中国 页岩 气 开发 进展 、 潜力 及 前景
邹才能 赵群 丛连铸 王红岩 施振生 武瑾 潘松圻
中国 石油 勘探 开发 研究院 国家 能源 页岩 气 研发 ( 实验 ) 中心 中国 石油 勘探 与 生产 分公司
天然气 工业 2021 ( 01 )

摘要 ： 中国 作为 北美 之外 最 大 的 页岩 气 生产国 , 随着 页岩 气 勘探 开发 的 持续 快速 推进 , 在 埋 深 3 500 m 以 浅 的 海 相 页岩 区 已经 建成 200×10 8 m 3 的 页岩 气 年产 规模 。 未来 全国 埋 深 3 500 m 以 浅 页岩 气 能否 继续 稳产 上产 、 埋 深 超过 3 500 m 的 深层 页岩 气 的 开发 潜力 如何 , 既 是 评价 和 判断 未来 中国 页岩 气 资源 开发 潜力 和 发展 前景 等 的 前提 , 也 是 决定 能否 在 川渝 地区 建成 “ 天然气 大庆 ” 的 关键 。 为此 , 通过 总结 中国 页岩 气 理论 认识 和 工程 技术 发展 成果 , 分析 页岩 气 资源 的 开发 潜力 , 预判 了 未来 的 发展 前景 。 研究 结果 表明 ： ① 在 页岩 气 理论 体系 方面 , 明确 了 海 相 深水 陆 棚 笔 石 黑色 页岩 形成 条件 及 页岩 气 富 集 机理 , 建立 了 “ 甜点 区 ” 和 “ 甜点 段 ” 地质 理论 , 初步 构建 基于 “ 人造 气 藏 ” 的 页岩 气 开发 理论 , 建立 了 四川 盆地 南部 地区 深层 优质 页岩 厚度 大 、 保存 条件 好 、 发育 微 裂缝 与 超 压 的 页岩 气 富 集 高产 模式 ； ② 在 页岩 气 工程 技术 方面 , 水平 井 多 段 压 裂 等 关键 工程 技术 实现 了 跨 代 发展 , 支撑 了 中国 仅 用 6 年 时间 就 实现 了 页岩 气 年产 100×10 8 m 3 、 其后 又 用 2 年 时间 实现 了 年产 200×10 8 m 3 的 历史性 跨越 ； ③ 在 页岩 气 资源 方面 , 明确 了 四川 盆地 中 浅 层 海 相 页岩 气 是 产业 发展 的 “ 压 舱 石 ” , 而 深层 海 相 页岩 气 则 是 未来 产量 增长 的 主体 , 以 川南 海 相 页岩 为 重点 具备 还 可 探明 页岩 气 地质 储量 超 6×10 12 m 3 的 资源 条件 , 可以 支持 页岩 气 产量 持续 快速 增长 。 结论 认为 , 通过 加快 对于 埋 深 3 500 ～ 4 000 m 页岩 气 资源 的 开发 , 2025 年 全国 页岩 气 年 产量 可以 达到 300×10 8 m 3 ； 考虑 到 埋 深 4 000 ～ 4 500 m 页岩 气 资源 开发 突破 难度 较 大 , 2030 年 页岩 气 有望 落实 的 年 产量 为 350×10 8 ～ 400×10 8 m 3 。
基金 ： 国家 科技 重大 专项 “ 四川 盆地 及 周缘 页岩 气 形成 富 集 条件 、 选区 评价 技术 与 应用 ” ( 编号 ： 2017ZX05035 )
关键 词 ： 页岩 气 ; 海 相 页岩 气 ; 深层 页岩 气 ; 非 海 相 页岩 气 ; 四川 盆地 ; “ 天然气 大庆 ” ; 开发 潜力 ; 年产 气 规模
作者 简介 ： 邹才能 , 1963年 生 , 中国 科学院 院士 , 正 高级 工程师 , 李四光 地质 科学 奖 获得者 , 本 刊 编委 ; 现任 中国 石油 勘探 开发 研究院 副 院长 ; 主要 从事 非 常规 油气 地质学 、 常规 岩 性 — 地层 油气藏 、 大 油气区 形成 分布 等 理论 研究 和 实践 及 能源 发展 战略 研究 工作 。 地址 ： ( 100083 ) 北京市 海淀区 学院路 20 号 910 信箱 院办 。 ORCID : 0000 - 0001 - 5912 - 1729 。 E-mail : zcn @ petrochina . com . cn ; * 赵群 , 1979 年 生 , 高级 工程师 。 地址 ： ( 100083 ) 北京市 海淀区 学院路 20 号 。 E-mail : zhaoqun69@petrochina.com.cn ;
收 稿 日期 ： 2020-11-05

0 引言
世界 能源 发展 已经 进入 从 化石 能源 向 新 能源 转换 的 关键 期 ， 天然气 作为 最 清洁 的 化石 能源 ， 是 化石 能源 向 新 能源 转换 的 “ 桥梁 ” 或 最佳 “ 伙伴 ” [ 1 ] 。 北美 “ 页岩 气 革命 ” 成功 ， 使 美国 由 天然气 进口 大 国 转变 为 出口 大 国 ， 深刻 改变 了 世界 天然气 供给 格局 [ 1 - 3 ] 。 全球 页岩 气 资源 丰富 ， 水平 井 多 段 压 裂 等 技术 是 页岩 气 资源 开发 的 成熟 有效 技术 [ 1 - 3 ] ， 在 美国 页岩 气 示范 效应 的 带动 下 ， 中国 和 阿根廷 也 实现 了 对 页岩 气 资源 的 有效 开发 ， 产量 持续 快速 增长 [ 4 - 5 ] 。 近年 来 ， 水平 井 密 切割 、 地下 光纤 监测 和 大数据 人工 智能 等 新 技术 的 应用 ， 推动 页岩 气 开发 再次 实现 跨越式 发展 。 但 近期 受 新冠 肺炎 疫情 和 产油国 出口 博弈 等 因素 的 影响 ， 全球 油气 价格 持续 走 低 ， 国内外 页岩 气 开发 面临 着 新 的 形势 [ 6 ] 。
作为 北美 之外 最 大 的 页岩 气 生产国 ， 通过 10余 年 勘探 开发 攻关 ， 中国 以 四川 盆地 及其 邻 区 为 重点 ， 实现 了 海 相 页岩 气 资源 的 有效 开发 [ 1 , 3 ] 。 以 四川 盆地 埋 深 3 500 m 以 浅 的 海 相 页岩 区 为 重点 ， 2020年 全国 实现 页岩 气 产量 200×10 8 m 3 ， 其中 中国 石油 天然气 集团 有限 公司 （ 以下 简称 中国 石油 ） 在 蜀 南 的 长宁 、 威远 和 昭通 等 区块 实现 页岩 气 产量 116×10 8 m 3 ， 中国 石油 化工 集团 有限 公司 （ 以下 简称 中国 石化 ） 在 涪陵 、 威荣 页岩 气田 实现 页岩 气 产量 84×10 8 m 3 。 随着 页岩 气 开发 的 持续 快速 推进 ， 明确 埋 深 超过 3 500m 深层 页岩 气 的 开发 潜力 如何 ， 既 是 判断 未来 中国 页岩 气 资源 开发 潜力 和 发展 前景 等 的 前提 ， 也 是 决定 能否 在 川渝 地区 建成 “ 天然气 大庆 ” 的 关键 。
1 世界 页岩 气 发展 概况
