中国可持续能源项目大卫与露茜尔 派克德基金会威廉与佛洛拉 休利特基金会 能 源 基 金 会 项目资助号G-1105-14126中国能源网研究中心2012 年 5 月中国页岩气开发与未来监管框架研究前 言页岩气开发已经成为全球能源领域的一场“革命”。据美国能源信息署（EIA）统计，2010 年美国页岩气产量达到 1379 亿立方米，超过中国 2010 年常规天然气的年总产量 967.6亿立方米。美国页岩气的成功开采不仅大大增强了美国在能源外交和应对气候变化等方面的主导权，而且也对全球天然气市场及能源供应格局产生了重要影响，引起全球对页岩气开发的关注与重视。目前，页岩气开发已经成为全球油气产业上游资源开发及投资的新亮点，而且也将带来下游市场应用的转变及新的商机。中国页岩气资源丰富，开发潜力大。据国土资源部初步估算，中国页岩气地质资源潜力为134.42 万亿立方米，可采资源潜力为 25.08 万亿立方米（不含青藏区）。加快页岩气开发及应用对保障国家能源供应安全、调整能源结构、应对气候变化、推进节能减排等具有重大战略意义。然而目前，中国页岩气开发尚处于探索阶段初期，相关政策及开发工作正在启动，中央和地方政府、油气产业界和其他非油气行业市场主体也都十分关注和重视。2011 年 6 月，为了全面了解国内外页岩气产业发展现状与市场发展潜力，美国能源基金会特委托中国能源网研究中心承担“中国页岩气开发与未来监管框架研究”课题，希望就美国页岩气开发现状和成功经验，中国页岩气开发的资源、政策、技术、市场基础和应用前景等展开深入研究，以期为美国能源基金会关注和推进页岩气产业高效、清洁化市场应用提供参考。本项目启动后，中国能源网研究中心与相关专家、顾问成立了专门的课题研究小组，并积极组织调查研究和专家访谈，初步形成中国页岩气开发与未来监管框架研究报告。本项目研究分阶段进行，本研究报告系第一阶段研究成果，重点对国内外页岩气勘探开发现状，中国页岩气资源、技术、政策等基础条件进行研究，同时针对目前中国页岩气开发面临的挑战及问题，提出政策及监管建议。下一阶段，课题将在本研究报告的基础上，重点研究推动页岩气产业有序发展的监管框架顶层设计，页岩气开发与应用综合试验区的建立等相关问题，同时结合美国能源基金会与业内专家意见展开深入探讨。本课题的研究工作得到了业内众多专家和企业的关注与支持。在此特别感谢国家电力监管委员会办公厅副主任俞燕山、国务院参事室特约研究员徐晓东、中石化石油勘探开发研究院咨询委员会副主任张抗、国土资源部油气资源战略研究中心副主任张大伟与车长波、美国能源基金会北京办事处电力与可再生能源项目主任王万兴、中石油煤层气有限责任公司总地质师李景明、中石油西南油气田公司勘探开发研究院页岩气研究室主任王兰生、中石油勘探开发研究院专家室副主任马家骥、中石油勘探开发研究院廊坊分院煤层气勘探开发研究所工程室主任鲍清英、中石油经济技术研究院市场所高级经济师徐博、中海油能源经济研究院首席研究员陈卫东、四川宏华石油设备有限公司董事长张弭、安东石油技术有限公司页岩气开发技术部总经理杨堃、中国地质大学（北京）水资源与环境学院教授陈鸿汉等专家学者给予的指导和帮助。1课题研究团队课题总顾问韩晓平 中国能源网首席信息官狄小平 中国能源网研究中心 秘书长 课题组成员陈 炯 北京中能网讯咨询有限公司 咨询总监 王新来 北京中能网讯咨询有限公司 副总经理 岳 芬 北京中能网讯咨询有限公司咨询部 研究员 李博抒 北京中能网讯咨询有限公司咨询部 研究员 张葵叶 北京中能网讯咨询有限公司咨询部 研究员 梁光临 北京中能网讯咨询有限公司咨询部 研究员滕霄云 北京中能网讯咨询有限公司咨询部 研究员卓琳飞 北京中能网讯咨询有限公司咨询部 助理研究员2目录前言课题研究团队目录图目录表目录1. 页岩气及全球资源状况 1.1. 什么是页岩气1.2. 页岩气藏特征 1.3. 页岩气开采流程及关键技术 1.3.1. 