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    嫦娥四号探测器在世界上首次实现月球背面软着陆;北斗三号全球卫星导航系统正式开通;首次观测到三维量子霍尔效应;时速600公里高速磁悬浮试验样车下线;以5G为代表的新一代数字技术加快应用……

    “十三五”以来,我国创新驱动发展战略深入推进,创新正在成为引领发展的第一动力。最新统计数据显示,2019年,我国科技进步贡献率达59.5%。世界知识产权组织近日发布2020年全球创新指数,我国位居世界第十四位,创新型国家建设取得新进展。

    59.5%的背后是科技创新能力的大幅提升。

    ——创新要素支撑更加坚实。2019年,我国研发经费投入2.2万亿元,连续4年保持两位数增长,总量位居世界第二位。“在经济下行压力持续加大的背景下,研发经费仍然实现稳步增长且投入强度再创历史新高,实属不易。”国务院发展研究中心创新发展研究部研究室副主任龙海波表示。创新的另一要素人才优势同样突出,2019年,我国研发人员全时当量达到461万人年,连续多年位居世界首位。

    ——科技成果产出更加丰硕。国际科技论文数量、高被引论文数量均位居世界第二位。国内发明专利授权量增长到2019年的36.1万件,位居世界首位。

    ——基础研究和关键核心技术攻关取得新进展。这5年,我国加强前沿技术和关键核心技术攻关,在铁基超导、量子通信等基础和应用研究领域取得一批重大原创成果;一些高新技术产业,如高铁、5G移动通信等也进入了世界前列。科技创新“三跑并存”中并跑、领跑的比重越来越大。

    59.5%的背后是高质量发展的澎湃动能。

    坐在办公室,河北安迪模具厂的总经理张显桂点击操作板,屏幕上生产进度、交货时间一目了然……两年前,张显桂在生产旺季经常半天顾不上喝一口水。“赶时髦”用上工业互联网之后,这家模具厂迎来质变:每年省下30多万元管理成本,产能效率提升近30%。

    科技创新为产业优化升级注入了新动能,特别是5G、工业互联网、人工智能等新一代信息技术与传统产业深度融合,迸发出新的火花。

    科技创新助推高质量发展,我国创新型经济格局初步形成。截至2019年,全国高新技术企业达到22.5万家,科技型中小企业超过15.1万家。作为培育高新技术产业的重要载体,高新区5年来量质同步提升。2019年,169家国家高新区生产总值达12万亿元,经济总量占全国的1/10以上。

    中关村创业大厦45号登记处,虽然只是个小小的窗口,但去年一年共登记合同8127项。科技部火炬中心技术市场管理处副处长陈彦表示,2019年,我国技术合同成交额超过2.2万亿元,说明我国科技创新活力增强,科技成果转移转化机制更加顺畅,科技成果加速向现实生产力转化。

    59.5%的背后是科技体制改革走向深入。

    “我们做的是液态金属原创研究,最初几年,申请项目四处碰壁。”中科院理化所、清华大学双聘教授刘静说,2017年1月,中科院启动了前沿科学重点研究计划,自己获得连续5年共300万元的资助,鼓励自由探索。有了稳定的经费支持,团队研究成果不断涌现。

    实施创新驱动发展战略,破除一切制约科技创新的思想障碍和制度藩篱。这5年,我国科技体制改革走向深入,创新创业生态不断完善。

    改进经费管理,让经费为人的创造性活动服务。2016年7月,我国发布了《关于进一步完善中央财政科研项目资金管理等政策的若干意见》,改革和创新了科研经费使用和管理方式。

    改革评价体系,人才评价不“唯论文”不看“帽子”看本事。“十三五”以来,我国着力克服“唯论文、唯职称、唯学历、唯奖项”等错误倾向,加快建立适应创新驱动发展要求、突出质量贡献绩效导向的分类评价体系。

    优化创新环境,知识产权保护更加严格。5年来,我国全面加强知识产权保护,完善制度、优化机制,促进保护能力和水平整体提升。

    “近年来,我国不断深化科技体制改革,为科研人员和创新主体减负松绑,其目的就是最大限度解放和激发科技作为第一生产力所蕴藏的巨大潜能。”中科院科技战略咨询研究院研究员万劲波表示。

    《 人民日报 》( 2020年10月21日 06 版)

     
    “十三五”,我们这样走过:我国科技进步贡献率已达...

    2019年上半年,持续的全球贸易紧张局势导致世界经济增长势头明显减弱。全球矿业总的发展态势是先扬后抑。

    一、全球矿业发展态势

    2019年第一季度,全球矿业逆势而行,大型兼并和并购频现,行业开始新秩序新形象的重塑,矿业再次成为关注的热点。但是随着中美贸易摩擦升级,第二季度全球矿业市场复苏势头减弱,全球勘查活动指数PAI整体下行,上市矿业公司股价回落,矿产品价格波动剧烈,初级公司融资规模萎缩,电动汽车用矿需求增加,清洁能源发展持续推进。

    1.全球勘查活动指数整体下行,标准普尔/多伦多证券交易所全球矿业指数先扬后抑

    2019年上半年,衡量全球勘查活动指数(PAI)呈现整体下行态势。2019年上半年季度环比下降14%,为2016年以来最低点。出现这一状况的主要原因是,2018年下半年以来初级公司和中级公司融资规模持续萎缩,连锁反应到显著性钻探成果数量明显下降。截至2019年6月,全球上市矿业公司总市值1.46万亿美元,与去年同期持平。

    2019年上半年,全球矿业证券市场呈现先扬后抑的总体走势,标准普尔/多伦多证券交易所全球矿业指数(S&P/TSX Global Mining Index,TXGM)从2019年1月67点升到4月的78点,随后下跌至6月的70点附近,与标准普尔/多伦多证券交易所综合指数走势相似,但波动幅度更小,总体好于2018年下半年。2019年6月标准普尔/多伦多证券交易所全球矿业指数同比增加8%。

    全球矿业并购金额和数量变化

    2.全球矿产品价格波动加剧,铁矿石价格同比增长70%,基本金属价格滑梯陡降,钴价比上年下降63%

    一是因为突发性市场供应减少导致部分矿产品价格上涨。例如,受巴西尾矿坝事故和韦罗妮卡热带气旋等供应链中断事件影响,淡水河谷、力拓、必和必拓相继宣布下调铁矿石产量,导致铁矿石供应量总体上同比下降5.3%,因而引发铁矿石价格上涨明显。2019年5月17日,铁矿石价格突破100美元/吨关口,6月铁矿石价格继续飞涨至109美元/吨,创出近5年来新高,普氏62%品位铁矿粉价格同比增长70%。

    二是中美贸易摩擦升级和全球制造业PMI放缓,导致市场信心不足和预期悲观,使得部分矿产品价格滑梯陡降。例如,2019年初基本金属价格与2018年第四季度几乎持平,2019年4月开始下降,5月降幅加剧,截至5月30日LME现货铜连续7周下跌。LME铝、锌、镍价格均呈现与铜价相似的走势,但由于跌幅较窄,所以好于2018年第四季度。

    三是电动汽车所需的钴价比去年下降63%。即使在过去五年中取得强劲增长的钴和锂价格,2018年也出现两位数的下跌。2019年价格持续下跌,6月28日LME钴期货结算价为29000美元/吨,比年初下降40%,比去年同期下降63%。镍钴矿商谢瑞特公司CEO认为,钴价下跌是钴市场去库存和增加供给所致。

    3.今年第一季度全球大型并购活动频现,但世界范围初级公司融资规模萎缩

    2019年元月至3月,全球矿业领域并购活动依旧活跃,总交易额达128.9亿美元,与上年同期的25.2亿美元相比大幅增加,主要是大型并购使得矿业重新成为人们关注的焦点。美国纽蒙特矿业公司收购加拿大黄金公司股份,总交易价值100.1亿美元。中国钼业股份有限公司出资11.4亿美元收购刚果民主共和国坦克帆古鲁米矿24%股权。澳大利亚纽克雷斯特矿业公司通过合资协议收购加拿大雷德克里斯,交易价值8.1亿美元。但是从交易数量来看仍然低迷,交易额超过500万美元的并购数量只有30笔。并购交易矿种再次以黄金和铜为主要目标。全球矿业并购重组活动频繁显示出积极健康的基本面。

    但是,世界范围初级公司融资规模持续收缩。2019年元月至3月全球矿业累积融资金额32.5亿美元,环比下降15%,延续2018年第四季度下滑态势。主要是市值低于5亿美元的公司(以勘探公司为主)融资金额较上个季度减少4亿美元,环比下降33%。市值超过20亿美元的公司融资金额较上个季度减少3.7亿美元,环比下降16%。