2020 年 世界 页岩 气 总 产量 为 7 688×10 8 m 3 （ 增长 3.2% ） ， 其中 美国 7 330×10 8 m 3 、 中国 200×10 8 m 3 、 阿根廷 103×10 8 m 3 、 加拿大 55×10 8 m 3 ， 美国 是 世界 页岩 气 开发 的 主体 。
1.1 油气 开发 形势
美国 页岩 油气 成为 全球 油气 产量 增长 的 主要 领域 ， “ 页岩 革命 ” 推动 美国 实现 “ 能源 独立 ” [ 4 , 7 ] 。 据 美国 能源 信息署 （ EIA ） 的 数据 ， 2020 年 美国 页岩 气 产量 为 7 330×10 8 m 3 ， 占 其 天然气 总 产量 的 约 80% ; 2019年 美国 页岩 气 产量 增长 957×10 8 m 3 ， 占 全球 天然气 产量 增长率 的 73% 。 2020 年 美国 致密 油 / 页岩 油 产量 为 3.5×10 8 t ， 占 其 原油 总 产量 的 比例 超过 50% ; 2019 年 美国 致密 油 / 页岩 油 产量 增长 0.6×10 8 t （ 增长 19% ） ， 占 全球 原油 产量 增长率 的 66% 。 2019 年 美国 能源 产量 为 22.6×10 8 吨 油当量 （ ton oil equivalent ， 缩写 为 toe ） ， 消费量 为 22.2×10 8 吨 油当量 ， 已经 基本 实现 了 “ 能源 独立 ” 。
2020 年 受 新冠 肺炎 疫情 的 影响 ， 国际 原油 价格 一直 低位 徘徊 ， 美国 页岩 油气 行业 出现 了 “ 破产潮 ” （ Haynes and Boone , 2020 ， 据 国外 网站 新闻 报道 ） ， 页岩 油气 产量 大幅度 下跌 后 有望 在 2020 年 第 四 季度 开始 恢复 （ Energy Voice , 2020 ， 据 国外 网站 新闻 报道 ） 。 2020 年 4月 20 日 美国 西德 轻 质 原油 价格 （ WTI ） 为 -37.6 美元 / 桶 （ EIA , 2020 ） 。 当 油价 低于 35 美元 / 桶 ， 30% 的 页岩 油气 公司 资 不 抵 债 ， 20% 的 页岩 油气 公司 面临 财务 危机 。 大批 企业 申请 破产 ， 诱发 了 全 行业 进入 “ 破产 潮 ” 。 2020 年 将 有 170 家 从事 页岩 油气 的 公司 破产 ， 是 2019 年 的 2.3 倍 ， 行业 资产 减值 超过 3 000亿 美元 （ Haynes , 2020 ， 据 国外 网站 新闻 报道 ） 。 2020 年 5 月份 页岩 气 产量 减少 400×10 8 m 3 / a 以上 ， 致密 油 / 页岩 油 产量 减少 近 4 000×10 4 t / a ; 2020 年 6 月份 产量 开始 逐步 恢复 。 此 次 深度 破产 重组 后 ， 在 2020 年 第 四 季度 页岩 油气 产量 完全 恢复 。
1.2 几点 认识
1 ） 美国 政府 主导 超前 布局 “ 能源 独立 ” 战略 ， 是 “ 页岩 油气 革命 ” 成功 的 关键 。 1976 年 美国 政府 通过 《 能源部 重组 法案 》 ， 在 能源部 （ DOE ） 主导 下 设立 了 天然气 研究院 （ GTI ） 和 非 常规 天然气 研究 项目 ， 28 年 持续 投入 油气 科技 项目 超过 50亿 美元 [ 8 ] ; 1979 年 颁布 《 原油 意外 获利 法 》 第29 条 ， 对 1980 年 到 1993 年 期间 钻探 并 于 2003 年 之前 生产 和 销售 的 非 常规 气 实施 税收 减免 [ 9 ] 。
2 ） 依靠 科技 和 管理 创新 提质 提效 ， 是 推动 页岩 油气 行业 持续 快速 发展 的 永恒 主题 。 近 10 年 北美 页岩 油气 开发 技术 和 管理 革新 不断 升级换代 （ 图 1 ） 。 以 Marcellus 气田 为 例 ， 2012 年 以来 页岩 气 开发 技术 多 次 革新 ， 地质 工程 一体化 和 工厂化 等 管理 模式 不断 创新 ， 页岩 气 开发 效率 大幅度 提升 。 2012 — 2017 年 ， 以 密 切割 为 主体 的 4 代 技术 跨越 ， 助力 页岩 气 单 井 最终 可采 储量 （ EUR ） 由 1.2×10 8 m 3 提高 至 4.0×10 8 m 3 。 2018年 以来 ， 以 大数据 为 主导 的 第5 代 技术 ， 推动 页岩气 开发 成本 再 降低 （ 幅度 超过 30% ) [ 10 ] 。
3 ） 依托 现场 先导 科技 试验 ， 多方 紧密 结合 面向 生产 的 科研 攻关 模式 值得 借鉴 。 美国 GTI 主导 在 多 个 盆地 开展 了 不同 类型 的 页岩 油气 开发 科技 先导 试验 ， 创新 关键 理论 技术 ， 有效 推动 了 页岩 油气田 的 高效 开发 。 2010年 以来 ， GTI 主导 并 联合 技术 服务 公司 和 生产 企业 ， 在 Marcellus 、 Permian 和 Eagle Ford 等 页岩 油气田 开展 先导 试验 ， 有 针对性 地 解决 生产 问题 ， 页岩 油气 采收率 由 10% ～ 15% 提高 至 35% 以上 [ 11 ] 。
图 1 美国 页岩 气 发展 历程 简 图
4 ） 依靠 完善 的 市场 机制 ， 低 油气 价格 下 实现 页岩 气 低 成本 的 产业 深度 整合 后 ， 页岩 油气 行业 有望 快速 复苏 。 尽管 美国 页岩油 生产 成本 在 30 美元 / 桶 左右 ， 但 在 高额 的 债务 负担 下 ， 需要 WTI 油价 超过 57 美元 / 桶 ， 行业 才 有 可能 实现 盈利 [ 6 ] 。 2020年 Brent 国际 原油 平均 价格 为 41.85 美元 / 桶 ， 在 此 轮 低 油气 价格 的 影响 下 ， 通过 完善 的 市场 机制 ， 大量 从事 页岩 油气 的 公司 破产 重组 ， 有利于 行业 短期 摆脱 高额 债务 危机 。 当前 国际 原油 价格 在 40 美元 / 桶 以上 ， 美国 页岩 油气 行业 在 2020年 第四 季度 逐步 恢复 生产 （ Energy Voice , 2020 ， 据 国外 网站 新闻 报道 ） 。
2 中国 页岩 气 开发 进展
中国 页岩 气 产量 从 无 到 有 ， 仅 用 6 年 时间 就 实现 了 年产 100×10 8 m 3 ， 其后 又 用 2 年 时间 在 深 埋 3 500 m 以 浅 实现 了 年产 200×10 8 m 3 的 历史性 跨越 ， 在 深 埋 3 500 ～ 4 000 m 深层 实现 突破 发现 ， 创造 了 中国 天然气 发展史 上 的 奇迹 。
