页岩气作为我国天然气发展最重要、最现实的接替领域,是提质增效和战略性上产最具潜力的规模资源。历经10余年自主攻关,我国页岩气经过引进借鉴、自主创新和规模建产三大阶段,实现了山地页岩气勘探开发主体技术的突破,高效建成了长宁—威远、涪陵和昭通等国家级页岩气示范区,2022年页岩气产量240亿立方米,探索出一条具有中国特色的发展之路,实现了我国页岩气产业从无到有的重大突破。
中国已成为全球第二大页岩气生产国
历经14年发展,我国页岩气勘探开发创造了天然气产业发展奇迹。自2009年国内第一口页岩气井威201开钻以来,中国石油和中国石化等企业在四川盆地实现海相页岩气开发突破,2014年全面启动规模建产,截至2022年底,累计投产水平井2621口、探明地质储量3万亿立方米,页岩气产量实现第一个百亿方用了7年、第二个百亿方仅用2年,目前正在向第三个百亿方进军。中国已成为全球第二大页岩气生产国。
中深层已建成两大页岩气生产基地。在国家科技攻关、财政补贴等方面的大力支持下,以四川盆地及周缘为主体,中国石油和中国石化分别建成了川南和涪陵两个页岩气生产基地。
深层页岩气取得重大突破,拉开了新的百亿方建设序幕。在泸州—渝西地区,2019年中国石油在泸州首口深层页岩气评价井——泸203井取得战略性突破后,目前已批复7个区块的开发方案,设计年产规模108.5亿立方米。截至2022年底,累计探明储量5138亿立方米,投产水平井237口,年产气23.3亿立方米。
在威荣、永川等地区,中国石化在多个区块钻探了一批深层页岩气评价井,测试日产气15万~30万立方米。截至2022年底,累计探明储量3993亿立方米,批复3个区块的开发方案,设计年产规模35亿立方米,已投产井185口,年产气14亿立方米。
新区新领域获重要发现,展示了页岩气发展的良好前景。四川盆地外围安场区块龙马溪组浅层常压页岩气获得开发突破。贵州页岩气公司区块内龙马溪组页岩储层累计投产井34口,2022年产量1.07亿立方米,累计产气1.8亿立方米。
四川盆地主要发育六套页岩地层,近期寒武和二叠两套层系获得战略突破。中国石油、中国石化在寒武系筇竹寺组和二叠系吴家坪组等多口井获高产气流,进一步夯实页岩气未来发展信心。
非海相页岩油气多点获得重要发现。其中,最具代表性的平安1井、普陆页1井、梨页1HF井均有良好显示。
页岩气勘探开发形成六大主体技术
海相页岩气富集规律认识和评价技术基本成熟。奥陶—志留纪之交沉积的深水陆棚相黑色笔石页岩是优质储层。我国海相页岩主要分布于南方中上扬子地区,以深水陆棚相沉积为主,页岩品质好,总有机碳含量大于3%的优质页岩厚度5~15米,总面积近100万平方米。但保存条件较好的主要集中在四川盆地及周缘,面积5万平方米。
构造稳定区页岩气保存条件好,储层压力系数高、有机孔保存较好。有利区优选主要考虑沉积有利相带和构造保存条件,形成了“超压富集”“二元富集”等成藏理论,构造稳定区埋深超过2000米,储层压力系数可达1.2~2.2,孔隙度一般在4%~6%。
中深层页岩气规模效益开发技术体系基本成熟。2014年,中国石油启动长宁25亿立方米产能建设工作,第一批开发井EUR平均仅0.5亿立方米,实施过程中创新页岩气“黄金靶体”概念和“山地平台式水平井分段体积改造”开发模式,3年时间EUR提高至1.2亿立方米,页岩气开发效果好于预期。威远早期开发效果差于长宁,目前平均单井EUR也达到1.2亿立方米。
以企业为主体建立了页岩气勘探开发“综合地质评价、开发优化、平台水平井优快钻井、水平井分段体积压裂、复杂山地水平井组工厂化作业、高效清洁开采”六大主体技术,基本可以满足海相页岩气规模效益开发,实现页岩气勘探开发完全成本1200元/千立方米。
深层页岩气开发难度大开发效果逐步向好
深层页岩有利条件和复杂程度均超过预期。深层页岩孔隙度超出预期,游离气含量高;地层温度高、地应力高、应力差大;深层页岩储层裂缝发育,具有常规—非常规复合型气藏特征。
