02-2012年9月13日美国页岩气开发及其影响介绍
美国页岩气开发情况的分析
美国页岩气开发情况的分析美国页岩气的快速发展为世人瞩目，对美国乃至全球的能源格局形成了不容忽视的影响。
在此我们进行介绍，以期对我国页岩气产业的发展提供借鉴。
页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，它与煤层气、致密砂岩气一起，被称为非常规油气资源的三大品种。
相对常规天然气而言，页岩气实际上是原生原储的天然气贫矿。
有一个形象的说法，常规天然气好比是“大金娃娃”，页岩气相对富集的地质块体不过是“甜点”。
就是这种贫矿，十年前美国的开采还微不足道，而现在已占美国天然气开采总量的约1/4，一场页岩气开发热潮正在美国上演。
而且，页岩气的开发也在深刻影响着美国的能源利用和应对气候变化行动。
美国页岩气开发现状美国是世界上最早进行页岩气资源勘探开发的国家，开采历史可以追溯到1821年。
但是，页岩致密低渗的特点导致页岩气开采难度大、成本高，在本世纪以前，页岩气大规模开发并不具有经济上的可行性。
随着水平井技术和水力压裂技术的成熟，开采成本大幅下降，页岩气的商业化开发具备了可行性。
近年来美国页岩气勘探开发的发展速度惊人。
2004年，美国页岩气井仅有2900口，2005年不过3400口，2007年暴增至41726口，到2009年，页岩气生产井数达到了98590口。
而且，这种增长势头还在继续保持，2011年仅新建页岩油气井数就达到了10173口。
美国页岩气的大开发，提高了美国能源自给水平，美国能源对外依存度降至20世纪80年代以来最低水平。
美国石油进口从2005年占石油总消费量的60%下降到2012年的42%，净进口量从1300多万桶/天降至800万桶/天。
而且，美国60年来首次成为炼油产品出口国，美国在2009年已经超越俄罗斯成为最大的天然气生产国。
国际能源署在2012年11月份发布一份十分乐观的预测：在2017年将超过沙特成为最大的石油生产国，到2035年美国将实现能源自给自足。
美国页岩气开发热潮出现的原因北美大陆页岩气储量丰富。
美国页岩气革命影响深远
有分析人士指出，虽然页岩气使美国可望实现能源独立，带来促进经济增长、创造就业和平衡美国贸易收支等诸多积极影响，并且相对清洁且廉价，但它仍是一种有限的资源，仅仅依靠化石能源无法持续推动美国长期增长，必须继续努力促进美国能源组合的多样化和低碳化。美国去年在可再生能源上的投资较2011年减少32%。美国国会无法就延长联邦激励举措作出决定，例如风能生产税，因此投资者信心仍不稳固。长期而言，这将加剧行业不确定性。另外，美国天然气价格低廉，使修建管道和用储气罐处理石油生产中放出的天然气不够经济，导致页岩层产区天然气放空燃烧激增，使美国成为世界上放空燃烧天然气最严重的国家之一。根据世界银行统计，美国放空燃烧的天然气量在过去5年里增加了3倍，目前排在俄罗斯、尼日利亚、伊朗和伊拉克之后，居世界第五位。
目前，埃克森美孚、康菲石油、英国石油、壳牌等石油巨头都在想方设法把液化天然气销往利润更丰厚的国际市场，特别是亚洲市场。必和必拓也计划把美国页岩气运往亚洲，代替产自西澳的天然气供应。但是巨额的建设成本和美国能源出口管制政策，是这些石油巨头必须面对的两大障碍。
今年2月，代表美国500多家油气企业的美国石油协会呼吁能源部批准天然气出口。美国能源部正在审核至少19个新增液化天然气终端的建设申请，有望数月内批准德克萨斯州的一个项目。如上述项目全部获得许可，这些终端将日均出口超过250亿立方英尺的天然气，相当于美国国内天然气消费量的三分之一以上。
美国页岩气开发回顾：什么引发了 页岩气热潮
美国页岩气开发回顾：什么引发了“页岩气热潮”？美国未来资源研究所: 王忠民Alan Krupnick1本文回顾了美国页岩气开发的经济史、政策史和技术史。
本文的主要目的是弄清引发美国“页岩气热潮”的因素，为希望开发本国页岩气资源的国家提供借鉴。
本文研究发现：政府政策、私有企业的活动、私有土地权和矿产权以及二十世纪初天然气价格的高涨等因素，对“页岩气热潮”背后的技术创新起到了重要作用。