2.1 中国 页岩 气 开发 历程
2.1.1 合作 借鉴 阶段 （ 2007 — 2009 年 ）
此 阶段 国内 学者 引入 美国 页岩 气 概念 ， 在 地质 评价 的 基础 上 ， 明确 了 四川 盆地 上 奥陶统 五 峰 组 — 下 志 留 统 龙马溪 组 和 下 寒武统 筇 竹寺 组 两 套 页岩 是 中国 页岩 气 的 工作 重点 ， 找到 了 长宁 、 威远 和 昭通 页岩 气 有利 区 ， 并 启动 了 产业化 示范区 建设 。 该 阶段 属于 中国 页岩 气 产业 的 启蒙 阶段 （ 图 2 ） 。 2007 年 中国 石油 勘探 开发 研究院 与 美国 新田 石油 公司 联合 开展 了 “ 威远 地区 页岩 气 联合 研究 ” ， 2008 年 在 长宁 构造 北翼 钻探 我 国 第 1 口 页岩 气 地质 资料 井 — — 长 芯 1 井 ， 确定 四川 盆地 五 峰 组 — 龙马溪 组 为 页岩 气 工作 的 主力 层 系 [ 3 - 4 ] 。 2009年 12月 中国 石油 批复 了 《 中国 石油 页岩气 产业化 示范区 工作 方案 》 ， 确立 了 长宁 、 威远 和 昭通 3 个 页岩气 有利 区 ， 启动 了 产业化 示范区 建设 ， 初步 提出 年产 15×10 8 m 3 的 页岩 气 发展 目标 [ 3-4 ] 。
2.1.2 自主 探索 阶段 （ 2010 — 2013年 ）
此 阶段 通过 努力 攻关 与 实践 ， 中国 页岩 气 地质 理论 及 开发 认识 取得 重要 进展 ， 明确 了 四川 盆地 海 相 五 峰 组 — 龙马溪 组 页岩 气 的 开发 价值 （ 表 1 ） ， 发现 了 蜀南 和 涪陵 两 大 页岩 气 区 ， 是 中国 页岩 气 产业 的 发展 突破 阶段 （ 图 2 ） 。 2010 年 ， 中国 第一 口 页岩 气井 — — 威 201 直 井 ， 在 龙马溪 组 页岩 段 压 裂 获得 页岩 气 测试 产量 0.3×10 4 ～ 1.7×10 4 m 3 / d ， 解决 了 有 无 页岩 气 的 问题 [ 3 , 12-13 ] ； 在 北美 以外 首次 在 页岩 中 发现 孔径 介于 5 ～ 100 nm 的 纳米 孔隙 ； 中国 石油 勘探 开发 研究院 率先 在 川南 长宁 双 河 地区 ， 建立 了 第一 批 五 峰 组 — 龙马溪 组 数字化 露头 剖面 [ 3 , 12 - 13 ] 。 2011年 中国 石油 在 长宁 区块 实施 了 宁 201-H1 水平 井 10 段 压裂 ， 获得 页岩气 测试 产量 15×10 4 m 3 / d ， 成为 中国 第一 口 具体 商业 开发 价值 的 页岩 气井 [ 3 , 12-13 ] 。 2012 年 中国 石化 经过 多 年 不断 探索 ， 在 重庆 涪陵 地区 以 五峰组 — 龙马溪 组 页岩 为 目的层 ， 钻探 了 焦页 1HF 水平 井 ， 获得 页岩 气 测试 产量 20.3×10 4 m 3 / d ， 发现 了 涪陵 页岩 气田 [ 14 - 15 ] 。 2013年 中国 石化 启动 了 涪陵 区块 页岩 气井组 开发 试验 [ 14 ] 。 此外 ， 陕西 延长 石油 （ 集团 ） 有限 责任 公司 、 中国 华电 集团 公司 和 神华 集团 有限 责任 公司 等 投入 超过 50亿 元 人民币 ， 在 四川 盆地 以外 开展 了 大量 的 海 相 、 陆 相 和 海 陆 过渡 相 页岩 气 的 勘探 评价 工作 ， 但 总体 效果 欠佳 [ 3 ] 。
图 2 中国 页岩 气 产业 发展 历程 简 图
表 1 国内外 典型 页岩 气田 相关 参数 对比 表
注 ： 括号 内 的 数值 为 平均值 。
国家 十分 重视 页岩 气 产业 发展 ， 从 多 方位 支持 页岩 气 产业 的 发展 。 2010年 ， 国家 能源 页岩 气 研发 （ 实验 ） 中心 揭牌 成立 ， 2011年 在 国家 科技 重大 专项 中 设立 页岩 气 项目 。 2011 年 ， 国土 资源部 发布 公告 ， 确定 页岩 气 为 独立 矿种 ， 2011 — 2012 年 通过 两 轮 招标 共计 出让 19 个 页岩 气 区块 。 2012年 ， 国家 发展 和 改革 委员会 （ 以下 简称 发改委 ） 、 财政部 、 国土 资源部 和 国家 能源局 联合 发布 了 《 页岩 气 发展 规划 （ 2011 — 2015年 ） 》 ， 提出 了 2015年 实现 页岩 气 65×10 8 m 3 的 发展 目标 。 2012年 ， 发改委 批准 设立 了 涪陵 、 长宁 — 威远 、 昭通 和 延安 4 个 国家级 页岩气 示范区 ； 财政部 和 国家 能源局 发布 了 《 关于 出台 页岩气 开发 利用 补贴 政策 的 通知 》 ， 对 2012 — 2015年 开发 利用 的 页岩气 补贴 0.4 元 / m 3 。 在 国家 政策 的 大力 支持 下 ， 中国 石油 和 中国 石化 两 家 企业 以 四川 盆地 为 重点 ， 2013年 实现 了 页岩气 年 产量 2×10 8 m 3 的 生产 突破 。
2.1.3 工业化 开发 阶段 （ 2014年 至 今 ）
此 阶段 中国 页岩 气 有效 开发 技术 逐渐 趋于 成熟 ， 埋 深 3 500 m 以 浅 页岩 气 资源 实现 了 有效 开发 ， 埋 深 3 500 m 以 深 页岩 气 开发 取得 了 突破 进展 ， 四川 盆地 海 相 页岩 气 已经 成为 我 国 天然气 产量 增长 的 重要 组成 部分 ， 是 中国 页岩 气 产业 的 跨越 发展 阶段 （ 图 2 ） 。
中国 石油 实现 了 川南 地区 五峰组 — 龙马溪 组 海相 页岩气 的 有效 开发 。 2014年 ， 中国 石油 启动 了 川南 地区 26×10 8 m 3 / a 页岩 气 产 能 建设 ， 2015年 实现 页岩 气 产量 13×10 8 m 3 。 “ 十三五 ” 期间 ， 中国 石油 加快 页岩 气 开发 步伐 ， 以 长宁 、 威远 和 昭通 埋 深 3 500 m 以 浅 页岩 气 资源 为主 实施 产能 建设 工作 ， 截至 2019年 底 ， 累计 探明 页岩 气 地质 储量 10 610×10 8 m 3 , 2019年 生产 页岩 气 80.3×10 8 m 3 , 2020年 生产 页岩 气 116.1×10 8 m 3 。
