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页岩气提速发展核心关键技术需突破

发布时间:2022年01月10日    点击:[0]人次

页岩气提速发展 核心关键技术需突破

导读:美国已经度过了页岩气革命,在时代的大背景下新能源页岩气,正在冲击传统能源体系。页岩气作为非常规气,其勘探力度在加大,发展提速,而在这个过程中重要的是核心关键技术的突破。

页岩宝藏非常规能源崛起

页岩气,近十年来具有吸引力的新兴能源之一。传统天然气由远古生物经过长年分解而成,但页岩气等非常规天然气,存在于油页岩层、煤层与砂岩层等较深地层。

页岩是一种层状的松脆沉积岩,它具有坚硬且易于呈薄片状剥离的性质,在页岩的极小空隙中储藏着天然气及原油。和那些只要从地面向气层钻井,就会自动从地下喷出来的常规天然气不同,稀薄且分布广泛的非常规天然气必须采取特殊的挖掘方法,才能从地下开采出来。

有业内人士形容,传统开采油气如同在“静脉中抽血”,因为岩层缝隙大,易开采,但开采页岩气则如同在“微血管抽血”。

并且由于开采成本较高,这种能源一度被称为“无法开采的燃气”。

随着上世纪八十年代开始的技术革新,人们首先实现了页岩气的开采。此后,以开采页岩气及页岩油为目的的举措迅速增多。

要如何把页岩中的油气“逼出来”,是整个页岩气产业的核心技术。美国目前主要应用的开采技术有水平井加多段压裂、清水压裂及同步压裂等。

其中,为广为人知的是美国人稍早发明的水力压裂开采技术:将掺有化学药剂的水用高压泵注入地下页岩层,能够让天然气井附近的页岩层产生裂缝,之后用高压将含有石英颗粒和化学成份的水注入钻孔中。水压给页岩造成了许多小裂隙,而石英颗粒进入孔隙使其不能闭合。以此将天然气挤压出来,使其流入气井。

这些页岩气有时很快就能到达地表。但如果页岩过于致密,其到达地表的过程甚至可能超过一年。

页岩气大跃进

2011年底,页岩气被正式批准为中国第172个独立矿种。2012年全国两会期间,在政府工作报告中明确提出“加快页岩气勘查、开发攻关”。

这一显著态势,不能不说是受到美国“页岩气革命”的鼓舞,甚至刺激。在美国,页岩气已成为了热议的能源话题。2000年,页岩气仅占美国天然气供应的1%,而到了2011年底,它已占到了30%。

2009年11月,美国总统奥巴马访华期间,中美双方签署了《中美关于在页岩气领域开展合作的谅解备忘录》。中国“十二五”规划也明确要求:“推进页岩气等非常规油气资源开发利用”,初步提出2015年达到65亿立方米的产量目标;2011年酝酿出台的中国能源消费总量目标中,页岩气属于未被包括进其中的特种油气资源类型,因而备受鼓舞。

中国的大型国有能源企业、实力雄厚的外资企业,成为本轮非常规油气开发的批弄潮儿。

页岩气等替代能源必将将终结高油价

自从几十年前因陷入到中东地区纠纷而无法自拔后,美国为避免类似危险境遇,便开始考虑能源独立,发展页岩气被当成重要的突破路径之一。经过多年努力,终于功夫不负有心人,迎来了收获的时刻。页岩气的能源意蕴

能源市场因页岩气而可能出现多元化,以后,中东、中亚甚至是印尼等地,就不能再依仗油气讨价还价。此外,非常规天然气平抑价格的作用也会很明显,现在地区间的气价差异太明显,北美的气价低,亚洲、欧洲的气价高,如果实现了页岩气开发以及液化天然气(LNG)的增加,就可能使亚洲的天然气价格明显下降。

当然,全球对石油等传统能源过于依赖的情形也有可能改观,页岩气开发有利于全球能源转型。比如,在中国,如果页岩气开发可以使液化气(LNG)消费增加十个百分点的话,煤炭就会下降十个百分点,二氧化碳排放也会相应减少。

无疑,受页岩气开发影响大的当属石油领域,石油峰值或因此而成为过去时。从数字看,20世纪70年代有观点认为2000年石油资源将会枯竭,2007年,有研究称全球石油可开采资源量只剩42年,2012年预测的数字则是47年。峰值延后的部分原因在于可供开发的石油资源越来越多,北美、拉美、非洲、中东等地区都在出产石油。

在页岩气这样的技术面前,石油峰值的理论将可能真的没有市场。除了页岩气,太阳能、风能的前景也不容忽视,都有可能成为替代能源。当石油峰值真正到来时,人类可能已不需要石油。油价走低“势不可挡”

也因此,可以判断,短期内,油价不仅不会过高,而且有走低的趋势。其他一些因素几乎让这一趋势不可阻挡。

首先,当前世界经济依然存在不确定性。欧债危机没有得到根本解决,美国2013年1月有可能发生,新兴市场经济增长虽然没有衰退但是呈下降趋势。正如实体经济2009年的低谷和大萧条,这一次实体经济又到了一个从高往低走的低谷期。低迷的全球经济,难以支撑起高油价。

