为什么中国难以复制美国的“页岩气革命 ”?

2019年10月09日 11:07:59
来源:虎嗅网

文章来自微信公众号:国泰君安证券研究(ID:gtjaresearch),头图来自:视觉中国

10月3日,中石油宣布了两项重大油气勘探成果:

一是在鄂尔多斯盆地长7生油层内勘探发现了10亿吨级大油田——庆城大油田;

二是在四川盆地长宁—威远和太阳区块,页岩气累积探明10610.30亿立方米,形成了四川盆地万亿方页岩气大气区。

1万亿立方米的页岩气意味着什么呢?

要知道,在此之前,全国的探明页岩气储量就是1万亿立方米,而在引发页岩气革命的美国,截止2018年,页岩气探明储量也不过18万亿立方米。

数据来源:人民日报,国泰君安证券研究

能源是一个国家发展的经济大动脉。谁控制了能源,谁就遏制了经济的命脉。

十一期两项重大油气勘测发现,将对我国能源安全带来多大程度的助力?能源短缺下,中国又能否成功复制美国的“页岩气革命”?

国泰君安石化团队此前发布深度报告,分析中国页岩气发展的同时,探究了中国能源安全的现状和未来。

复盘能源史经典案例“美国页岩气革命”

21世纪初,美国举世闻名的“页岩气革命”在很大程度上重写了世界能源的格局。

复盘美国页岩气开采史,一共可以分为三个阶段。

1. 探索阶段:(1821年—1996年)

1821年,Hartz在纽约Fredonia镇钻探美国路上第一口油气井,首次获得页岩气。

从上世纪40年代,部分企业开始探索页岩气的开采,并通过小型裂压技术实现了页岩增产。

上世纪70年代,受石油危机影响,美国政府和企业都纷纷加大非常规油气的开采力度。页岩气产量由1976年的18.4亿立方米飙升至1997年的80亿立方米。

此外,这一段时间美国对页岩气的学术和产业理解也大大增强。不仅明确了页岩气的存在成因,还提出了“连续油气聚集”,进行小型压裂、冻胶压裂和水平井等增产试验。

2. 技术突破阶段(1997年—2003年)

九十年代末开始,水平井多段压裂、大型水力压裂、多井工厂化等技术开始应用,而到2002年,集大成者水平井多段压裂技术试验成功并开始推广应用,成为页岩气开发最有效的技术。

Barnett页岩气田开发突破后产量快速增长,2002年产量达到54亿立方米,成为美国最大的页岩气田,2003年产量已经占到美国页岩气总产量的28%。

美国陆上页岩气田分布 数据来源:《页岩气基本特征、主要挑战与未来前景》

3. 跨越式发展阶段(2004至今)

继页岩气之后,水平井多段压裂技术在页岩油开发中得以广泛应用,Permian(二叠纪盆地)等一批以页岩油为主的储层得以开发,2016年美国页岩油的产量达到23亿吨。

美国页岩气田产量 数据来源:《页岩气基本特征、主要挑战与未来前景》、国泰君安证券研究

得益于“页岩气革命”,2006年—2010年期间,美国页岩气产量暴涨20倍,并在2009年以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯,成为世界第一大天然气生产大国。

美国非常规气占比近60%页岩气产量2004年后快速发展 数据来源:2010年BP世界能源统计

根据EIA数据,美国页岩气占天然气全部产量的比例,由2007年的7%突飞猛进至2017年68%,年产5264亿立方米。

美国页岩气产量逐年递增 数据来源:EIA、WIND、国泰君安证券研究

页岩气产量地位的变化,不仅使得美国在短短几年中,从一个高度依赖海外进口的局面中全面实现自给自足,还转身蜕变为一个天然气出口国,甚至在很大程度上改写了世界的政治格局——美国正在逐步掌握全球能源的定价权和主导权。

中国页岩气开采任重道远

不过事实上,纵观全球页岩气储量,最大的储备区并不在美国,而是在中国。

据联合国贸易和发展会议(UNCTAD)2018年5月发布的一份报告显示,中国的页岩气储量排名全球第一(达31.6万亿立方米),其次为阿根廷(22.7万亿立方米)、阿尔及利亚(20万亿立方米)、美国(17.7万亿立方米)和加拿大(16.2万亿立方米)分别排名二至五名。

中国的页岩气不仅储量高,技术可采资源量占比也很高,这意味着与阿根廷、阿尔及利亚等国不同,中国的页岩气是实实在在可以被开采出来的。

中国页岩气技术可采资源量占比高(万亿立方米) 数据来源:《世界页岩气开放现状及对中国页岩气合理勘探开发的建议》、国泰君安证券研究

而与此背道而驰的是,从市场能源需求角度来讲,我国天然气仍处于大缺口状态。

2018年,我国天然气的对外依存度达43.2%,并且还在逐年攀升。

我国天然气消费量、产量、进口依赖度逐年攀升 数据来源:WIND、国泰君安证券研究

而在2017年,中国非常规天然气产量仅有480亿立方米,美国则高达6040亿立方米。

一方面是世界第一的储量和巨大的需求,然而另一方面是亟待提升的实际产量。

人们不禁要问,这中间,到底是哪里出了问题?

页岩气开采难度在哪里?

在中国,想要复制美国的“页岩气革命”,其难度主要体现在三个方面。

中国恐难复制北美页岩气革命 数据来源:国泰君安证券研究

1. 我国页岩气开采技术与北美仍有差距。

事实上,妨碍中国页岩气发展缓慢的,很大原因就是开采技术的不成熟。

页岩气的开采难度具体体现在哪里?