1.引言本文概括了美国页岩气开发的经济史、政策史和技术史页，阐明了引发―页岩气热潮‖的因素。
更为详细的回顾请参阅Wang and Krupnick (2013)。
过去十年间，美国经历的―页岩气热潮‖令人称奇：页岩气占美国天然气总产量的比重从2000年的1.6％，上升到了2005年的4.1％，而在2013年，更是达到了惊人的40.4％（Sieminski，2014）。
页岩气的显著增长，刺激了美国以外的对页岩气资源开采的兴趣。
中国、墨西哥、阿根廷、波兰、印度和澳大利亚等国，也开始开发本国的页岩气资源。
确切了解引发―页岩气热潮‖的必要条件或充分条件并非易事，但对美国的经验进行历史回顾，是十分有益的。
私有部门要发生真正的热潮，必须有较高的盈利能力，或至少是较高的未来预期盈利能力。
本文的研究表明，20世纪初的很多因素——包括技术创新、天然气价格的高涨、有利的地质条件、私有土地权和矿产权、市场结构、水资源的可获得、天然气管道的基础设施等，都使得大量开采页岩气变得有利可图。
一些以发展非常规天然气为目标的重大技术创新（如减阻水压裂和微地震测绘），都源自针对非常规天然气开发的政府和私有企业研发项目和活动。
2但是，另一些重要技术（如水平井钻井和三维地震成像）则主要由大石油公司在石油勘探和生产过程中开发的。
―页岩气热潮‖萌芽于20世纪70年代末80年代初。
为应对天然气的严重短缺，美国政府决定促进非常规天然气的发展，对研发项目进行资助，并推行税收抵免（以及激励定价）。
美国页岩气的发展对世界石脑油市场的影响
美国页岩气的发展对世界石脑油市场的影响【摘要】美国页岩气的开发与勘探在全世界范围内取得了很大的成功，可以堪称是现代社会的一场“页岩气革命”。
美国页岩气的快速发展，使页岩气从此登上世界能源的舞台，成为重要的角色之一，对世界天然气和石脑油的市场都产生了巨大的影响。
本文主要从美国页岩气的发展现状出发，从石脑油的应用方面分析了美国页岩气的发展给世界石脑油市场带来的影响。
【关键词】美国页岩气发展石脑油市场影响页岩气是一种非常规天然气，从页岩层中开采出来，其分布地点多是在盆地地貌中分布比较广、厚度也比较大的页岩层中。
页岩气与常规的天然气相比采收率不高：天然气开采率，常规的采收率能达到60%及以上，而页岩气的采收率却只有5%-6%左右。
但页岩气与常规天然气相比有一个突出的优点，开采寿命比较长。
根据初步的测评数据显示，页岩气的世界资源量超过了450万亿立方米，其中仅北美地区的页岩气资源总量就已经超过100万亿立方米，占世界页岩气资源总量的将近四分之一，其次是中亚与中国的页岩气资源也占据了世界储量的四分之一左右。
美国拥有的页岩气资源较多，页岩气的发展也十分迅速。
美国页岩气的发展，对世界能源市场，尤其是石脑油产生了重大影响。
要明确这种影响，首先我们应该对美国页岩气的发展现状有一定的了解。
1 美国页岩气的发展现状19世纪20年代初期，是美国页岩气勘探开发的最初时期。
1821年，Mitchell 能源公司首先发现了第一口页岩气井。
该页岩气井，位于美国肖拖夸县泥盆系，是Mitchell能源公司在Durdirk中钻探出来的第一口天然气井。
该井中的天然气就潜藏在21米深处，8米厚的页岩缝隙中。
但由于页岩气开采难度较大，直到2000年时，页岩气在美国的产量仍然很低，只占美国天然气总产量的1%左右。
随着之后科学技术的发展，美国对页岩气的开采技术也开始不断上升，2000年以后美国开始加快对页岩气的开发速度。
截止到2006年底，美国境内已经开采的页岩气井在数量上已经达到将近40000，页岩气的产量在美国天然气总产量中已经达到5.9%，接近311亿立方米。
美国开发页岩气成功经验及我 国页岩气开发前景
美国开发页岩气成功经验及我国页岩气开发前景岩气的狭义指产于页岩中的天然气。
但在实际应用中已扩展到高碳质泥页页岩、粉砂质泥岩、硅质泥岩等。
正因为此，也有人称之为泥岩气。
因而页岩气可以理解为致密细碎屑岩中说含有并可以采出的天然气。
与其相关的是页岩油，则是指在此类泥质岩（主要是裂缝）中所含的原油。
