2023年頁巖氣行業(yè)研究報告2023年9月目錄一、頁巖氣成為中國第172種礦產(chǎn) 31、頁巖氣簡介 32、國土資源部正式公布頁巖氣為新發(fā)現(xiàn)礦種 4二、非常規(guī)氣將成為我國未來重點發(fā)展對象 51、我國原油和天然氣對外依存度不斷上升 52、天然氣在能源結(jié)構(gòu)中將占據(jù)重要地位 63、我國將大力發(fā)展非常規(guī)天然氣資源 84、頁巖氣獨立礦種屬性界定具有重大意義 95、頁巖氣將迎來發(fā)展的黃金時代 10三、國內(nèi)頁巖氣資源 121、國內(nèi)頁巖氣資源分布情況 122、國內(nèi)頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀 143、工程技術(shù)之一：頁巖氣水平井鉆井技術(shù) 184、工程技術(shù)之二：水平井分段壓裂改造技術(shù) 21（1）水平井鉆完井技術(shù) 21（2）水平井分段壓裂技術(shù) 22四、現(xiàn)階段頁巖氣產(chǎn)業(yè)面臨的七大問題 231、資源勘探風險 232、技術(shù)研發(fā)及技術(shù)合作風險 243、投資主體單一 244、官網(wǎng)設施不足 255、定價機制 256、政策風險 267、環(huán)保因素 26一、頁巖氣成為中國第172種礦產(chǎn)1、頁巖氣簡介以甲烷為主要成分、非常規(guī)天然氣形式存在的頁巖氣，2011年12月30日正式成為中國第172種礦產(chǎn)，國土資源部也將按獨立礦種制定投資政策，進行頁巖氣資源管理。頁巖氣是一種特殊的非常規(guī)天然氣。頁巖氣定義：賦存于富有機質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣，具有自生自儲、無氣水界面、大面積連續(xù)成藏、低孔、低滲等特征。頁巖氣是一種清潔、高效的能源資源和化工原料，主要用于居民燃氣、城市供熱、發(fā)電、汽車燃料和化工生產(chǎn)等，用途廣泛。頁巖氣生產(chǎn)過程中一般無需排水，一般無自然產(chǎn)能或低產(chǎn)，需要大型水力壓裂和水平井技術(shù)才能進行經(jīng)濟開采，單井生產(chǎn)周期長，一般30-50年，勘探開發(fā)成功率高，具有較高的工業(yè)經(jīng)濟價值。2、國土資源部正式公布頁巖氣為新發(fā)現(xiàn)礦種按國務院指示精神，考慮頁巖氣自身特點和中國頁巖氣勘查開采進展以及國外經(jīng)驗，國土資源部將頁巖氣按獨立礦種進行管理，引進多種投資主體，制定相關(guān)支持政策，推進頁巖氣勘查開采進程，盡快實現(xiàn)中國頁巖氣規(guī)模開發(fā)，有利于緩解中國油氣資源短缺，提高天然氣供應能力，有利于改變中國能源結(jié)構(gòu)，增加清潔能源供應，形成油氣勘探開發(fā)新格局。為推進頁巖氣勘查開采，目前國土資源部已完成第一輪頁巖氣探礦權(quán)招標出讓，引入多種投資主體，通過競爭取得探礦權(quán)，通過合同約定勘查年限和投入，通過監(jiān)管督促中標企業(yè)履行合同。建立退出機制，對于未完成合同承諾勘查投入的，要求探礦權(quán)人部分或全部退出區(qū)塊。二、非常規(guī)氣將成為我國未來重點發(fā)展對象1、我國原油和天然氣對外依存度不斷上升近年來，石油資源短缺已成為制約全球經(jīng)濟發(fā)展的共同難題，世界各國都掀起了非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的熱潮，開發(fā)非常規(guī)油氣已成為各國油氣勘探開發(fā)的重點發(fā)展對象。隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，油氣供需矛盾也逐漸顯現(xiàn)。