    4.电动汽车用矿需求增加,镍锰钴消费量增加,锂矿供应国着力延伸价值链,锂矿生产商积极整合采矿冶炼能力

    阿达姆斯智库统计报告表明,2019年5月,电动乘用车动力电池镍消费量同比增长57%,碳酸锂当量同比增长47%。

    澳大利亚、智利等锂矿供应国,加大矿产开发力度,积极布局冶炼加工产业,推进技术研发,使得价值链不断延伸。当前中国是锂冶炼主要国家。智利和澳大利亚的产业链延伸,锂矿生产商对采矿和冶炼能力的整合,将影响中国锂加工全球份额。

    5.全球持续推进清洁能源发展,欧美天然气、风能、太阳能价格下降

    2019年5月,穆迪公司发布的2019年第一季度《全球绿色债券报告》显示,本季度全球共发行472亿美元绿色债券,其中28%用于绿色能源募集资金。2019年5月,世界银行启动了一项可持续矿业最佳实践资助基金计划,名为“气候-智能采矿设施”,将支持开采和加工清洁能源技术所需的矿物和金属,促进这些领域公共和私营部门密切合作。

    2019年上半年,欧洲液化天然气产量大幅上升,使得天然气价格下降,荷兰天然气上半年基准价格已是十年来的最大跌幅。随着液化天然气价格不断降低,使得煤炭需求大幅放缓,煤炭价格暴跌是欧洲逐步淘汰煤炭的一个标志。据彭博研究显示,可再生能源也在争夺市场份额,风能和太阳能使得欧洲电价更便宜,清洁能源供应占更多市场份额而挤压煤炭市场,亦加速欧洲淘汰煤炭。德国燃气发电比燃煤发电成本更低,默克尔政府在2019年2月份宣布退出煤电,5月批准了一项400亿欧元援助计划,补偿德国东部和莱茵河的褐煤和硬煤中心转型,将“烟囱式经济”转变为高科技中心。

    美国再生能源发电量首次超过煤炭。EIA最新数据显示,2019年4月美国清洁能源(太阳能、风能、水利、生物质和地热)发电量超过煤炭。一方面是太阳能和风能成本下降,另一方面是煤炭环境问题影响。自2008年达到煤炭消费峰值,当前美国煤炭消费量已下降39%,至40年来的最低水平。

    二、矿业新情况新问题

    1.贸易摩擦升级对中国矿业的影响

    贸易摩擦对中国铜、铝、铅、锌、镍、锂和钴等矿产品进出口短期影响有限,更多的影响则是有色金属产业链下游环节,如铅蓄电池和镍镉蓄电池出口。但全球矿产品贸易流动性强,金融属性高等特征使其更易受到贸易摩擦升级的影响,导致2019年5月全球矿产品价格剧烈波动。凯投宏观研究报告指出,某些金属价格更容易受到中美贸易摩擦的干扰。鉴于电子产品进口量占美国从中国进口总量的30%左右,预计未来相当长一段时间内电子行业广泛使用的金属价格波动性将会加剧。

    贸易摩擦间接影响中国和其他资源国的关系。2019年3月,澳大利亚工业、创新和科技部以及澳大利亚贸易和投资委员会共同发布的《澳大利亚关键矿产战略》中提到:“自2017年12月美国总统特朗普发布行政命令以来,澳大利亚政府一直在加强与美国政府的联系。”2019年5月,特朗普政府取消了加拿大、墨西哥钢铁和铝的关税,并有意加快通过美国-墨西哥-加拿大自由贸易协定(USMCA),一旦USMCA得以实施,不仅可以有效巩固北美区域贸易关系,而且还会导致加拿大与中国不能签订自由贸易协定,影响加拿大与中国的矿产品贸易。目前,墨西哥已率先审议通过USMCA草案。

    2.美国全面推动国内稀土供应链发展

    美国采取了四项措施。一是2019年7月22日特朗普通过《美国国防生产法案(Defense Production Act)》授权总统可以优先采购钕、铁和硼,以及用钐和钴生产永磁体的国内材料、设备和服务。特朗普命令国防部加快消费类电子产品、军用器件和医疗设备所需稀土永磁的生产。《美国国防生产法案》曾经保护过美国钢铁生产能力,也被用来强制购买国内半导体制造设备,还用于资助锂离子电池、轻武器弹药和其他技术的研究和采购。二是推进稀土供应法案的审议。2019年5月,美国参议员森斯·曼钦、谢莉·卡皮托和丽莎·穆尔科斯基向国会提交了《稀土元素先进煤炭技术法案》。该法案旨在争取联邦财政拨款,用于支持开发先进分离技术,从煤炭和煤炭副产品中提取和回收稀土元素和矿物,进而改变美国100%依赖国外稀土进口的现状。三是推进稀土的产学研结合。宾夕法尼亚州立大学最近启动了关键矿产研究中心,目标是成为关键矿物研究和开发技术支持的首选中心,特别是宾夕法尼亚州立大学与能源部研究人员合作使用先进分离技术从煤炭副产品中提取稀土元素等优势技术。四是美国将建立稀土分离工厂和延伸产业链。2019年5月20日,澳大利亚稀土生产商表示,已与美国公司签署谅解备忘录,将在美国建立稀土分离工厂,由澳大利亚公司控股。

    3.巴西溃坝事故使尾矿管理成为热点话题

    2019年1月25日,巴西米纳斯吉拉斯州布鲁马迪纽市附近的费豪矿发生尾矿坝溃决事故,造成228人死亡,60多人失踪。事件引发全球关注,使得尾矿管理成为热点话题,一是全球矿产资源专家联盟(GMPA)提出全球尾矿行动倡议。二是国际矿业和金属业协会(ICMM)发布全球矿山恢复最佳实践,并将研究制定尾矿库标准,计划今年年底推出国际尾矿设施标准。三是力拓和澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)合作,开展矿业社区研究。四是淡水河谷加强预警和尾矿库建设。五是基于物联网和卫星技术的智能监控解决方案。巴西米纳斯吉拉斯州政府和高技术公司、国际海事卫星组织签署谅解备忘录,监测该区域所有尾矿设施,为该地区提供基于物联网和卫星技术的智能监控解决方案。

    三、全球矿业发展展望

    1.全球矿业市场的复苏势头减弱

    从2016年开始,全球矿业走出低迷区间,触底回暖态势趋稳,已经可见明显的“拐点”,全球矿业或将开启新的景气周期。由于特朗普挑起“贸易战”,中美贸易摩擦升级,导致2019年第二季度全球矿业市场复苏势头减弱。安永公司2019年上半年贸易调查显示,93%的受访者认为中美贸易摩擦升级和全球贸易紧张局势影响其并购计划。所以说,新一轮矿业景气周期是否会受到全球宏观经济和“贸易战”的影响从而导致无疾而终的结局,尚待进一步观察。

    2.全球对于战略新兴产业所需矿产的竞争将愈演愈烈

    当前,世界各国均已充分认识战略新兴产业所需矿产在经济社会发展中的作用,尤其是对产业转型升级、生态环境保护的作用,引领经济结构和产业结构的转型。美国、欧盟、澳大利亚均出台了战略新兴产业所需的矿产(关键矿产)目录以及相关扶持政策。2019年5月21日,标普全球发布《新的大博弈:中国、美国与技术》研究报告,认为技术是中美争端的核心所在。美国关注的焦点是技术,是战略新兴产业,而非双边贸易赤字;同时,技术对中国亦十分重要,说明矿业技术转型升级的重要性。2019年上半年,美国发布《确保关键矿产安全可靠供应的联邦战略》,有61项建议,确定了落实部门和落实时间。全球对战略新兴产业所需矿产的竞争,存在愈演愈烈的趋势。

    3.全球矿业经济新秩序新形象需要重新构建

    当前,全球矿业经济秩序受到保护主义、地缘政治、关税大战带来的严重破坏,亟待建立矿业经济新秩序。例如,中国和印度建立原油联合购买同盟,抵御亚洲溢价初见效果,这表明建立区域性大宗矿产品交易中心有助于增强地区资源安全。与此同时,全球矿业界正在努力通过雕刻重塑,展示一个全新的矿业发展形象。也就是说,要将一个傻大黑粗、劳动密集、高危生产、破坏环境的落后矿业形象,改造成为绿色发展、生态保护、智能化、技术密集、可持续性、社会接受的先进矿业形象,从而巩固矿产资源和矿业发展在经济社会发展中的基础地位和基石作用,为矿产资源的合理利用和有效保护创造良好的发展环境。

    (作者单位:自然资源部中国地质调查局发展研究中心)

