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每天一篇全球人文與地理

NO.2444-美國(guó)富得流油

作者：無(wú)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(jì)開始復(fù)蘇，油價(jià)也從最初的5元時(shí)代飆升至現(xiàn)在的8元時(shí)代。毫無(wú)疑問(wèn)，作為當(dāng)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(guó)都炙手可熱。因此石油的開采就成了各產(chǎn)油氣國(guó)的重中之重。

自2020年油價(jià)跌入谷底后油價(jià)一路飆升

近期才開始有所回落▼

目前，全球頁(yè)巖油儲(chǔ)量大約在11萬(wàn)億至13萬(wàn)億噸之間，頁(yè)巖氣儲(chǔ)量約為456萬(wàn)億立方米，均超過(guò)目前傳統(tǒng)油氣儲(chǔ)量。如果這些油氣可以開采出來(lái)，那么在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都不需要擔(dān)心油氣資源枯竭的問(wèn)題。

橫屏-雖然頁(yè)巖油氣各大洲均有分布

但現(xiàn)在有能力大量開采的國(guó)家并不多

（圖：EIA）▼

但遺憾的是頁(yè)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(guó)世界其他各國(guó)都沒(méi)有技術(shù)能降低開采成本。對(duì)于大部分國(guó)家來(lái)說(shuō)，直接購(gòu)買原油要比自己開采更便宜更劃算。

美國(guó)在2008年開始發(fā)起了所謂的頁(yè)巖革命后，攻克了技術(shù)和成本的障礙，油氣產(chǎn)量10年時(shí)間里增加了兩倍以上，從天然氣進(jìn)口國(guó)一躍成為出口國(guó)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了能源獨(dú)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(guó)懷俄明州溫德河山脈氣井 圖：wiki）▼

中國(guó)作為世界最大的石油進(jìn)口國(guó)，在2021年進(jìn)口石油的總量是5.13億噸，進(jìn)口天然氣1.21億噸，石油對(duì)外依賴度仍然在70%以上。但其實(shí)中國(guó)也擁有豐富的頁(yè)巖油氣資源，中國(guó)頁(yè)巖油儲(chǔ)量位居世界第三，頁(yè)巖氣儲(chǔ)量更是位居世界第一。

中國(guó)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量是世界總儲(chǔ)量的近1/7▼

所以，中國(guó)能否效仿美國(guó)通過(guò)大力開采頁(yè)巖油氣來(lái)實(shí)現(xiàn)能源自由呢？這是一個(gè)值得討論的問(wèn)題。

中美頁(yè)巖油氣，有著天壤之別

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

頁(yè)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(gè)空間里，就像在地底下裝在氣球里的一袋流體，相對(duì)容易開采。而頁(yè)巖油氣則是以非常小的顆粒吸附在頁(yè)巖微米、納米級(jí)的孔縫里，要開采它們，就相當(dāng)于要把它們從各自躋身的微小頁(yè)巖孔縫里強(qiáng)行擠出來(lái)，這難度是可想而知的。

頁(yè)巖油氣就藏在這“花花綠綠”的巖石縫里

想請(qǐng)它們出來(lái)實(shí)屬不易

（頁(yè)巖油微觀滯留運(yùn)移模型）▼

美國(guó)的頁(yè)巖油氣主要分布在二疊紀(jì)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(guó)本土頁(yè)巖氣資源大致分布（參考：eia）▼

而我國(guó)的頁(yè)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(guó)的頁(yè)巖油的開采難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于美國(guó)。

中國(guó)主要富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)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(guó)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(guò)程示意▼

如此強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，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(gè)盤子，美國(guó)產(chǎn)頁(yè)巖油氣的地層是一個(gè)完整的盤子，而中國(guó)的是一個(gè)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(guó)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(guó)的一口鉆井打下去，整個(gè)這一片可能就打上了。

美國(guó)在開采頁(yè)巖油氣方面

是有點(diǎn)“天賦”在身上的

（壓裂井 圖：wiki）▼

另外一個(gè)差異是，中國(guó)大部分頁(yè)巖油氣地層的沉積環(huán)境都是陸相沉積。也就是說(shuō)，這些頁(yè)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(lái)的。

湖泊環(huán)境受氣候影響顯著，頁(yè)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(yè)巖環(huán)境更為復(fù)雜，但有巨大的開采前景

（圖：地學(xué)前緣）▼

而美國(guó)以海相頁(yè)巖的沉積環(huán)境為主，沉積環(huán)境比較簡(jiǎn)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(guó)頁(yè)巖油氣中的有機(jī)質(zhì)熱演化程度（R0值和TOC值）、儲(chǔ)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(guó)有較大差距。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，中國(guó)開采頁(yè)巖油氣是在鹽堿地上種莊稼，而美國(guó)是在肥沃的黑土地上種，最終的結(jié)果自然不可同日而語(yǔ)。