近年來，我國傳統(tǒng)能源對外依存度逐年上升，2010年我國原油對外依存度達到53.8%，煤炭凈進口量約1.46億噸，同比增長近41%，逐年增大；同時，我國天然氣消費需求的增長速度已經(jīng)超過煤炭和石油，天然氣供需矛盾突出，2010年我國天然氣對外依存度達到11.7%。在當前煤炭面臨環(huán)保壓力、油氣對外依存度高企、核電公共安全突顯、新能源并網(wǎng)遇阻的大環(huán)境下，加快開發(fā)頁巖氣的開發(fā)及利用對保障能源供應安全意義重大。2、天然氣在能源結(jié)構(gòu)中將占據(jù)重要地位對所有燃料的需求都在上升，但化石燃料在全球一次能源消費中的占比會從2010年的81%小幅下滑到2035年的75%。到2035年之前，天然氣是唯一一種在全球能源結(jié)構(gòu)中占比增加的化石燃料。按照我們“富煤貧油少氣”的國情，決定了常規(guī)天然氣的增長潛力有限，由于我國油田大部分處于開采后期，溶解氣豐度有所降低，即使考慮到“十二五”期間，西北地區(qū)仍會有一些溶解氣高的油田投產(chǎn)，油田伴生氣的產(chǎn)出仍不可避免會有所降低。北美地區(qū)的非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)的崛起，對全球市場發(fā)生影響深遠的變革，國內(nèi)資本市場對煤層氣、頁巖氣也寄予厚望。非常規(guī)天然氣已經(jīng)改變了北美天然氣市場。到2030年，預計頁巖氣和煤層氣將占北美天然氣產(chǎn)量的57％，并能夠使液化天然氣出口變得經(jīng)濟可行。但成本和進入風險依然存在。在北美以外地區(qū)，非常規(guī)天然氣可能在未來發(fā)揮更大作用?？朔夹g(shù)和監(jiān)管障礙的能力將決定發(fā)展步伐。3、我國將大力發(fā)展非常規(guī)天然氣資源中國的天然氣產(chǎn)量預計每年增長6％，煤層氣和頁巖氣可能占這種增長的41％，但中國的進口需求仍將上升。隨著我國對天然氣需求快速增加，非常規(guī)氣的勘探和開發(fā)逐步受到重視。我們認為煤層氣是現(xiàn)階段非常規(guī)天然氣的發(fā)展突破點。煤層氣開采技術(shù)相對成熟，但是由于輸送手段和利用手段的欠缺，目前利用率僅有30%左右，“十一五規(guī)劃”我國煤層氣產(chǎn)量100億立方米，在“十二五”規(guī)劃中，煤層氣產(chǎn)量2015年將翻番，達到年產(chǎn)210-240億立方米，其中井下抽采量達125億立方米。美國自上世紀開采巖頁氣以來，產(chǎn)量接近1000億立方米，超過我國常規(guī)天然氣的年產(chǎn)量。頁巖氣快速勘探開發(fā)使美國天然氣儲量增加了40%，2010年頁巖氣產(chǎn)量將占全美天然氣產(chǎn)量的15%以上。根據(jù)美國能源資料協(xié)會(EIA)2011年4月份發(fā)布資料估計,中國技術(shù)可采頁巖氣儲量為36.1萬億立方米(1,275萬億立方英尺),遠高于排名第二的美國（24.4萬億立方米即862萬億立方英尺)。頁巖氣作為一種新能源，需要全新的勘查開采技術(shù)手段和全新的管理方式。頁巖氣開發(fā)高度依賴于技術(shù)進步，如果按照常規(guī)油氣思路開發(fā)頁巖氣，必然導致成本居高不下。4、頁巖氣獨立礦種屬性界定具有重大意義本次國務院將批準頁巖氣的獨立礦種屬性將對促進中國整個頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。