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每天一篇全球人文與地理

NO.2444-美國富得流油

作者：無刺王冠龍

校稿：辜漢膺 / 編輯：果栗乘

隨著世界范圍內(nèi)工業(yè)和經(jīng)濟開始復蘇，油價也從最初的5元時代飆升至現(xiàn)在的8元時代。毫無疑問，作為當今最重要的能源和大宗商品之王，被稱為液體黃金和工業(yè)血液的石油，在各國都炙手可熱。因此石油的開采就成了各產(chǎn)油氣國的重中之重。

自2020年油價跌入谷底后油價一路飆升

近期才開始有所回落▼

目前，全球頁巖油儲量大約在11萬億至13萬億噸之間，頁巖氣儲量約為456萬億立方米，均超過目前傳統(tǒng)油氣儲量。如果這些油氣可以開采出來，那么在未來很長一段時間內(nèi)都不需要擔心油氣資源枯竭的問題。

橫屏-雖然頁巖油氣各大洲均有分布

但現(xiàn)在有能力大量開采的國家并不多

（圖：EIA）▼

但遺憾的是頁巖油氣屬于非常規(guī)油氣藏，開采成本比常規(guī)油氣高很多，目前除了美國世界其他各國都沒有技術(shù)能降低開采成本。對于大部分國家來說，直接購買原油要比自己開采更便宜更劃算。

美國在2008年開始發(fā)起了所謂的頁巖革命后，攻克了技術(shù)和成本的障礙，油氣產(chǎn)量10年時間里增加了兩倍以上，從天然氣進口國一躍成為出口國，真正意義上實現(xiàn)了能源獨立。

掌握了利用資源的技術(shù)

資源才能成為真正的資源

（美國懷俄明州溫德河山脈氣井 圖：wiki）▼

中國作為世界最大的石油進口國，在2021年進口石油的總量是5.13億噸，進口天然氣1.21億噸，石油對外依賴度仍然在70%以上。但其實中國也擁有豐富的頁巖油氣資源，中國頁巖油儲量位居世界第三，頁巖氣儲量更是位居世界第一。

中國的頁巖氣儲量是世界總儲量的近1/7▼

所以，中國能否效仿美國通過大力開采頁巖油氣來實現(xiàn)能源自由呢？這是一個值得討論的問題。

中美頁巖油氣，有著天壤之別

中美對比，美國除了占據(jù)了儲量的優(yōu)勢，更重要的是還占據(jù)頁巖油氣藏地質(zhì)條件的優(yōu)勢。同樣都是頁巖油，由于地質(zhì)條件的不同，開采難度有著天壤之別。

頁巖氣本就比常規(guī)油氣更難開采

埋藏的地質(zhì)條件再不好的話，那就難上加難了

（不同油氣井類型 圖：wiki）▼

常規(guī)原油和天然氣匯集在一個空間里，就像在地底下裝在氣球里的一袋流體，相對容易開采。而頁巖油氣則是以非常小的顆粒吸附在頁巖微米、納米級的孔縫里，要開采它們，就相當于要把它們從各自躋身的微小頁巖孔縫里強行擠出來，這難度是可想而知的。

頁巖油氣就藏在這“花花綠綠”的巖石縫里

想請它們出來實屬不易

（頁巖油微觀滯留運移模型）▼

美國的頁巖油氣主要分布在二疊紀盆地、墨西哥灣盆地和威利斯頓盆地，埋深距離地表大概1000米左右。

美國本土頁巖氣資源大致分布（參考：eia）▼

而我國的頁巖油氣大面積分布在四川盆地、鄂爾多斯盆地、江漢盆地等，大部分位于埋深距離地表3000米以上的地層，這就使得我國的頁巖油的開采難度要遠遠大于美國。

中國主要富有機質(zhì)黑色頁巖分布特征▼

更大的差異是地質(zhì)構(gòu)造的差異。由于地殼的不斷的擠壓抬升使我國地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生了大量的斷層。青藏高原就是在兩億年前隨著印度板塊的向北擠壓并向歐亞板塊下插而形成的。

青藏高原與喜馬拉雅山脈形成過程示意▼

如此強烈的構(gòu)造運動，必然伴隨板塊邊緣的一系列斷裂帶。完整的地層是連續(xù)的，但由于斷層的存在，地層在其延展方向上往往不連續(xù)，甚至支離破碎。

地質(zhì)專家曾把地層比喻成一個盤子，美國產(chǎn)頁巖油氣的地層是一個完整的盤子，而中國的是一個掉在地上摔碎了的盤子，而且摔碎之后還被踩了幾腳。

所以在這種情況下，我國的油氣鉆井打下去可能只打到了目的層的一小塊，產(chǎn)出的油氣量自然比較小且不連續(xù)。而美國的一口鉆井打下去，整個這一片可能就打上了。