页岩气开采流程1.3.2. 页岩气开发关键技术1.4. 全球页岩气资源量及其分布 1.4.1. 全球页岩气资源丰富1.4.2. 全球页岩气资源分布广泛2. 全球页岩气发展状况及趋势 2.1. 美国页岩气率先商业化开发2.1.1. 美国页岩气资源及开发程度 2.1.2. 美国页岩气开发历程2.1.3. 美国页岩气开采技术装备现状2.1.4. 美国页岩气发展趋势2.2. 美国页岩气的发展对全球能源格局产生影响2.2.1. 影响全球天然气供应与 LNG 市场2.2.2. 影响全球其他能源产品的供应及市场结构2.2.3. 影响全球能源地缘政治2.3. 页岩气成为全球能源开发热点2.3.1. 页岩气资源国积极开发本国页岩气2.3.2. 部分国家对开发页岩气存在争议及顾虑3. 中国页岩气资源及其勘探开发3.1. 中国页岩气资源情况3.1.1. 中国页岩气资源丰富3.1.2. 中国页岩气资源分布广泛3.1.3. 中国页岩气资源特点3.2. 典型盆地页岩气资源情况1236799 9101011111114141414161718222223242525262728282929313 3.2.1. 四川盆地 / 扬子板块3.2.2. 塔里木盆地3.2.3. 其他盆地3.3. 中国页岩气资源勘探开发进程3.3.1. 资源勘查进展3.3.2. 未来资源勘查布局3.3.3. 页岩气井实施状况4. 中国开发页岩气的市场需求4.1. 保障能源供应安全要求大力发展页岩气4.1.1. 国内能源需求量不断攀升4.1.2. 传统能源对外依存度逐年升高4.2. 能源结构调整要求加快页岩气开发4.2.1. 中国能源消费结构不尽合理4.2.2. 增加天然气比重是能源结构调整的现实选择4.3. 发展页岩气是缓解天然气市场供需矛盾的重要途径4.4. 页岩气为发电市场带来影响与机遇4.4.1. 煤电发展制约多4.4.2. 核电发展不确定性增加4.4.3. 可再生能源难以大规模开发并成为主力电源4.4.4. 天然气（页岩气）发电是发展趋势5. 中国开发页岩气的条件5.1. 中国开发页岩气的技术条件5.1.1. 中国具备加快页岩气开发的一定的技术装备能力5.1.2. 中国拥有一批有资质或经验的油气企业或油气田技术服务企业5.1.3. 国外油气设备及技术服务公司对参与中国页岩气开发有积极性5.2. 中国开发页岩气的经济条件5.2.1. 美国页岩气实现商业化开发5.2.2. 中国页岩气开发成本预测5.2.3. 中国开发页岩气经济可行性分析5.3. 中国开发页岩气的政策条件v5.3.1. 常规油气勘探开发及市场利用的政策现状5.3.2. 煤层气勘探开发及市场利用的政策现状5.3.3. 中国政府重视页岩气勘探开发及矿业权管理5.3.4. 油气产业界积极推进页岩气勘探开发试验与国际合作 5.3.5. 页岩气勘探开发及市场利用的政策趋势6. 中国页岩气开发及应用亟待解决的问题3133343535353737373739393940414243434344444444474850505557595962646768734 6.1. 资源调查与评价滞后，资源“家底”需进一步摸清6.2. 成套技术不成熟，核心技术引进尚需“本地化”6.3. 勘探开发成本居高，经济性开发存在制约6.4. 缺乏有利于企业投入的政策支持6.5. 管网及配套设施建设滞后，缺乏开放的第三方准入6.6. 环境监管体系缺失，存在开发风险6.7. 资源管理机制有待完善 7. 加快中国页岩气开发与监管思路的探讨7.1. 中国煤层气开发与监管教训总结7.1.1. 抽采地质条件复杂，关键技术不成熟7.1.2. 煤层气和煤炭矿业权设置重叠及管理体制不健全7.1.3. 相关法律法规尚不完善，缺乏实际操作依据7.1.4. 煤层气矿业权过于集中，缺乏竞争及退出机制7.1.5. 煤层气价格太低，致使企业勘探开发积极性受挫7.2. 美国页岩气开发及监管经验借鉴7.2.1. 