按國務院指示精神，考慮頁巖氣自身特點和中國頁巖氣勘查開采進展以及國外經(jīng)驗，國土資源部將頁巖氣按獨立礦種進行管理，引進多種投資主體，制定相關(guān)支持政策，推進頁巖氣勘查開采進程，盡快實現(xiàn)中國頁巖氣規(guī)模開發(fā)，有利于緩解中國油氣資源短缺，提高天然氣供應能力，有利于改變中國能源結(jié)構(gòu)，增加清潔能源供應，形成油氣勘探開發(fā)新格局。5、頁巖氣將迎來發(fā)展的黃金時代過去5年間，美國頁巖氣產(chǎn)量增長近20倍，成為全球最大天然氣開采國。2006年美國頁巖氣產(chǎn)量為當年天然氣總產(chǎn)量的1％，而2010年這一比例躍升至17％，超過1000億立方米（2010年中國天然氣總產(chǎn)量為944.8億立方米）。五年間，美國頁巖氣產(chǎn)量增長近20倍。美國不僅實現(xiàn)天然氣自給,還可能成為天然氣出口國，這被稱為美國的“頁巖氣革命”。這背后，美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)鏈上大大小小上萬家企業(yè)功不可沒。其操作模式多為小型企業(yè)聯(lián)合提供技術(shù)，與本地石油企業(yè)聯(lián)合前期開發(fā)。當項目進展到一定的規(guī)模時，全國性或者跨州的大型石油企業(yè)便進行收購。除了對油田增產(chǎn)，提高采收率外，頁巖氣的開采帶來新的設備需求領域。海外壓裂設備在北美主要用于非常規(guī)氣開發(fā)，除北美外其他地區(qū)主要用于石油增產(chǎn)。美國自上世紀開采巖頁氣以來，產(chǎn)量接近1000億立方米，超過我國常規(guī)天然氣的年產(chǎn)量。頁巖氣快速勘探開發(fā)使美國天然氣儲量增加了40%，2010年頁巖氣產(chǎn)量將占全美天然氣產(chǎn)量的15%以上。根據(jù)美國能源資料協(xié)會(EIA)2011年4月份發(fā)布資料估計,中國技術(shù)可采頁巖氣儲量為36.1萬億立方米(1,275萬億立方英尺),遠高于排名第二的美國（24.4萬億立方米即862萬億立方英尺)。我國作為天然氣儲量較低，頁巖氣給我國帶來新的替代資源，也將給公司帶來新的市場需求。頁巖氣藏的儲層一般呈低孔、低滲透率的物性特征，氣流的阻力比常規(guī)天然氣大，所有的井都需要儲層壓裂改造才能夠開采出來。壓裂和徑向鉆井是作為頁巖氣開發(fā)的兩大重要手段，從設備到服務杰瑞都有涉足。目前，能滿足頁巖氣開發(fā)的壓裂設備國內(nèi)只有四機廠和杰瑞兩家能生產(chǎn)；能提供徑向鉆井服務的，國內(nèi)目前只有杰瑞與美國徑向鉆井公司的合資公司。中國對頁巖氣的開發(fā)目標是：在2020年實現(xiàn)年產(chǎn)能150-300億立方米。該產(chǎn)能是中石油目前所有非常規(guī)能源產(chǎn)量的150-300倍。研究表明，中國的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與美國類似，我國頁巖氣儲量最豐富的地方在四川盆地。據(jù)EIA統(tǒng)計，目前全美頁巖氣井多達上萬個，參與頁巖氣開發(fā)的石油公司也已上萬家。國內(nèi)第二次頁巖氣招標（有可能在明年初舉行）形式的改變也許暗示著中國將要復制美國的頁巖氣開采發(fā)展之路。研究表明，中國的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與美國類似，我國頁巖氣儲量最豐富的地方在四川盆地。三、國內(nèi)頁巖氣資源1、國內(nèi)頁巖氣資源分布情況中國的頁巖氣儲層分布廣泛，主要有海相和陸相兩種類型。海相主要分布在南方的三大地區(qū)或盆地，陸相主要分布在中西部地區(qū)的五大盆地。頁巖氣資源廣泛分布于海相（主要）、陸相沉積盆地內(nèi)，在全國范圍內(nèi)，各地質(zhì)歷史時期都存在頁巖氣資源。