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    全球非常规天然气资源量约923万亿立方米,其中近半数为页岩气,其资源量(456万亿立方米)与常规天然气(378万亿立方米)相当。美国是开发页岩气资源最早、最成功的国家之一。已发现的页岩气盆地主要是分布在以 Appalachian盆地为主的东部早古生代前陆盆地带、以 Fort Worth盆地为代表的南部晚古生代前陆盆地带、以 San Juan盆地为代表的西部中生代前陆盆地带以及以 Michigan 盆地和 Illinois盆地为代表的古生代—中生代克拉通盆地带。

    Appalachian盆地位于美国东北部,是美国石油工业的发源地,也是目前页岩油气资源勘探开发的主要盆地之一,其中的Marcellus页岩是北美洲最高产的区带之一。尽管Marcellus页岩区带仍是Appalachian盆地中具有低风险、高质量的资源区域,但是该区域内很多业内领先的生产商都在逐渐将他们的注意力从Marcellus页岩转向其下覆地层,美国能源部化石能源办公室认为“就厚度和延伸范围等方面而言,Marcellus页岩下方的Utica页岩的油气勘探开发潜力更大”。Utica/Point Pleasant页岩属于目前美国页岩气产量增长最为迅猛的页岩区带之一。

    我国页岩气资源丰富,勘探开发前景广阔,目前已在四川盆地及周缘多个区块取得海相页岩气勘探开发突破。四川盆地具有与美国东部典型盆地(如Appalachian盆地)相似的构造演化和地质条件,均为古生代沉积的海相盆地,页岩气勘探前景良好。美国典型盆地的页岩气开发为我国的页岩气开发展示了良好的前景,对我国页岩气的高效开发具有重要的参考意义。

    中国地质调查局地学文献中心(中国地质图书馆)文献情报室依托地调局二级项目“地学情报综合研究与产品研发”,针对美国Appalachian盆地石油天然气研究协会(AONGRC)和西维吉尼亚大学的相关研究成果组织编译了《Appalachian盆地Utica页岩勘探开发地质成藏手册》专辑,旨在为国内页岩气勘探开发提供借鉴。

    《Appalachian盆地Utica页岩勘探开发地质成藏手册》专辑集合并包含了不同尺度下进行的研究成果,范围涵盖了从盆地规模的地层和构造,到储层中因有机质生气而成的纳米级孔隙。主要包含三大方面内容:①描述和评估了Utica页岩和Appalachian盆地北部相应岩层的岩性、烃源岩、地球化学特征、地层发育特征、沉积环境及储层特性;②通过区域填图、钻井活动和生产动态跟踪的整合,确定了Utica石油和天然气富集区;③通过本研究过程中收集的地质和地球化学数据,提供了基于生产和体积计算的Utica资源量评估。第一章对Utica页岩的地质研究进行了简要介绍,包括所有数据的访问、组织和管理。第二章为Utica钻探活动和生产动态跟踪成果。第三章描述了整个研究区域Utica和与之相应的岩层的岩相特征。第四章阐述了测井分析、相关对比和填图成果。第五章介绍了岩心研究结果,包括沉积环境的解释。第六章涉及无机地球化学研究成果。第七章介绍了Utica源岩的地球化学发现和解释。第八章提供了储层孔隙成像和孔隙度/渗透率数据。第九章为资源评估结果。第十章为Appalachian盆地北部Utica区带开发的总体结论及意义。参考文献的完整清单包括在第十一章中。

    后续地学文献中心还将完成《东得克萨斯和路易斯安那州西部Haynesville页岩气地质》专辑,敬请关注。

     

    中国地质调查局地学文献中心完成《Appalachian盆地U...

     

    安页1井现场

     

     

    团队在进行安页1井现场钻井岩心元素扫描

     

     

    团队在安场向斜进行野外露头观察

     

    近日,一则消息令人振奋:贵州省遵义市正安县安页1井一举获得四个地质层系的天然气历史性、里程碑式的重大突破,其中一个层系经气量测试,每日稳产超10万立方米,属高产天然气井,开辟了南方复杂地质构造区和贵州省油气勘查的新篇章,具有里程碑式的历史意义。这是中国地质调查局以实际行动贯彻落实习近平总书记提出的能源革命战略的重大突破成果,也是践行“责任、创新、合作、奉献、清廉”新时期地质工作者核心价值观的生动实践。

    丰硕成果的背后,必然有一支能打硬仗的团队,这便是中国地质调查局油气调查中心页岩气资源调查评价团队(以下简称“页岩气团队”)。

     

    责任:铁肩勇担国家使命

     

    我国地质构造复杂,页岩气成藏条件也极为复杂,相比之下,美国页岩气因富藏条件好及易开采,被称为“天生丽质”,我国页岩气地质勘探难度远大于美国。而且,我国的页岩气勘探开发工作起步也远晚于美国,加之国外的技术封锁,我国根本不可能照搬美国的勘探模式,只能自己探索创新,所以这注定将是一条布满荆棘的道路。