    全球矿业经济秩序或将重新构建

    1 前言

    近年由于常规天然气资源量和产量的下降,特别是在北美洲,非常规天然气得到了高度的重视。一些估计表明,全球非常规天然气资源量(不含水合物)超过30000万亿立方英尺,大约有50%的资源来自页岩气。Julander能源公司的首席执行官Fred Julander认为页岩气(SG)是“自发现石油以来最重要的能源进展”。

    水平钻井技术的进步、水力压裂、相对高的天然气价格(相比2009年之前)和近来在巴内特页岩(Barnett Shale)和美国其他几个页岩气藏的商业成功都使页岩气在美国成为了热门能源,而且页岩气的勘探开发已开始蔓延到加拿大和世界其他几个地区。

    由于页岩气远景的复杂性和广泛性,针对页岩气的应用不能采用普遍用于常规气和煤层气的应用技术,而需专门设计开发工具和方法。多名学者包括Gray等人(2007)和Harding(2008)认为基于确定性解决方案的决议不适用于页岩气开发,因其没有考虑与复杂成藏有关的风险和不确定性,且经常导致过于乐观的结果。

    到目前为止,尽管在北美和欧洲的勘查活动活跃以及近期商品价格下降,页岩气远景分析工作也只完成了极少的部分。商品价格的下降使最高质量远景区的开发至关重要,这些区域的开发不仅最符合公司的利益,并且赋予公司与国外的低成本常规气田(即卡塔尔和沙特阿拉伯相关的天然气)竞争的最佳潜力。Williams-Kovacs和Clarkson(2011)提供了与非常规的远景分析有关的现有工作的回顾,并提供了一种专为页岩气应用而设计的综合的六阶段远景分析及开发评价方法(PADEM)。本文中,作者还展示了一个专门开发用以筛查页岩气远景区并且选择最适合详细分析远景的工具。本文以Williams-Kovacs和Clarkson的工作为基础,致力于远景评价并选择进行更深入分析的远景区的试点位置。

    当前工作的目标是:①开发一种协助页岩气勘探开发阶段的方法和配套的分析工具;②演示已开发技术在加拿大西部致密砂岩/页岩远景区的应用。这项工作的主要贡献是开发与示范一种针对页岩气远景区的严格分析方法。当考虑共存关系时,基于先导试验井输入变量的不确定性,该方法能生成其预测的分布。以前所有的工作一直专注于全域开发方案,然而无法利用勘探开发早期阶段可获取的少量数据快速形成这种全域开发方案。

    2 工具开发

    在这项工作中,开发了一种用于分析页岩气远景的工具。该工具选择使用(以Williams-Kovacs和Clarkson提出的方法(2011)为例的)预筛选的方法。本文将重点放在该工具的开发和应用,分析某一远景区的不同区域,以确定它们是否是适合的试点项目,并描述了图1所示的PADEM工作流程的勘探阶段。勘探阶段的目的是对从更多的详细资料中筛选的远景进行调查,以增加对油藏流动性和碳氢化合物生成能力的了解。在这项工作中,我们对个别类型油井采用概率范围经济学(probabilistic scoping economics)作为勘探标准,以确定该远景区是否适合实行试点项目。表1中完整提供了Williams-Kovacs和Clarkson(2011)详细讨论整体勘探开发方法的总结。

    表1  勘探开发方法概况

    发展阶段

    概述

    靶区筛选

    评估所有潜在的远景区,并选择能提供最好的商业成功机会的远景区

    勘探

    对远景区进行更详细地调查,提高对油藏流体特性和相应碳氢化合物生产能力认识。确定有代表性的试点项目适合的地区

    试采

    继续提高对远景区的认识,集中验证试采区单井的供给能力,评估完井方法

    商业示范

    在项目提交全部资金预算之前,完成开发部分(30%)针对错误的试验结果的测试

    全域开发

    完成全域开发计划,开始制定退出战略

    新的远景/退出

    完成项目详细回顾,评估区域及具体化开发过程中新的远景相关区域。调整和实施退出战略以及任何所需的补充措施

    在这项应用中解析模型比数值模拟更适用,其原因在于应用程序自设置和初始化的时间很短,整合的蒙特卡罗模拟法简单易行,并且在勘探早期阶段不容易获得形成精准的数值模拟所需的详细数据。尽管数值模拟技术已得到改进,但解析方法在工业和文献中依然被大量使用。下文给出了开发工具的关键部分的概要。

    2.1 属性图

    勘查方法最关键的组成部分可能是关键储层、地质力学、岩石物理和地球化学特性的精确属性图的开发。从地质模型、产量不稳定分析(RTA)、压力不稳定分析(PTA)、岩石物理调查等组合中可以推导出这些属性图。这些属性图用于远景的可视化、区块选区以及单一区块的分析。天然气原始地质储量图(OGIP)、Km-h图、压裂脆性图等有助于选择代表性区块以及具备更大开发潜力的区块,甚至高度非均质性区块。区块作为一种评价不同区块远景生产特性的方法,基于地质和岩石物理的观察,比较简单易于操作。采用区块方法不需要针对每个勘探网区块开发一种标准井进行分析,然而通过应用蒙特卡罗法依然解释了其变化性和不确定性。Clarkson和McGovern(2005)采用区块方法评价了煤层气(CBM)远景。通过输入X-Y坐标值以及PetrelTM软件的储层属性Z值可以在Excel中创建储层属性图。随后,数据透视表程序被用于对数据排序,并利用二维绘图应用软件创建属性图。由于早期的岩石物理模型通常利用有限的数据集开发,单一区块在蒙特卡罗模拟中选择不确定的输入数据和参数范围可以解释模型参数的不确定性。这种解释不确定性的方法将在本文所示实例中进行演示。

    2.2 水力压裂模型

    该项工作中,水力压裂裂缝的半长采用Valko(2001)提出的在常规和致密气中应用的简单双翼压裂模型来预测。该模型采用基质渗透率、剪切模量(杨氏模量与泊松比的函数)以及其他储层参数作为输入数据,且如果建模的输入参数不确定,则都必须重新计算每次蒙特卡罗迭代。采用简单的关联(Acm=4xfh)可将裂缝半长转换为与压裂有关的面积。这个压裂模型可能无法代表部分更复杂的页岩气裂缝。为了更好的表示引入到大部分页岩气储层的复杂压裂网,Xu(2009,2010)等人建立了一个更具有代表性的水力压裂模型,该模型将被结合到本次工作中所演示的更新版本的方法中。该区的微地震观测表明,在本文预测的远景区横向双翼压裂的假设是合理的。

    作为所应用的速率预测模型中的关键组成部分必须估算裂缝半长,这一问题将在下面部分开展讨论。水力压裂裂缝半长在随机分析中作为不确定的输入量,其分布主要根据该地区的微地震事件或者其他方法来确定。

     

     

    图1  非常规天然气勘探阶段的勘探/开发方法工作流程

    2.3 速率预测

    Clarkson(2013)提供了关于页岩气井生产分析和速率预测综合全面的概述。在该工作中,我们将页岩气井理想化为一个矩形双孔介质系统,气体从基质岩块流入到裂缝且储层不随着裂缝延展(如图2的概念模型)。该模型忽略了包括体积压裂(SRV)在内的影响,其他作者认为大部分低渗页岩气井在合理的时间内不会发生体积压裂。此外,图2所示的概念模型假设了一个均质的完井——Amborse等(2011)和Nobakht等(2011a)讨论了非均质储层完井的预测。

    在本次工作中,该模型的解决方案首先由EI-Banbi(1998)提出来。人们普遍认为在页岩气藏中占主导地位的瞬时流动状态是从基质到裂缝的线性流。同时,也可能出现一个与水力压裂线性流动相关的线性流动周期,但是通常认为这个阶段持续时间很短,或者被水力压裂清理以及表皮效应所掩盖,而很少可用于分析。本项工作中,我们假设瞬时线性流(从基质到裂缝)之后是边界控制流,该流态与受表皮效应(见等式7)影响的线性流体模型存在早期偏差。压裂段之间的不渗透边界结构导致了边界控制流产生。由Wattenbarger等(1998)首先将早期线性到边界控制流体的假设引入到致密气的应用中,并且该假设被广泛应用于文献和页岩气行业的解析模型。

     

     

    图2  从线性流到边界流的解的概念模型

    2.3.1 瞬时线性流的速率预测

    EI-Banbi(1998)提出通过恒定速率和恒定流体压力来描述瞬时线性流的公式。本项工作中采用恒定流体压力的条件,这也是本文其他部分的重点——该边界条件最接近大部分产生达到最大水位降低值的页岩气井的流动条件。Samandarli等人(2011)采用不同的流体压力迭代方法,对页岩气生产进行分析建模,但是他们表明在大部分情况下采用恒定流体压力的假设就可以了。