我國頁巖氣資源潛力排序為：1、在四川、鄂爾多斯、中下?lián)P子地區(qū)、華北盆地頁巖地質(zhì)條件最好。2、準噶爾、松遼、吐哈等盆地頁巖氣基本地質(zhì)條件較好。3、柴達木、遼河等盆地頁巖氣地質(zhì)條件較差。2、國內(nèi)頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀目前全球頁巖氣業(yè)務主要集中在海相。初步預測國內(nèi)三大地區(qū)海相頁巖氣資源量約21萬億方，占總資源量的70%。我國頁巖氣資源的主體是海相頁巖氣資源，南方地區(qū)是頁巖氣成藏有利區(qū)域。南方海相古生界頁巖分布面積廣、厚度大、有機質(zhì)含量高、成熟度適中，有利于頁巖氣成藏。2011年4月，國內(nèi)第一口頁巖氣水平井在四川威遠縣實現(xiàn)完井，這標志著中國頁巖氣開采進入實質(zhì)性的實驗生產(chǎn)階段。本次作業(yè)是國內(nèi)第一次頁巖氣水平井的壓裂施工作業(yè)，杰瑞有3臺壓裂車參與了施工，在作業(yè)過程中運行平穩(wěn)，控制穩(wěn)定，總體表現(xiàn)優(yōu)異，尤其在燃油效率和排放上優(yōu)于其他公司產(chǎn)品。這將有利于鞏固公司作為壓裂設備供應商的地位。目前，頁巖氣勘查工作在四川威遠、湖北等地取得了良好的勘查效果，已有4口探井獲得了工業(yè)氣流。頁巖氣發(fā)展優(yōu)勢明顯。資源量豐富，與常規(guī)天然氣相當。可作為獨立的礦種，不存在采氣權(quán)和采礦權(quán)的沖突。國土資源部將頁巖氣列為獨立礦種，鼓勵多種投資主體進入頁巖氣勘探開發(fā)領域，今后將有更多的頁巖氣區(qū)塊面向社會招標出讓。遵循美國的經(jīng)驗，非常規(guī)氣尤其是頁巖氣的開發(fā)應更多向市場開放，鼓勵各種新技術(shù)的應用和創(chuàng)新。從這一點上說，比較適合有實力的民營企業(yè)進入。但因為國內(nèi)天然氣價格偏低，以及非常規(guī)氣并網(wǎng)等問題短期內(nèi)難以解決，中國對頁巖氣的開發(fā)目標是：在2020年實現(xiàn)年產(chǎn)能150-300億立方米。該產(chǎn)能是中石油目前所有非常規(guī)能源產(chǎn)量的150-300倍。這意味著未來5-10年將是頁巖氣發(fā)展的黃金時代。中國政府對中國頁巖氣勘探給予了高度重視。2009年中國與美國簽署了《中美關(guān)于在頁巖氣領域開展合作的諒解備忘錄》，國土資源部設立了“全國頁巖氣資源潛力調(diào)查評價及有利區(qū)優(yōu)選”重大專項；2010年中國與美國制訂并簽署了《美國國務院和中國國家能源局關(guān)于中美頁巖氣資源工作行動計劃》、成立了國家能源頁巖氣研發(fā)（實驗）中心；2011年科技部在油氣重大專項中設立《頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)》項目，國家發(fā)展和改革委員會等多部委聯(lián)合編制了中國頁巖氣“十二五”勘探開發(fā)規(guī)劃。目前，中國已在陸上廣泛開展了頁巖氣前期地質(zhì)評價和勘探開發(fā)先導試驗，初步明確了上揚子區(qū)古生界海相富有機質(zhì)頁巖為中國陸上頁巖氣勘探最有利領域。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國已在陸上四川、鄂爾多斯、渤海灣、沁水、泌陽等盆地，云南昭通、貴州大方、建南、銅仁等地區(qū)開展了頁巖氣鉆探與水力壓裂試氣，完鉆頁巖氣井35口（水平井5口），水力壓裂試氣井14（水平井2口），獲工業(yè)氣（油）流井11口（水平井1口），初產(chǎn)超過1×104m3/d氣井7口。四川盆地、云南昭通實現(xiàn)了古生界海相頁巖氣的突破；四川盆地、鄂爾多斯盆地陸相頁巖氣見到良好顯示；泌陽盆地陸相頁巖油勘探也取得了進展。