关键核心技术的突破与成熟7.2.2. 高度市场化的市场竞争环境7.2.3. 政府资金及政策的支持7.2.4. 完善的监管机制7.2.5. 发达的天然气管网设施及第三方准入7.3. 中国页岩气开发模式及监管思路的探讨7.3.1. 要选择适合页岩气产业特点的开发模式7.3.2. 需加大政策扶持力度，正确引导产业发展7.3.3. 要掌握先进适用的配套技术7.3.4. 应引入市场竞争机制，鼓励多元资本投入7.3.5. 需完善页岩气矿业权管理制度，强化监管7.3.6. 应建立健全有利于市场投资主体积极性的价格机制7.3.7. 建立确保生产安全及环境保护的有效监管制度和执行体系7.3.8. 先行试验，事半功倍 8. 结论9. 参考文献附件附件 1 . 美国原油意外获利法及其对非常规能源的补贴附件 2 .Gasland纪录片引发美国国内关于页岩气开发环保的担忧附件 3. 煤层气矿业权重叠问题附件 4 . 美国国家环境保护局（EPA）关于水力压裂的研究计划7374747575757676767777787878787879808080818283838484858585879092929498995图目录图 1-1 页岩气气藏形成图 1-2 页岩气开采流程图 1-3 世界页岩气资源分布图 2-1 美国本土 48 个州内分布的页岩气区图 2-2 美国页岩气发展历程 图 2-3 压裂技术改善增产作业效果图 2-4 美国 2000 年与 2010 年天然气消费结构比较图 2-5 1990-2035 年美国天然气供应构成图 3-1 页岩气资源盆地分布图 3-2 中国页岩气发育区划分图 3-3 四川盆地页岩气有利地带 图 4-1 2000 – 2010 年中国能源消费量及增长率 （不包含香港和台湾）图 4-2 2010 年全球能源消费量及比例 （不包含香港和台湾）图 4-3 2010 年中国一次能源消费结构（不包含香港和台湾）图 4-4 2010 年世界一次能源消费结构图 5-1 美国 Marcellus 页岩气区块儿钻井与完井成本变化趋势图 5-2 美国各页岩气区块盈亏平衡气价图 5-3 Southwestern Energy 公司的经济效益图 5-4 1999-2011 年美国开发石油的钻机和开发天然气的钻机数量变化图 5-5 美国页岩气开发学习曲线图 5-6 中国能源网研究中心“页岩气开发及应用一体化示范工程”建议图 6-1 页岩气项目风险分解图图 7-1 美国天然气管网布局图 7-2 成功的页岩气钻井模式910141517182022293033383840405152545557727381826表目录表 1-1 Rogner 对全球非常规天然气资源的地质储量估算表 1-2 世界五大洲页岩气资源量评估（除美国外）表 2-1 不同情景下美国天然气总消费量预测表 3-1 各机构对中国页岩气资源量的测算表 3-2 中国页岩地层沉积相及分布地区表 3-3 中美页岩特征对比表 3-4 中国四川盆地与美国典型页岩气盆地页岩气资源条件对比一览表 3-5 中国塔里木盆地与美国典型页岩气盆地页岩气资源条件对比一览表 3-6 国土资源部关于页岩气勘查策略表 3-7 国土资源部关于“优选页岩气富集有利目标区和勘探开发区”策略表 4-1 2015 年天然气供需预测（单位亿方）表 4-2 2020–2030 年天然气供需预测（单位亿方）表 5-1 中国页岩气勘探开发技术及设备情况表 5-2 设备及技术用于页岩气开发的企业 表 5-3 中国主要石油公司与油田工程技术服务公司 表 5-4 美国中小型页岩气开发公司及其业务优势表 5-5 国际大石油公司及技术服务公司业务优势表 5-6 2006 年美国不同页岩气区块收益情况表 5-7 中美页岩气勘探开发成本构成比较表 5-8 中国陆上常规天然气对外合作相关政策规定表 5-9 常规天然气利用政策表 5-10 常规油气及煤层气对外合作实施现状一览表 5-11 首轮页岩气探矿权招标竞标情况表 5-12 国土资源部新发现矿种公告121320283031323436364242454647484953566061646669791.