美國在開采頁巖油氣方面

是有點“天賦”在身上的

（壓裂井 圖：wiki）▼

另外一個差異是，中國大部分頁巖油氣地層的沉積環(huán)境都是陸相沉積。也就是說，這些頁巖油氣是古代半深至深水湖泊這樣的陸上水源環(huán)境沉積下來的。

湖泊環(huán)境受氣候影響顯著，頁巖地層分布面積小，巖相類型多樣。不同的巖相大致分布在圍繞盆地幾何中心的圓形帶中。

湖相頁巖環(huán)境更為復雜，但有巨大的開采前景

（圖：地學前緣）▼

而美國以海相頁巖的沉積環(huán)境為主，沉積環(huán)境比較簡單，主要形成于缺氧、低能海相沉積環(huán)境中。海水水體規(guī)模大，受氣候影響較小、分布面積大，穩(wěn)定性好，巖相類型比較單一，非常利于開采。

不同沉積相示意圖▼

除此以外，中國頁巖油氣中的有機質(zhì)熱演化程度（R0值和TOC值）、儲層的非均質(zhì)性、孔隙度、滲透率、流體特性（粘度、氣油比）、容量特質(zhì)及產(chǎn)量等均與美國有較大差距。

簡單來說，中國開采頁巖油氣是在鹽堿地上種莊稼，而美國是在肥沃的黑土地上種，最終的結(jié)果自然不可同日而語。

技術(shù)，仍不夠成熟

與美國相比，中國對頁巖油氣的勘探開發(fā)技術(shù)條件也還不夠成熟。

美國早在20世紀60-70年代就開始研究頁巖油氣開采技術(shù)，到目前為止已是世界上此類開采技術(shù)最成熟的國家。而中國近十幾年來才開始結(jié)合我國具體地形地質(zhì)條件攻關(guān)技術(shù)難題，所以仍有許多技術(shù)上的問題沒有解決。

美國這數(shù)十年的研究經(jīng)驗

早就把什么地質(zhì)適合開采弄得明明白白▼

我國的頁巖資源與北美頁巖相比，地質(zhì)條件更為復雜、生態(tài)環(huán)境更為敏感。我國從2007年就開始和美國就行頁巖氣的合作，但是地質(zhì)條件的差異導致兩國的頁巖油氣開發(fā)效果迥異，直接照搬美國技術(shù)肯定是不行。水土不服，成為頁巖油氣賽道上最顯著的特征。

條件不同、情況不同，還是得“對癥下藥”▼

頁巖油氣的開采原理，簡單來說就是先打一口直井下去，在我國一般要打到地下3000米以上，才會接觸到頁巖層。

接下來將會運用水平井技術(shù)，鉆頭會拐個彎，直接水平深入到頁巖層，然后需要使用壓裂技術(shù)。在這個深度的的頁巖層如同混凝土般強硬，要怎樣把里面的油氣擠出來呢？

水平井技術(shù)示意（圖：YouTube）▼

壓裂是極其復雜精細的技術(shù)活，不同地區(qū)的地應力分布不同，巖石脆性不同，力學特征不同，巖層天然裂縫發(fā)育情況各異，壓裂前要經(jīng)過嚴密勘探和計算，才能盡可能確保壓出的裂縫，便于油氣流體的流動，而非泄漏。

壓裂技術(shù)原理▼

壓裂技術(shù)將利用高壓泵將混合著壓裂砂的液體注入井底，把頁巖擠碎，這個壓力可以達到10?兆帕。10?兆帕是什么概念？在地面上可以把水打到1萬米的高空。

大概是這座噴泉的500倍

（日內(nèi)瓦大噴泉 圖：圖蟲創(chuàng)意）▼

由于液體的壓縮性很小，可以將它作為力的直接傳導工具，把壓裂液注入井筒里，然后在地面加壓力，一旦達到了巖石的破壞壓力，就將在地下劈開一條裂縫，壓裂液攜帶著可以把這個裂縫支撐起來的支撐劑（一般是小的沙礫或者是小的陶粒），填充在裂縫里。

再來個動畫感受一下這個過程

（圖：YouTube）▼

如此強大的壓力像吹氣球一樣把頁巖層吹爆了。此時的頁巖就像碎玻璃一樣變成了渣，壓裂砂及時填充在縫隙里，不讓縫隙自然閉合，油氣就會源源不斷奔向地面。形象地說，壓裂就是在地下制造油氣的高速公路。