另外,供求关系的变化也不支持油价上涨。油价飙升只有在供不应求的情况下才能进行。现在,需求不强劲是显而易见的现实,而供给一侧,石油输出国试图通过继续扩大产能保持经济稳定,能源供应多元化倾向又越来越明显。当供求逆转、供大于求时,价格不可能过高。

至于很多人担心的地缘政治风险,虽依然存在但逐渐弱化。在利比亚、叙利亚问题没有完全处理好的前提下,美国不大可能为了以色列与伊朗开战。单靠以色列,似乎也难以与伊朗真正开打,喊话要多于实质动作。所以,油价上升的另外一个因素也基本被排除。

后,美元止跌回升和各国稳定油价的政策一定程度上也压低了油价。虽然美国还企图使美元贬值,可今年的欧债危机导致美元升值,由此带来的趋势是,以美元计价的商品价格肯定走低。而各国的政策也是摆脱了鼓励大起大落的基调,而采取了维护油价平稳的立场。比如,美国在开发非常规能源的同时,不惜动用石油储备来控制游资炒作;中国在加大力度开发节能、环保、新能源技术等,这都在实际上压低了油价。

技术突破是关键

加大资金技术投入,加强关键技术攻关,尽快突破制约页岩气规模化开发的技术瓶颈,进一步降低开发成本,推动页岩气经济性、规模化开发利用。有关企业要研究谋划页岩气开采后的有效利用问题,积极探索勘探开发和资源利用模式,实现页岩气产业科学、有序、加快发展。这是一段激励更是一段期望。

目前,开采页岩气使用的液压水力压裂法是通过向地下压入大量添加了化学物质的水,使燃气所在的地层产生缝隙,以便抽取燃气。这些被注入化学物质的水将抽回到地面,放入临时的蓄水池中,处理后重复利用,或是排放到地下和河流中。

在这当中,这种化学物质很有可能对周边的水源造成污染而影响。

中石化石油工程技术研究院战略规划研究所副所长王敏生向记者介绍,初期中国页岩气开采的关键技术如水平井压裂等都是向国外学习,“美国经验丰富,借鉴比另起炉灶起点高”。然而由于我国地质条件复杂,页岩储层比美国深,技术引进后需要结合实际进行改进。

他进一步说,未来主要是提率和降低成本两大方向的技术攻关,依靠井工厂连续作业、连续生产的模式实现,“即在同一个小范围内打很多口井,几口井同时钻井、压裂、生产,进行重复、批量化作业,包括重复利用钻井液、施工车辆等”,这样可以降低设备搬运、人力等待和水资源等成本,此外同步压裂形成的裂缝网络大大提高了页岩气井的产能和终采收率。

“井工厂”的概念早来自于加拿大能源公司,目前国内设备商也陆续开发了成套的“井工厂”解决方案。关键技术包括井场部署、批量化作业、特种作业钻机、井眼轨迹控制技术、同步压裂技术、裂缝监测技术、钻井液循环利用和压裂液回收利用等。

“下一步开发页岩气能不能成功,经济性是关键因素之一。其中很重要的一条就是我们的装备,能不能使我们开发页岩气的成本能够往下走,除了钻机以外,就是压裂,单靠进口成本是比较高的,因此要实现国产化。”中国石油[0.25%资金研报]石化设备工业协会顾问赵志明指出。

令人欣慰的是,包括中石化下属的江汉四机厂、杰瑞、科瑞以及宝鸡的民营企业等都在不断开发国产新设备。

民营油气设备龙头杰瑞股份去年10月发布了“小井场大作业”成套页岩气压裂解决方案,这是目前世界首套针对复杂地理条件下页岩气开采的解决方案。目前在国内应用的世界大功率3100型压裂车已在川庆地区进行连续作业,240桶闭式混砂车、压裂全自动混配车等都在新疆油田得到应用,效率和产量较常规设备提升50%以上。此外,公司今年3月推出了中国台涡轮压裂车,高功率达4500水马力。使中国成为继美国、俄罗斯之后,第三个拥有涡轮压裂装备的国家。

另一家民营钻机龙头、港股上市公司宏华集团今年3月亦发布了“一体化”全新页岩气整体解决方案,彻底改变了原有页岩气开发过程中的柴油驱动模式,设计了“以气打气,气电结合”的驱动设备,即用燃气发动机取代了传统的柴油发动机,利用自身生产出的页岩气驱动井场钻采设备。并在页岩气井场建立变电站及输电电网,以页岩气发电结合页岩气自身驱动。同时,配备6000马力压裂泵、6套柔性水罐,其独有的水罐是传统水罐4倍容积,仅用1/4占地面积,可折叠移运。据悉,运用该套解决方案,可减少开采占地面积50%-65%,节省10%钻井成本,减少每口井二氧化碳排放量226吨。

业内人士分析,随着国内装备制造能力进步,页岩气井工厂作业、水平井分段压裂等关键技术重新组合应用,国内页岩气打井单井成本已经从初期1亿多降到7、8千万,规模开发后还有继续下降空间。未来随着页岩气开发金融创新,矿权交易等市场化放开,我国页岩气开发将从先导试验区、南方海相页岩突破逐步过渡到陆相页岩全面开发。

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