3、工程技術(shù)之一：頁巖氣水平井鉆井技術(shù)2002年以前，垂直井是美國頁巖氣開發(fā)主要的鉆井方式，隨著2002年Devon能源公司7口Barnett頁巖氣試驗水平井取得了巨大成功，業(yè)界開始大力推廣水平鉆井，水平井已然成為頁巖氣開發(fā)的主要鉆井方式。2002年后，Barnett頁巖氣水平井完井數(shù)迅速增加，2003-2007年Barnett頁巖水平井累計達4960口，占Barnett頁巖氣生產(chǎn)井總數(shù)的50％以上，2007年完鉆2219口水平井，占該年頁巖氣完井數(shù)的94％。隨著1999年重復壓裂、2003年水平鉆井以及2005年水平井分段壓裂等一系列新技術(shù)的廣泛運用，Barnett頁巖氣發(fā)展速度驚人，從1997-2007年的十年時間里，Barnett頁巖氣區(qū)有多達8629口頁巖氣井投入生產(chǎn)（其中水平井4973口，占50％以上）。新技術(shù)的運用同樣使Barnett頁巖氣產(chǎn)量發(fā)生了翻天覆地的變化。與直井相比，水平井在頁巖氣開發(fā)中具有無可比擬的優(yōu)勢：1、水平井成本為直井的1.5-2.5倍，但初始開采速度、控制儲量和最終評價可采儲量卻是直井的3-4倍。2、水平井與頁巖層中裂縫（主要為垂直裂縫）相交機會大，明顯改善儲層流體的流動狀況。統(tǒng)計結(jié)果表明，水平段為200m或更長時，比直井鉆遇裂縫的機會多幾十倍。3、在直井收效甚微的地區(qū)，水平井開采效果良好。4、減少了地面設施，開采延伸范圍大，避免地面不利條件的干擾。在水平井的部署時，應考慮水平段在空間上的均勻分布，盡量使水平段避開斷層，垂直于天然裂縫帶延伸，因而需要優(yōu)選水平段入靶位置、延伸方向。目前美國采用“餐叉式”叢式井組，每個井組一般5-10口水平井，水平段長1000-1500m，兩水平井之間井距150m。頁巖氣開發(fā)具有單井產(chǎn)量低、采收率低、投入高、產(chǎn)量遞減快、生產(chǎn)周期長等特征，這就使得頁巖氣只有打大量的氣井，通過接替生產(chǎn)以產(chǎn)生規(guī)模效應后才能形成穩(wěn)定的投資回報，開發(fā)初期和單井小規(guī)模難以形成穩(wěn)定的投資回報。4、工程技術(shù)之二：水平井分段壓裂改造技術(shù)（1）水平井鉆完井技術(shù)常規(guī)完井難以實現(xiàn)頁巖氣經(jīng)濟有效開發(fā)，水平井技術(shù)是開發(fā)頁巖氣藏的關(guān)鍵技術(shù)。水平井布井：采用三維地震資料進行水平井井位優(yōu)化部署，設計井眼軌跡及方位。水平井鉆井：首先鉆直井用于資料采集，然后在原直井段套管開窗側(cè)鉆水平井。水平井方位：垂直于最大主應力方向。長井段完井，盡可能溝通天然裂縫，獲得更大泄流面積。水平井固井：生產(chǎn)套管采用低密度高強度水泥固井，盡量減少對儲層的傷害。水平井射孔：長井段多簇射孔：射孔段長100-300m，每段4-12簇，每簇間隔20-30m。射孔參數(shù)：孔密20孔/m，相位角60°或180°(垂直方向)。（2）水平井分段壓裂技術(shù)頁巖氣水平井分段壓裂技術(shù)主要以套管注入、橋塞封隔、連續(xù)油管作業(yè)、滑溜水攜砂為主要思路。主要有：可鉆式橋塞分段壓裂技術(shù)，多級滑套封隔器分段壓裂技術(shù)，水力噴砂分段壓裂技術(shù)，多井同步壓裂技術(shù)。四、現(xiàn)階段頁巖氣產(chǎn)業(yè)面臨的七大問題面對頁巖氣探礦權(quán)招標與未來我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)可能的快速發(fā)展，市場投資主體還需謹慎對待。