    中国地质调查局深感责任重大、任务艰巨,关键时刻毅然承担起了基础地调的国家使命,坚定地践行新时期地质工作者核心价值观,认真贯彻落实党中央、国务院关于加强常规油气和非常规油气资源调查的要求,全力提高国内油气保障能力和优化能源结构需求,以实际行动诠释着“责任是根本”的深刻内涵。中国地质调查局紧密围绕国土资源中心工作,服务能源资源安全保障,以实现油气重大发现和突破为核心,瞄准了石油公司久攻未克的南方复杂构造区,着手实施页岩气基础地质调查和油气资源战略选区调查。其中,南方页岩气基础地质调查和战略选区调查项目由中国地质调查局油气调查中心负责实施。

    南方常规油气资源蕴藏丰富,发育多套组合、多种气藏类型,但多年来油气调查工作仅在四川盆地的个别层系取得突破,盆地外围仅获得低产气流或页岩气显示。2009年至2011年期间,美国壳牌、雪弗龙以及中石油、中石化等国内外企业在扬子地区部署了12口井,效果均不理想,于是总结提出有利沉积相带和正向构造的“二元富集理论”,认为四川盆地之外复杂构造区不利于页岩气的富集成藏。中石油、中石化都是我国油气巨头公司,领跑我国页岩气商业开发。两家公司得出的一致结论,无疑给四川盆地之外复杂构造区寻找富藏页岩气判了“死刑”。

    想在判“死刑”的区域找到富藏页岩气谈何容易?页岩气团队以问题为导向,提出“四川盆地外是否具有资源潜力”、“残留向斜是否具备成藏条件”等这些关乎我国页岩气资源勘探开发前景的关键问题。团队围绕沉积和构造两大主控因素,以重庆涪陵、长宁和昭通页岩气田为基点,结合四川盆地周缘复杂构造区的地质特点,提出了川东南-黔北等页岩气调查有利区,并进行了精心部署和科学论证。在四川盆地外复杂构造区,针对龙马溪组页岩,页岩气团队开展了精细的沉积岩相、古生物、有机地化和地质构造调查,从富硅富有机质泥页岩厚度、有机质丰度、热演化程度、埋深、构造稳定性等关键参数入手,对页岩气成藏条件进行了综合对比,提出了注重沉积与构造保存的选区评价思路,评价出武隆、道真、安场、桑柘坪、濯河坝、龚滩等一批残留型向斜有利目标区。其中,安场向斜构造抬升相对较晚,后期构造活动较弱,有利于油气保存。按照开拓新区、扩大勘查范围的指导思想,结合矿权空白区和黔北页岩气勘查综合示范区情况,页岩气团队认为,优选安场向斜有利区实施战略选区调查,这为日后油气勘查取得突破性重大成果奠定了基础。

    在中国地质调查局组织实施南方页岩气基础地质调查和安页1井部署过程中,页岩气团队通过对南方复杂构造区页岩气成藏条件的系统研究,总结出“深水陆棚相是页岩气形成的物质基础、稳定的构造是页岩气保存的关键因素、地层超压是页岩气富集高产的必要条件”三位一体的页岩气成藏富集理论,其中“构造保存与地层超压”是中国特色的页岩气成藏的关键要素,完全不同于北美的“沉积主控”页岩气成藏理论,针对我国页岩气找矿工作指导性更强;还提出“逆断层封堵向斜成藏、常规与非常规同生共存”的复杂地质构造区油气成藏理论,突破了在盆地、在正向构造找油气的传统认识,对我国南方页岩气及油气的综合勘查开发具有重要的借鉴和指导意义。

     

    合作:为共同的目标而奋斗 

     

    合作是新时期地质工作者核心价值观的重要内容,也是衡量团队凝聚力的一个重要指标。一团和气不能称之为合作良好,为了一项项技术、一个个方案,页岩气团队成员们会进行充分地交流沟通,甚至是激烈地争论,只为汇众智、聚合力,选择更佳的技术、方案,早日实现油气勘探的突破性进展。这才是合作的真正内涵,只为一个共同的目标。

    路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。团队带头人翟刚毅深入研究自雪峰山古陆向西至四川盆地的构造变化特点,结合系统的页岩气地质调查,创新性地提出了五种页岩气控藏模式,即“简单背斜控藏型、逆断背斜控藏型、残留向斜控藏型、逆断向斜控藏型、基底隆起控藏型”,还创新性地提出了具有自封闭条件的向斜应该具备成藏条件,丰富了页岩气成藏富集理论。在部署论证安页1井井位时,为了解决地震解释的意见分歧,他亲自带队赴川庆物探公司,经过多次交流、讨论、论证,严把每个环节关口,精益求精,最终落实了真实构造情况,为安页1井最终钻井井位的确定提供了真实可靠的资料。在很多人不看好地震预测地层压力的情况下,翟刚毅大胆尝试,果断决策,将安页1井部署在NW007地震线西侧压力高异常区,为该井获得高压高产天然气奠定了基础。在他主导下,一些新技术、新方法相继应用于安页1井的井位论证,而且均取得了突破性进展。

    团队另一位带头人包书景,虽已人到中年,但在钻遇高产天然气流关键时期,仍像小伙子一样奋战在一线,起早贪黑,抬岩心、磨薄片、细观察、勤分析,尤其在制订石牛栏组压裂试气方案时,在现场亲自磨制薄片,进行鉴定,带队踏勘野外剖面。这一切,都是为了更好地了解地层岩矿特征和储层类型,有针对性地选择科学的施工工艺。

