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中美页岩气产业对比与展望

作者:胡燕 | 作者单位:中国石油西南油气田公司页岩气研究院

随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的提高,页岩气作为一种清洁能源,其开发利用受到了广泛关注。

中国页岩气储量世界第一,页岩气开发近年来取得了显著进展,四川盆地所在的川南已成我国最大的页岩气生产基地。中国石化涪陵页岩气田的建成,年产能达到100亿立方米;中国石油川南页岩气田累计产气量突破800亿立方米,成为全球除北美外最大的页岩气田,标志着中国在页岩气商业化和技术创新方面的重大突破。同时,中国石油在技术创新和国际标准制定方面的领先地位,在页岩气开发方面取得了关键技术突破,并牵头制定了首个页岩气国际标准,引领了国内外页岩气产业规模效益开发。

中国页岩气开发潜力巨大,预计到2025年页岩气产量将达到300亿立方米,2030年将达到350亿至400亿立方米,成为天然气产量增长的重要组成部分。此外,深层页岩气的开发技术正在逐步成熟,预计“十四五”期间,埋深介于3500至4000米的海相页岩气开发技术将基本过关,支撑2025年全国页岩气产量达到300亿立方米。在鄂尔多斯和四川等盆地,海陆过渡相和陆相页岩气勘探评价取得重要进展,显示出良好的开发前景。

中国和美国作为世界上最大的两个经济体,均在页岩气产业开发领域取得了显著成就,并形成了各自的技术体系。

美国页岩气开发是全球页岩气革命的先驱,最早可以追溯到1821年,但直到20世纪70年代的能源危机,美国政府才开始重视页岩气的开发。80年代,水平钻井和压裂技术开始应用于页岩气田。90年代,Mitchell Energy公司在Barnett页岩气田的成功开发,标志着页岩气商业化的重大突破。美国页岩气产业的发展得益于技术创新,包括水平钻井、水力压裂技术、微地震成像技术等。这些技术的应用显著提高了页岩气的产量和采收率。21世纪初,美国页岩气产量仅占天然气总量的1%。然而,到了2015年,页岩气产量已占总天然气产量的56%,总产量达到4217亿立方米。2016年底,页岩气产量超过4000亿立方米,占美国天然气产量的60%,使美国成为页岩气液化天然气(LNG)的净出口国。

美国页岩气主要分布在东部古生代和西部中生代前陆盆地中,这些地区的页岩层富含有机质且具有高脆性,是页岩气富集的主要区域。美国政府对页岩气开发的政策支持是产业发展的关键因素之一,税收优惠、行业监管政策、土地和矿产权、投融资优惠政策等均为页岩气产业的发展提供了有力保障。美国页岩气开发受益于市场化的天然气价格机制,使得页岩气价格能反映市场供需关系,促进了产业的快速发展。

页岩气开发过程中的水力压裂技术曾引起环境问题的关注,包括水资源污染和地震活动等。因此,环境保护成为页岩气开发中需要重点关注的问题。随着技术的进步和市场的扩大,预计美国页岩气产业将继续保持增长态势。同时,环境和可持续性问题也将成为页岩气产业未来发展的重要考量因素。综上所述,美国页岩气开发现状表现为技术创新、产量增长、政策支持和市场成熟,但也面临着环境挑战和可持续发展的问题。

美国在页岩气勘探开发技术方面确实处于全球的领先地位,其采用的先进技术和方法在长期的技术进步中不断得到完善和应用。美国的技术进步主要得益于对地质理论的深入研究和开采技术的持续创新,特别是在钻井技术、压裂技术和甜点识别技术方面取得了显著成就。首先,美国在钻井技术方面采用了多种先进技术,如长水平井、工厂化钻井和一趟钻技术。这些技术显著提高了钻井效率和储层钻遇率,使得页岩气的开采成本和时间得到有效控制。尤其是智能化钻井技术的应用,结合大数据和人工智能,实现了对钻井作业的超前探测和智能决策,进一步提高了作业效率和安全性。其次,美国在压裂技术方面也取得了重大突破,如分段多簇射孔、限流压裂技术和低黏度压裂液的应用。这些技术的采用有效提高了页岩气的产量和采收率,通过精确的工程操作和技术参数调控,优化了页岩气的开采效果。

相比之下,中国的页岩气开发技术起步相对较晚,但近年来也取得了显著进展。中国在钻井技术方面进行了多层系、立体式和工厂化开发的探索,以优化井距和增强开采效率。在压裂技术方面,中国石油在页岩气水平井改造中增加了压裂段数和加砂量,进一步提升了产量。尽管智能化钻井技术尚未完全实现自动化,但已成为未来发展的潜力技术之一。深层页岩气的勘探与开发是国家能源安全之要务。其中,“甜点”区域的预测,即油气富集高产带之辨识,尤为关键。中国在“甜点”识别技术方面也建立了综合评价指标体系,采用层次分析法等方法进行“甜点”评价,以支持开发决策和优化资源配置。

在页岩气开发领域,中美两国展现出了明显的差异和各自的优势与挑战。这些差异不仅体现在地质条件、工程技术和经济政策上,还反映了两国在技术发展、生产管理和环境保护等方面的不同路径和策略。

中国的页岩气开发主要集中在陆相盆地,如四川盆地等地区,地质条件复杂,包括低压力系数和高有机质成熟度等特点。这些复杂的地质条件对技术创新提出了挑战,但也激励了中国在水平井和压裂技术上的持续进步。中国在页岩气开发中重视地质力学和施工参数的优化,以应对复杂的地层条件,这种综合应对策略有助于提高开发效率和经济效益。

相比之下,美国的页岩气开发主要发生在海相盆地,例如阿巴拉契亚盆地的Marcellus和Barnett页岩气田。这些区域地质条件相对简单,构造运动适中,后期破坏程度较小,为技术应用提供了相对稳定的环境。美国在水平井和压裂技术上处于领先地位,通过不断优化压裂工艺和施工参数,支持了页岩气产业的快速发展和大规模商业化开发。

在经济政策方面,中国的页岩气开发受到政策支持,但市场控制力度较大,政策对开发力度有重要影响。经济“甜点”评价体系正在逐步建立和完善,以提升资源开发的效率和可持续性。相比之下,美国的页岩气开发受益于成熟的市场经济体制,市场机制对开发力度的控制力度强,经济“甜点”评价体系较为成熟,经济效益成为推动开发的关键因素。

在技术发展方面,中国的页岩气开发技术正在快速发展,特别是在水平井和压裂技术的优化方面,重视地质工程一体化,推动了技术水平的提升。美国则以技术创新和应用的先发优势著称,通过引入滑溜水压裂等先进技术,进一步提高了开发效率和经济效益。

在生产管理水平方面,中国的页岩气生产管理水平正在提升,智能化、自动化技术的应用逐渐增加,监测管理水平的提升确保了开发的安全和效率。而美国则因其高度发达的生产组织和先进的气井管理技术,通过先进的监测管理技术,保障了开发的高效和环保。

综上所述,中美两国在页岩气、气开发领域各有优势和挑战,归根结底需要相互学习与合作。中国应继续加大技术创新和政策支持力度,以提高页岩气开发的技术水平和经济效益。而美国的经验则表明,成熟的市场经济体制和技术创新对页岩气开发至关重要。两国都需关注环境保护和可持续发展,确保页岩气、气开发的长期健康发展,同时促进全球能源结构的优化和能源安全的提升。

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2024年, 第8期
刊出日期:2024.08
单月刊,1984年创刊
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主办单位:中国石油企业协会 中国石油企业协会海洋石油分会
国际标准刊号:ISSN 1672-4267
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