祖国西南大地深处传来了好消息：四川盆地页岩气勘探获重大突破。
2022年11月，綦江页岩气田首期探明地质储量1459.68亿立方米通过自然资源部专家组审定，标志着我国又一个超千亿立方米的大型整装页岩气田诞生。
页岩气也称“人工气藏”，其开采乃业界公认的世界级难题。在当前全球天然气供应紧张大背景下，页岩气开采备受瞩目。初步勘探显示，我国页岩气可采资源量介于11.5万亿-36.1万亿立方米，位居全球第一，但埋藏深、地质条件复杂，勘探开发难度大。它曾是泥沙，与古生物遗骸相伴，静静沉积于水底。在地质演化过程中，黏土矿物、石英颗粒和有机质共同结成了页状或板状、带有颗粒空隙的沉积岩石。海陆变迁，页岩或留于河流三角洲、海洋大陆架，或化为沉积盆地。未知名的古生物足迹、数亿年前的雨滴痕迹，都能在它身上发现。高温高压将古生物遗骸等有机质锤炼成天然气，继续伴其身畔。其中一部分天然气从页岩中跑出来，进入孔隙度渗透率较高的地层，成为常规天然气。还有一部分留在页岩内，有的游离于孔隙裂缝，有的吸附在干酪根、黏土颗粒表面，有的溶解到干酪根和沥青质中（游离气比例一般在20%-85%）。这些未能“出逃”的非常规天然气，就是页岩气。【注：干酪根，指沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和非极性有机溶剂的分散有机质。】页岩气的生成绝非易事。它需要足够的有机质、较快的沉积速率和封闭好的沉积环境，以抢在氧气氧化前保住有机质；还要有足够厚的页岩层封盖和发育好的孔隙裂缝，既要提供充足的储存空间，还得防止气体外溢。全球页岩气的估计资源量约为456万亿立方米，是当前世界常规天然气探明总储量的2.46倍，相当于煤层气与致密砂岩气资源量总和，主要分布在北美、中亚、中国、拉丁美洲、中东、北非和俄罗斯等地，其中北美地区分布最广。面对能源需求日益攀升、常规油气资源消耗、油气供需矛盾突出等问题，页岩气开采不仅增加了天然气产量，更对全球能源供应格局带来重要影响。与常规油气资源相比，页岩气不仅储量丰富，而且清洁高效。在同等条件下，页岩气燃烧所产生的二氧化碳仅为石油的67%、煤炭的44%，作为生活和工业原料的开发潜力巨大、应用前景广阔。页岩气虽同为“大自然的馈赠”，想要进入千家万户、造福人类，相比常规天然气却困难得多。常规天然气采收率在60％以上，页岩气仅为5％-60％。【注：采收率，指在现代技术和经济条件下可能采到的油气数量与油气藏中原始储量之比。】这是因为，常规气通常存在于微米级和厘米级空隙内，施压后气可顺着井筒流到地面。但页岩气存在于纳米级空隙且相互分离，储层孔隙度和渗透率很低，打完直井段后气不能自动出来。一般而言，开采页岩气时要顺着页岩地层再打2000-3000米长的水平井，像高速公路一样连接地下各处分散的页岩气。然后分段切割、水力压裂，使岩层出现裂缝， 气才会顺着裂缝进入管道、来到地表。业内有一个形象的比喻：若将岩石比作人体肌肉，天然气则是肌肉中的血液。开发常规天然气是在动静脉血管中采血，开采页岩气则是直接从毛细血管中采血。可见工程难度之高、成本投入之大。我国页岩气资源丰富，地质资源量约为80.45万亿-144.5万亿立方米，主要分布在松辽盆地、渤海湾盆地、江汉盆地、四川盆地、柴达木盆地等。其中，可采资源量介于11.5万亿-36.1万亿立方米，位居全球第一。海相页岩资源潜力最大，其次为海陆过渡相页岩，再次为陆相页岩。
资源丰富之现实，难掩能源安全之风险。2021年，我国共消费天然气3770亿立方米，自产天然气2075亿立方米，约45%的天然气仍需进口，对外依存度较大。因此，加快页岩气资源勘探开发、改善能源结构、保障能源安全，势在必行。不过，中国有组织地进行页岩气开采工作的时间并不长。在早期油气勘探开发过程中，我们也曾在渤海湾、四川等陆上含油气盆地中发现过页岩气或泥页岩裂缝性油气藏，但还不成规模。【注：1996年，四川盆地威远构造上钻探的威5井，为中国第一口页岩气发现井，在古生界寒武系筇竹寺组海相页岩中获得日产气24600立方米。】进入21世纪，以合作借鉴彼时国际先进技术为起点，我们开始有意识地推进页岩气开采。“美国拥有一种新技术，能够开采以前无法开采的天然气。如今，这种新技术正从美国传播到世界上其他国家。”