页岩气及全球资源状况1.1.什么是页岩气常规天然气藏是指烃源岩 富有机质页岩 中的烃在地质作用下，被排出、运移到渗透性岩层 如砂岩、碳酸盐岩 中聚集形成的气藏；而页岩气是指生烃源岩中尚未逸散出的烃形成的气藏，且这种烃多是以吸附或游离状态留存在暗色泥页岩或高碳泥页岩中。页岩气与煤层气、致密砂岩气、甲烷水合物（可燃冰）类似，均属于非常规天然气资源。1.2.页岩气藏特征页岩气是一种清洁、高效的非常规天然气资源，页岩气藏具有以下特征（1）含气面积广，有富集段页岩气藏为连续型气藏，缺少明显的圈闭，也没有明显的气水界线，分布范围较广，一般为大面积区域含气，但存在富集段。（2）储层致密页岩气产自超低孔隙度和渗透率的黏土和粉砂级颗粒组成的页岩中，页岩储层孔隙度一般为 4-6, 渗透率小于 110-6μm2。（3）一般无自然产能据美国早期页岩气井显示，40的页岩气井初期裸眼测试无气流，55 的页岩气井初始无阻流量没有工业价值，所有井都需要实施储层压裂改造。（4）生产周期长页岩气开采单井经济寿命长，一般大概30-50年,甚至有关专家估计美国 Barnett 页岩气田的开采寿命可能达到 80-100 年。（5）采收率变化较大美国页岩气藏开发证实，页岩气藏采收率变化范围较大。一般埋藏图 1-1 页岩气气藏形成资料来源江怀友，页岩气资源勘探开发现状（ PPT），2011 年 6 月。10较浅、地层压力低、有机碳与吸附气含量低的页岩气藏采收率可能达到 60，而埋藏较深、地层压力高、吸附气含量高的页岩气藏采收率仅有 25 左右。页岩气藏的上述特征决定其开发具有如下特点即单井产量低、采收率低、投入高、早期产量递减快（之后产量较平稳）、生产周期长，这就使得页岩气的开发需要进行大规模压裂与水平钻井技术，而且需要钻大量的气井，通过接替生产以产生规模效应后才能形成稳定的投资回报，即页岩气开发需要进行连续的工厂化开发。1.3.页岩气开采流程及关键技术1.3.1.页岩气开采流程页岩气开发在进行矿产权租赁、许可权申请、建设道路和车辆停放等步骤之后，还需要经过5个重要的工艺流程，包括（1）钻竖直井到页岩层；（2）钻水平井进入页岩储气层；（3）向页岩气井中注入由水、砂及化学添加剂配比而成的高压混合液；（4）进行水力压裂，扩大岩层缝隙；（5）抽采页岩气到地表。在上述过程中，需要向地下注入大量压裂液（一般水砂含量为98-99.5，化学添加剂含量为0.5-2），会消耗大量水资源。据美国能源部统计，一个典型的页岩气水平钻井在钻探和水力压裂过程中需使用约 0.379 万 -1.514 万立方米水。图 1-2 页岩气开采流程资料来源江怀友，页岩气资源勘探开发现状（ PPT），2011 年 6 月。111.3.2.页岩气开发关键技术结合页岩气藏的上述特征与页岩气开发的各项工艺流程，页岩气勘探开发涉及诸多技术，如微地震监测技术、水平井钻井技术、完井技术、重复压裂技术、多段压裂技术、多井方案，以及环境保护和安全的项目运营管理服务等，其中水平钻井技术与压裂增产技术是页岩气实现大规模开发的关键技术。水平钻井技术作为页岩气开发的关键核心技术，其最大的优势是可以获得更大储集层段面积，提高单井产量。与传统的直井相比，虽然水平井成本为直井的1.5-2.5倍，但初始开采速度、控制储量和最终评价的可采储量是直井的 3-4 倍。压裂增产技术能够很好地改善页岩层本身的渗透率，提高气体的渗滤通道，加快天然气的开采速度，提高单井采收率（单井压裂段已从 2005 年的 7 段发展到如今的 20 余段）。与直井相比，产量提高 10-15 倍，并使开发成本逐年下降。目前北美页岩气开发成熟区每亿立方米产能建设投资折合人民币 2.5-3 亿元。