技術(shù)，仍不夠成熟

與美國(guó)相比，中國(guó)對(duì)頁(yè)巖油氣的勘探開發(fā)技術(shù)條件也還不夠成熟。

美國(guó)早在20世紀(jì)60-70年代就開始研究頁(yè)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(guó)家。而中國(guó)近十幾年來(lái)才開始結(jié)合我國(guó)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(wèn)題沒(méi)有解決。

美國(guó)這數(shù)十年的研究經(jīng)驗(yàn)

早就把什么地質(zhì)適合開采弄得明明白白▼

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

條件不同、情況不同，還是得“對(duì)癥下藥”▼

頁(yè)巖油氣的開采原理，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是先打一口直井下去，在我國(guó)一般要打到地下3000米以上，才會(huì)接觸到頁(yè)巖層。

接下來(lái)將會(huì)運(yùn)用水平井技術(shù)，鉆頭會(huì)拐個(gè)彎，直接水平深入到頁(yè)巖層，然后需要使用壓裂技術(shù)。在這個(gè)深度的的頁(yè)巖層如同混凝土般強(qiáng)硬，要怎樣把里面的油氣擠出來(lái)呢？

水平井技術(shù)示意（圖：YouTube）▼

壓裂是極其復(fù)雜精細(xì)的技術(shù)活，不同地區(qū)的地應(yīng)力分布不同，巖石脆性不同，力學(xué)特征不同，巖層天然裂縫發(fā)育情況各異，壓裂前要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密勘探和計(jì)算，才能盡可能確保壓出的裂縫，便于油氣流體的流動(dòng)，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(yè)巖擠碎，這個(gè)壓力可以達(dá)到10?兆帕。10?兆帕是什么概念？在地面上可以把水打到1萬(wàn)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(dǎo)工具，把壓裂液注入井筒里，然后在地面加壓力，一旦達(dá)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(gè)裂縫支撐起來(lái)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(lái)個(gè)動(dòng)畫感受一下這個(gè)過(guò)程

（圖：YouTube）▼

如此強(qiáng)大的壓力像吹氣球一樣把頁(yè)巖層吹爆了。此時(shí)的頁(yè)巖就像碎玻璃一樣變成了渣，壓裂砂及時(shí)填充在縫隙里，不讓縫隙自然閉合，油氣就會(huì)源源不斷奔向地面。形象地說(shuō)，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(gè)例子，從地下3000多米的頁(yè)巖微米、納米級(jí)別的空隙中提取油氣的難度，可見一斑。實(shí)際開發(fā)過(guò)程會(huì)涉及到極為繁瑣及龐雜的流程、工藝和技術(shù)。

開發(fā)頁(yè)巖油氣技術(shù)難度高，流程復(fù)雜

可不是個(gè)簡(jiǎn)單的活

（頁(yè)巖氣生產(chǎn)流程）▼

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

根據(jù)2022年4月官方公布的我國(guó)頁(yè)巖油的開采成本為每桶50~80美元，美國(guó)的開采成本為30美元每桶。我國(guó)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(jìn)一步追趕工程技術(shù)細(xì)節(jié)上的差距。

畢竟美國(guó)開采頁(yè)巖油的較低成本的背后

是數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)積累

（美國(guó)從巴肯頁(yè)巖油田運(yùn)輸石油的列車）

（圖：shutterstock）▼

根據(jù)國(guó)內(nèi)外專家建議，我國(guó)后續(xù)將通過(guò)地質(zhì)與工程一體化研究，形成頁(yè)巖油差異化開發(fā)技術(shù)；加強(qiáng)大數(shù)據(jù)和人工智能的應(yīng)用，提高發(fā)展評(píng)估的準(zhǔn)確性；提高頁(yè)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(guó)頁(yè)巖油氣開發(fā)還有很長(zhǎng)的路要走

（重慶市南川區(qū)的頁(yè)巖氣鉆井塔圖：圖蟲創(chuàng)意）▼

快速發(fā)展，未來(lái)可期

中國(guó)從2005年左右就開始著手勘探開發(fā)頁(yè)巖氣資源，大體可以分為三個(gè)階段：

合作評(píng)估階段（2007-2011年），主要工作集中在探索頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)和制定頁(yè)巖氣開發(fā)戰(zhàn)略。這個(gè)階段我國(guó)引入了美國(guó)頁(yè)巖氣概念，通過(guò)地質(zhì)評(píng)價(jià)在四川盆地找到了多個(gè)巖氣有利區(qū)，并且啟動(dòng)了產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)建設(shè)。

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

首先要做的，是“摸清家底”

（長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)區(qū)塊頁(yè)巖氣田區(qū)域構(gòu)造）▼