    为确保油气及时发现,泥浆比重和录井数据的准确性至关重要,这也是总工程师庞飞始终放心不下的关键问题。为此,他像钉子一样牢牢坚守在一线,钻井平台、泥浆罐、录井房、实验室……处处可见他忙碌的身影。他还常常半夜跑到录井房查看录井曲线,用蒸馏水矫正测量仪器数据,亲自从泥浆罐取样测量比重,一丝不苟,即使在南方腊月的冰雨天气,依然如此。

    页岩气团队的强大,不仅表现在带头人的以身作则上,更因为他们有一个强大的党支部。

    今年7月1日,中国共产党刚刚迎来95岁生日,今年也恰是中国地质调查工作的百年华诞。安页1井野外临时党支部在今年被批准成立,也就显得更有意义了。临时党支部完全按照中国地质调查局党支部标准化要求建设,党员活动室窗明几净,墙上整齐地贴着各项党的规章制度,虽然是野外临时党支部,但支部建制依然是非常规范,井然有序。

    在党员活动室采访时,记者看到党员徐秋枫正和两个师弟探讨问题。记者一打听才知道,因为中国地质调查局有很多留学归国人才,很多人出国前在学校就是预备党员,但出国后因联系不到党组织,一直没有进入转正程序,虽然已经过去几年,但回国到中国地质调查局工作后还是预备党员。因情况特殊,所以已有几年党龄的徐秋枫正在给两个师弟讲解这种情况的预备党员如何转正。

    党支部还充分发挥传帮带作用,并有一个显著特征——老同志带新同志,老党员帮新党员,职位越高的干部,越是冲在最前沿。一位普通员工说:“我们还有休息日,但领导几乎没有休息日,五天工作日是在项目现场解决问题,周末两天休息日则多是参加学术研讨会,是‘5+2’的工作模式,而且每天夜深人静时还要查资料研究,因此多是深夜一两点之后才能休息。”

    对于这样一个团队,经常和团队打交道的合作方——贵州黔南页岩气开发责任公司董事长张福由衷地赞叹道:“这是一个很好的团队,有技术,有方向,而且能很好地把握政策。”

    只要有方向,就有了合作共同追寻的目标。虽然页岩气团队成员分工不同,有思想碰撞,但始终密切配合,团结合作,只因每个人心中都固守着新时期地质工作者核心价值观。

     

    奉献:舍小我取大义

     

    探索创新是彰显个性,但页岩气团队同样也继承了老一辈地质工作者的“三光荣”传统,以忘我的奉献精神,舍小家为大家,深刻诠释了新时期地质工作者核心价值观。

    由于常年在外做地调,翟刚毅患有髋关节滑膜炎,但他仍坚持亲自率队赴贵州、湖南、湖北、广西、云南等地开展野外调研与勘查。在一次野外调查工作中,需要爬到山顶才能看到露头,大家知道他有腿疾,都劝他不要爬上去,他却急了,坚定地说:“若不亲眼看到地质现象,不亲自鉴定地质特征,怎么能认识还原真实的地质面貌呢?地质人就没有怕苦怕累这一说。”他仍像往常一样出色地完成了勘查任务,腿疾算什么,在他眼里勘探才是最大的事,这就是一个真正地质人的本色。每次在野外工作中,翟刚毅还总是将自己多年来累积的丰富的地调知识手把手地传授给年轻人,在他的指导和帮助下,团队里年轻人的工作能力不断提高。

    包书景性格活跃,有个独生女儿,但因为工作繁忙,鲜有时间陪伴女儿。2015年,女儿硕士毕业的日子,他没有忘记,更没有忘记之前对女儿的承诺——到法国巴黎出席她神圣的毕业典礼。但在当时,安页1井井位论证、井位设计也进入了关键阶段,资料收集整理、地震数据处理解释、油气成藏条件分析、页岩气形成富集机理研究、样品分析检测、野外井位踏勘,等等,各项工作千头万绪。在这关键时刻是坚守工作岗位,还是暂时请假兑现对女儿的承诺?包书景心中不免犹豫纠结。最终,他还是选择了坚守安页1井的岗位。虽然他没有见证到女儿毕业典礼这一重要的人生时刻,但却见证了安页1井油气放喷的盛况。

    庞飞因为常年驻扎在项目现场,难以照顾家庭,这也是他对家庭最愧疚之处。他还清楚地记得,开钻之时,孩子还不到1岁,在此后近1年时间里他只能借回京讨论方案的空隙回家看下孩子,每一次都是来去匆匆。他很想念孩子,但始终不能陪伴在孩子身旁。每当离家孩子拽着他哭着喊“爸爸不走”时,每当在视频里看到孩子因发烧“哇哇”哭叫而自己却无能为力时,堂堂五尺男儿再也抑制不住内心的情绪,转身的瞬间早已是泪流满面。