事實上，我國頁巖氣勘探開發(fā)及利用還亟需在管理體制、產(chǎn)業(yè)政策、核心技術(shù)、價格機制、成本及經(jīng)濟性，以及環(huán)境監(jiān)管等方面尋求盡快突破，如果這些問題不盡快解決，將給市場主體投資頁巖氣產(chǎn)業(yè)帶來較大的風險。1、資源勘探風險近年來，盡管中國在頁巖氣地質(zhì)理論、潛力評價和有利區(qū)優(yōu)選等方面進行了初步探索，取得了一定的進展。但中國頁巖氣賦存規(guī)律和含氣頁巖基本參數(shù)還有待深入研究，對頁巖氣資源潛力尚未進行系統(tǒng)評價，頁巖氣遠景區(qū)和有利目標區(qū)尚未優(yōu)選和圈定。我國頁巖氣勘探工作剛剛起步，需要借鑒美國頁巖氣選區(qū)評價經(jīng)驗，結(jié)合我國頁巖氣成藏地質(zhì)特點，在有利目標優(yōu)選過程中，充分考慮儲層分布面積、埋藏深度、地勢和水源等問題。2、技術(shù)研發(fā)及技術(shù)合作風險目前，我國在頁巖氣資源評價和水平井、壓裂增產(chǎn)開發(fā)技術(shù)等方面，尚未形成核心技術(shù)體系，且不掌握頁巖氣開發(fā)的成套技術(shù)，部分關(guān)鍵核心專利技術(shù)基本上都掌握在美國企業(yè)手中。所以，擬介入頁巖氣產(chǎn)業(yè)上游勘探開發(fā)的市場主體在頁巖氣產(chǎn)業(yè)初期要么開展自主頁巖氣開發(fā)技術(shù)研發(fā)，要么與油氣開發(fā)的技術(shù)服務主體開展技術(shù)合作。與美國相比，中國在資源評價和水平井、壓裂增產(chǎn)開發(fā)技術(shù)等方面，尚未形成頁巖氣商業(yè)開發(fā)的核心技術(shù)體系。況且，中國頁巖氣地質(zhì)條件更為復雜，頁巖層系時代老、熱演化程度高、經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化、埋藏深、保存條件不夠理想。因此，開發(fā)技術(shù)要求更高，目前技術(shù)水平尚不能完全滿足頁巖氣勘探開發(fā)的要求。3、投資主體單一按照現(xiàn)行規(guī)定和管理體制，中國油氣礦業(yè)權(quán)主要授予中石油、中石化、中海油和延長油礦4大石油企業(yè)。這種投資主體的單一化，排斥了其他投資主體的進入，再加之市場監(jiān)管不到位等，制約了資源開發(fā)的市場競爭。美國的經(jīng)驗表明，實行投資主體多元化，形成有序的競爭機制，在頁巖氣勘探開發(fā)中具有顯著的效果。加強頁巖氣勘查開發(fā)管理，創(chuàng)造開放的競爭環(huán)境，推進頁巖氣勘查開發(fā)投資主體多元化，鼓勵中小企業(yè)和民營資本參與。給予頁巖氣與國內(nèi)煤層氣勘查開發(fā)一樣的投資主體地位，允許具備資質(zhì)的企業(yè)、民營資本等，通過合資、入股等多種方式參與頁巖氣的勘查開發(fā)，或獨立投資，直接從事頁巖氣勘查開發(fā)。加強市場監(jiān)管，維護勘查開發(fā)秩序，形成合理有序的競爭格局，加快突破，促進勘查開發(fā)。4、官網(wǎng)設施不足美國發(fā)達的天然氣管網(wǎng)大大降低了頁巖氣開發(fā)利用成本。與美國相比，中國管網(wǎng)設施建設滯后，且已有管網(wǎng)設施在第三方準入、市場開放等方面體制不順、壟斷經(jīng)營，缺乏政策支持，不利于頁巖氣開發(fā)利用降低成本。隨著頁巖氣規(guī)模開發(fā)，基礎設施不足等問題將會成為制約頁巖氣開發(fā)利用的瓶頸。5、定價機制目前，我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，國家還沒有出臺頁巖氣市場應用的定價機制。據(jù)專家預測，未來我國可能會參考