    与常用于表征简单横向双翼压裂的裂缝半长(Xf)相比,相关储层面积(Acm)能更好的表示完井措施和增产措施效果以及生成复杂裂缝的能力。因此,在这一分析中,采用相关的储层(气藏)面积(Acm)取代裂缝半长(Xf)。许多业内专家相信由于页岩气藏超低的基质渗透率,复杂压裂对于页岩气的商业生产至关重要。

    无因次时间,tD,Acm,相关储层面积(Acm)依据公式1在恒定压力条件下定义。

                               (1)

    无因次速率,qD,Acm,由无因次时间定义:

                                           (2)

    基于储层特性的无因次速率表达式,如果可获得关于KmAcm估算值,通过公式(3)可确定气体流速。采用不稳定产量分析或者其他的模拟技术可估算KmAcmKm也可以通过实验室技术单独确定。

                                 (3)

    Ibrahim和Wattenbarger(2006)认为线性流的性能受水位下降程度的影响,同时提出水位下降量修正因子(fcp)。此次工作中采用的修正因子(fcp)由公式4给出。

                                (4)

    此处,

     

    Nobakht等人2011a和Nobakht等人(2011b)通过分析中采用校正时间(本次工作未采用)提出一种更严格的校正水位下降量的方法。

    将水位下降量修正因子应用到公式3得出公式5:

                           (5)

    除了水位下降量的修正,这些公式经过进一步修改可直接应用于页岩气井。与致密气井相比,大部分页岩气井在时间曲线的平方根中表现出的较大截距(在致密气井中曲线通常穿过原点),而在流量和时间双对数曲线上页岩气井则呈现出的一半斜率的偏差。多名作者最初认为是裂缝的有限导流能力造成了这种偏差,但是Bello(2009)和Bello和Wattenbarger(2009,2010)认为这种偏差可以通过采用表面效应来更好的解释。Bello(2009)、Bello和Wattenbarger(2009)在恒定流量和恒定流体压力条件下完成了大量的受表皮效应(skin effect)影响的线性流分析,且推导出了恒定流体压力条件下的解析解。在他们的分析中,将表皮效应作为一个常量。Bello(2009)和Bello和Wattenbarger(2009)证明恒定流量情况下表皮是附加量,而恒定流体压力情况下表皮的作用是非线性的。由Bello和Wattenbarger(2009)提出的解析式可以使用下面的近似代数方程:

                    (6)

    从方程(6)可以看出,当tD(t)值大时,包含表皮的项就会变小。

    Nobakht等人(2012)研究了巴内特、马塞勒斯和蒙特利的大量页岩气井(这些气井在相对恒定的流压下产量不断降低),同时得出结论:通常这些页岩气井更多表现出恒定流量的情况而不是恒定流压的情况。作者假设这种意想不到的表现可能是由于Bello(2009)以及Bello和Wattenbarger(2009)提出的表皮模型太过理想化,因此无法代表野外条件。通过假设恒定的表皮效应,模型不能说明由压裂清理、压力敏感地层、变化的压裂导流能力、变化的井底流压、压力相关的流体性质、变化的井筒流体梯度、液体加载等导致的表皮改变。作为这项工作的结果,作者提出了一个可应用于公式(2)的替代表皮修正项:

                       (7)

    包括水位最低量和表皮的影响,公式(1)、(5)、(7)能够利用预测的气体流量,作为时间的函数,在线性流区域可对KmAcm给出独立的估测。

    2.3.2 边界控制流的流量预测

    上面描述的方法适用于有效的储层边界相互接触,边界控制流形成之前。基于图2所示的几何图形,边界控制流紧随着瞬时线性流的末期出现。当外部SRV的影响较为显著时,这一观点较为保守。Clarkson和Beierle(2011)认为如果遇到了其他的瞬时流区,则应采用多重分区的方法,此外,如果多级压裂井需要进行非均质性储层的完井(heterogeneous completion),早期线性流之后不会立刻发生真实边界控制流,且需要更复杂“混合”预测技术。如同下面叙述的,我们选择采用更为保守预测程序,假设线性流之后紧随边界控制流。

    利用公式8计算达到线性流的拟稳态时间(或者是瞬时线性流的结束时间):

                           (8)

    正如图2中看到Ye是压裂到储层边界的距离,计算公式如下:

                           (9)

    多名作者已经提出了页岩气井拟稳态线性流的预测方法。包括Fraim和Wattenbarger(1987),Palacio和Blasingame(1993),Doublet等(1994),Agarwal等(1999)和Mattar和Anderson(2005)认为可采用物质平衡类模拟程序预测边界控制流。Clarkson和Pedersen(2010)将这种方法应用于致密油研究,同时本文也将采用这种方法。公式(10)给出采用物质平衡方法预测边界控制流的生产速度:

                  (10)

    此处qpssi-Linear是边界控制流初始的页岩气流体速度,Pri)pss是边界控制流初始的平均储层压力,且Pwfi)pss边界控制流体初始时井筒流体压力。通过物质平衡计算平均储层实际气体拟压力。对于含有大量吸附气的页岩气开采(application),一般使用Clarkson和McGovern(2005)提出的MBE方法。而在以游离气为主的情况下,则使用定容气藏的常规MBE方法。物质平衡计算需要地质储量和气体特性(比如天然气压缩因子),这两者都是由关键PVT输入量和状态公式(EOS)确定的。

    (a)

    收入总额

    (b)

    收入总额

    扣减

    使用费

    扣减

    使用费

    扣减

    运营成本

    扣减

    运营成本

    得出

    税前运营现金收入(OCIBT)

    扣减

    资金成本补助(CCA)

    扣减

    收入税

    扣减

    加拿大开发费用(CDE)

    得出

    税后运营现金收入(OCIAT)

    扣减

    加拿大勘查费用(CEE)

    扣减

    资本支出

    扣减

    加拿大油气物业费(COGPE)

    得出

    税后现金流(CFAT)

    得出

    生产应税所得

    贴现

    税后贴现现金流(DCFAT)

    生产税率

       

    得出

    应付税款

       

    扣减

    免税额度

       

    得出

    应付净所得税

    图3  现金流分析:(a)现金流;(b)收入税(加拿大税制)

    结合El-Banbi(1998)改进的瞬时线性流的无因次公式和边界控制流的物质平衡模拟方法,可以开发一种综合的预测方法:

    1)        获取Acm(或者Xf)和Km(来源于微地震和/或RTA模拟/已有生产数据或者其他估计)的独立估算值。

    2)        使用公式(1)和(7)作为时间函数计算tD,AcmqD,Acm

    3)        线性流部分的数据利用公式(5)作为时间函数计算qg

    4)        指定排放区(来源FMB模拟/已有的生产数据或者其他估算)。

    5)        使用公式(8)和(9)计算tPSS-LinearYe

    6)        确定

    7)        采用公式(10)通过废弃量(边界控制流)从tPSS-Linear预测产量。

    上面描述的解析模型是假设模型(最小变化)区块内的体积平均值参数是恒量,并从认为是不确定的参数的概率分布中选择一个值。每一次蒙特卡罗迭代将选择不同的值,导致不同的流量预测和不同的主要经济指标值。在许多参数高异质性水平的情况下,存在明显的不确定性,这种不确定性反映在关键输出参数的显著变化。

    2.4 经济模块

    将经济模块与速率预测集成来计算与生产相关的现金流。因为通常行业采用名义美元计算实际(通常的)现金流和名义(现行的)现金流,虽然采用实际的盈利指数计算项目的最低预期资本回收率,且通过不同的通货膨胀率来比较项目。采用图3中的业务流程计算现金流和收入税(加拿大税收制度)。

    该模块中的天然气价格的确定实行了价格操纵,而非价格预测。采用价格操纵表明了项目十分稳定(不论是单独而言还是相较于其他项目),并且不再需要预测极不稳定的天然气价格,该模块中也设置了以价格预测为基础引导经济的选项。

    方法中建立了多个实际盈利能力的指标,包括净现值(NPV)、内部收益率(IRR)和投资收益率(ROI),用来比较项目和公司设定的最低预期资本回收率,同时可给项目进行排序。

    2.5 蒙特卡罗模拟的一体化

    本次工作将蒙特卡罗模拟整合到方法开发中。采用@RISKTM(Palisade Corporation,2010)对关键PVT和储层属性(原始参数)进行概率分布和模拟操作。概率分布的输入变量根据不同项目的数据数量和质量而变化。Clarkson和McGovern(2005),Haskett和Brown(2005)和Harding(2008)认为对数正态分布最能代表PVT、储层和经济特性,因此本文使用了这种分布类型。这些概率分布拟合按P10(低)、P50(中)和P90(高)不同的值输入各个不确定变量。这些输入值可能来自勘探/远景数据、个人经验、模拟数据等。缩减所有输入变量的分布保证每个实现只选择合理的数值(缩减分布将选择少量接近无穷大的数值,从而影响输出变量)。