从石油地质传统概念看，它属于“生储盖组合”中在生烃层中保存的天然气.正因为它赋存于特定的地层中而不受“圈闭”的控制，因而有人把它归属于“连续性气藏”。
显然，页岩气是一种非常规天然气储藏（或储集体）。
全球页岩气资源量为4561.24×1012m3, 主要分布在北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联。
目前美国已对密西根、印第安纳等多个盆地进行了商业性开采, 页岩气产量已超过200×108m3,占全美天然气产量的3% 。
加拿大紧随美国之后也积极开展了页岩气方面的勘探及开发试验。
在我国, 从成藏机理的角度出发, 结合部分勘探数据分析认为, 四川盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、江汉盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地等含油气盆地及其周缘均有页岩气成藏的地质条件。
同时, 在含油气盆地以外, 如我国南方寒武系、志留系、二叠系等分布区的页岩气勘探前景亦不容忽视，四川盆地下古生界海相粘土岩裂缝发育, 气显示活跃, 可能在一定范围内存在裂缝性泥页岩气藏。
采用多种方法对中国主要盆地和地区的页岩气资源量进行初步估算, 结果表明, 我国主要盆地和地区的页岩气资源量约为( 15~30)×1012m3，与美国的大致相当。
如果能对页岩气资源进行有效开发，将对缓解我国气体燃料资源短缺、应对气候变化发挥重要作用。
但我国页岩气开发仍处于起步阶段，其发展仍面临很多障碍。
我国应发挥在页岩气开发方面的后发优势，充分学习和借鉴美国页岩气开发的成功经验，减少在摸索阶段所走的弯路，加快页岩气资源开发的步伐。
在国外，特别是美国，在页岩气开发方面非常成功，对于他们成功的经验是值得我们学习的。
美国的页岩气革命
美国的页岩气革命随着社会对清洁能源需求不断扩大,天然气价格不断上涨,人们对页岩气的认识迅速提高。
特别是水平井与压裂技术水平不断进步,人类对页岩气的勘探开发正在形成热潮。
美国的“页岩气革命”世界上对页岩气资源的研究和勘探开发最早始于美国。
依靠成熟的开发生产技术以及完善的管网设施,美国的页岩气成本仅仅略高于常规气,这使得美国成为世界上唯一实现页岩气大规模商业性开采的国家。
数据显示,2010年美国页岩气产量已经超过了1000亿立方米。
在过去的5年里,美国页岩气产量增长超过20倍——从2006年仅为其天然气总产量的1%,到2010年增长至美国天然气总产量的20%。
有关专家指出,依靠页岩气的开发利用,在未来的10年里,美国不仅可以一改天然气大举进口的局面,实现全面的自给自足,还有望成为液化天然气出口国。
美国的“页岩气革命”已经动摇了世界液化天然气市场格局,并且这一影响还将愈发显著,进而改变世界能源格局。
得益于非常规天然气尤其是页岩气开发技术的突破,2009年美国以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯成为世界第一天然气生产国。
产量地位的更替使美国天然气消费长期依赖进口的局面发生逆转。
美国专家兴奋地认为,有了页岩气,美国100年无后顾之忧。
页岩气的开发,特别是美国页岩气产量的急剧增加,使这个大多数人还十分陌生的能源话题成为热门。
悄然降临的“页岩气革命”开始对全球天然气供需关系变化和价格走势产生重大影响,并引起天然气生产和消费大国关注。
页岩气的开发利用,成为低碳经济战略发展机遇的推动力,成为世界油气地缘政治格局发生结构性调整的催化剂。
美国与中东石油国家关系自从美国近年来的“页岩气革命”之后，美国非常规天然气开发速度大大超出想象，产量增长之快使美国的“能源独立”不再是天方夜谭。
美国不仅不再需要进口液化天然气，而且用自身液化天然气快速替代柴油，以及在页岩气开发中意外收获的大量页岩油，也使美国对中东石油的需求直线下降，2010年美国对中东地区石油依赖只有8000万吨。
美国页岩气开发对我国页岩气发展的启示
页岩 气 ， 是从 页 岩层 中开采 出来 的天然