中国 石化 实现 了 涪陵 、 威荣 区 块 五峰组 — 龙马溪 组 海 相 页岩气 的 有效 开发 。 2014年 ， 中国 石化 启动 涪陵 气田 产能 建设 工作 ， 通过 两 轮 建设 2016年 实现 页岩 气 产量 50×10 8 m 3 。 2017年 ， 在 涪陵 区块 实施 页岩 气 立体 开发 ， 实现 页岩气 持续 稳产 上产 ， 并 启动 威荣 气田 产能 建设 。 截至 2019 年 底 ， 累计 探明 页岩 气 地质 储量 7 255×10 8 m 3 , 2019 年 生产 页岩 气 73.4×10 8 m 3 , 2020 年 产量 达 84.1×10 8 m 3 。
国家 继续 强力 支持 页岩 气 产业 发展 。 2016年 ， 国家 能源局 发布 了 《 页岩 气 发展 规划 （ 2016 — 2020年 ） 》 。 2015年 ， 财政部 发布 《 关于 页岩 气 开发 利用 财政 补贴 政策 的 通知 》 ， 对 2016 — 2018年 开发 利用 的 页岩 气 补贴 0.3 元 / m 3 、 2019 — 2020年 开发 利用 的 页岩 气 补贴 0.2 元 / m 3 。 2018年 ， 财政部 、 税务 总局 印发 《 关于 对 页岩气 减征 资源税 的 通知 》 ， 对 2018年 4月 1日 — 2021年 3月 31日 生产 的 页岩气 减征 30% 资源税 。 2020 年 ， 财政部 发布 《 清洁 能源 发展 专项 资金 管理 暂行 办法 》 ， 明确 2020 — 2024 年 通过 多 增 多 补 的 方式 延续 页岩 气 补贴 政策 。
在 川南 、 涪陵 页岩 气田 开发 取得 突破 后 ， 全国 页岩 气 产量 加快 增长 ， 2018年 页岩 气 产量 达到 108×10 8 m 3 , 2019年 产量 为 154×10 8 m 3 , 2020年 产量 超过 200×10 8 m 3 。 2014 — 2019 年 中国 天然气 产量 增长 550×10 8 m 3 ， 其中 页岩 气 占 产量 增长 贡献 率 的 28% ， 已经 成为 中国 天然气 产量 增长 的 重要 组成 部分 （ 图 2 ） 。
2.2 理论 技术 进展
通过 10 余 年 的 勘探 开发 攻关 ， 四川 盆地 海 相 页岩 气 基础 地质 理论 认识 取得 了 重要 的 进展 ， 埋 深 3 500 m 以 浅 海 相 页岩 气 开发 技术 成熟 配套 ， 埋 深 介于 3 500 ～ 4 000 m 海 相 页岩 气 开发 技术 基本 形成 。
2.2.1 基础 理论 取得 重要 进展
2.2.1 . 1 五 峰 组 — 龙马溪 组 海 相 页岩 储 层 具有 高 有机质 含量 和 高 纳米 级 孔隙 度 的 “ 两 高 ” 特征
2010 年 ， 对 川南 页岩 气 储 层 的 分析 结果 表明 ， 龙马溪 组 底部 总 有机 碳 含量 值 （ TOC ） 超过 3% 的 页岩 厚度 介于 10 ～ 20 m ， 威 201 井 在 国内 首次 发现 孔径 介于 5 ～ 100 nm 的 纳米 孔隙 [ 12 - 14 ] 。 采用 分子 动力学 模拟 ， 考虑 页岩 微观 孔隙 表面 水 膜 厚度 ， 甲烷 可 动 孔 喉 半径 均值 为 5.0 nm [ 4 , 16 ] 。 通过 分析 大量 中下 扬子 五 峰 组 — 龙马溪 组 页岩 样品 发现 ， 纳米 孔隙 是 页岩 气 的 主要 储集 空间 （ 图 3 ） ， 占 总 有效 孔隙 度 的 60% ～ 80% [ 12 - 13 ] 。 研究 发现 ， 川南 五峰组 — 龙马溪 组 页岩 TOC > 3% 储层 的 孔隙度 介于 3% ～ 8% 。
图 3 川南 地区 龙马溪 组 页岩 微观 孔隙 镜 下 照片
2.2.1 . 2 五 峰 组 — 龙马溪 组 海 相 页岩 发育 5 类 层理 ， 层理 类型 控制 着 页岩 气 储 层 的 品质
五 峰 组 — 龙马溪 组 海 相 页岩 主要 发育 5 大 类 层理 ： 水平 层理 、 韵律 层理 、 块状 层理 、 递 变 层理 和 交错 层理 ， 其中 水平 层理 根据 纹层 结构 进一步 细 分为 条 带状 粉 砂 型 、 递 变 型 、 砂 泥 递 变 型 和 砂 泥 互 层 型 4 种 类型 [ 17 ] 。 条 带状 粉 砂 型 水平 层 理 泥 纹层 含量 最高 ， 泥 纹层 由于 物质 组成 、 孔隙 类型 及 结构 、 面孔 率 、 孔径 分布 、 微 裂缝 类型 及 密度 等 均 优于 粉 砂 纹层 ， 故 其 储 层 品质 为 最佳 [ 18 ] 。 其 顺 层 缝 最 发育 ， 水平 渗透 率 达 184.285 m D 、 垂直 渗透 率 仅 为 0.655m D ， 两 者 相差 达 291 倍 。 顺 层 缝 能 有效 沟通 无机 矿物 孔隙 、 纳米 级 有机质 孔 等 ， 可以 成为 油气 水平 运 移 的 高速 通道 [ 19 ] 。 含 气 页岩 由于 垂直 渗透 率 低 ， 阻碍 了 页岩 气垂 向 迅速 逸 散 而 有利于 保存 ； 而 高 水平 渗透 率 则 大大 改善 了 页岩 储 层 的 水平 渗 流 能力 ， 并且 能够 在 水平 井水 力 压 裂 改造 后 形成 复杂 裂缝 网络 ， 从而 提高 页岩 气 产量 [ 4 ] 。
2.2.1 . 3 揭示 海 相 深水 陆 棚 笔 石 黑色 页岩 形成 机理 ， 建立 页岩 气 “ 甜点 区 ” 和 “ 甜点 段 ” 地质 理论
多 地质 事件 耦合 形成 了 四川 盆地 及其 邻 区 五 峰 组 — 龙马溪 组 “ 深水 陆 棚 ” 优质 页岩 “ 甜点 段 ” [ 12 - 13 , 20 ] ， 形成 时间 介于 距今 447.42 ～ 440.77 Ma ， 发育 大量 笔 石 化石 [ 21 ] ， 具 生物 硅 含量 高 和 TOC 高 的 特征 。 四川 盆地 及其 邻 区 页岩 储 层 分布 连续 、 构造 稳定 区 保存 条件 好 、 储 层 “ 超 压 ” 等 是 控制 页岩 气井 高产 的 主要 地质 因素 [ 22 ] 。 郭旭升 针对 涪陵 页岩 气田 特征 ， 提出 了 深水 沉积 和 有效 保存 “ 二 元 富 集 ” 规律 [ 23 ] 。 邹才能 等 提出 了 常规 — 非 常规 天然气 “ 有序 聚集 ” 的 认识 ， 并 建立 了 页岩 气 富 集 区 “ 甜点 区 ” 与 “ 甜点 段 ” 理论 [ 24 ] 。 通过 不断 开发 实践 ， 明确 高 脆 性 富 有 机质 页岩 （ TOC > 4% 、 脆 性 矿物 含量 超过 70% ） 是 优质 页岩 储 层 ， U / Th 比 通常 大于 1.25 ， 其中 龙马溪 组 底部 3 ～ 5 m 是 最优 的 水平 井 靶 体 段 [ 20 ] 。