2008年，鉆探了我國(guó)第1口頁(yè)巖氣地質(zhì)資料井。

2009年12月正式確立了長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)和昭通三個(gè)頁(yè)巖氣有利區(qū)啟動(dòng)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(yè)巖氣區(qū)，在龍馬溪組頁(yè)巖段鉆探出了中國(guó)第1口頁(yè)巖氣井威201井，確證了該段存在頁(yè)巖氣的推測(cè)。

威201井▼

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

在這個(gè)階段，國(guó)家從政策技術(shù)和資金等方面對(duì)頁(yè)巖氣開發(fā)提供支持。包括成立國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)中心，在國(guó)家科技重大專項(xiàng)中設(shè)立頁(yè)巖氣項(xiàng)目，確定頁(yè)巖氣為獨(dú)立礦種，以及通過(guò)輪招標(biāo)出讓多個(gè)頁(yè)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(píng)估）▼

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

2012年，財(cái)政部和國(guó)家能源局還發(fā)布了相關(guān)補(bǔ)貼政策通知，對(duì)2012-2015年開發(fā)利用的頁(yè)巖氣補(bǔ)貼0.4元每立方米。在國(guó)家政策的大力支持下，2013年以四川盆地為重點(diǎn)開采了約2億立方米的頁(yè)巖氣，正式實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的突破。

中國(guó)正式開采頁(yè)巖氣的歷史由此開始

（頁(yè)巖氣管道鋪設(shè) 圖：壹圖網(wǎng)）▼

2014年以后，隨著頁(yè)巖氣勘探開采技術(shù)不斷成熟和完善，我國(guó)不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)埋深3500米以下頁(yè)巖氣的有效開發(fā)，對(duì)埋深3500米以上的頁(yè)巖氣開發(fā)也取得了突破性進(jìn)展。2015年開采了46億立方米的頁(yè)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(zhǎng)，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(guó)通過(guò)自主摸索努力進(jìn)行攻關(guān)，發(fā)展了符合中國(guó)國(guó)情的頁(yè)巖氣地質(zhì)理論和開發(fā)認(rèn)識(shí)。2018年，頁(yè)巖氣產(chǎn)量突破百億大關(guān)，達(dá)到了109億立方米。2021年開采量達(dá)到了230億立方米。產(chǎn)量居世界第二，排在美國(guó)之后。

開采頁(yè)巖氣不再只是美國(guó)的獨(dú)有長(zhǎng)項(xiàng)了▼

頁(yè)巖氣鉆井在西南地區(qū)也不再是個(gè)稀罕玩意了

（圖：壹圖網(wǎng)）▼

經(jīng)過(guò)10多年的勘探開發(fā)，中國(guó)對(duì)四川盆地頁(yè)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(jìn)和發(fā)展。在技術(shù)上，針對(duì)深層頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層高溫高應(yīng)力的特點(diǎn)，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(yè)巖氣項(xiàng)目的水力壓裂裝置

（圖：壹圖網(wǎng)）▼

同時(shí)，我國(guó)還創(chuàng)新了頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的適用性模式，不斷提升頁(yè)巖氣產(chǎn)量和采收率，并借助于地下光纖監(jiān)測(cè)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(shí)，進(jìn)一步降低了頁(yè)巖氣開發(fā)成本。

在數(shù)字化的調(diào)控中心

通過(guò)電腦屏幕就可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)地下開采情況

（龍王廟凈化廠調(diào)控中心）▼

我國(guó)建立了埋藏在3500m以內(nèi)頁(yè)巖資源開發(fā)的完整技術(shù)體系，包括地質(zhì)評(píng)價(jià)、優(yōu)化快速鉆井、多級(jí)水力壓裂、產(chǎn)能評(píng)價(jià)和開發(fā)參數(shù)優(yōu)化五大關(guān)鍵技術(shù)。

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

2022年10月四川盆地再次喜提頁(yè)巖氣庫(kù)存

努力提高最終采收率才能將這些庫(kù)存物盡其用▼

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

吉木薩爾國(guó)家級(jí)陸相頁(yè)巖油示范區(qū)

位于新疆北部的準(zhǔn)噶爾盆地東部▼

隨著國(guó)家層面的政策扶持和頁(yè)巖開發(fā)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，頁(yè)巖氣有望成為在不久的將來(lái)成為年產(chǎn)量最高的單一類型氣藏。未來(lái)若能實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步、降低成本、提高效率，頁(yè)巖油氣或許將成為中國(guó)油氣資源實(shí)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(diǎn)部署，加強(qiáng)頁(yè)巖油氣勘探開發(fā)！》，中國(guó)能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展網(wǎng) http://www.ccedia.com/news/8975.html

2. 《美國(guó)頁(yè)巖油強(qiáng)勢(shì)回歸，日增產(chǎn)將超100萬(wàn)桶》，中國(guó)石油新聞中心

3. 《中國(guó)的頁(yè)巖油為什么難以開采？和美國(guó)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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封面：壹圖網(wǎng)

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