成为全球的焦点 。随着Байду номын сангаас 清洁能源需求不 断 气 ， 是一种 重要的非常规 天然气 资源， 赋存于
以吸 附及 游离状 态存 在 的非 常规 扩大 ， 能源短缺 的局 面也 日益突显 。 ０ ９ ， 泥 页岩 中 ， ２０ 年
源可能多达 ４ 万 亿立方 米 ，根据英 国石油 年 ， ５ 甚至更 长 。美 国联邦地 质调 查局最新 数 公 司的《 世界能源统计评 论》 数据 ， 比 ２ ０ 据显示 ， 国沃思 堡盆地 Ｂ ｒｅ 页岩气 田开 这 ０９ 美 ａｎｔ ｔ
年俄罗斯 已探 明天然气储量还多 。美 国能源 采寿命可 达 ８ ～１０年 。开采 寿命 长 ， 意 ０ ０ 就 情报 局局 长 理查 德 ・ 厄 尔 ２ １ 纽 ０ ０年 ３月初 味着可开发 利用 的价值 大 ， 这也 决定 了它 的 在 阿姆 斯特 丹 的一 个会 议 上 的话 说 ： 我们 发展潜力 。 “
国掌握了开采 页岩气 的技 术并一跃成 为世 界 造演 化史 ， 因为我 国与北 美地 区在 页岩气形
因 第一 产气大国 ，页岩气 的开发应用正从北 美 成条件 上具 有相 似处 又有 明显 的差异 性 ， 向全世界拓 展 ， 它很可 能改变未来能 源结 构 。 此 深 人研 究 我 国页 岩气 富集 高 产 的条 件 和 随着人 们对页 岩气 的地 质认识 不 断提 高 ， 水 评价标准是我 国首先应该解 决 的问题 。 平井与压裂技 术水平不 断进步 ，页岩气 在非 我 国页 岩气 勘探 开发 工作 起步 较晚 ， 目 一 常规天然气 中异军 突起 ，已成为全球 油气资 前 勘探 开发 的当务 之急 ， 是制定 勘探 开发
06-北美页岩油气开发关键技术 (NXPowerLite)
气藏表征识别“甜点区”
长水平段水平井
分段清水压裂 微地震监测
同井场钻井
有效压裂液水资源管理
微地震监测技术在气藏管理中的应用
实时提供 最大主应力方位 与裂缝连通的储层体积 裂缝网络的规模等
估算波及体积 优化水平井方位 评价分段压裂效果 预测分段压裂产量贡献率 优化射孔及压裂段、避免 地质灾害层 指导再完井增产措施
压裂段数初期一般4-6段
目前达到10-12段 最大达到24段 每段压裂的长度由2002年的900-1200m 到目 前的80-120m
分段清水压裂 清水压裂
（Slick Water Fracturing) 利用含有减阻剂、黏土稳定剂和必要的表面活性剂的水为压裂液，以这种 压裂液作为前置液来提供支撑剂输送
地质 资料汇总
构造图编制 地震解释 设计试验井和监测井， 指导钻井并获取资料 获取裸眼测井信息
地球化学 岩芯测试、评价
含烃潜力分析：TOC、Ro、 自由气和吸附气含量、干 酪根类型 页岩油/气层识别
地质力学 杨氏模量、泊松比、硬度 指标
页岩油/气层识别 压裂液优化
岩石物理 地层对比
页岩测井评价 岩芯校正应用声波测井确 定力学性质 可压裂性计算并经岩芯校 验 页岩油/气层识别
28口水平井/井场 地质储量：400 BCF(112×108m3)/井场 驱替面积：~7 km2
1mi2=2.6
km2
可采储量：150 BCF(42×108m3)/井场 单井可采储量：5.4 BCF 采收率：37.5% 水平段长度5400ft 水平井间距：820ft
同井场钻井及有效的压裂液水资源管理
气藏表征识别“甜点区”
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一台钻机(海上双作业钻机) 批量钻井：依次钻不同井的 相同井段，并下套管 脱机作业：注水泥、候凝和 测井不占用钻机时间 远程监控 全部钻完井作业完成后，钻 机搬走（除非是带钻机的生产 平台） 生产
一井场一口井
一个井场或钻井 平台单口井 一台钻机 钻完井作业完成 后，钻机搬走 生产
多级压裂
同步压裂
1821 1920’s 1930’s
美国第1口 页岩气生产 井 俄亥俄页岩 气田规模开 发
1980’s 1990’s
Barnett第 一口测试直 井
2000
Barnett第 一口水平井
2002
本地天然气 供应下降
2004
天然气价格 上涨
2006