以上只是開發(fā)中的一個例子，從地下3000多米的頁巖微米、納米級別的空隙中提取油氣的難度，可見一斑。實際開發(fā)過程會涉及到極為繁瑣及龐雜的流程、工藝和技術(shù)。

開發(fā)頁巖油氣技術(shù)難度高，流程復雜

可不是個簡單的活

（頁巖氣生產(chǎn)流程）▼

中國目前已具備開采頁巖油氣的能力，但由于起步較晚，地質(zhì)條件差異等因素，導致成本顯著高于美國。

根據(jù)2022年4月官方公布的我國頁巖油的開采成本為每桶50~80美元，美國的開采成本為30美元每桶。我國需要規(guī)?；?、高效率地發(fā)展和完善勘探開發(fā)技術(shù)體系，進一步追趕工程技術(shù)細節(jié)上的差距。

畢竟美國開采頁巖油的較低成本的背后

是數(shù)十年的經(jīng)驗與技術(shù)積累

（美國從巴肯頁巖油田運輸石油的列車）

（圖：shutterstock）▼

根據(jù)國內(nèi)外專家建議，我國后續(xù)將通過地質(zhì)與工程一體化研究，形成頁巖油差異化開發(fā)技術(shù)；加強大數(shù)據(jù)和人工智能的應用，提高發(fā)展評估的準確性；提高頁巖油采收率技術(shù)，研究有效的開發(fā)方法，以提高開發(fā)效果和效益。

中國頁巖油氣開發(fā)還有很長的路要走

（重慶市南川區(qū)的頁巖氣鉆井塔圖：圖蟲創(chuàng)意）▼

快速發(fā)展，未來可期

中國從2005年左右就開始著手勘探開發(fā)頁巖氣資源，大體可以分為三個階段：

合作評估階段（2007-2011年），主要工作集中在探索頁巖氣開發(fā)技術(shù)和制定頁巖氣開發(fā)戰(zhàn)略。這個階段我國引入了美國頁巖氣概念，通過地質(zhì)評價在四川盆地找到了多個巖氣有利區(qū)，并且啟動了產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)建設。

2007年，中國石油勘探開發(fā)研究院還和美國新田石油公司聯(lián)合開展了威遠地區(qū)頁巖氣聯(lián)合研究。

首先要做的，是“摸清家底”

（長寧-威遠區(qū)塊頁巖氣田區(qū)域構(gòu)造）▼

2008年，鉆探了我國第1口頁巖氣地質(zhì)資料井。

2009年12月正式確立了長寧、威遠和昭通三個頁巖氣有利區(qū)啟動的產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)。

2010年，發(fā)現(xiàn)了蜀南和涪陵兩大頁巖氣區(qū)，在龍馬溪組頁巖段鉆探出了中國第1口頁巖氣井威201井，確證了該段存在頁巖氣的推測。

威201井▼

2011年，在長寧地區(qū)鉆探出了第1口具有商業(yè)開發(fā)價值的頁巖氣井。

在這個階段，國家從政策技術(shù)和資金等方面對頁巖氣開發(fā)提供支持。包括成立國家能源頁巖氣研發(fā)中心，在國家科技重大專項中設立頁巖氣項目，確定頁巖氣為獨立礦種，以及通過輪招標出讓多個頁巖氣區(qū)塊等等。

后面的成功開采，離不開前期的多方面努力

（三相開采產(chǎn)量評估）▼

開發(fā)測試階段（2012–2015年），頁巖氣開發(fā)的主要技術(shù)得到了快速開發(fā)、測試和確定，單井產(chǎn)量和EUR（Estimated Ultimate Recovery單井評估的最終可采儲量）迅速增加。

2012年，財政部和國家能源局還發(fā)布了相關(guān)補貼政策通知，對2012-2015年開發(fā)利用的頁巖氣補貼0.4元每立方米。在國家政策的大力支持下，2013年以四川盆地為重點開采了約2億立方米的頁巖氣，正式實現(xiàn)了從無到有的突破。

中國正式開采頁巖氣的歷史由此開始

（頁巖氣管道鋪設 圖：壹圖網(wǎng)）▼

2014年以后，隨著頁巖氣勘探開采技術(shù)不斷成熟和完善，我國不但實現(xiàn)了對埋深3500米以下頁巖氣的有效開發(fā)，對埋深3500米以上的頁巖氣開發(fā)也取得了突破性進展。2015年開采了46億立方米的頁巖氣。

規(guī)模開發(fā)階段（2016年至今），單井產(chǎn)量和EUR保持穩(wěn)定增長，開發(fā)技術(shù)不斷優(yōu)化，年產(chǎn)量迅速增加。