目前，页岩气取得规模化开采主要是采取水平钻井与压裂增产技术相结合的综合应用方式，一方面可扩大页岩气渗入面积和开采深度，另一方面能够极大地改善页岩气井的生产动态与增产作业效果，使原本低产或无气流的页岩气井获得工业价值成为可能。1.4.全球页岩气资源量及其分布1.4.1.全球页岩气资源丰富页岩气资源被认为是含油气盆地中最后一类走上开发舞台的油气资源，在含油气盆地中蕴藏量最丰富。但是，目前全球对页岩气资源尚没有进行全面的评估，大多是根据现有地质资料进行估算得出的资源量。据Rogner（1997 年）早期的不完全估算，全球非常规天然气资源量约923 万亿立方米。其中近半数为页岩气资源，达到456万亿立方米，主要分布在北美、亚洲、拉美、俄罗斯等地区。据估算，全球页岩气资源量超过全球 436.1 万亿立方米的常规天然气资源量。12资料来源美国能源信息署（ EIA）， World Shale Gas Resources An Initial Assessment of 14 Regions Outside the United States，2011 年 4 月。近年来，随着物探、钻井、完井 尤其是水平井钻井、连续油管射孔和水力压裂等 技术的进步，以及天然气价格高涨的推动下，页岩气开发速度快速增长，全球发现的页岩气的储存面积越来越广，对页岩气资源的认识越来越高。2011年4月美国能源信息署（EIA）发布“ World Shale Gas Resources An Initial Assessment of 14 Regions Outside the United States”报告，报告对除美国以外的 32 个国家 48 个页岩气盆地进行了资源评估。评估结果显示，研究所覆盖的区域内，页岩气资源总储量 623.42 万亿立方米，技术可开发量 163.10 万亿立方米，若将美国包括在内，世界五大洲页岩气资源技术可开发量 187.51 万亿立方米，与常规天然气资源开发潜力相当。（单位万亿m3） 煤层气 页岩气 致密砂岩气 共计北 美 85 109 39 233拉丁美洲 1 60 37 98西 欧 4 14 10 29中欧及东欧 3 1 2 7前苏联 112 18 26 155中东及北非 0 72 23 95撒哈拉以南非洲 1 8 22 31中 国 * 34 100 10 144太平洋地区 经合 13 66 20 99其它亚太地区 0 9 16 24南 亚 1 0 6 7世 界 256 456 210 923注* 包括亚洲其它中央计划经济国家。表 1-1 Rogner 对全球非常规天然气资源的地质储量估算13资料来源 EIA， World Shale Gas Resources An Initial Assessment of 14 Regions Outside the United States2011。区域/国家资源总储量（风险评估结果）万亿立方米技术可开发量（风险评估结果）万亿立方米北 美加拿大 42.19 10.99墨西哥 67.00 19.28小计 109.19 30.27南 美南美北部 3.40 0.85南美南部 125.98 33.84小计 129.38 34.69欧 洲波兰 22.43 5.30东欧（除波兰） 8.21 1.84法国 20.39 5.10德国 0.93 0.23英国 2.75 0.57西欧其他地区 18.55 4.64小计 73.26 17.67非 洲北非中部 60.26 15.77南非 51.93 13.73小计 112.19 29.51亚 洲中国 144.45 36.10印度 8.21 1.78巴基斯坦 5.83 1.44土耳其 1.81 0.42小计 160.30 39.76澳大利亚 澳大利亚 39.11 11.21以上区域总计 623.43 163.11表 1-2 世界五大洲页岩气资源量评估（除美国外）141.4.2.