    他们只是页岩气团队中的几个代表,更是众多中国地调人的一个缩影,中国地质调查局系统还有千千万万像他们一样的职工。他们拼搏进取,无私奉献,以自己的实际行动,舍小我取大义,自觉践行新时期地质工作者核心价值观。

     

    创新:机制改革激发团队活力

     

    创新是地质调查事业的核心,贯穿于工作的各个环节,也是新时期地质工作者核心价值观的精髓。人才是所有科技创新的动力源泉,中国地质调查局人才机制的改革创新则更充分调动起不同类型、不同领域、不同层面各类人才的创造性,形成万众创新的良好氛围。

    中国地质调查局坚持正确的用人导向,深化人才发展体制机制改革,特别是2015年9月,出台了《关于加强地质科技人才队伍建设的指导意见(试行)》(以下简称《指导意见》),对地质科技人才队伍建设作出重大战略部署,绩效工资分配向取得突出成果业绩的卓越、杰出、优秀地质人才倾斜,打破了人才称号的终身制,消除了“官本位”思想意识对科技人员发展晋级的干扰……自此,中国地质调查局地质人才队伍建设翻开新的篇章。

    中国地质调查局以“五不唯”的用人标准,不拘一格降人才,以具局特色的“五问”原则,把人才评价与成果评价紧密结合,把人才工作贯穿于地质调查事业的各领域和全过程,人才队伍建设与地质调查和科学研究同步规划、同步实施、同步考核,激活新时期地质工作者的创新能力。

    在中国地质调查局的指导支持下,页岩气团队通过3年的努力建设,初步建成了一支专业齐全、结构合理、创新进取、敢于担当的团队。团队成员涵盖了油气地质、地球物理、石油工程、测试分析等专业,由页岩气资源调查评价、储层评价与甜点预测、实验测试三部分专业人员组成。团队现有39人,其中,教授级高级工程师8人,高级工程师4人,博士16人,硕士23人。

    2013~2016年,页岩气团队共承担项目16个,发表科技论文20余篇,获得实用新型专利5项,举办学术会议报告60余次。期间,团队于2014年获得中国地质学会和中国科学技术协会授予的“页岩气科学传播专家团队”称号,1人被授予“全国页岩气科学首席传播专家”,1人入选国土资源部科技领军人才开发和培养计划,3人入选国土资源部科技杰出青年领军人才开发和培养计划。同时,还培养了一大批高素质的油气、页岩气地质调查和资源评价的技术骨干,为今后“四新”领域油气及页岩气发现和突破奠定了人才基础。

    目前,页岩气团队已成功申报《大型盆地与煤层气》国家重大专项“页岩气资源评价与勘查技术攻关项目”,集中地调局系统页岩气调查力量,将继续攀登页岩气资源调查和理论研究科学高峰。

    页岩气团队通过多种方式长期历练,已经锤炼成为一支尖兵铁旅,担当有为,不辱使命。7月28日,以安页1井重大突破为主题,中国地质调查局举办了今年第四次“中国地质大讲堂”,页岩气团队的翟刚毅、包书景、庞飞和任收麦四位同志分别作了主题报告。局有关领导对该团队取得的突破性重大成果表示了由衷地祝贺,并致以崇高的敬意。局领导感慨,听完安页1井的情况汇报后收获很大,既进一步了解了安页1井取得的重大成果情况,又加深认识了该项成果的重大价值,同时总结学习了其成功经验,对于进一步推进页岩气油气资源调查评价具有重要指导意义。

    中国地质调查局高度重视团队建设和人才培养,通过加大油气资源调查力度,初步形成了以局油气资源调查中心为核心层,大区地调中心和直属科研院所为紧密层,以石油公司、大专院校为协作层的油气调查队伍体系,初步形成了以局油气调查中心安页1井页岩气团队为代表的一批油气调查团队,培养了一批卓越、杰出和优秀地质人才,为全面开展油气调查工作、在“四新”领域获得更多、更大的成果奠定了人才基础。

    中国地质调查局油气调查队伍从无到有,圆满完成了成立之初“一年有模样,两年成规模,三年上水平”的目标,有力推动了我国油气调查事业的跨越式发展,翻开了油气调查队伍建设的新篇章,也是“责任、创新、合作、奉献、清廉”新时期地质工作者核心价值观的集中体现。面对新形势、新任务和新要求,中国地质调查局以新时期地质工作者核心价值观为内生动力,创造了一个又一个的奇迹,正朝着建设世界一流地调局的目标大步迈进。

    新时期地质工作者核心价值观凝聚发展新动力

        在迷你系列“页岩气神话和现实”三部曲中的第二部分里,我想论述的问题是围绕页岩气这一新型资源的一系列核心问题中的一个:页岩气究竟是便宜还是贵?上周,在安得烈蒙特福德的“Bishop Hill”博客上的激烈讨论中,我声称页岩气是贵的,而非便宜。这一观点引发了一系列长篇大论的怀疑和反对。
        相反观点认为,页岩气便宜而且很便宜。因为使用页岩气还可以节省许多钻探和输送页岩气所需的钢管的费用,以及制造钢管所需的人工费。
        根据前期对页岩气成本所做的一些调查,我认为保本价格可能在4美元到8美元/千立方英尺之间(每一千立方英尺的价格大致相当于每百万英制热量单位的价格,即美元/百万btu)。一个应注意到的极其重要的情况是:如果是在欧洲,目前4美元到8美元的价格是便宜的;如果是在日本则是非常便宜的;但是如果是在北美,这个价格很贵(图1)。因此,对全生命周期生产成本简单地做出贵或便宜的结论不是一个明智的方式。