2.2.1 . 4 川南 深层 优质 页岩 厚度 大 、 保存 条件 好 、 发育 微 裂缝 与 异常 超高压 ， 页岩 气 富 集 高产
川 南 深层 TOC > 4% 的 优质 页岩 储 层 “ 甜点 段 ” 厚度 为 8 ～ 17 m ， 由于 受到 深层 高 储 层 压力 形成 孔 内 支撑 、 高 强度 石英 矿物 形成 刚性 骨架 支撑 和 封闭 成 岩 环境 有机酸 长期 钙质 矿物 溶 蚀 3 项 因素 的 影响 ， 使得 埋 深 超过 3 500 m 的 深层 页岩 孔隙 度 介于 3.9% ～ 5.8% ， 孔隙 度 与 浅 层 差异 不 大 [ 12 - 13 , 25 ] 。 川 南 深层 页岩 上覆 巨 厚 地层 构成 高 密闭 体 ， 有机质 生 烃 后 形成 高 压力 封存 ， 泸州 地区 储 层 压力 系数 介于 1.8 ～ 2.2 ， 地层 能量 充足 ， 气井 生产 前 3 个 月 套 压 在 30 MPa 以上 。 川 南 深层 宽 缓 向 斜 发育 横向 拉 张 和 层 间 滑 移 两 类 裂缝 ， 裂缝 密度 向 核 部 增大 ， 可以 有效 提升 页岩 储 层 的 连通 性 ， 泸 203 井 位于 向 斜 核 部 ， 该 井 测试 日 产 页岩 气量 达 138×10 4 m 3 。
2.2.1 . 5 基于 “ 人造 气 藏 ” 理念 ， 多 段 压 裂 形成 缝 网 体系 、 构建 流动 系统 ， 初步 构建 页岩 气 开发 理论
页岩 储 层 致密 ， 以 “ 甜点 段 ” 为 目标 ， 通过 水平 井 多 段 压 裂 形成 密集 缝 网 ， 构建 “ 人造 高 渗 区 ， 重构 渗 流 场 ” ， 建立 “ 人造 气 藏 ” ， 是 页岩 气 井 获得 高产 的 关键 [ 26 ] 。 建立 多 机制 、 多 尺度 、 多 场 耦合 渗 流 模型 模拟 和 气井 产能 递减 分析 ， 明确 典型 井 前 1 年 、 3 年 、 5 年 、 7 年 分别 采出 单 井 最终 可采 储量 （ EUR ） 的 25% 、 47% 、 60% 、 70% ， 第 8 年 吸附 气 产量 贡献 率 超过 50% [ 27 - 28 ] 。
2.2.2 关键 工程 技术 进展
2.2.2 . 1 水平 井 多 段 压 裂 等 关键 工程 技术 指标 大幅度 提升 ， 深层 页岩 气 开发 技术 日趋 成熟
建立 了 本土 化 的 页岩 气 有效 开发 技术 体系 ， 埋 深 3 500 m 以 浅 页岩 气 开发 关键 技术 指标 大幅度 提升 ， 实现 了 第一 代 向 第二 代 的 技术 发展 跨越 。 “ 一 趟 钻 ” 钻井 技术 日趋 成熟 ， 实现 了 造 斜 段 — 水平 段 进 尺 最高 达 2 407 m 的 目标 。 采用 “ 多 簇 射 孔 、 高 强度 加 砂 、 暂 堵 转向 ” 压 裂 工艺 技术 ， 全面 提升 长 水平 段 水平 井 的 压 裂 改造 效果 。 以 威204 井 区 为 例 ， 水平 井水 平 段 长度 、 压 裂 段 数 、 压 裂 加 砂 量 、 压 裂 液 量 、 压 裂 加 砂 强度 和 测试 产量 由 2016 年 的 1 506 m 、 19.9 段 、 2 246 t 、 41 377 m 3 、 1.7 t / m 和 16.4×10 4 m 3 / d ， 分别 提升 至 2020 年 的 1 965 m 、 23.0 段 、 5 180 t 、 52 646 m 3 、 2.7 t / m 和 29.2×10 4 m 3 / d （ 图 4 ） ， 单 井 EUR 由 0.49×10 8 m 3 提升 至 1.02×10 8 m 3 。 针对 深层 页岩 气 储 层 高温 、 高 应力 的 特点 ， 采用 地表 泥浆 冷却 和 大 功率 压 裂 装备 等 ， 可以 基本 满足 埋 深 介于 3 500 ～ 4 000 m 页岩 气 资源 的 有效 开发 。
2.2.2 . 2 通过 地质 — 工程 一体化 ， 实现 页岩 气 开发 最 优化 ， 是 实现 页岩 气 高效 开发 的 关键
2014年 ， 在 地质 工程 一体化 理念 的 指导 下 ， 创新 了 页岩气 勘探 开发 的 适用性 模式 。 在 川南 页岩 气 开发 中 ， 中国 石油 通过 一体化 设计 、 一体化 管理 和 一体化 滚动 优化 ， 实现 了 “ 高 产量 、 高 EUR 、 高 采收率 ” 的 目标 [ 20 , 29 - 31 ] 。 基于 高 分辨率 构造 、 地质 属性 的 多 尺度 天然 裂缝 ， 国内 首次 在 页岩 气田 中 建立 了 全 区 和平台 尺度 三维 地质 力学 模型 ， 钻井 、 完 井 压 裂 、 生产 、 开发 四 大 工程 系统 的 地质 工程 一体化 全 覆盖 [ 32 - 33 ] ， 实现 了 水平 井 箱体 最 优化 、 改造 参数 最 优化 、 生产 制度 最 优化 、 开发 技术 政策 最 优 化 [ 33 ] 。 深层 页岩 气 高产 模式 ： 水平 井 高产 需要 优质 储 层 厚度 超过 5 m ， 钻 遇 水平 段 长度 大于 1 500 m ， 压 裂 簇 数 （ 单 段 7～8 簇 ） + 加 砂 强度 （ 超过 2.5 t / m ） + 暂 堵 转向 ， 页岩 气 测试 产量 将 超过 50×10 4 m 3 / d [ 20 ] 。
图 4 威 204 井 区 页岩 气 水平 井 关键 参数 变化 统计 图
2.2.2 . 3 借助于 地下 光纤 监测 、 人工 智能 大数据 和 数字化 井场 等 新 技术 ， 页岩气 开发 成本 有望 继续 降低
针对 页岩 气 “ 人造 气 藏 ” 的 特点 ， 中国 石油 和 中国 石化 在 四川 盆地 页岩 气 开发 过程 中 已经 引入 光纤 监测 技术 ， 以 评价 页岩 气 人造 气 藏 开发 效果 并 优化 工程 技术 ； 针对 页岩 气 勘探 开发 工作量 大 ， 各 油田 已经 逐步 开展 人工 智能 大数据 分析 ， 深度 挖掘 有效 信息 ， 提升 页岩 气 开发 效果 ； 通过 储 层 — 井 筒 — 地面 数字化 、 信息化 建设 ， 实现 了 “ 数据 共享 、 专业 分析 、 综合 利用 、 辅助 决策 ” [ 31 - 33 ] 。 页岩 气 数字化 开发 管理 实现 了 井 场 的 无人 值守 ， 大幅度 降低 页岩 气 现场 工作 强度 ， 有效 降低 了 页岩 气井 开发 管理 成本 [ 31 - 33 ] 。
3 中国 页岩 气 资源 开发 潜力