早期国际大石油公司在川南深层页岩气评价未达预期,相继退出。
壳牌公司2009年进入富顺—永川区块,投资约40亿元,完成水平井12口,平均测试产量14.4万立方米/天,单井投资超过1亿元,2016年退出。
bp公司2016年进入内江—大足、荣昌北区块,累计投入超过10亿元,采集三维地震165平方千米,完成评价井10口,单井测试产量3万~7万立方米/天,2019年退出。
中国石油自主探索深层页岩气,取得重要进展。随着壳牌和bp两家国际公司的退出,2019年自主开展川南深层页岩气评价工作,泸203井获得高产,树立了页岩气开发的标杆。尽管在规模建产过程中部分区块遭遇套变压窜等问题,近期通过开发优化,取得了新的进展。
深层页岩气获得一批高产评价井,泸203井创造了新的纪录;中深层开发技术短期内难以适应深层页岩气开发;通过优化迭代升级技术,水平井套变压窜问题得到有效缓解;近期泸州深层开发效果提升明显;构造稳定区相继取得突破,进一步坚定了深层页岩气规模效益开发信心。
页岩气开发丰富完善了非常规天然气“极限动用”开发理论。在30余年天然气开发理论技术攻关和工程实践中,亲历了常规向非常规的转变。页岩气具有储集空间小、气体流动能力差、非均质性强等特征,挑战了传统油气开发极限。依托国家级研究平台,通过长期致密气、煤层气、页岩气现场实践和技术总结,逐步形成了基于“人造气藏”的非常规天然气“极限动用”开发理论。
我国页岩气产业发展潜力展望与建议
我国页岩气具备建产800亿~1000亿立方米的资源基础。目前,页岩气建产主要在四川盆地及周缘,可工作有利区页岩气资源量可达10万亿立方米以上,参照川南及涪陵万亿方储量可建百亿方年产规模,同时考虑到新区新领域的补充,具备长期发展的资源基础。
第一层次:以四川盆地五峰组—龙马溪组海相页岩气勘探评价为重点,夯实中国页岩气大发展的资源基础,优先加快探明3500~4500米,加强评价4500~5500米资源。做细中深层页岩气评价,可支撑当前200亿立方米产量长期稳产,筑牢页岩气发展“压舱石”。“十四五”可新增探明深层页岩气储量3万亿立方米,积极开展埋深4500米以深超深层示范试验,发挥深层页岩气开发的“主力军”作用。
第二层次:积极开展新区新领域页岩气勘探评价,加快突破页岩气开发效益关,助力中国页岩气产量长期稳产增产。按照“两步走”,实现页岩气产量千亿方目标。
第一步(2021~2030年):10年攻关,以四川盆地海相深层页岩气为重点,新增探明地质储量5万亿立方米,2030年页岩气产量突破500亿立方米大关。
第二步(2030年以后):扩大超深层页岩气开发,突破筇竹寺组、吴家坪/龙潭组以及海陆过渡相、陆相等新领域,再探明地质储量5万亿立方米,页岩气产量将在2040年前后达到800亿~1000亿立方米。2030年产量500亿立方米,其中:海相中深层200亿立方米,深层、超深层280亿立方米,非海相20亿立方米;2040年产量800亿~1000亿立方米,其中:海相中深层200亿立方米,深层、超深层500亿~600亿立方米,非海相100亿~200亿立方米。
对我国页岩气产业发展的3点建议:
一是国家层面支持开展深层、超深层及非海相页岩气技术攻关。充分发挥新型举国体制优势,通过跨行业、跨学科联合攻关,加快攻克高温旋转导向、深层水平井套变等关键技术难题。
二是政府主导建立页岩气大数据共享平台。建议国家主导建立数据共享制度,企业间通过勘探开发数据共享,避免不必要的多次试错,加快工程技术学习曲线建立。
三是持续给予海相深层、超深层、非海相财政补贴。针对开采难度大的页岩气资源,建议通过精准财政补贴,推动页岩气产业加快发展。
直面挑战,共克时艰。对于中国石油公司而言,页岩气勘探开发进展与发展挑战与机遇并存,尚需破解诸多世界级难题,方能朝着既定目标稳步前行。