    图1  全球天然气年平均价格的变化(据英国石油公司)

    北美页岩气开发、福岛核事故和液化天然气的短缺是推动价格变化的几个主要因素。右边的灰色栏显示美国页岩气保本价格的最小值、最大值和中值(据贝克研究所Ken Medlock)。如果是在日本,这3种价格都非常便宜,但在美国却会被认为是很高的价格,基本上仍然高于美国当前的现货价格(每百万英热量单位3.85美元)。
       

        在对已公布的页岩气全生命周期盈亏成本估计数字进行更详细的分析前,这里将首先非常简要地概述美国页岩气生产的历史和页岩气产量惊人的增长速度。因为了解过去,有助于理解现在,并有可能预见未来。

       一、美国页岩气产量

        图2显示了David Hughes编制的美国页岩气产量增长的历史。可以看出,美国页岩气主要产自Haynesville、Barnett、Marcellus和Fayetteville这4个地区(图2和图3)。页岩气产量已经从2007年每天约40亿立方英尺增长到2012年每天约260亿立方英尺!页岩气产量的增长对美国天然气总产量有实质的影响,美国天然气总产量从1995年~2002年每月2万亿立方英尺的稳定水平增长到2012年每月2.5万亿立方英尺(图4)。一些人认为这是美国向能源独立的迈进,然而也有人认为受成本和递减率的影响,这可能是一个能源泡沫。


    图2  2000~2012年美国各地区页岩气产量累计
    (产量从21世纪初的停滞状态到现在惊人的每天250亿立方英尺)

    图3  美国和加拿大主要页岩气和石油产地(资料来源:美国能源信息署)

    图4  自1993年以来美国不同类型天然气产量的变化(基于美国能源信息署数据制作)
    2006年数据系列的异常是因为页岩气数据的引入。在此之前,页岩气产量包括在传统的干气产量中。2011年末,页岩气占美国天然气总产量的32%。据David Hughes的调查结果,页岩气产量到2012年末已占美国天然气总产量的40%(图2)。

        美国页岩气产量的超常增长并不是偶然发生的。从2003年开始美国钻探工业进入超速发展期,到2008年夏天钻探设备总数是2003年的两倍多,达到2000台(图5)。大多数钻探设备是开采天然气的,把图5、图2和图4结合起来,就会明显地看到越来越多的钻机把开采页岩气作为目标,这是以常规天然气产量的减少为代价的,其维持多年的稳定水平从2007年开始下降(图5)。2008年8月金融危机爆发后,钻探活动急剧减少,因为当时所有人都在评估今后全球金融体系的格局。美国的钻探活动在2009和2010年迅速恢复。随后又开始了从页岩气开采向页岩油开采的大转移(图5)。金融危机以前,大约有400台石油钻机,1600台天然气钻机。现在是大约1400台石油钻机,400台天然气钻机。


    图5  美国贝克休斯油田服务公司提供的美国钻机数与美国能源信息署提供的天然气总产量对比


        1995年以来,美国钻探队伍的规模已经从大约700台钻探设备增长到2000台。在很长一段时间里,美国增长的钻探工作量仅仅能够弥补减少的工作量,从而维持总体工作量不下降的局面,直至钻探行业把目标转向页岩。与开采非常成熟的常规天然气相比,新的页岩气开采项目显然给公司带来了更高的产量回报。是否页岩气开采也能给公司带来更高的经济回报尚待分晓。有证据显示天然气总产量在过去的24个月里始终维持在一个稳定水平上。
        油气公司从开采天然气转向开采石油的原因很简单。页岩气的生产过剩使价格从2008年6月的超过13美元/千立方英尺下降到2012年4月的不到2美元/千立方英尺(图6)。在相同的时间段里,石油价格要高得多,从而激励了页岩气开采向页岩油开采的大转移。不到2美元/千立方英尺的天然气价格对于美国消费者和经济增长来说是一个异想天开的数字,但却导致了埃克森美孚公司首席执行官Rex Tillerson的著名宣告:“今天我们的财产全部化为乌有”。他在纽约外交关系理事会的一次发言里说,“我们没赚到钱,账面上都是红色赤字。”


    图6  亨利中心天然气现货价格(资料来源:美国能源信息署)


        欧洲和亚洲各国政府对美国的低价格羡慕不已,因为福岛核事故和2012年液化天然气供应量的下降导致了国际市场上天然气短缺,使价格飙升到历史最高水平,同时也导致了不同地区天然气价格的巨大差距(图1)。美国天然气价格下降到小于2美元/千立方英尺的情况制造了一个错觉,即页岩气是便宜的。但实际上是生产过剩使得美国天然气价格大跌至公司可以获益的水平以下。这种情况对社会是不利的,因为社会的生存有赖于可以赢利的能源工业,但社会没有意识到这一点。

       二、页岩气的实际成本是多少?