这段话来自2009年10月10日的美国《纽约时报》，所谓“新技术”便是页岩气开采。美国是世界上最早发现和生产页岩气的国家，早在19世纪初就开始了试验性开发，1821年钻探了第一口页岩气井。20世纪20年代，美国开始页岩气现代化工业生产，70年代中期突破关键技术（如前文所述水平井技术、水压裂技术等）、实现规模化发展，后开始大规模商业性开采。进入21世纪，仅用20年时间，页岩气年产量就从120亿立方米涨至7330亿立方米，占据其天然气总产量半数以上。瞄准先进技术，2007-2009年，在跟踪分析北美页岩气的基础上，我国学者引入了页岩气概念，明确了工作重点——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，找到了页岩气有利区——长宁、威远和昭通，启动了产业化示范区建设。2010年，我国第一口页岩气井——威201直井在龙马溪组页岩段压裂获得页岩气测试产量0.3万-1.7万立方米/天，解决了有无页岩气的问题；2011年，四川宜宾的宁201-H1井实施水平井10段压裂，获得页岩气测试产量 15万立方米/天，成为我国第一口具有商业价值的页岩气井。学习借鉴容不得照搬照抄，这条宝贵经验在页岩气开采之路上同样应验。美国页岩气开采进展顺利，与其特有的地质条件紧密相关。先看地上，蕴藏区大多为平原、没有高山深沟，水源丰富，有利于钻井运输；再看地下，地质构造多为海上地层，处于生油生气高峰，后期受到的构造运动（如断层切割）破坏较弱，且气藏浅（多在1500-3500米），便于勘探开采。与之相比，我国的开采条件恶劣得多。以重点产区四川盆地为例：地上多山高谷深、地形复杂，勘探制约较大。地下地层年代久远（4亿年前），页岩被多次改造、断裂发育，气藏赋存状态复杂、保存条件较差；页岩含气量偏低（平均每吨1-3立方米），远小于北美页岩（平均每吨3-6立方米）；埋藏深度偏大，普遍深于3500米。如果说，北美页岩气是盛在碗里的水，我国页岩气就是碗被打碎后的状态——附着在无数碎片上，有的甚至流光了。好在我们的“碎碗”下方还有更深的“储水槽”——国内页岩气资源评价结果表明，3500米以深的深层页岩气资源量占总量的65％以上！想要获得更多页岩气，必须自主探索，向大地更深处进发。在四川产区的蜿蜒山路上，一列页岩气压裂车车队在崇山间驶过。领头的是一位高4米、重37吨的“大家伙”，它还有一个和自己身形不太搭的外号“小九”。
这是我国自主研发的页岩气开采神器——“阿波罗”涡轮压裂车，因项目号“XX009”而得名“小九”。
“阿波罗”涡轮压裂车。来源：《大国重器（第二季）——造血通脉》之前说到，与北美页岩气相比，我国页岩气矿藏大多集中在沟壑众多的西南山区，气藏更深了1000米左右。现场只能修整出足球场大的作业空间，大型装备无法进入。这1000米意味着什么？每向下多钻500米地层，温度要升高10-15摄氏度，地层上覆承受的地层压力就会增加10兆帕，相当于1000米深的净水柱的压力，这意味着地面压裂设备要能够持续提供大排量压力输出。打个比方，浅层页岩气开发是将羊肠小道扩建为高速公路，深层页岩气开发是在青藏高原上开山架桥、修盘山公路。页岩气开采需要压裂，压裂车的功率大小很大程度上影响着开采效率。“小九”是目前世界上体积最小、单机功率最大的压裂车，搭载了用于直升机的5600马力的涡轮发动机、用于游艇的高速减速箱、全球油田开采水马力最大的柱塞泵。三大核心部件，助力“小九”突破传统压裂局限，可带动20多台普通压裂车共同工作，开采人员得以在一个足球场大小的面积内布置足够完成开采工作的大量设备。“小九”的出现，正是我国自主探索页岩气开采技术之路的缩影。
中国页岩气产业发展历程简图。来源：参考资料2《中国页岩气开发进展、潜力及前景》2012年，我们在重庆发现了涪陵页岩气田，钻探了焦页1HF水平井，获得测试产量20.3万立方米/天，取得重大勘探突破并首次实现页岩气商业性开发。此后，以长宁、威远和昭通埋深3500米以浅页岩气资源为主实施产能建设工作，有效开发浅页岩气资源；在涪陵区块实施页岩气立体式开发，在一口井下打三个水平钻，相当于把地下井网由平房变成三层楼房，最大程度提高页岩气产量，采收率可突破50%，以实现页岩气持续稳产上产；创新发展海相页岩气开发配套技术，具备了3500米以浅海相页岩气规模开发技术能力……2014-2019年，中国天然气产量增长550亿立方米，其中页岩气占产量增长贡献率的28%。2019年，四川盆地天然气总产量为504亿立方米，其中页岩气占51%。未来，四川盆地上将建成“川渝天然气大庆”，成为我国最大的油气产区之一。截至2020年，我们已在四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组相继发现涪陵、威荣、长宁、威远、昭通和永川6个大中型页岩气田，累计探明地质储量超过2万亿立方米。到2021年，涪陵页岩气田累计已近9000亿立方米探明储量，占到全国总探明储量的34%左右。涪陵页岩气田的理论技术、研发装置已在全国很多地方得到了推广应用，甚至在页岩油等非常规致密油气、煤层气开采上得到了应用。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，目前年产量已超过200亿立方米。2022年6月，綦江新页1井试获日产页岩气53万立方米。至此，川东南盆缘复杂构造带“新场南-东溪-丁山-林滩场”形成整体连片，整体资源量达11930.5亿立方米。这是继涪陵页岩气田之后的第二个万亿方页岩气资源阵地，将为保障我国能源安全贡献重要力量。“新场南-东溪-丁山-林滩场”的平均深度大于3500米，其中最深完钻的丁页8井气层达到4614米。中国页岩气开采，继续向大地深处探索。辽阔的中国大地上，一场场事关资源分配的“乾坤大挪移”正悄然上演。