    上面讨论了@RISKTM输出变量定义的关键经济参数,以及气体速率和累积天然气产量。由于每个输出变量允许量化与项目相关的不确定性,可对其生成一个概率分布,以便做出与远景选取和开发有关的明智决策。

    通过在x轴上找到相应的最低预期资本回收率时的位置,向上垂直移动至曲线处,然后再水平投影到y轴,这样可以从累积概率分布计算出超过设定最低预期资本回收率的概率。用1减去y轴上求出的值,得出超过最低预期资本回收率的概率。这个方法在本文中将作为范例进行演示。

    在这一应用中(如在孔隙度和渗透率之间),采用了拉丁超立方体抽样,如果有必要的话,还可合并相关性(如孔隙度与渗透率)。典型的多相(气+水)页岩气/致密气应用的主要参数如表2.3所示。在某些情况下,参数的依赖关系可使用行业普遍接受的经验模型进行解释,而在其他情况下会使用来自现场数据或者估算得到的基于方向的相关性(如较高的正相关关系)。例如,与压力有关的渗透率(绝对的渗透率比值)使用Yilmaz等人(1991)的方法可与储层压力和岩石力学特性关联。相反,束缚水饱和度与孔隙度密切正相关。可能的参数关系如表2所示。

    蒙特卡罗模拟运用了一个类似于Clarkson和McGovern(2005)使用的煤层气气藏远景分析的方法。

    表2  基本参数、可能的相关性和参数关系

    基本参数

    可能的相关性

    关系

    有效厚度/英尺

    孔隙度/%

    粒径,有机质

    适用于某些情况下和正相关情况的实证模型

    初始含水饱和度/%

    孔隙度

    高度正相关

    束缚水饱和度/%

    孔隙度

    高度正相关

    基质渗透率/毫达西,初始状态

    孔隙度,有机物

    适用于某些情况下和正相关情况的实证模型

    基质渗透率/毫达西,初始比

    储层压力,力学性能

    野外/岩心数据经验曲线

    相对渗透率

    含水饱和度,束缚水饱和度

    野外/岩心数据经验曲线

    初始储层压力/磅/平方英寸

    深度,渗透率(超压)

    气压梯度

    储层温度/℉

    深度

    温度梯度

    天然气比重

    朗缪尔体积/标准立方英尺/吨

    容积密度

    来自岩心/岩屑的线性关系

    朗缪尔压力/磅/平方英寸

    体积密度/克/立方厘米

    流泄区/英亩

    含气量/标准立方英尺/吨

    TOC

    正相关

    井眼半径/英尺

    表面

    增产效果

    高度正相关

    压裂总半径/英尺

    剪切模量(+),渗透率(-),有效厚度(-),井眼半径/英尺

    变化—见括号中相关方向

    井底流压

    井眼长度

    高度正相关

    3 该方法应用于远景勘探

    本文中开发的方法广泛应用于SG远景将其分成区块进行分析的目的,以确定是否适合作为一个试点项目。由于SG试点和开发项目成本高,且其详细分析需要大量数据,页岩气远景勘探至关重要。

    对于远景勘探应用而言,其方法的选择以当前远景数据和模拟数据相结合为基础。理想情况下,对于关键PVT和储层参数情况良好的估计,作为空间坐标的函数可用于远景勘探。如果事实并非如此,可以对模拟气藏或者其他数据源进行估算以获取数据,同时分析该方法带来的不确定性。

    假定整个远景区PVT和其他储层特性不变,输入数据可用于生成主要储层特性图。关键生产指标图如OGIP和基质渗透率乘以可以开发的净投入(千米/小时),可用于区块的选择。区块的选择基于区域类似的关键生产指标的值。对页岩气储层而言,压裂的指标,如压裂指数或脆性也可能用于区块选择,同时许多作者表明建立复杂裂缝网的能力对于页岩气商业开采至关重要。

    选择区块后,开始进行蒙特卡罗模拟,按照P10、P50、P90的概率预测和可以开发累积产气的区块,且结合使用关键经济指标的分析来确定区块能否适合一个试点项目。其他因素比如公司的经验,企业和商业策略,可用的资源和基础设施等都将纳入评估,以便为公司以及股东们确定哪些区域可以作为最佳试点选项作出明智的决策。

    远景勘探方法工作流程见图4所示。

    4 采用两段页岩开发模型的样本示例

    为了进一步说明该方法的应用,对加拿大西部的某处致密砂岩/页岩(假定没有吸附气体)远景区的两段进行了分析。在之前的研究中,PetrelTM开发的远景地质模型采用可用的岩石物性、储层和生产数据。图5所示研究区域内4口井的三维孔隙度模型和孔隙度相关的钻/录/测井记录。在该区域,存在两处可获益的产气水平井段(井段3和井段4)。

     

    输入数据

    关键储层属性的填图属性

    PVT,其他储层和水力压裂属性

    生产数据

    经济投入

    区块选择

    根据OGIP或者其他关键属性确定区块

    蒙特卡罗模拟

    模拟输出

    P10、P50、P90的概率预测和累积产气量

    水力压裂运行情况

    经济参数

    可行的商业区块标志

    其他

     

     

    图4  远景勘探方法的工作流程

     

     

    图5  三维孔隙度模型和孔隙度相关的测井

    模型开发期间这个开发区拥有11口垂直井,2口倾斜井和4口水平井。最初钻完成垂直井,紧随其后的是开始于2008年的水平井。Clarkson和Beierle(2011)在该区选择一系列井进行不稳定产量试井(RTA)。模型开发中使用的水平井的总结显示在下面表3中,同时在图6中(在下面描述)该区域的天然气原始地质储量(OGIP)图上显示了井的近似轨迹。

    表3  研究区水平井概况

    井名

    井向

    进入层位

    完井方式

    1号井

    水平

    井段4

    尾管注水泥

    2号井

    水平

    井段3

    自膨胀封隔器

    3号井

    水平

    井段4

    自膨胀封隔器

    4号井

    水平

    井段4

    自膨胀封隔器

    所做的分析主要集中在大部分是水平井的井段4。为了简化分析,采用孔隙度下限为4%,通过Excel加权平均井段4层位,将PetrelTM多层模型转换成一个单层模型。这一平均化过程是为了完成对基质的孔隙度、初始含水饱和度和渗透率的处理。利用孔隙度下限值还可以计算总有效收益和毛净收益(有效收益假设包括所有孔隙度下限值以上的层)。图7a和图8a显示了OGIP和Km-h属性图。

    模型采用的网格大小如表4所示。在整个开发过程中假设为常量的PVT、储层和生产参数如表5所示。

    表4  网格属性

    网格属性

    数值

    网格尺寸

    135×129

    区块长度,X/英尺

    49.76

    区块长度,Y/英尺

    49.76

    网格区块面积/Ac

    0.057

    对于这种情况,人们认为井筒流动压力(pwf)为常量1750磅/平方英寸,接近开发区水平井最初的井筒流动压力。随着时间的推移井筒流动压力降低,后期模型中压力驱动力低于开发井,模拟气率并不乐观。这种情况下,在可获取日常生产和流动压力期间内,平均两个收益井的流动压力大约是1550磅/平方英寸,因此到开发后期之前,这种假设的影响并不很明显。在实际勘探中,该地区还没有投入生产,由于我们不需要将可用的生产数据与模型匹配,而是采用实际的流动压力估计值尝试得到一个准确的潜在生产能力估计值,所以这种假设的影响不是一个值得关注的问题。

    表5  PVT常数、储层和生产投入参数

    参数

    PVT参数

     

    气体比重

    0.648

    N2/%

    0.46

    CO2/%

    0.2

    H2S/%

    0.0

    温度/℉

    166.5

    Cw/磅/平方英寸-1

    2.9×10-6

    Cr/磅/平方英寸-1

    5.6×10-6

    VL/标准立方英尺/吨

    N/A

    PL/磅/平方英寸

    N/A

    储层参数

     

    Pi/磅/平方英寸

    3500

    排放面积/Ac

    80

    生产参数

     

    Pwf/磅/平方英寸

    1750

    rw/英尺

    0.3

    3个区块中假设关键属性的变化情况如表6所示。各属性的数值是每个区块的各个网格值的算术平均数。由于基质渗透率是蒙特卡罗输入量,且利用基质渗透率值可计算总压裂半径(虽然也可使用压裂分析模型在每次迭代时作为基质渗透率函数计算总压裂半径),故给出了一个基质渗透率值以显示区块之间总值的变化情况。