和普通岩石不同,页岩就像书本一样,是一片一片的沉积岩。而页岩气并不像常规天然气一样密封在储层圈闭里,它更像海绵里的水,藏匿在页岩的孔隙之中。

常规、非常规油气基本特征以及分布实例 数据来源:《非常规油气地质学建立及实践》

因此,要想获得页岩气,需要采用横向开采,也就是沿着水平方向,在地下的页岩层横向钻探,把页岩一点点打裂,释放页岩气。

在横向钻探中有一个关键的技术,叫做水力压裂技术,也就是用高压把水打到1500米深的地下,把页岩层打裂,让天然气释放出来。

水平井分段压裂泄流面积更大 数据来源:中国数字科技馆

运用水平分段压裂技术,可在较短时间内一次性完成对多个储层的压裂,并最大限度地减少对储层的伤害,实现多层合采,从而提高单井产量和地质储量可动用程度。

水平井分段压裂减少对储层伤害 数据来源:中国数字科技馆

中国压裂改造技术以及单井开发效果等方面依然与美国存在较大差距,在技术瓶颈突破以前,需要进一步降低钻井与压裂周期。

目前,中国的页岩气开发综合投资5500万元左右,单井成本下降30%左右,然而这与美国的页岩气开发技术相比较仍有差距。

中国页岩气技术以及单井开发效果与美国存在差距 数据来源:《中国天然气开发技术进展及展望》、国泰君安证券研究

但这个差距也为相关的油服公司提供了机会。

2. 我国页岩气储层类型更多样、储层横向展布差异大、开采难度大。

中国页岩气主要集中于中国的西南以及鄂尔多斯地区 数据来源:《非常规油气地质学建立及实践》

与美国相比,中国页岩气储层类型更多样、构造作用强、储层横向展布差异大等特点,技术难度更大。

具体而言,

第一,中国海相、陆相、过渡均有沉积。且主要产地四川多地震,导致错综复杂的地质构造使页岩气开发变得相当困难。而北美页岩储层海相沉淀为主,更稳定。

第二,中国海相页岩处于过高成熟度,不在最佳产气阶段。而北美处于最佳产气阶段。

第三,北美页岩储层厚度大(30m—150m)且大面积连续分布,中国厚度薄(10m—40m),且储层差异大。

第四,中国海相页岩储层应力相对复杂,局部地水平主应力差超过10MPa体积改造难度较大。

中美页岩气典型剖面对比 数据来源:《页岩气基本特征、主要挑战与未来前景》

3. 我国页岩气分布在人口高密度地区,开采所需要的高强度水资源消耗是制约产业发展的瓶颈。

现有的页岩气开采过程需要消耗大量水资源。世界能源研究所(WRI)表示,在美国,仅钻井就需要20万至250万升水,水力压裂环节对水的需求量则高达700万至2300万升。

中国陆上页岩气田主要分布在蜀南地区 数据来源:《页岩气基本特征、主要挑战与未来前景》

根据四川省环境保护科学研究院测算,若川南页岩气充分开发,则需要用水18.6亿立方米,占川南地区用水量的26.0%。

由于北美页岩气储层较浅中国页岩气产业耗水量高于北美 数据来源:《浅谈页岩气开发对川南地区的水资源影响》、国泰君安证券研究

由于川南地区常住人口2500多万人,人口分布密集;同时川南地区是传统的农业发达地区,因此高强度的淡水消耗对当地的水资源供给是较大的压力。

页岩气开发预计占川南地区用水量26.0% 数据来源:《浅谈页岩气开发对川南地区的水资源影响》、国泰君安证券研究

页岩气能否承担中国能源自给的重任?

作为长久以来的能源大国,中国的能源结构长期以火电为主。

政府早在《能源发展“十三五”规划》中就已经提出,要优化能源结构,实现清洁低碳发展,2020年非化石能源和天然气消费增量将占能源消费增量的68%以上,天然气在一次能源中的消费比重力争达到10%。

页岩气,作为天然气领域中发展最为迅速的一员,承担了责无旁贷的重任。

2016年,国家能源局在《页岩气发展规划(2016年—2020年)》中提出,将在2020年力争实现页岩气产量300亿立方米。

根据国家能源局数据,2018年,我国页岩气产量为127亿方,但要达到2020年的目标,仍有较大距离。

从目前国家支持政策层面来看,三桶油各自都加快了开发步伐:中石油、中石化、中海油2019年资本开支持续提升。

中石油2019年上游投资预算2282亿元超越2014年投资高点。

中石化2019年上游投资预算同比增加41%至596亿元。

中海油资本开支预算为700亿元~800亿元,同比增长11%~27%。

中石油,中石化,中海油资本开支情况 数据来源:公司公告、国泰君安证券研究

从市场开放政策上来看,为了改善此前我国矿权过于集中的局面,国家在6月30日发布新版《鼓励外商投资产业目录(2019年版)》、《外商投资准入特别管理措施(负面清单)(2019年版)》、《自由贸易试验区外商投资准入特别管理措施(负面清单)(2019年版)》。

其中取消了石油天然气勘探开发限于合资、合作的限制,鼓励中外联合开发。

同时,在政策补贴方面,2019年6月19日发布关于《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》的补充通知,实施期限为2019至2023年。

可再生能源发展专项资金支持煤层气(煤矿瓦斯)、页岩气、致密气等非常规天然气开采利用。

毫无疑问,巨大的市场需求,加上国家政策支持、低碳经济战略发展机遇的推动力,将带动包括页岩气在内的天然气开发。

而这,将成为未来数年里中国油气格局结构性调整的最重要趋势。

以上内容节选自国泰君安证券已经发布的研究报告《非常规气快速增长,但中国恐难复制美国的页岩气革命 --远见系列之一 》及公开资料,具体分析内容(包括风险提示等)请详见完整版报告。若因对报告的摘编产生歧义,应以完整版报告内容为准。

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