美国页岩气开发驱动全球能源革命

新华08网北京10月18日电(经济参考报记者)页岩气是一种特殊的非常规天然气，教科书将其定义为赋存于暗色泥页岩、粉砂质泥岩地层中的天然气，是清洁、高效的能源资源和化工原料。早在1921年，美国就钻探了世界上笫一口工业性页岩气井，美国的页岩气勘探生产和开发研究被称为“静悄悄的革命”。据统计，2000年全美页岩气产量近200亿立方米，到2008年增至507亿立方米，占全美天然气总产量的9%左右。美国页岩气成功开发极有可能成为全球页岩气开发的“引擎”，驱动能源产业出现一场革命……

领军全球页岩气勘探开发

上世纪70年代，美国为摆脱对外能源依赖，开始大量投入大量资金用于页岩气的地质和地球化学研究，并在页岩气的吸附机理研究等方面取得重大突破，使美国页岩气的产量大幅度提高。2000年以后，美国页岩气发展迅猛，十年间产量增长了12倍，由2000年的122亿立方米增加到2010年的1500亿立方米，占当年天然气产量的20%，由此跃升为世界第一大产气国。据美国能源局资料(EIA)预计，2015年美国页岩气产量将达到2800亿立方米。

目前，美国页岩气开发主要集中在五大页岩气区，即伍德福德、巴纳特、费耶特维尔、安特里姆新奥尔巴尼和海恩斯维尔。其中，位于美国得克萨斯州沃思堡盆地的巴纳特页岩气区，截至2008年底完钻页岩气生产井11271口，获得页岩气可采储量2.7万亿立方米，同年生产页岩气366亿立方米，其核心产区东纽瓦克气田页岩气产量超过110亿立方米，成为美国境内12个大气田之—。

页岩气异军突起不仅弥补了美国国内天然气供应缺口，使天然气消费逐步实现自给，并推动美国国内天然气价格大幅回落。能源生产结构的重大变革不仅改变了美国的能源供需结构，降低了美国天然气消费的对外依存度，美国国家能源安全也在一定程度上得到保障。从20世纪70年代开始，美国政府实施了一系列鼓励能源储备、替代能源发展、替代燃料技术贸易化等方面的税收激励或补贴政策，极大地激励了国内非常规能源的生产。美国政府对页岩气开发的重视为页岩气发展提供了强劲动力，有利的政策支持大大降低开发成本，刺激页岩气的发展。

页岩气开发是一个系统的，庞杂的工程，页岩气的经济型开发对于技术要求更高。美国页岩气开发技术包含了页岩气开发过程中的钻井、测井、录井、完井、压裂、酸化以及提高采收率系统技术，其中尤以水平钻井和水力压裂技术为核心技术。美国页岩气开发技术也经历了相当长时间的摸索直至成熟的过程，随着水力压裂、同步压裂、重复压裂以及水平井的应用，单井产量大幅上升，使页岩气开采实现经济性基础。2002年以前，垂直井是美国页岩气开发主要的钻井方式，随着2002年戴文能源公司七口巴纳特页岩气试验水平井取得了巨大成功，业界开始大力推广水平钻井，水平井已然成为页岩气开发的主要钻井方式。2002年后，巴纳特页岩气水平井完井数迅速增加，2003-2007年巴纳特页岩水平井累计达4960口，占巴纳特页岩气生产井总数的50%以上，2007年完钻2219口水平井，占该年页岩气完井数的94%。

巴纳特页岩最成功的直井在2006年上半年的累积产量为990万立方米，而同期表现最好的水平井的产量为2830万立方米，为直井的三倍。水平井生产还具有目标范围更广，裂缝相遇几率大、地质限制低和安全性更高的优点。上世纪90年代，巴纳特气田开发使用的是直井，钻井数量缓慢增长。从2004年开始，水平井生产量显著上升，开启水平井替代直井的技术升级，至2010年，水平井的数量占到70%的比例，页岩气产量占到90%。

水平井完井成本较高，决定页岩气能否经济型开发的关键是单井产量，而压裂技术是提高单井产量的关键一环。页岩气井钻井完成后，还要经过酸化、压裂等储层改造措施后才能获得比较理想的产量。水力压裂是目前用于页岩储层改造的主要技术，包括多级压裂、清水压裂、同步压裂及重复压裂技术。同步压裂技术是页岩气储层改造的另一项重要技术，适用于两口或多口距离相近，水平井段大致平行的井。2006年，同步压裂技术开始应用于巴纳特页岩气完井，最终改变近井地带的应力场使页岩气井短期内产量显著增加。美国页岩气生产的几大盆地中水平井长度和单井压裂次数均处于上升状态。气井开发中后期，初始压裂效果下降时可以采用重复压裂技术，对于初次压裂效果不理想的井同样适用。1999年引入的重复压裂能重建储层到经验的线性流，恢复或增加产能，可以使估计最终采收率提高8%—10%，可采储量增加60%。巴纳特页岩新井完井和老井采用重复压裂方法压裂后，页岩气产量与估计最终可采储量都接近甚至超过初次压裂时期。

美国2007年开始进入页岩气开发高潮，每年的水平井增量在6000-7000口，每口井的投资成本在200-600美元，再加上管线和增压站投资，工程投资量非常大，在投资高峰时期每年的投资近400亿美元。随着政策因素和技术进步的推动，美国页岩气已经实现经济性开发，某些开发商的投资回报率可高达50%。在纽约商品交易所天然气价格和12%必要报酬率的条件下，很多盆地和开发商的盈亏成本非常低。据统计，2000年全美页岩气产量近200亿立方米，页岩气井2.8万口，开发企业10余家；到2008年，页岩气产量增至507亿立方米，占全美天然气总产量的9%左右，年均增长12.5%，页岩气井超过四万口，开发企业达到64家。