        在北美,页岩气的全生命周期实际生产成本是多少?没有单一的和简单的回答,有大量的变量需要考虑:
         1. 气井的最终回收率(EUR)
         2. 钻井的沉没成本
         3. 土地成本
         4. 管道、加工设备和运输至市场的成本
         5. 税和权利金
         6. 付出利息和利率
         7. 公司日常管理费
        不同州之间在某些变量上的差异是很大的,例如税制,北美和欧洲之间税制差异更大。在以下给出的各种各样的评估结果里,在某些情况下还不清楚是否使用了全生命周期经济评估法或“远期点”(point-forward)经济评估法。下面是莱斯大学贝克研究所能源研究中心资深总监Ken Medlock的评估结果。
        “一些井每千立方英尺只投入2.65美元成本就可以盈利,其它的需要投入8.10美元……中值是4.85美元。”


    图7  Ruud Weijermars在其学术论文中指出,美国不同产地的页岩气最低价格在每千立方英尺4到6美元之间。

    左图:2007~2011年美国主要的页岩气产区的产量;右图:美国主要页岩气产区的盈亏平衡点边际价格

        图1中已标示了上述3个价格。图7引自一项学术研究的结果,显示最低成本为每千立方英尺4到6美元。
        页岩气分析和评论家Arthur Berman在其2012年的论文中指出,按8%的贴现率计算,美国Barnett、Fayetteville和Haynesville三地生产的页岩气的全生命周期成本超过了8美元。Berman认为公司一直在高估最终回收率,因此相对成本实际上比公司公布的要高。按天然气的现价计,美国所有页岩气产区都是非盈利的。
       一家主要石油公司的前首席执行官说:一切都取决于页岩气的价格。如果价格在每千立方英尺4~5美元,则页岩气产量会很高。
        总之,情况似乎很明显,如果价格低于每千立方英尺2美元,则整个页岩气行业就无利可图。现有的证据表明,贝克研究所Ken Medlock对页岩气价格的估计是比较合理的。各个公司的利润率取决于他们总体业务的质量。只有时间能够证明Weijermars和Berman估计的高价格是否会因页岩气产量低于当前的预测量而实现。但这是一个极端不稳定和活跃的行业,效率一直在提升,因此对成本,尤其是今后成本的预测极其困难。

       三、美国页岩气的未来

        有迹象显示,美国页岩气产量增长速度的急剧放缓已经开始导致美国天然气总产量增速放缓。在过去24个月内,美国天然气总产量始终稳定在一个水平上可能就是证据(图5)。令人惊奇的是开采速率下降之后,产气量继续上升。部分是由于开采与输送系统之间的时间滞差。气井需要等管道接通,任何时候都有储备的新井闲置在那里等待连接管道。而且钻井效率也提高了,水力压裂和完井技术也正在改善,类似宾夕法尼亚州Marcellus的一些地区,生产的热点地区正在被发现和钻探。以下这段话引自“傻瓜投资指南”网:
        根据贝克休斯的数据,相当多公司都在采用垫块钻井方法。因此北美地区2013年第三季度的钻井工作量比2012年第一季度高出15%不应该感到惊讶。
    根    据美国能源信息署的数据,在美国北达科他州的巴肯页岩区,今年新井每台钻机的日产油量预计将提高将近一倍。去年的日产油量略高于250桶,而今年12月的日产油量估计可达到496桶。同样,在德克萨斯州的老鹰堡页岩区,新井每台钻机的日产量预计可从去年的约200桶增加至今年的413桶。
        这样一来,油气的供求似乎有可能实现平衡。400台钻机能够生产出足够多的石油以弥补天然气产量的下降。美国对廉价天然气的需求已经提高了,还需要从加拿大进口少量天然气。在现在市场条件下,很难想象还会有钻机从开采石油转向开采天然气。因此,合理的预测似乎是:石油产量的增长可能会停下来,甚至在中期可能逆转,这种情况将持续到天然气价格回升到某个水平上,足以使上述在巴肯和老鹰堡页岩区开采石油的钻机又转向开采页岩气。
        页岩气开采效率的惊人增长速度肯定会在达到某个水平后放缓。从长远看,产量将取决于能够发现多少高效和高产的气井。只要新井的质量继续高于老井,那么页岩气的奇迹似乎将永远继续下去。
        根据上面的分析,美国天然气价格可能将继续上涨,并在短期内升至每千立方英尺5美元。市民可能会因此而抱怨,但应该认识到只有把价格维持在这个水平,页岩气开采业才有可能至少在一段时期内繁荣发展,美国经济才会受益。按照5美元/立方英尺的价格,那些拥有低成本、高效率气井的公司可以赚许多钱,而那些只有高成本、低效率气井的公司则可能无利可图。

    美国页岩气的真实成本是多少?
      自古以来就有种说法叫“上天容易入地难”。人类可以借助天文望远镜观测成百上千光年远的浩瀚太空,但对地表以下、我们脚踏的这片土地深处还一头雾水,地表以下几万米甚至于几千米的深度都处处存着这挑战。所以,你能够想象在几千米深度的地下“穿针引线”吗?