以 四川 盆地 及其 邻 区 海 相 页岩 气 为 主体 ， 并且 积极 开展 对 海 陆 过渡 相 及 陆 相 页岩 气 的 勘探 开发 攻关 研究 ， 估算 该 区 合计 可 再 探明 页岩 气 地质 储量 超过 6×10 12 m 3 。
3.1 中浅层 海 相 页岩 气 是 产业 发展 的 “ 压 舱 石 ”
四川 盆地 及其 邻 区 埋 深 介于 2 500 ～ 3 500 m 的 中 浅 层 海 相 超 压 页岩 气 区 已 建成 200×10 8 m 3 / a 的 产 气 规模 ， 未来 以 稳产 为主 ， 是 页岩 气 产业 发展 的 基石 。 初步 评价 表明 ， 埋 深 介于 2 500 ～ 3 500 m 的 五 峰 组 — 龙马溪 组 页岩 气 开发 有利 区 面积 为 1.3×10 4 km 2 ， 页岩 气 地质 资源 量 约 8.0×10 12 m 3 。 截至 2020 年 底 ， 中国 石油 和 中国 石化 以 涪陵 、 长宁 、 威远 和 昭通 等 区块 为 重点 ， 已 探明 页岩 气 地质 储量 超过 2.0×10 12 m 3 ， 面积 约 2 000 km 2 ， 其中 中国 石油 探明 储量 为 10610×10 8 m 3 、 中国 石化 探明 储量 为 9 408×10 8 m 3 。 综合 考虑 地表 地理 和 地下 地质 条件 ， 估算 埋 深 3 500 m 以 浅 还 可 再 探明 页岩 气 有利 区 面积 700 km 2 ， 可以 再 新增 探明 页岩 气 地质 储量 超过 5 000×10 8 m 3 。
按照 单 井 控制 面积 0.5 km 2 、 单 井 EUR 为 1.1×10 8 m 3 来 测算 ， 可 钻 开发 井 5 400 口 ， 计算 页岩 气 可采 储量 约 5 900×10 8 m 3 。 考虑 建 产期 和 递减 期 的 生产 情况 ， 埋 深 介于 2 500 ～ 3 500 m 页岩 气 资源 量 可 建 年产 规模 200×10 8 m 3 稳产 20 年 以上 。 2020 年 ， 中国 石油 在 川南 地区 已 建成 年产 气 规模 100×10 8 ～ 120×10 8 m 3 ， 中国 石化 以 涪陵 、 威荣 区块 为 重点 建成 年产 气 规模 80×10 8 ～ 90×10 8 m 3 （ 图 5 ） 。 因此 ， 按照 稳产 20 年 的 目标 ， 埋 深 介于 2 500 ～ 3 500 m 的 海 相 页岩 气 已 基本 完成 产 能 建设 ， 未来 以 稳产 开发 为主 。
3.2 深层 海 相 页岩 气 是 未来 产量 增长 的 主体
四川 盆地 及其 邻 区 埋 深 介于 3 500 ～ 4 500 m 的 深层 海 相 超 压 页岩 气 区 ， 具备 建成 年产 页岩 气 300×10 8 m 3 以上 规模 的 资源 基础 ， 是 未来 页岩 气 产量 增长 的 主要 领域 。 初步 评价 结果 认为 ， 埋 深 介于 3 500 ～ 4 500 m 的 五 峰 组 — 龙马溪 组 页岩 气 开发 有利 区 面积 为 1.6×10 4 km 2 ， 页岩 气 地质 资源 量 为 9.6×10 12 m 3 。 截至 2019年 底 ， 中国 石化 在 威荣 页岩 气田 探明 页岩 气 地质 储量 为 1 247×10 8 m 3 ， 累计 投产 井 超过 20 口 ， 页岩 气 测试 产量 介于 12×10 4 ～ 24×10 4 m 3 / d , 2019年 产量 为 1×10 8 m 3 。 中国 石油 在 泸州 、 渝西 、 长宁 和 威远 等 区块 已 钻 深层 页岩气 勘探 评价 井 超过 40 口 ， 其中 8 口 井 页岩 气 测试 产量 超过 20×10 4 m 3 / d 。 四川 盆地 及其 邻 区 海 相 页岩 气 开发 潜力 分析 结果 如 表 2 所 示 。
1 ） 埋 深 介于 3 500 ～ 4 000 m 的 海 相 页岩 气 开发 技术 基本 成熟 ， 是 “ 十四 五 ” 期间 主要 的 建产 领域 。 初步 评价 结果 表明 ， 埋 深 介于 3 500 ～ 4 000 m 的 五 峰 组 — 龙马溪 组 页岩 气 开发 有利 区 面积 为 0.5×10 4 km 2 ， 页岩 气 地质 资源 量 约 为 3.0×10 12 m 3 。 泸 203 、 足 202-H1 和 阳 101H1-2 等 一 批 评价 井 已经 获得 了 高产 ， 页岩 气 单 井 EUR 超过 1.5×10 8 m 3 。 其中 ， 泸 203 井 页岩 气 测试 产量 达到 138×10 4 m 3 / d ， 预测 单 井 EUR 超过 2.0×10 8 m 3 。 综合 考虑 地表 地理 和 地下 地质 条件 ， 估算 可 探明 面积 为 1 000 km 2 ， 可 探明 页岩 气 地质 储量 为 8 000×10 8 m 3 。 按照 单 井 控制 面积 为 0.5 km 2 、 单 井 EUR 为 1.5×10 8 m 3 来 测算 ， 可以 钻 开发 井 2 000 口 ， 计算 页岩 气 可采 储量 约 为 3 000×10 8 m 3 ， 具备 建成 年产 页岩 气 100×10 8 m 3 规模 且 稳产 20 年 以上 的 潜力 （ 表 2 ） 。
2 ） 埋 深 介于 4 000 ～ 4 500 m 的 海 相 页岩 气 有效 开发 技术 突破 以后 ， 具备 再 上 产 200×10 8 m 3 / a 的 开发 潜力 。 初步 评价 结果 表明 ， 埋 深 介于 4 000 ～ 4 500m 的 五 峰 组 — 龙马溪 组 页岩 气 开发 有利 区 面积 为 1.1×10 4 km 2 ， 页岩 气 地质 资源 量 约 为 9.0×10 12 m 3 。 区内 一 批 评价 井 获得 了 较 高 的 页岩 气 测试 产量 ， 如 阳 101H2-8 井 ， 目的 层 垂 深 为 4 129 m ， 页岩 气 测试 产量 为 51×10 4 m 3 / d ； 黄 202 井 ， 目的 层 垂 深 为 4 082m ， 测试 产量 为 22×10 4 m 3 / d 。 综合 考虑 地表 地理 和 地下 地质 条件 ， 估算 可 探明 面积 为 2 000 km 2 ， 可 探明 页岩 气 地质 储量 为 16 000×10 8 m 3 。 按照 单 井 控制 面积 为 0.5 km 2 、 单 井 EUR 为 1.5×10 8 m 3 来 测算 ， 可以 钻 开发 井 4 000 口 ， 计算 页岩 气 可采 储量 约 为 6 000×10 8 m 3 ， 具备 建成 年产 页岩 气 200×10 8 m 3 规模 且 稳产 20 年 以上 的 潜力 （ 表 2 ） 。
