地質風險決定我國需謹慎開發頁巖油氣
來源: 作者: 時間:2016-02-24 17:03:56
近日,遼寧成大發布公告稱,因頁巖油市場價格持續下跌,公司決定將子公司吉林成大弘晟能源有限公司投資開發的樺甸油頁巖綜合項目實施長期停產,預計將因此計提資產減值準備11億元。
目前,我國除中國石油和中國石化分別在長寧—威遠和涪陵地區的海相頁巖氣勘探中取得實質性進展并已開始商業生產外,其他大部分勘探成果實際上僅停留在“點火成功”或“產出頁巖氣流”的初級階段,進展緩慢。
在生產頁巖氣的地帶,利用水平鉆井和多段水力壓裂可將與頁巖氣共生、伴生的致密油開采出來。美國近幾年國內石油產量突飛猛進,便得益于其致密油的持續高產。我們常說的“頁巖油氣”其實是指頁巖氣和致密油。
美國“頁巖革命”改變了北美區域的能源供給格局,并對全球能源格局和能源結構產生重大影響。其非常規油氣資源開發的成功經驗,也給同樣身為頁巖氣儲量大國的中國帶來了一定啟發。
中國在不同地質層位、不同區域廣泛發育著富有機質泥頁巖。南方地區、華北地區、塔里木盆地和羌塘盆地發育海相頁巖,準噶爾盆地、吐哈盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地和松遼盆地等廣泛發育陸相頁巖,頁巖氣資源潛力較大。南方地區元古界—古生界發育6套海相頁巖地層,其中志留系龍馬溪組和寒武系筇竹寺組頁巖有機質含量高、厚度大,頁巖氣資源潛力大。目前,中國頁巖氣勘探開發區域主要位于南方海相地區。
與美國相比,中國海相頁巖氣的成藏地質條件具有復雜性和特殊性。一是中國南方海相頁巖沉積時代比美國早,主要以早古生代寒武紀和志留紀為主;而目前美國頁巖氣開發的主要盆地中,頁巖形成時代以晚古生代泥盆紀、密西西比紀和中生代白堊紀為主。二是中國下古生界海相頁巖熱演化程度高,已演化至高—過成熟階段;而美國主要頁巖氣儲層正處于生氣高峰期。三是中國南方海相頁巖埋深小于3000米的范圍較小,部分儲層埋深超過5000米;而美國目前開發的頁巖氣藏埋深范圍主要在1000米至3500米之間。四是中國海相頁巖構造改造強烈,頁巖氣儲集層受多次改造,斷裂發育,保存條件欠佳;而美國頁巖層構造活動簡單,斷裂稀少,頁巖氣保存條件相對較好。五是地表條件差異大,目前中國頁巖氣成藏最有利的南方海相地區多處于地形復雜的山區;而美國高產氣頁巖主要分布于地勢較為平坦的地區。
因此,我國頁巖氣勘探絕非“有頁巖就有頁巖氣,有頁巖氣就可商業開發”那么簡單。在構造擠壓變形強烈、構造斷裂發育的復雜區進行頁巖氣勘探,將面臨極高的風險。
由于中國頁巖氣開發地質條件的特殊性,國外現有理論和技術不能完全適用于中國的頁巖氣開發。北美頁巖氣開發經驗表明,水平井鉆井和分段壓裂是頁巖氣有效開發的主體技術。不過,長段水平井井眼的形成打破了地層原始的力學平衡,鉆遇的頁巖地層的水化作用、次生裂紋的擴展、弱面的作用大大加劇了地層的不穩定性,最終可能導致井漏或井塌,嚴重制約了頁巖氣勘探開發進程。
大量現場測試證實,常規儲集層壓裂多形成單一裂縫,而頁巖氣儲集層具有復雜層理、裂縫特征,決定了壓裂可能形成更為復雜的裂縫或裂縫網絡,能否形成有效的縫網是頁巖氣井能否高產的關鍵。
頁巖油氣開發帶來的環境問題也一直是頁巖油氣資源未在全世界范圍內獲得廣泛開采的一個重要原因。它對環境可能帶來的破壞風險涉及土地、水、大氣等各方面,且目前我國頁巖氣開發突破較大的川渝地區又是人口密度極大、地殼活動頻繁的地帶。若無相關保障和應急措施,一旦發生污染或生產事故,有可能對整個生態環境造成不可逆的危害。
首先,土地占用與污染。通常陸上常規氣田平均每10平方米不足1口氣井,而頁巖氣田可能超過10口氣井。除氣井占地外,配套道路、儲水槽及輸氣設施建設同樣需要用地。開發過程產生的廢水、廢物若處置不當,也會對附近土壤造成污染。美國賓夕法尼亞州的鉆井活動便引發了對土地污染和生物多樣性減少的憂慮。
其次,水資源消耗與污染。由于頁巖儲集層滲透率極低,一般需要進行壓裂改造,通過高壓泵將大量水、化學添加劑和支撐劑混合物注入地層,形成復雜的裂縫網絡,來提高滲透率。頁巖氣開發多采用水平井多段壓裂,一般壓裂用水量占鉆完井階段用水量的80%以上。從單井用水量來看,頁巖氣水平井遠高于常規天然氣直井,一般在8000立方米至10萬立方米,平均1.5萬立方米。壓裂液及后續產生的廢水可能對地下水和地表水造成污染。廢水中除了含有有害化學添加劑成分,還有儲集巖中浸出的烴類化合物、重金屬和礦物鹽類。若這些廢水滲透到地下含水層或流入地表水體,會造成嚴重的水污染。
在現有工農業用水的基礎上,大量增加的頁巖氣開采用水還會引起對環境的累積影響,如河流等地表水和地下水資源的枯竭、含水層儲水能力的喪失、水質的惡化等,危害當地生態系統。此外,水力壓裂操作中向地層大量注水,高壓操作形成裂縫,可能誘使深層巖石滑動,誘發地震。但目前這一觀點還存在爭議。
再次,大氣污染與溫室氣體排放。天然氣開發活動是甲烷、揮發性有機化合物及其他空氣污染物的來源之一。天然氣燃燒所產生的碳排放強度相對較低,但其主要成分甲烷不僅會造成當地空氣污染,它還是一種高強度溫室氣體,其溫室效應影響約是二氧化碳的25倍。
當前,國際油價持續低迷的態勢已長達19個月,不少頁巖油氣生產商早已入不敷出,而可再生能源技術的快速進步又對其形成追擊之勢。考慮到我國頁巖油氣開發可能帶來的特殊的地質、環境和經濟風險,未來頁巖油氣開發的前景還應持謹慎樂觀的態度為佳。
(作者為中國地質大學(北京)非常規油氣研究學者)