發展前景。但由于我國地質、地表條件復雜,勘查開發還處于初級階段,仍然面臨一些問題和挑戰。

          首先,勘查程度低,資源家底尚需進一步查明。美國EIA、國土資源部和中國工程院分別對我國頁巖氣技術可采資源量進行了預測,但差別較大。其主要原因是地質調查程度太低,對我國不同類型頁巖氣成藏機理、富集規律認識不清,可采資源尚未真正落實。

          其次,適合中國特點的勘查開發核心技術需要進一步攻關。如微地震監測、產量動態預測、頁巖納微米三維重建等技術尚未完全掌握,旋轉地質導向、裸眼滑套分段壓裂、納微米結構和成分分析等設備未實現國產化,導致勘查開發經濟成本高,制約了頁巖氣產業發展。

          第三,我國目前頁巖氣勘查開發點上取得重大突破,面上尚未展開。目前,潛力評價預測的87.7萬平方千米有利區,僅有17萬平方千米開展頁巖氣勘查工作,且主要分布在四川盆地及周緣,面上未完全展開。

          第四,多元投資勘查局面已經形成,但對頁巖氣行業的監督機制尚待完善。目前,包括石油公司在內的21家企業從事頁巖氣資源勘查開發,多元投資主體勘查局面已經形成。但是,頁巖氣勘查開發監管制度、隊伍體系、資料共享平臺等尚待完善,需加大監督檢查和資料共享力度,促進頁巖氣勘查開發有序、健康、快速發展。

          對此報告建議:一是編制頁巖氣勘查開發“十三五”規劃,指導產業發展。結合國土資源部職能,在分析資源潛力、發展現狀和存在問題的基礎上,圍繞資源調查、勘查開發、科技攻關和資源管理等方面,規劃2016年~2020年的發展目標和重點任務,指導產業發展。

          二是加強資源調查力度,促進勘查開發。建議中央財政加大投入力度,開展頁巖氣資源調查評價和戰略選區,全面查明不同類型頁巖氣資源分布和富集規律,摸清資源潛力,優選有利目標區,落實可采資源量,為企業勘查開發提供基礎資料和勘查靶區。

          三是加強科技攻關,推廣應用示范。我國頁巖氣地質條件復雜,不同類型頁巖氣成藏機理尚不明確,復雜條件下勘查開發技術體系尚未形成,建議設立國家頁巖氣科技攻關專項,開展不同類型頁巖氣成藏機理、資源評價方法等研究,建立我國特色的頁巖氣地質理論體系;開展“甜點”識別與預測、深水平井鉆完井及壓裂等關鍵技術攻關,逐步形成適合我國地質特點的技術裝備體系。同時,總結成熟經驗,研究制定相關標準,推廣應用新技術,促進頁巖氣勘查開發。

          四是加快產能建設,確保規劃目標實現。中央、地方和企業聯動,創造良好的頁巖氣勘查開發環境,推進涪陵、川南、黔北等頁巖氣勘查開發示范區建設,促進企業加大勘查開發力度,落實頁巖氣探明儲量,加快產能建設,確保實現2015年65億立方米、2020年300億立方米的產量規劃目標。(來源:觀察者網)

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