图 5 中国 主要 页岩 气 储 层 分布 图
表 2 四川 盆地 及其 邻 区 海 相 页岩 气 开发 潜力 分析 结果 表
注 ： 区域 ( 1 ) 表示 四川 盆地 及其 邻 区 ， 区域 ( 2 ) 表示 中上 扬子 地区 ； 主力 层 系 ( 1 ) 表示 五 峰 组 — 龙马溪 组 ， 主力 层 系 ( 2 ) 表示 五 峰 组 — 龙马溪 组 、 筇竹寺 组 。
3 ） 埋 深 超过 4 500 m 的 超 深层 海 相 页岩 气 资源 丰富 ， 可 作 未来 保持 稳产 的 接替 领域 。 初步 评价 结果 表明 ， 埋 深 超过 4 500 m 的 五峰 组 — 龙马溪 组 页岩 分布 面积 超过 4 000 km 2 ， 页岩 气 地质 资源 量 约 为 2.4×10 12 m 3 ， 主要 分布 在 泸州 南部 、 长宁 西北部 和 重庆 东部 等 地区 。 泸州 南部 的 泸204 井 ， 目的 层 垂 深 超过 4 500 m ， 压 裂 水平 段 长度 为 650 m ， 优质 储 层 钻 遇 率 为 54% ， 页岩 气 测试 产量 为 14×10 4 m 3 / d 。 综合 考虑 地表 地理 和 地下 地质 条件 ， 估算 可 探明 面积 为 800 km 2 ， 可 探明 页岩 气 地质 储量 为 6 400×10 8 m 3 。 按照 单 井 控制 面积 为 0.5 km 2 、 单 井 EUR 为 1.5×10 8 m 3 来 测算 ， 可以 钻 开发 井 1 600 口 ， 计算 页岩 气 可采 储量 为 2 400×10 8 m 3 ， 具备 建成 年产 页岩 气 80×10 8 m 3 规模 且 稳产 20 年 以上 的 潜力 （ 表 2 ） 。
3.3 低压 低 丰 度 海 相 页岩 气 可 作为 长期 稳产 的 接替
中上 扬子 复杂 地区 广泛 发育 低压 低 丰 度 海 相 页岩 储 层 ， 分布 面积 超过 2×10 4 km 2 。 如 四川 盆地 外围 区 的 五峰 组 — 龙马溪 组 和 筇竹寺 组 页岩 ， 已经 有 超过 50 口 的 勘探 井 获 气 ， 通常 压力 系数 介于 0.8 ～ 1.2 ， 尚 不 能 经济 有效 开发 。 初步 估算 ， 具有 一定 开发 前景 的 页岩 气 区 面积 超过 2 000 km 2 ， 可 探明 页岩 气 地质 储量 超过 8 000×10 8 m 3 。 按照 单 井 控制 面积 为 0.5 km 2 、 单 井 EUR 介于 0.5×10 8 ～ 0.8×10 8 m 3 ， 总计 可以 钻 开发 井 4 000 口 ， 计算 页岩 气 可采 储量 为 2 000×10 8 ～ 3 000×10 8 m 3 ， 具备 建成 年产 页岩 气 60×10 8 ～ 100×10 8 m 3 规模 且 稳产 10 年 以上 的 潜力 （ 表 2 ） 。
3.4 新区 新 领域 页岩 气 在 多 个 地区 见到 突破 的 苗头
鄂尔多斯 、 四川 等 盆地 海 陆 过渡 相 、 陆 相 页岩 气 勘探 评价 取得 重要 进展 ， 有效 开发 取得 突破 以后 ， 具备 建成 年产 页岩 气 100×10 8 ～ 150×10 8 m 3 规模 的 资源 远景 。
鄂尔多斯 盆地 下 二 叠 统 山 西 组 海 陆 过渡 相 页岩 气 勘探 取得 良好 效果 。 中国 石油 多 口 井 在 该 盆地 东 缘 大宁 —吉县区 块山 2 段 获得 页岩 气 测试 产量 0.2×10 4 ～ 1.0×10 4 m 3 / d ， 其中 大吉 51 直 井 测试 产量 为 0.7×10 4 m 3 / d ； 延长 石油 3 口 井 在 延川区 块山 1 段 获得 工业 气流 ， 其中 云 页 平 3 水平 井 测试 产量 为 5.3×10 4 m 3 / d 、 云 页 平 6 水平 井 测试 产量 为 2.0×10 4 ～ 3.0×10 4 m 3 / d [ 34 - 35 ] 。 初步 评价 结果 表明 ， 山 2 段 页岩 气 勘探 有利 区 面积 为 5 000 km 2 （ 图 6 ） ， 页岩 气 资源 量 超过 1.0×10 12 m 3 。
四川 盆地 侏罗系 、 二叠系 富有 机质 页岩 段 也 显示 出 较 好 的 页岩 气 勘探 潜力 。 该 盆地 下 侏罗统 自流 井 组 大安寨 段 二 亚 段 黑色 页岩 集中 发育 ， TOC > 1.0% 、 厚度 超过 30 m 的 页岩 分布 面积 达 4×10 4 km 2 （ 图 7 ) , R o 介于 0.9% ～ 1.6% ， 既 生油 又 生气 [ 36 - 37 ] 。 秋林 19 、 龙浅 2 两 口 直 井 分别 在 大安寨 段 页岩 段 获得 页岩 气 测试 产量 0.23×10 4 m 3 / d 和 0.26×10 4 m 3 / d [ 36 - 37 ] 。 初步 评价 结果 表明 ， 侏罗系 页岩 气 勘探 有利 区 面积 为 6 000km 2 ， 页岩 气 资源 量 介于 0.3×10 12 ～ 0.6×10 12 m 3 。 上 二 叠 统 龙潭 组 页岩 在 全 盆地 广泛 分布 ， 在 川 东南 泸州 — 重庆 为 海 陆 过渡 相 ， 在 川 东北 垫江 — 云阳 地区 为 海 相 侏罗系 。 页岩 储 层 TOC 高 （ 介于 0.5% ～ 12.0% ） ， 演化 程度 适中 （ R o 介于 2.2% ～ 3.5% ） ， 脆 性 矿物 含量 较 高 （ 超过 45% ） ， 与 龙马溪 组 页岩 相似 [ 38 - 39 ] 。 初步 评价 结果 表明 ， 侏罗系 页岩 气 勘探 有利 区 面积 为 1.6×10 4 km 2 ， 页岩 气 资源 量 为 4.4×10 12 m 3 。
图 6 鄂尔多斯 盆地 山 2 段 页岩 厚度 分布 图
4 中国 页岩 气 开发 前景
从 当前 天然气 勘探 开发 总体 形势 来 看 ， 页岩 气 具备 产量 快速 增长 的 基本 条件 ， 是 未来 中国 天然气 产量 增长 的 重要 力量 。 中国 陆上 各 大 含油气 盆地 继续 发现 大型 常规 天然气 田 的 概率 较 低 ， 未来 常规 天然气 产量 以 稳产 为主 [ 40 - 42 ] ； 以 鄂尔多斯 盆地 为 主体 的 致密 气 产量 已 接近 峰 值 ， 产量 继续 增长 的 规模 有限 [ 43 - 45 ] ； 虽 历经 多 年 攻关 ， 但 煤层 气 高效 开发 技术 的 进展 却 仍 较 缓慢 ， 开发 前景 总体 仍 不 明朗 [ 43 - 45 ] 。 初步 预判 ， 在 目前 的 技术 条件 下 ， 2025年 中国 页岩 气 产量 将 有望 达到 300×10 8 m 3 , 2030年 将 达到 350×10 8 ～ 400×10 8 m 3 （ 图 8 ） ， 是 未来 中国 天然气 产量 增长 的 重要 组成 。