2008
2010
2012
2020’s
页岩气中油 的开发受到 重视
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一、北美页岩气发展态势
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1. 北美的页岩气开发是一场“静悄悄的革命”
作业模式 油藏描述技术 钻完井技术 环境技术 技术发展趋势 减阻水压裂 N2\CO2泡 沫压裂 水平钻井 直井 直井 加密井 重复压裂 水平井规模 化应用 综合射孔 工厂化作业 高级压缩 举升机理 通道压裂 压裂化学 水平成像 储层建模 储层和完井 质量 随钻测井 微地震技术 水处理 段数倍增压 裂 集中压裂 随压甜点 监测
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1.得天独厚的 资源条件
资源
5.完善的基础设 施和输气管网
技术 基础设施 北美页岩气
开发
2.持续不断的技 术进步与革新
政府
4.政府主导的早期研 发投入和政策扶持
市场
3.商业化的运 作模式
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一台钻机钻完一 口井再钻下一口井 全部钻完井作业 完成后，钻机搬走 （如是带钻机的生 产平台，则不搬走） 生产
1934
1990
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列间距 2.5m 行间 距 3m
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美国天然气的 产量增长及页 岩气的地位
２０００年：页岩气０．３２万亿ｆｔ３ （９０亿ｍ３ ） ２０１１年：页岩气６．８万亿ｆｔ３ （１９００亿ｍ３ ），占３０％ ２０３５年：将占４６ ％ （ＥＩＡ）
美国9个页岩气主产层单井单位完全成本构成对比图 备注：总成本包括发现与开发成本、作业成本和矿区租用费成本。
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总成本：
美国页岩气开发总成本
2010 年总成本：4 ～6.25 美元/1000ft3
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2. 美国形成八大页岩气产区的生产格局
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2012年5月访问Barnett
加挂中国石油天然气股份 有限公司经济技术研究院
致力于建设成 为国内一流、国 际有影响的能源 战略研究机构和 具有较强决策支 持能力的集团公 1998 司智库 1993
中国石油天然气总公司 信息研究所
2002
中国石油集团 经济技术研究院 中国石油集团 经济技术研究中心
中国石油天然气集团公司 经济和信息研究中心
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典型Eagleford气井的钻完井预算
每井：550 万～950 万美元 钻完井成本比例：4:6 钻机和服务费占比：50% 压裂增产费占比:70%
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１．得天独厚的资源条件
典型 盆地 埋深 (ft) 产层厚 度 (ft) 总有机 碳含量 (%) 储气量 Bcf/平方 英里 单井最 终可采 （Bcf） Barnett 65009000 100-500 3.5-7.0 Haynesville 1050013500 200-300 3.0-5.0 Marcellus 3000-8500 50-250 3.0-12.0 Horn River 650013000 300600 3.010.0 130320 3.09.0 Montney 500010000 300-500 2.5-6.0
Antrim页岩 气开发