    表6  储层变量和水力压裂输入参数

    参数

    区块1

    区块2

    区块3

    储层参数

         

    有效厚度/英尺

    102

    74

    58

    孔隙度/%

    7.1

    6.5

    6.0

    Sw/%

    18

    15

    16

    Km/毫达西

    0.0084

    0.0079

    0.0077

    水力压裂参数

         

    剪切模量/磅/平方英寸

    2×106

    2×106

    2×106

    总压裂半径/英尺

    1432

    1477

    1489

     

     

    图6  研究区地质储量图呈现近似水平井轨迹

    4.1 区块选择

    利用从PetrelTM多层模型开发的单层模型,其单层等量地质储量如图7a所示。根据类似颜色为代表的区域具有类似地质特征和岩石物理性质,通过视觉观察可选择区块。虽然已知气藏具有高度的横向非均质性,可以看到关键的地质和岩石物理性质明显凸出部分。该图形显示了更复杂的异质性模式的情况,需要更多的区块并且可能有必要用区块代表具有相似属性的不连续块段。图7b显示基于天然气原始地质储量选择的区块远景区。在计算天然气原始地质储量时,虽然该远景区吸附气体量很容易被包含其中,但还是假设其可以忽略不计。

     

     

    图7  地质储量图:(a)地质储量;(b)选区

    从图7b可以看出选取的三个区块中,区块1具有最高的天然气原始地质储量(红色和橙色),区块2具有的地质储量(光和暗绿色)次之,区块3具有的地质储量(紫色和蓝色)最低。从这幅图中可以推断出区块1将有最理想的属性,因此可能具有最高的产量,而区块3产气物性最不理想,因此可能具有最不理想产气量。如同气藏地质储量图(图7)一样,如果绘制Km-h图我们也可以分辨出三个相似的区块。此次应用区块选区采用的天然气原始地质储量图和Km-h图作为代表资源的程度/密度和储层特性的两个要素,这是工业上常用的评估致密砂岩和页岩远景好坏的关键因素。区块选区的属性根据不同项目而变化,取决于驱动特定资源类型远景的关键要素。

    对于这种情况,假设简单的水平双翼压裂(如所使用的压裂模型所假定的)就足够了,因为微地震数据对同一区域的补充水平压裂井的解译说明复杂程度较低,如果不是水平情况,则进行压裂(图9)。采用水平和垂直观察井用以观察,同时采用双阵列处理会产生一个好的数据集。一般情况下,各个阶段仅出现一个水力压裂裂缝。水力压裂裂缝通常选择北东-南西方向,与加拿大西部沉积盆地(WCSB)部分最大水平应力方向一致。

     

     

    图8  Km-h图:(a)Km-h;(b)选区

    通过比较图6与图7b和8b可以看出在开发区所有水平井部分或全部在区块1范围内。因为这个原因,剩余的分析还将在区块1中开展。对区块1区域的水平井的预测情况而言稍微乐观,因为这些水平井水平延伸超出区块1区域进入地质储量和Km-h更低的区域(该区水平井采用恒定的流体压力与(Pwf)i相比将获得相反的影响)。

     

     

    图9  根据微地震数据解译的研究区内水平井水力压裂裂缝几何图形

    4.2 经济分析

    分析假设只有天然气价格是变量,而所有其他经济参数都保持常量。表7列出了其他主要经济参数的值(基于Magyar和Jordan的估算(2009))和表8介绍了主要的专利权使用费、税和贴现参数。

    在本文的分析中,净现值(NPV)作为重要的收益经济指标且最低资本回报率为0。

    分析远景的工作流程图如图4。

    表7  资本和运营成本参数

    参数

    土地成本

     

    租金/美元/亩

    2500

    代理费/美元/亩

    50

    单井成本

     

    钻井/百万美元

    1.5

    完井/模拟/百万美元

    2

    配套设施/管道/百万美元

    0.35

    储层表征

     

    地震/百万美元

    0

    测井/百万美元

    0

    提取岩心/百万美元

    0

    其他/百万美元

    0

    运营成本

     

    固定成本/美元/月

    5800

    可变成本/美元/千标准立方英尺

    1.25

    表8  使用费、税收和折现率

    经济参数

    费率

    使用费率

    20%

    税率

    30%

    实际贴现率

    15%

    名义贴现率

    18.45%

    通货膨胀率

    3%

    4.3 蒙特卡罗模拟

    在区块选择之后,本文进行了蒙特卡罗模拟研究。蒙特卡罗模拟中,基质渗透率(km)和页岩气价格不断变化,而所有其他的PVT、储层参数和经济参数保持不变。为了更好地进行说明,我们选择了将“不确定”的输入变量的数量显著限制在基本控制远景的油藏性能(储层渗透率)和经济情况(天然气价格)。基于P10、P50和P90值按照对数正态分布模拟参数。在大多数的勘探情况下,许多参数都是不确定的,可以通过这些参数的概率分布(见表2)来定义。对于需要使用概率分布进行定义的一些关键参数,可通过评估给定区块内重大变化的属性图来直接确定,或用更严格的统计技术,如采用区块内部数值计算变异系数(Cv)。由于基质渗透率是基质流动的主要控制要素,以及未来商品价格造成的天然气价格的高度不确定,针对这种情况,我们选择基于视觉观察的基质渗透率。

    基质渗透率按照P10、P50和P90的值计算如下。通常情况下,可以通过岩石物理模型中的参数值拟合分布来生成概率分布,但是因为我们处理的是远景的早期评估,因此我们采用了替代的方法,即最大限度提高模型获取的不确定性来解释其他早期参数估算无法获取的变化性。如果需要,对其他不确定参数也可以使用相似的方法。

    P10——区块1中比第十百分位值的基质渗透率低20%

    P50——区块1中的基质渗透率值居中间数

    P90——区块1中比基质渗透率的九十百分位值高20%

    表9中定义了2个输入变量的分布。将模型内部不确定参数合并关联(见表2)也很重要。虽然孔隙度和渗透率之间的相关性被加入到原始岩石物理模型(幂律相关),并且压裂半径与剪切系数(正相关)、基质渗透率(负相关),净收益(负相关)和压裂模型井眼半径(负相关)相关,但是出于演示的目的,本文对这一方法进行了简化,使蒙特卡罗模拟中的主要变量之间没有相关性。由于压裂半径取决于基质渗透率,压裂模型必须在每次迭代时重新计算。气体流量,累积产气量和净现值被定义为@RISKTM输出变量。

    本文进行了5000次蒙特卡罗迭代,以确保蒙特卡罗输入变量充分覆盖样本空间。要求覆盖足够的样品空间,是为了确保每个模拟输入相同参数运行时,能得出同样的结论。出于演示的目的,用上述方法获得的迭代数并不是最优化。但是,通过将无限大(非常大)的样本输出分布与减少样本数量的输出分布比较,同时寻找要求充分重复“已知”输出分布的最小值,可以获得优化的迭代数。当进行多个模拟时,优化处理可用于减少处理时间和容量。

    4.4 结果

    图10显示了区块1中单口气井的确定产气量和累积产气量预测。这个“确定性”的基质渗透率的值来自于表9所示输入分布的斯旺森平均值(SM),假设这个值代表区块收益的平均水平(静态平均Km=0.0095毫达西)。虽然Bickel等人(2011)指出了斯旺森平均值(SM)的缺点,但它仍然被广泛地用于工业,因此在这种情况下还将使用。此外,斯旺森平均值在输入分布的平均值的5%范围内(使用@RISKTM计算),因此认为在这个例子中的平均值是准确的。另外,可以使用另一个估计的平均值(即分布平均值、区块值的算术平均值等)。图10a显示的产气速率与时间半对数图以及累积气体的产生与时间的笛卡尔曲线,而图10b显示了产气速率和时间的对数分布图。

     

     

    图10  开发模型情况下的确定速率预测:(a)产气速率和时间、累积产气量和时间的半对数;(b)产气速率和时间的对数关系

    图11显示了产气速率与时间的半对数图,图11b显示一个产气速率与时间的对数图和图11c显示预测(约14年)最初5000天累积产气与时间的笛卡尔曲线。

    通过比较图10和图11,可以再次看到确定性预测与P50概率预测相比,具有更大的IP,持续的生产速度和累积产气量,表明确定性预测是比中位数情况稍微乐观,并且明显远超过P10的情况。这些结果再次支持使用概率分析取代非常规应用的确定性分析。

     

      

    图11  开发模型情况中概率速率预测:(a)产气速度和时间的半对数关系;(b)产气速率和时间的对数关系;(c)累积产气量和时间

    随后,P10、P50和P90产量预测与区块1内水平井可获取的生产数据进行对比,以测试开发方法的稳健性和准确性。在这个比较中,由于完井的复杂性,只有井3和井4可用,而井1表现不佳,且井2在此次分析区块外部。井3的产量被缩减了30天,以便使该井产量自然下降的初始时间与概率预测的一致(指修正井3)。生产的前430天的对比曲线如图12所示。