全球页岩气资源分布广泛全球页岩气资源广泛分布在世界各个地区，其中北美地区、南美地区、亚洲地区都有广泛的页岩盆地分布，资源总储量及技术可开发量都较高，如下图所示。就国家而言，美国、加拿大、波兰、印度、澳大利亚以及中国等国家页岩气资源量较为可观。其中，美国与加拿大开发利用页岩气较早，美国更是率先实现了页岩气的规模化开发与商业化利用，随着技术的突破及各国开发页岩气条件的成熟，页岩气的勘探开发热潮正在向全球蔓延。2.全球页岩气发展状况及趋势2.1.美国页岩气率先商业化开发2.1.1.美国页岩气资源及开发程度美国页岩气资源非常丰富，本土 48 个州广泛发育暗色页岩。据美国能源信息署（EIA）统计，美国页岩气资源总储量约为187.5万亿立方米，技术可开发量超过24.8万亿立方米，是已探明的常规天然气储量（7.7万亿立方米）的3倍。目前，美国是全球唯一实现页岩气商业化开发及规模化利用的国家，2011 年美国页岩气产量达到 1751 亿立方米1，比 2010 年的 1379 亿立方米增长了27，且页岩气年产量占美国全年天然气总产量的34，成为美国天然气供应的重要组成部分。图 1-3 世界页岩气资源分布资料来源美国能源信息署，2012 年1数据来源 张大伟，页岩气打开中国能源勘探开发新局面，2012 年 01 月 09 日，中国国土资源报。15美国页岩气资源成藏条件好，普遍具有埋藏深度适中（大部分在 180-2000 米）、单层厚度大（30-50 米）、总厚度超过 500 米、基质渗透率高（大于 100mD）、成熟度适中（Ro在1.4-3.5）、有机碳含量大（大于2）、页岩脆性好（硅含量大于35）的特点，且页岩气丰富区大多分布在中部平原，地质构造简单，页岩大面积稳定分布，且远离沿海等经济发达以及人口居住集中地，利于修建公路、机动运输、打钻等系列开采活动的实施及大面积占地，方便开发商准入。目前，美国已经发现并实施勘探开发的页岩气区块超过 30 多个，其中成功实现商业化开采的重点页岩区块主要包括德克萨斯州的 Barnett 区、阿巴拉契亚盆地的 Marcellus 区、阿肯色州的 Fayetteville 区、路易斯安那州的 Haynesville 区、俄克拉荷马州的 Woodford 区、密歇根州的 Antrim 区、德克萨斯州南部的 Eagle Ford 区，以及奥尔巴尼的 Loujer Huron 区等，来自这些区块的页岩气产量成为美国页岩气年度总产量的主要组成部分。例如，据 EIA 数据，Barnett页岩气区块核心区带高峰期的页岩气产量每日约为 1.34 亿立方米。图 2-1 美国本土 48 个州内分布的页岩气区资料来源美国能源信息署（ EIA），2011 年 5 月 9 日162.1.2.美国页岩气开发历程美国页岩气的成功开发并不是一蹴而就的，而是经历了一个长期发展的过程。从页岩气发展历程来看，页岩气开发取得成功是技术进步、需求推动、政策支持、能源（天然气）价格上涨等多种因素综合作用的结果，尤其是水平钻井与水力压裂这两项关键核心技术的突破起到了重要的推动作用。20 世纪 70 年代，石油禁运和石油危机使得美国政府及相关机构加快了油气资源的勘探开发进程，投入了大量资金用于页岩气的地质和地球化学探索研究和试验。1980 年，美国天然气研究所开始对东部页岩气资源进行系统研究，并在后期认识到页岩气的吸附作用机理，使得页岩气储量、产量得到提高。同年，美国政府还实施了能源意外获利法，对包括致密气在内的非常规天然气田实行税收减免，以推动非常规气开发，当年美国实现页岩气产量 13.5 亿立方米。1997 年以后，随着水力压裂增产技术与重复压裂增产技术的逐渐成熟，页岩气井完井成本开始不断降低，页岩气井的高产期也得到延长，到1999年美国页岩气产量突破百亿立方米，为 108 亿立方米，是 1979 年页岩气产量的 7 倍。这一时期，虽然页岩气开采的成本有所下降，但是这与当时的石油、天然气以及煤炭