      如今,我们真正实现了这种地下的“穿针引线”—“高精度对接连通井技术”,钻孔地下“导航”,是将相距数百米或上千米的井组在地下矿层连通的技术。该技术的核心是“慧磁”高精度中靶导向系统,源于勘探所承担的“高精度定向钻进中靶系统研究”项目。该项目由中国地质调查局2008年立项,旨在通过试验研究建立起定向钻进中靶模型,引导钻进进入靶区,实现精确中靶。

      近年来,中国地质调查局一直全力支持、支撑该技术的研发与突破,目前,“慧磁”高精度中靶导向系统”所取得的成果具有完全自主的知识产权,打破了国外公司的技术垄断,使勘探所成为国内首家、全球继美国之后第二家拥有该项技术的单位,达到国际领先水平。同时比美国更加先进:首创低电压可充电电池供电,可用于煤矿井下等高危作业环境(美国仪器采用220V电源供电,不适应煤矿等使用);其入井探管直径和长度分别为42mm和1.4m,可用于穿过60mm直径中心管(美国仪器为45mm、1.9m,最小用于73mm直径中心管)下入探管至井底,可完成更小曲率半径的定向井导向。

      讲到“慧磁”技术,不得不说说它的发明人—勘探所定向钻探室主任胡汉月教授及其带领的团队,多年来从事着定向钻探技术科研开发工作,凭借着地质人的一股子 不服输、坚定执着的热情将实践和科研相结合,实践中科研、科研中反复实践,终于研制开发成功“慧磁”高精度中靶导向系统,成果转化突出。“慧磁”成功的消 息一传出,就在圈内引起的不小的震动,原来占尽技术优势的美国的同类产品立即由提供技术服务到降价出售仪器,奈何也是挣扎。目前,胡汉月常年驻土耳其主持 开展对接井水溶采集卤工程,继续升级“慧磁”。



    “慧磁”钻井中靶导向系统
     
      服务“一带一路”战略——“中国技术”扎根土耳其
      在国家“一带一路”战略中,土耳其作为一个横跨欧亚大陆的重要节点具有显著的地理位置。2009年,“慧磁”高精度中靶导向系统第一次应用于实井测量就是在土耳其首都安卡拉西北的BEYPAZARI天然碱采集卤工程。在当地一个20平方公里的丘陵地带下,储藏着近2亿吨的天然碱。2009-2010年勘探所与当地碱矿合作,成功完成了23对对接井的施工任务。井组类型包括三井井组、四井井组和双通道井组等多种类型。



      随着第一次应用的成功,“慧磁”钻井导向系统开始大量参与到对接中靶作业中。2014年,勘探所作为独立承包商签订了BEYPAZARI天然碱矿钻井工程四、五期合同,总计145口井,全部取得了预期的效果。此次施工完成了当时世界上规模最大的采用对接井水溶开采方法的钻井工程。

      2015年9月10日,由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻,标志着这一世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕。而采用的核心技术就是“慧磁”技术,该项目将在2015-2018年三年时间内共计施工74个采卤水平井组,单井总数达222口,旨在为卡赞天然碱矿年产250万吨纯碱厂提供卤水。

      “慧磁”在土耳其对接井工程中成功应用,创造性的设计并实现了多井组的连通,真正实现了地下“穿针”技术,使勘探所的地下对接连通井技术在国内外处于主导地位。同时,也是勘探所在施工中克服地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难的大胆创新,为未来推动“慧磁”定向中靶引导系统等优势技术向其他国家推广、承揽国际工程打下了坚实的基础。

      服务新能源开采——煤层气开采拓展应用
      自煤层气水平对接井领域引入美国Vector公司生产的RMRS旋转磁测距系统以来,我国煤层气和水溶开采领域的定向对接井的施工技术取得了重大突破。然而,大多数应用仍局限于传统的U形井组,属于由一个垂直井和一个水平井组成的井组,而华晋焦煤柳林煤层气项目DS井组是由2个水平井组成的煤层气井组,由于“慧磁”钻井中靶导向系统具有无需外供电、体积小、中文软件界面等优点,可精确测量钻头与靶点之间的方位偏差、顶角偏差和距离,因此该煤层气井组首次采用勘探所自主知识产权的“慧磁”钻井中靶引导系统使2井实现“点对点”对接。该井组也是国内首次采用地面施工水平井与巷道施工水平井进行连通的工程.

      凭借“慧磁”中靶导向系统的高精度性能,在山西柳林沙曲煤矿使用该系统,把地表钻进的1500m深定向水平孔,与煤矿巷道内钻出的顶角为106°水平孔成功实现对接,取得了“点对点”的精准连通效果。既保证地下采煤时的安全,又提高了能源的开采与利用率。该工程共有两个主分支,四个侧分支,将两个主分支分别与井下瓦斯抽放钻孔实现对接,对接成功后进行井下瓦斯预抽采。目前,其中一分支已进入试抽采期,经抽采数据表明,该分支日产气量10000m3以上,抽采瓦斯浓度达90%以上,瓦斯流量最高达10m3/min以上。该水平井的产气量目前已超出了预期效果,据已往同类井型抽采效果表明,该井产量将会继续攀升,有望创造新的产气记录。