    如图12所示,两口井的生产数据(修正井3和井4)普遍落在P10和P90之间(使用@RISKTM生成的预测)。除了生产的前20天和第300天左右时的大约20天两个时间段(模型没有指出的操作问题导致的结果)外,约80%的数据点如预期处在P10和P90预测之间。初步预测产量可能更高,因为它不考虑压裂清理干扰、启动效应等,该模型增加了表皮效应来提高与IP的匹配程度。但是,在真正的勘探情况下表皮效应的大小无从得知,这是因为无法获取产气远景区域的数据且需要将其作为不确定的输入量以最大限度地提高模型的准确性。

     

     

    图12  3号井和4号井生产数据和概率速率预测的对比:(a)产气速率和时间的半对数关系;(b)产气速率和时间的对数关系;(c)累积产气量和时间

    虽然这不是一个令人满意的统计样本,只有一个关键属性(Km)被认为是不确定的,但结果令人鼓舞。图13显示了净现值的增加的累积概率分布,直方图和回归系数托那多图。图13a再次显示超过最低预期资本回收率概率计算的累积概率分布图。

    从图13a可以看出这个模拟平均净现值为53万美元,可能超过最低预期资本回收率的50%。然后,可将平均净现值和超过最低预期资本回收率的概率与相同远景的其他区块,以及与其他潜在远景的区块进行比较,从而确定哪些远景区域可提供最好的经济成功机会。这一分析显示了积极的NPV平均值和超过最低预期资本回收率的适度概率。基于这样的分析,可以得出结论:区块1的样品远景对于试点项目是极好的备选。这一分析支持了该地区的开发,但是这一测试中所采用的天然气价格网格假设对其结果影响极大。图13C中托那多图表明天然气价格对净现值带来的影响最大,基质渗透率给净现值带来的影响其次(区块1中最小的基质渗透率变化的结果)。这表明假设较高的气体价格(比如该区水平井钻探时期的气体价格)将提高远景的可取性。从图13b直方图可以看出模拟中大部分的净现值在300万美元和350万美元之间,众数等于-1.5万美元,相当于平均数53万美元左右。

     

     

    图13  开发模型应用NPV法得出的经济结果:(a)累积概率分布;(b)柱状图;(c)回归系数的龙卷风图

    此分析程序可在在开发区的其他2个区块内完成,以协助选择最适合公司的试点项目的位置。2号和3号区块的填图属性的直观观察(图7b和8b)表明,这些地区情况没有区块1理想,因此在本次分析所使用的气体价格假设中可能不适合作为试点项目。

    5 结论

    在本文中,开发了一种方法理论和基于excel的方法以协助页岩气和致密砂岩气藏的勘探。这个方法包含了来自不同来源的映射属性、一个用于估算水力压裂半径的简单的压裂模型、目前应用于页岩气井开采的速率预测技术、计算关键盈利能力指标的经济模块以及解释非常规资源中内在的风险和不确定性的蒙特卡罗模拟。本文所描述的方法和工具可被工业界用于评估远景区域内的各个区块和选择适合试点项目的地区。该方法较为严谨,以岩石物理、地质和现在产业应用的分析储层模型为基础,且通过重建现有实例的油藏动态来证明其准确性。由于不需要建立复杂的数值模型和详细的开发方案(所需数据是在开发早期通常无法获取),这种方法既简单又高效。

    感谢代金友副教授对本文提出的宝贵意见。本文受中国地质调查“地学情报综合研究与产品研发”(121201015000150002)项目支持。

    资料来源:Williams-Kovacs J. D., Clarkson C. R. A new tool for prospect evaluation in shale gas reservoirs. Journal of Natural Gas Science and Engineering,2014,18(5):90-103.

    一种用于页岩气藏远景评价的新方法

    国土资源部部长 姜大明

    ● 矿产资源是人类发展的物质基础,矿业是既古老又年轻的基础产业,矿产品是国际贸易的大宗商品。本届大会以“弘扬丝路精神,共促矿业繁荣”为主题,旨在主动把握全球矿业发展的新形势新机遇,凝聚丝路智慧,继承丝路传统,把打造全球矿业命运共同体推向新阶段。

    ● 面对错综复杂的经济形势,我们要以史为鉴,总结矿业发展的成功模式;更要面向未来,探寻矿业振兴的创新道路。纵观矿业发展的历史长河,以和平合作、开放包容、互学互鉴、互利共赢为核心的丝路精神,也正是全球矿业共促繁荣的精髓要义。

    ● 过去的一年,中国地质找矿取得积极进展。地质勘查投入770多亿元人民币,36种主要矿产储量实现增长。国内矿产品生产开始回暖。主要矿产品产量增速回升,企业效益明显好转。能源矿产对外贸易持续增长。原油、天然气等进口增长达到两位数,对外投资规模持续扩大,不仅有力支撑了国内经济增长,也促进了全球经济和矿业复苏。

    ● 近年来,中国矿业界牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享发展理念,以供给侧结构性改革为主线,着力去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板,创新驱动、改革引领、绿色安全、包容共享、开放互利型矿业建设稳步推进,为国家实现历史性变革作出了重要贡献。

    ● 金砖精神与丝路精神理念相通、一脉相承,为全球矿业治理提供了重要指引。我们要密切对话交流,加强政策沟通。我们要提高开放水平,优化投资环境。我们要依靠科技进步,强化创新驱动。我们要深化务实合作,实现互利共赢。

    ● 中国国土资源部和矿业界同仁愿发挥建设性作用,为打造全球矿业命运共同体提供中国方案、贡献中国力量。

    2017中国国际矿业大会9月23日~25日在天津梅江会展中心举行。图为国土资源部部长姜大明在开幕式上致辞。

    又是一个金秋时节,我们再次相聚天津,共同出席2017中国国际矿业大会。首先,我代表大会组委会和中华人民共和国国土资源部,向各位嘉宾和新老朋友表示诚挚的欢迎!

    今年5月,中国成功举办了“一带一路”国际合作高峰论坛。全球140多个国家和80多个国际组织积极支持和参与“一带一路”建设,共商合作大计,共谋发展良策,达成广泛共识。习近平主席提出的“一带一路”倡议,已从理念转化为行动,从愿景转变为现实,为促进世界经济增长、深化国际矿业合作开辟了更为广阔的空间。

    古丝绸之路绵亘万里,架起了一座东西方贸易往来、文明交流的重要桥梁。沿着古丝绸之路,人们实现了陶瓷、铁铜器、珠宝玉石等商品的互通有无,促进了采掘、金属冶炼等技术广泛传播。沿着古丝绸之路,资金、技术、人员自由流动,商品、资源、成果互利互享。千百年积淀凝结的丝路精神,是人类文明的宝贵遗产和精神财富。

    矿产资源是人类发展的物质基础,矿业是既古老又年轻的基础产业,矿产品是国际贸易的大宗商品。本届大会以“弘扬丝路精神,共促矿业繁荣”为主题,旨在主动把握全球矿业发展的新形势新机遇,凝聚丝路智慧,继承丝路传统,把打造全球矿业命运共同体推向新阶段。

    放眼全球,世界经济开始恢复增长,新一轮科技革命和产业变革蓄势待发,创新创造浪潮日益高涨。国际货币基金组织预计2017年全球经济增速将达到3.5%。中国经济在上半年增长6.9%的基础上,保持了稳中有进、稳中向好的发展态势。从2016年下半年开始,全球矿业公司市值总额连续五个季度反弹,矿业活动指数基本脱离低迷波动区间,筑底回升趋于稳定。但是,世界经济尚未走出亚健康和弱增长调整期,经济全球化遭遇逆流,重要矿产品价格仍在低位徘徊,全球矿业复苏之路还很长。

    面对错综复杂的经济形势,我们要以史为鉴,总结矿业发展的成功模式;更要面向未来,探寻矿业振兴的创新道路。纵观矿业发展的历史长河,以和平合作、开放包容、互学互鉴、互利共赢为核心的丝路精神,也正是全球矿业共促繁荣的精髓要义。

    和平合作是矿业持续发展的基本前提。古丝绸之路能延续千年,凭借的是驼队和善意,依靠的是宝船和友谊。维护和平稳定的国际环境,寻求诚信负责的战略伙伴,建设互联互通的基础设施,创造不断增长的市场需求,是全球矿业界的共同利益。