2010-2013年間，中國通過自主摸索努力進行攻關(guān)，發(fā)展了符合中國國情的頁巖氣地質(zhì)理論和開發(fā)認識。2018年，頁巖氣產(chǎn)量突破百億大關(guān)，達到了109億立方米。2021年開采量達到了230億立方米。產(chǎn)量居世界第二，排在美國之后。

開采頁巖氣不再只是美國的獨有長項了▼

頁巖氣鉆井在西南地區(qū)也不再是個稀罕玩意了

（圖：壹圖網(wǎng)）▼

經(jīng)過10多年的勘探開發(fā)，中國對四川盆地頁巖氣區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)理論不斷發(fā)展，相關(guān)開發(fā)技術(shù)也在不斷改進和發(fā)展。在技術(shù)上，針對深層頁巖油氣儲層高溫高應力的特點，采用地表泥漿冷卻和大功率壓裂裝備等技術(shù)。

重慶中石化涪陵頁巖氣項目的水力壓裂裝置

（圖：壹圖網(wǎng)）▼

同時，我國還創(chuàng)新了頁巖氣勘探開發(fā)的適用性模式，不斷提升頁巖氣產(chǎn)量和采收率，并借助于地下光纖監(jiān)測人工智能大數(shù)據(jù)和數(shù)字化等新技術(shù)，使得開發(fā)效率不斷提高的同時，進一步降低了頁巖氣開發(fā)成本。

在數(shù)字化的調(diào)控中心

通過電腦屏幕就可以遠程監(jiān)測地下開采情況

（龍王廟凈化廠調(diào)控中心）▼

我國建立了埋藏在3500m以內(nèi)頁巖資源開發(fā)的完整技術(shù)體系，包括地質(zhì)評價、優(yōu)化快速鉆井、多級水力壓裂、產(chǎn)能評價和開發(fā)參數(shù)優(yōu)化五大關(guān)鍵技術(shù)。

目前，中國的頁巖資源尚未得到充分開發(fā)，有三分之二的可采資源儲存在埋深大于3500米的地層中，提高大于3500米的頁巖油氣的最終采收率，將是未來的發(fā)展趨勢。

2022年10月四川盆地再次喜提頁巖氣庫存

努力提高最終采收率才能將這些庫存物盡其用▼

2022年上半年，國家能源局發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》強調(diào)，要積極擴大非常規(guī)資源勘探開發(fā)，加快頁巖油、頁巖氣、煤層氣開發(fā)力度。此外，《規(guī)劃》還將吉木薩爾頁巖油，鄂爾多斯盆地頁巖油、致密氣，以及松遼盆地大慶古龍頁巖油等資源區(qū)，列入能源安全保障重點工程。

吉木薩爾國家級陸相頁巖油示范區(qū)

位于新疆北部的準噶爾盆地東部▼

隨著國家層面的政策扶持和頁巖開發(fā)技術(shù)的進一步發(fā)展，頁巖氣有望成為在不久的將來成為年產(chǎn)量最高的單一類型氣藏。未來若能實現(xiàn)技術(shù)進步、降低成本、提高效率，頁巖油氣或許將成為中國油氣資源實現(xiàn)自給自足的突破口和新希望。

參考資料：

1. 《重磅！中石油重點部署，加強頁巖油氣勘探開發(fā)！》，中國能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展網(wǎng) http://www.ccedia.com/news/8975.html

2. 《美國頁巖油強勢回歸，日增產(chǎn)將超100萬桶》，中國石油新聞中心

3. 《中國的頁巖油為什么難以開采？和美國的差距有多大？》，騰訊新聞 https://view.inews.qq.com/a/20210829A0388800?startextras=0_cdc9ac1d6b50d&from=ampzkqw

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6. Chen Aizhu, Analysis: Chinese majors to struggle to extend shale gas boom beyond 2025.

7. Paolo D. Farah, Riccardo Tremolada(2016). A Comparison Between Shale Gas in China and

Unconventional Fuel Development in the United States: Water, Environmental Protection, and

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8. China’s Shale Gas Development Outlook and Challenges. https://www.powermag.com/chinas-shale-gas-development-outlook-and-challenges/

9. Qianqian Wang, Lu Wang(2016). Comparative Study and Analysis of the Development of Shale Gas between China and the USA. International Journal of Geosciences, Vol. 7 No.2

10. Xiaohui Chen, Zhicheng Liu, Xing Liang, Zhao Zhang, Tingshan Zhang, Haihua Zhu, Jun Lang(2018). The shale gas revolution in China-problems and countermeasures. Earth Sci. Res. J. vol.22 no.3 Bogotá jul./set. 2018

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封面：壹圖網(wǎng)

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