      服务固体矿产水溶开采——天然碱矿、盐矿开采应用
      当水溶采矿方法与定向对接井技术相结合起来,一种低投入、高产出、高效率、绿色环保的采矿方法诞生了。
      
      在盐、碱、磷、芒硝等的钻孔水溶或水力开采领域,采用定向对接井是一种事半功倍的方法。不但矿山投资小,而且占地面积最少,地表无尾矿产生,可开采深度可达3000米,这无疑是一种绿化环保矿山开采方法。
      
      2014年11月,勘探所在河南安棚天然碱矿采用该技术引导SP01水平井与其靶井实现了一次对接连通,连通点垂深达2850米,创全球薄层碱矿对接井水溶开采垂深最深记录。该井组连通后,在注水流量达60m3/h的条件下, 出卤浓度高达120g/L,成功实现了稳产和高产的目的。

      该成果是勘探所继在湖北沙隆达盐矿连通2800米深井后又一新突破,创水平对接井深新记录。河南安棚天然碱矿是国内发现的大型天然碱矿之一,是世界上埋藏最深的天然碱矿床。勘探所实施的水平井开采的矿层埋深达2800米以上,该矿层是由厚度从0.1米至1米不等的矿互层及夹层组成,矿层顶、底板及夹层主要为白云岩。而且矿层极不稳定,起伏比较大,电测井时经过3次对比才确定矿层。勘探所钻井工艺除了采用合理的钻具组合、井身结构外,在井眼轨迹控制方面采取了特殊工艺方法。一是采用无线随钻测斜仪,二是引入了地质导向仪引导钻头;三是中靶仪器采用勘探所研发的深孔高温磁中靶仪。实践表明,该仪器实现了一次指导中靶成功。这种工业生产与科研成果紧密结合的模式对勘探所今后的科研工作起到了较强的示范作用。

      在国内,勘探所生产的“慧磁”钻井中靶导向系统已成为水溶采矿钻井设备的标配,正在发挥着越来越重要的作用。据不完全统计,自2009年“慧磁”系统首试成功以来,成功完成了百余次以上的对接连通指导作业,实现了100%连通。在盐碱采卤井对接领域,“慧磁”的市场占有率以较大的优势超过了美国RMRS仪器。
     

      开辟服务新领域——避障防碰、引导巷道掘进
      避障防碰:在钻探区域,有时存在一些废弃井或其它地下管道,在钻进时需要避开它们,这时可以借助磁引导技术,引导钻进避开这些障碍物。2013年月4日从大连旅顺传来喜讯,勘探所为北京万地地质工程公司因地质原因出现埋钻事故的热水井而实施的纠斜绕障工程圆满竣工。该工程要求绕过位于井深1394m的事故头位置,事故地层为千枚岩,硬度达7-8级,常规钻进钻速仅为20-30cm/h该绕障工程的成功实施充分展现了勘探所雄厚技术实力和团队协作精神,为定向钻进技术开辟了一个新的应用领域。

      “慧磁”钻井导向系统成功还可用于引导钻孔与巷道之间的连通。2014年2月,勘探所“慧磁”钻井导向系统在河南省三门峡卢氏县杨家湾铁矿成功引导巷道掘进,实现其与钻孔连通。在之前该钻孔与巷道贯通的过程中,由于钻孔测斜受铁磁性金属矿干扰,连通失败。勘探所技术人员抵达工地后,经7个小时的地下巷道和地面测量作业,为业主提供了钻孔相对于巷道的偏差测量结果。业主按提供的测量结果掘进巷道,仅用1天多的时间就使巷道与钻孔实现了连通。

      服务矿山救援—完成“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试
      在智利矿难采用钻井救援成功后,勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案:在矿山井下预设磁信标装置,矿难发生后可由被困人员启动,磁信标可连续30天以上向外发射磁信号,用于提示井下存活人员及所处位置,并精确引导地面救援孔钻入被困区域,提高援救效果和效率。

      在山东平邑玉荣石膏矿坍塌事故救援现场,勘探所技术人员提出了上述方案,作为备选方案完成了现场实施的技术准备和地面验证,得到了国家安全生产救援抢险指挥中心及工程施工单位的高度肯定,并将磁信标下入井内交到被困矿工手中。最后由于救生井的成功贯通未能实施,但完成了我国“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试,为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

      “慧磁”中靶引导系统自2009年10月在土耳其工地成功连通第一对井后,其应用领域正在不断地扩展,技术水平不断提高。从国外钻井市场到国内钻井市场,从天然碱矿到盐矿,再到煤层气领域,打破了国外同类产品的技术垄断,逐步形成了本土化技术服务优势,使勘探所在定向钻井领域走在业界前列。

      目前,勘探所在中国地质调查局公益性行业科研专项经费项目支持下,正在开展深孔高温磁中靶系统“慧磁”的升级,其成果将在未来的页岩气勘探开发市场、地下热能开发的拓展应用、在矿山救援井的拓展应用中发挥重要作用,为我国的页岩气勘探开发、地下热能开发、矿山救援等方面提供坚实有力的技术保障。



    高精度对接连通井技术