天然气价格 下滑
对环境的关 注升级
页岩气开发 国际化
1859 – Edwin Drake demonstrates that oil can be produced in large volumes, launching the U.S. oil industry.
1980s to early 1990s –horizontal drilling and hydraulic fracturing to make the Barnett Shale economic
“一部”：公司把握内外部环境，研究制
定竞争对策和发展战略的“参谋部”
“三中心”：谋划全局性重大战略问题的研究中心、 国内外石油石化信息资源开发中心、经济和技 术信息的对外交流与合作中心。
1964
石油工业部 科技情报研究所
Who we are
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公司名称 XTO Energy, Inc Chesapeake Energy EOG Resources Carrizo Oil and Gas, Inc. Encana Range Resources Williams Goodrich Petroleum Corporation Penn Virginia Cubic energy GMX Resources Devon Energy Newfield Exploration K2 Energy Barnett 1.1 1.3 1.5 1.2 1.3 1.3 1.3 1.3 – 2.4 1.90 1.20 1.50 1.8 2 1.0-2.0 Haynesville 1.6 1.5 Woodford 1.6
2010.1 – 2011.9
2010年开始美国页岩油钻机迅速增加
美国页岩油产量预测
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二、北美页岩气革命的成功经验
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工厂化作业模式推动了水平井数量快速增加
工厂化钻井
一个井场多口水平井
批量钻完井 综 合 效 益
一个井场或钻井平台多口井
批量钻井和脱机作业 远程监控 流水线式作业：流水 线式进行钻井、完井、 压裂、生产，即边钻井， 边压裂，边生产
丛式井
一个井场或钻井 平台多口井
2011年仅Barnett页岩气产区就钻水平井近10000口,产量曲线也急速攀高
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技术进步和工厂化作业大幅度降低钻完井成本 成本结构：
发现与开发成本：40% 矿区使用费：40% 作业成本：20%
来源: OGI Yearbook 2011
平均：4.65 美元/ 1000ft3
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发现与开发成本：
Barnett<1.5美元/1000ft 3, Fayetteville、Haynesville<2 美元/1000ft 3 2008—2010 年切萨匹克等18 个典型天然气生产商：发现与开发成本<3 美元/ 1000ft3
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2.持续不断的技术进步与革新
技术整合推动产量呈指数型增长
8 Rest of US 随钻、随压甜点探测 Bakken (ND) Eagle Ford (TX) 水循环利用 Marcellus (PA and WV) Haynesville (LA and TX) 工厂化作业 Woodford (OK) Fayetteville (AR) 微震实时监测 Barnett (TX) Antrim (MI, IN, and OH)
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