东部沿海一隅，每年有69亿立方米天然气输入。这里是上海，也是我国川气东送管道工程的终点。川渝气藏东跨2000多公里，维持着13万家企业、工厂的正常运转。产业飞速发展，需要更强大的能源支撑。能源结构向低碳、环保、清洁化演变转型的当下，中国天然气需求量越来越多。自2007年起，我国天然气产销出现缺口，并持续扩大。页岩气的出现，为弥补这一缺口带来了新的希望。
2014年4月17日，重庆涪陵，中原石油工程50710井队在焦页23-1HF井进行页岩气钻井施工。图｜IC photo涪陵页岩气田日均产量约2000万立方米，基本可满足4000万户家庭一天生活用量，带动周边十几家企业参与页岩气开发和5000多名当地居民就业。作为川气东送管道重要气源之一，自2012年以来，涪陵页岩气田已为长江经济带沿线6省2市送去清洁能源，惠及70多个大中型城市、上千家企业、2亿多居民。我国页岩气商业开发近10年，2000米浅层地下页岩气开采模式成熟、增速良好。2021年，全国共生产230亿立方米页岩气，相当于每天生产6300万立方米，能满足1.2亿户家庭日需，给我国原本紧张的燃气市场提供了很好的补充。在当前技术条件下，2025年中国页岩气产量将有望达到300亿立方米，2030年将达到350亿-400亿立方米。页岩气将成为支撑我国天然气产量增长的重要组成部分。加快页岩气资源勘探开发，强力支持页岩气产业发展，对改善我国能源结构、保障能源安全具有重要意义。2018年，财政部、国家税务总局印发《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。能源开发与环境保护并非绝对的对立关系，“在开发中保护、在保护中开发”是我国页岩气开采事业所秉承的理念。为了在钻井过程中不污染近地表淡水层，我们会再下一层套管，把井筒和淡水层隔开；进行水力压裂的入井材料都是达到食品卫生级的，压裂完成后返出的压裂液也会尽可能重复利用。涪陵页岩气田还会定期向社会大众披露气藏开发和环境保护情况，协助当地农地复垦，并跟地方政府、第三方监测机构设置78个常态化监测点，用来监测地表水、地下水、土壤、大气含量、噪声指标。根据检测结果，过去10年间，涪陵页岩气田的开发工作没有对当地环境造成明显影响。期间累计生产的468亿立方米气藏，相当于植树5.1亿棵、3600万辆家用轿车停开一年。重庆涪陵页岩气田焦页18-S12HF井完井，刷新我国页岩气井水平段最长、水平段“一趟钻”进尺最长两项纪录；四川乐山市金石103HF探井评价落实地质资源量达3878亿立方米，开辟了页岩气规模增储新阵地；綦江页岩气田首期探明地质储量1459.68亿立方米通过自然资源部专家组审定，标志着我国又一个超千亿立方米的大型整装页岩气田诞生……
来源：央视新闻截图。祖国西南大地上，页岩气开采捷报频传。中国页岩气开采，正不断向大地更深、更广处进发。参考资料：
1.刘宇峰、刘迪仁、彭成、张仁贵，《中国页岩气勘探开发现状及关键技术进展》，《现代化工》2022年第1期；
2.邹才能、赵群、丛连铸、王红岩、施振生、武瑾、潘松圻，《中国页岩气开发进展、潜力及前景》，《天然气工业》2021年第1期；
3.程涌、陈国栋、尹琼、夏彩行、王发龙、周丽、卢萍、马磊，《中国页岩气勘探开发现状及北美页岩气的启示》，《昆明冶金高等专科学校学报》2017年第1期；
4.张东晓、杨婷云，《页岩气开发综述》，《石油学报》2013年第4期；
5.王冠男、张成龙，《页岩气开采技术与我国页岩气开发建议》，《石化技术》2022年第2期；
6.吴西顺、孙张涛、杨添天、王淑玲、张炜，《全球非常规油气勘探开发进展及资源潜力》，《海洋地质前沿》2020年第4期；
7.张姗，《美国页岩气发展现状及对我国页岩气开发的启示》，《中国能源》2020年第6期；
8.王世谦，《页岩气资源开采现状、问题与前景》，《天然气工业》2017年6期；
9.《创新一线——“生气”的石头》，CCTV-10，2018年12月10日；
10.《大国重器（第二季）——造血通脉》，CCTV-2，2018年3月1日；
等等。
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