4.1 页岩 气 是 中国 天然气 产量 增长 的 重要 组成
初步 预判 的 结果 表明 ： 2025年 中国 天然气 年 产量 将 达到 2 270×10 8 m 3 ， 与 2019年 的 天然气 年 产量 相比 增长 29% ， 其中 页岩 气 年 产量 将 达到 300×10 8 m 3 ， 与 2019年 的 页岩 气 年 产量 相比 增长 146×10 8 m 3 ， 占 天然气 产量 增长 的 29% ; 2030年 中国 天然气 产量 将 有望 达到 2 500×10 8 m 3 ， 与 2019年 的 天然气 产量 相比 增长 42% ， 其中 页岩 气 年 产量 将 达到 350×10 8 ～ 400×10 8 m 3 。 页岩 气 将 成为 支撑 我 国 天然气 产量 增长 的 重要 组成 部分 。
图 7 四川 盆地 大安寨 段 页岩 厚度 分布 图
图 8 中国 页岩 气 产量 预测 图
4. 2 海 相 页岩 气 是 建成 四川 盆地 “ 天然气 大庆 ” 的 重要 资源
我 国 已 在 松辽 盆地 建成 东部 “ 陆上 石油 大庆 ” 、 鄂尔多斯 盆地 建成 西部 “ 常规 — 非 常规 油气 大庆 ” ， 未来 将 在 四川 盆地 建成 “ 常规 — 非 常规 天然气 大庆 ” ， 简称 “ 川渝 天然气 大庆 ” 。 2019 年 四川 盆地 天然气 总 产量 为 504×10 8 m 3 ， 其中 页岩 气 占 51% 。 预计 到 2025年 ， 中国 石油 和 中国 石化 在 四川 盆地 有望 实现 天然气 产量 超过 700×10 8 m 3 （ 约 合 原油 当量 6 300×10 4 t ） ， 将 成为 我 国 最 大 的 油气 产区 之一 ， 在 川渝 地区 （ 四川 盆地 ） 将 建成 “ 天然气 大庆 ” 。 2025 年 全国 页岩 气 产量 300×10 8 m 3 ， 将 主要 来自 四川 盆地 ， 占 其 天然气 总 产量 的 43% ， 在 该 盆地 天然气 产量 增长 中 的 贡献 超过 一半 。
4.3 海 相 深层 是 未来 页岩 气 产量 增长 的 主体
海 相 深层 页岩 气 产量 具备 再 建设 产能 300×10 8 m 3 以上 的 条件 。 “ 十四五 ” 期间 ， 埋 深 介于 3 500 ～ 4 000 m 的 海 相 页岩 气 开发 技术 将 基本 过关 ， 考虑 20 年 稳产 的 要求 可以 上产 100×10 8 m 3 / a ， 以 支撑 2025年 全国 页岩 气 产量 达到 300×10 8 m 3 。 鉴于 埋 深 介于 4 000 ～ 4 500 m 海 相 页岩 气 开发 技术 突破 难度 较 大 ， 2030 年 全国 海 相 页岩 气 产量 低 情景 状态 为 350×10 8 m 3 、 高 情景 状态 为 400×10 8 m 3 。 海 相 超 深层 和 低 压低 丰 度 页岩 气 开发 突破 以后 ， 既 可以 弥补 中 浅 层 和 部分 深层 的 页岩 气 产量 递减 ， 又 可以 作为 海 相 页岩 气 长期 稳产 的 “ 接替 者 ” （ 图 8 ） 。
4.4 非 海 相 页岩 气 有望 支撑 页岩 气 产量 长期 持续 增长
鄂尔多斯 、 四川 等 含 油气 盆地 发育 大量 海 陆 过渡 相 和 陆 相 等 非 海 相 页岩 气 储 层 ， 多 口 勘探 评价 井 已 获得 了 较 高 的 页岩 气 测试 产量 ， 具有 良好 的 页岩 气 开发 前景 。 但 受 资源 勘探 工作量 较 少 、 试采 井 生产 时间 较 短 、 工程 技术 仍 需 攻关 等 制约 因素 的 影响 ， 非 海 相 页岩 气 开发 前景 目前 较 难 判断 。 参考 中国 海相 页岩 气 发展 历程 ， 若 2030 年 开发 技术 能够 获得 突破 ， 则 有望 支撑 中国 页岩 气 产量 长期 持续 增长 。
5 结论
1 ） 在 国家 的 强力 支持 下 ， 通过 10 余 年 的 勘探 开发 攻关 ， 四川 盆地 海 相 页岩 气 基础 地质 理论 认识 取得 了 重大 的 创新 ， 埋 深 3 500 m 以 浅 海 相 页岩 气 开发 技术 已 成熟 配套 ， 埋 深 介于 3 500 ～ 4 000 m 海 相 页岩 气 开发 技术 基本 形成 。 中国 页岩 气 产量 从 无 到 有 ， 用 6 年 时间 实现 了 年产 100×10 8 m 3 ， 其后 又 用 2 年 时间 实现 了 200×10 8 m 3 的 历史 跨越 ， 创造 了 中国 天然气 发展史 上 的 奇迹 。
2 ） 以 四川 盆地 及其 邻 区 海 相 页岩 气 为 主体 ， 并且 积极 开展 对 海 陆 过渡 相 及 陆 相 页岩 气 勘探 开发 的 攻关 研究 ， 估算 该 区 的 合计 可 探明 页岩 气 地质 储量 超过 8×10 12 m 3 ， 可以 支持 中国 页岩 气 产量 持续 快速 增长 。 其中 ， 埋 深 3 500 m 以 浅 的 中 浅 层 海 相 页岩 气 可采 储量 为 5 900×10 8 m 3 ， 已 建成 年产 气 能力 200×10 8 m 3 ； 估算 埋 深 介于 3 500 ～ 4 500 m 的 海 相 页岩 气 可采 储量 为 9 000×10 8 m 3 ， 可 建成 年产 气 能力 300×10 8 m 3 。
3 ） 初步 预判 认为 ， 2025 年 中国 页岩 气 产量 将 达到 300×10 8 m 3 , 2030 年 将 达到 350×10 8 ～ 400×10 8 m 3 ， 是 未来 中国 天然气 产量 增长 的 重要 力量 ； 其中 海 相 深层 是 未来 页岩 气 产量 增长 的 主力 ， 到 2030年 有望 建成 页岩 气 年产 气 规模 150×10 8 ～ 200×10 8 m 3 。 以 四川 盆地 为 主体 的 页岩 气 开发 将 有望 推动 川渝 地区 成为 我 国 最 大 的 油气 产区 ， 在 四川 盆地 建成 “ 天然气 大庆 ” 。
本 文 基于 当前 的 理论 技术 认识 预测 较为 落实 的 页岩 气 发展 前景 。 随着 关键 工程 技术 的 不断 创新 突破 以及 页岩 气 开发 成本 的 不断 降低 ， 中国 页岩 气 的 发展 前景 仍 有 进一步 向 好 的 空间 。