    开放包容是矿业共享发展的普遍要求。在古丝绸之路上,不同地域文明、不同宗教种族的人们求同存异,在开放中共同发展,在包容中共享资源。矿业产业链已深深融入全球经济一体化进程,并与发展经济、增加就业、消除贫困、改善民生等休戚与共。创造更加全面便利的开放格局,构建各方利益共享的包容机制,坚持资源节约与环境保护,是全球矿业界的共同责任。

    互学互鉴是矿业创新发展的重要动力。古丝绸之路不仅是通商贸易之路,更是一条知识交流之路。商品和知识的交流促成了观念更新和科技进步,推进了人类文明进程。创新是矿业持续发展的核心动力,是矿业转型升级的内在要求。抓住新一轮科技革命和产业变革机遇,推动矿业理论、制度、技术和装备创新,为矿业发展注入新动能,是全球矿业界的共同使命。

    互利共赢是矿业合作发展的正确方向。古丝绸之路从无到有,从陆地到海洋,打破地域资源禀赋局限,发挥各国比较优势,开辟了矿产资源市场化配置的先河。在经济全球化深入发展的今天,从地学研究探索到资源开发利用,互利共赢是必然选择。坦诚交流,务实合作,促进经济繁荣,增进人民福祉,是全球矿业界的共同追求。

    中国是世界上最大的矿产品生产国、消费国和贸易国,对全球矿业发展举足轻重。过去的一年,中国地质找矿取得积极进展。地质勘查投入770多亿元人民币,36种主要矿产储量实现增长,新增超亿吨的油田2个、超千亿方的天然气田2个、超千万吨的铅锌矿1个,页岩气累计探明地质储量7643亿立方米,实现年产能100亿立方米。国内矿产品生产开始回暖。主要矿产品产量增速回升,一次能源产量34.6亿吨标准煤、铁矿石产量12.8亿吨、十种有色金属矿产产量5283万吨,全国采矿业实现利润总额同比增长12.4倍,企业效益明显好转。能源矿产对外贸易持续增长。原油、天然气等进口增长达到两位数,对外投资规模持续扩大,不仅有力支撑了国内经济增长,也促进了全球经济和矿业复苏。

    近年来,中国矿业界牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享发展理念,以供给侧结构性改革为主线,着力去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板,创新驱动、改革引领、绿色安全、包容共享、开放互利型矿业建设稳步推进,为国家实现历史性变革作出了重要贡献。

    创新驱动不断深化。我们吹响“向地球深部进军”的时代号角,全面实施深地探测、深海探测、深空对地观测科技创新战略,掌握了万米钻机、载人深潜等战略性核心技术。海域天然气水合物试采成功,实现了勘查开发理论、技术、工程和装备的完全自主创新,为推进天然气水合物商业性开采、优化能源结构迈出关键性步伐。启动“化学地球”“全球岩溶动力系统资源环境效应”等国际大科学计划,得到国际地学界广泛支持和积极响应。发布实施地质矿产国家及行业标准500余项,积极推进中国矿产资源储量分类标准同联合国化石能源与矿产资源储量分类框架对接。

    改革引领不断提速。我们加大矿业领域简政放权、放管结合、优化服务改革力度,充分发挥市场在资源配置中的决定性作用和更好发挥政府作用。取消和下放政府行政审批事项达56%,全面取消非行政许可事项。修改完善十余部地质矿产管理行政法规和部门规章,启动了《矿产资源法》修订工作。在6省(区)部署开展矿业权出让制度改革试点,探索实行矿业权竞争性出让。推进石油天然气体制改革,在油气勘查开采、生产加工、产品定价等竞争性环节,充分发挥市场作用,提高资源配置效率。开展矿产资源权益金制度改革,建立了由矿业权出让收益、矿业权占用费、矿山地质环境治理恢复基金等构成的新型矿产资源权益金制度体系。

    绿色安全不断推进。我们践行“绿水青山就是金山银山”理念,推动形成绿色发展方式和生活方式,正确处理矿产资源勘查开发与生态保护的关系,促进矿业可持续发展。开展自然保护区内矿业权排查清理工作,引导区内矿业权有序退出。全面推行绿色勘查,从制度建设、标准制定、技术创新、装备提升等方面加强示范推广。认真履行联合国《关于汞的水误公约》,停止颁发新的汞矿勘查许可证和采矿许可证。深入推进矿产资源节约和高效利用,制定发布了33个重要矿种开采回采率、选矿回收率和综合利用率指标。出台激励政策加快绿色矿山建设,建成国家级绿色矿山661个。建立矿山环境治理恢复责任机制,中央财政投入治理资金300亿元人民币,带动地方财政和社会资本投入600多亿元,矿山地质环境治理的产业化、专业化和社会化水平显著提高。

    包容共享不断拓展。我们以落实2030年可持续发展议程为契机,坚持经济、社会、生态效益协调统一,推动矿业发展更具普惠性。健全完善矿产资源开发利用的生态补偿、利益共享和矿区矛盾化解机制,实现矿山企业发展、矿区民众受益、矿地关系和谐。推进资源扶贫惠民,优先开展贫困地区地质调查、矿产勘查和综合开发利用。实施贫困地区地下水勘查与供水安全示范工程,解决了2200多万人口用水困难。鼓励矿山企业在履行社会责任、强化安全生产、促进地方发展中发挥积极作用。

    开放互利不断扩大。我们坚定不移实施对外开放战略,着力构建互利共赢、多元平衡、安全高效的开放型矿业体制。出台一系列促进外资增长的具体措施,放宽油页岩、油砂、页岩气等非常规油气和贵金属等矿产资源勘探开采外资准入限制,石油、天然气对外合作项目由审批制改为备案制。全面推行准入前国民待遇加负面清单制度,增强政策透明度,切实保护境外投资者合法权益。引导规范中资企业对外投资,鼓励有实力的企业参与境外能源资源勘查开发。督促境外中资矿山企业遵守当地法律,服务社区建设,注重环境保护,关注原住民诉求,努力为所在国经济社会发展多做贡献。

    “一带一路”建设根植于丝绸之路的历史土壤,面向亚欧非大陆,同时向全世界开放。“一带一路”国际合作高峰论坛向世界发出共商共建共享、携手构建人类命运共同体的邀请。本月初,金砖国家领导人在厦门会晤,再次强调了开放包容、合作共赢的金砖精神,为促进世界经济增长、实现各国共同发展注入强劲正能量。金砖精神与丝路精神理念相通、一脉相承,为全球矿业治理提供了重要指引。

    我们要密切对话交流,加强政策沟通。深化各国矿业部门合作,加强矿业政策对话,增进发展战略沟通,推动签署和落实双边、多边合作框架协议,为国际矿业合作提供政策支持。在地质调查、资源储量、绿色勘查和矿山建设等方面,促进标准规范对接互认,协调解决共同关注的重大问题,推动完善全球矿业治理体系。

    我们要提高开放水平,优化投资环境。科学把握经济全球化和区域经济一体化发展大势,坚定不移走开放合作共赢之路,反对任何形式的贸易保护主义。促进矿产品贸易自由化,消除贸易壁垒,降低交易成本,优化营商环境,形成开放稳定的国际矿产品市场。推动矿业投资便利化,放宽准入条件,公平保护产权,深化产能合作,打造优势互补的全球矿业产业链。

    我们要依靠科技进步,强化创新驱动。共同建设多层次、开放型创新平台,建强联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心、国际岩溶研究中心和中国-上海合作组织地学合作研究中心,筹建中国-东盟地学合作中心,完善人才培养和交流机制,促进互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能等前沿技术在矿业领域广泛应用,营造有利于创新创造的政策环境和社会氛围。

    我们要深化务实合作,实现互利共赢。实施“一带一路”基础地质调查与信息服务计划,深化沿线国家地质调查合作。探索建立符合矿业规范、市场规律和国际模式的资源勘查开发合作机制,提高资源供给抗风险能力,构建安全高效的矿产资源保障体系,促进各国矿业在务实合作中扩大共同利益,在互利共赢中分享发展成果。

    中国共产党第十九次全国代表大会的召开,将把中国特色社会主义推向新的阶段。中国国土资源部和矿业界同仁愿发挥建设性作用,为打造全球矿业命运共同体提供中国方案、贡献中国力量。

    中国国际矿业大会举办19届,已经成为国际矿业界对话交流、务实合作的重要平台。国际化、市场化、规范化是新时期大会的发展方向。我们将汇聚各方智慧,锐意改革创新,进一步增强大会的前瞻性、务实性和服务功能。

    丝路精神传承千年,生生不息。全球矿业潮落潮起,破浪前行。站在新的起点,我们要面向未来、携手共进,传承弘扬丝路精神,谱写矿业繁荣发展的新篇章!

    (文章标题为编者所加)

    为打造全球矿业命运共同体提供中国方案