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金之钧:页岩油气是未来重要的油气资源类型

国际燃气网  来源:中国日报网  日期:2019-01-07
 
金之钧(中国科学院院士、页岩油气国家重点实验室主任)担任2019影响力峰会“预见科技未来”发布人

    1月5日,由中国日报网和网易新闻共同主办的“2019影响力峰会——预见未来”在北京举办。中国科学院院士、页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室主任金之钧在峰会上预见科技未来主题演讲环节以“科技创新决定能源行业未来”为主题发表演讲。他表示石油与天然气资源可满足全球供应一百年以上,页岩油气则是未来重要的油气资源类型。

     他通过数据展示了页岩革命如何改变人们对油气资源稀缺性的认识。页岩油气资源丰富,是未来油气开发利用的重要领域。而中国在政策支持到位和市场开拓顺利情况下,2020年左右页岩气产量可以确保达到200亿方,2030年产量可以力争达到800-1000亿方,占全国总产量30%以上。
 
    但是要想实现这样的目标,中国面临着巨大的挑战。
 
    中国的页岩油气资源最主要的产地是在四川、重庆一带,页岩油气资源埋藏较深,对勘探开此技术的要求极高,要实现打的准、压的开、产的出,还要环保并且有效益并不容易。中国的页岩油拥有巨大的开发潜力,探明的储量就有200亿吨。
 
    他认为,页岩油开发是中国确保两亿吨石油安全红线的希望所在,但是要实现页岩油的开采,地下的加热技术以及近临界水地下原位裂解技术成为技术的关键,在这个过程当中要研究固态、液态和气态三相共存的情况下,在孔隙和裂缝介质相互作用下的渗流机理,并且涉及到物理过程、化学过程以及数学计算和模拟,还包括材料科学和防腐的工作,整个过程的挑战是巨大的。
 
    金之钧希望社会各界能够关注这项技术,参与这项技术的研发。他认为,这是中国油气安全的未来和希望。
 
    以下为现场实录:
 
    金之钧:
 
    各位来宾,女士们、先生们:
 
    大家上午好!
 
    很高兴有机会和大家来分享我个人和我的团队对能源科技领域所掌握的一些发展态势以及对未来能源产生影响的一些科研成果。我讲的题目是“科技创新决定未来能源行业的态势”,实际上也可以叫“引领”。
 
    在SCIENCE杂志125周年创刊的纪念活动中他们提出了在未来几十年内人类要面对和严肃回答的125个科学问题,其中前25个就是在这个表上所罗列的被认为是最最重要的问题。第24个问题讲的是“什么时间用什么能源来替代石油”,我今天的报告要从这里说起。
 
     从当前到2050年,油气是全球最为重要的一次能源类型。在2017年全球一次能源当中石油占34.2%,是第一能源,现在我们处在石油时代,接下来是煤炭和天然气,非化石能源占14.8%,数字都标在这里,就不一一念了,2016年的数据大家可以去对比分析,值得一提的是非化石能源,2017年比2016年还降低了0.2个百分点,其主要原因是由于油价的下跌对它发展的抑制作用,大量地用石油。中国的情况是另外一个图景,我们是以煤为主的一次能源结构,2017年是占59.1%,石油占20.7%。接下来是非常规能源,占13.2%,比2016年增长0.2个百分点。天然气占到7%,所以下一步国家的能源战略是大力发展天然气。
 
    2040年是什么样的图景呢?大家可以看到在一次性能源结构当中,石油、天然气和煤炭仍然是最主力的能源,占76%;非常规,也就是说可再生能源从2016年到2040年在能源结构中增长了9个百分点,达到24%,
 
    2050年的图景有所变化,特别是可再生能源,也就是说非化石能源,用过去可再生能源署的预测,大概占一次性能源结构当中的1/3,实际上化石能源还是占50%以上,所以这样的一个预测应该说在目前阶段是普遍的行业的共识。
 
    我们的问题是,在未来需要这么多的油气,我们的油气资源能不能满足人类的供应?很长时间内油气是稀缺的资源,不可再生。有一组数字,左侧是到此为止全球一共所发现的石油和天然气储量,可供人类持续开采50年以上,右侧两列是分别列了未待开发的石油和天然气量,可供人类使用100年以上,特别是我用不同颜色标出来的页岩油和页岩气,这是我们现在全球都在关注的一种新型的油气资源,是我们未来的希望。
 
    什么叫页岩油、页岩气?这个剖面图上下部展示的是深层石油和天然气的岩层所含的石油和天然气,就把它叫页岩油和页岩气,最大的不同是岩石致密,像我们用的磨刀石很硬,这个孔隙放大了一万倍,也就是说是纳米级的孔隙,从十个纳米到几百个纳米不等,是有机孔和无机孔构成的,用常规的石油天然气的开采技术,无法把这一类石油和天然气开采出来,必须经过特殊的开采技术,是什么样的开采技术呢?这一张动画片展示了主体的页岩油和页岩气的勘探开发技术,打一个垂直井,再拐个弯,打水平井,水平井打完之后还要分段把岩石压碎,就是人工压裂产生裂缝,所以页岩油岩层也可以称之为人工油气层。在致密岩石当中吸附或存在的游离状态存在的页岩油和页岩气就可以渗流出来,可以随着主通道采出来,这个技术是发源于美国。
 
    由于这样一个技术的成功,大家看到这两张图,同时对美国南部的,美国地质调查局的评价,2008年到2011年资源量增加了43倍,北部的巴肯盆地页岩油的评价从最初到最近的评价,资源量翻了53倍,所以过去我们认为油气是稀缺资源,这样一个常识已经颠覆了,油气是非常丰富的。
 
    这是全球的页岩油、页岩气的一张资源评价和分布图,中国也在其中,全球有4190亿桶页岩油资源量和12631桶当量的页岩气的资源量,中国页岩油在全球排第三位,页岩气根据美国的评价排第一位,我们自己的专家并没有这么乐观,一会儿我会提到这组数据。
 
    中国油气工业有怎样的资源潜力与油气产量?去年天然气的产量是1487亿立方米,不到1500亿立方米,原油的产量是1.92亿吨,由于油价的下跌,我们从2.14亿的高峰已经有所下降,所以我们的进口量在持续增加,对外依存度也在持续增加,石油和天然气的安全已经引起了中央、国务院的高度重视,这是这三个表格,列出来的是我们已经探明的石油和天然气储量,以及待发现的石油资源量和天然气资源量,标有另外颜色的就是中国的页岩油资源量和天然气的资源量,这是我所在的中国石化勘探开发研究院的团队评价的。
 
    这张表列出来的是不同结构对中国页岩气潜力资源的分析和资源量的计算,可以看到目前的认识分歧还很大,所以摸清页岩气的家底对我们还是一项重要的任务,但是不管怎么说,中国页岩气的潜力巨大。我们的目标是到2020年,确保页岩气的产量200亿方,到2030年能够达到800-1000亿方,占那个时候中国天然气产量的1/3左右,30%以上。
 
    根据这样一个目标,我们面临着巨大的挑战,中国页岩油气最主要的产地是在四川、重庆一带,就是我们地质上讲的四川盆地,以及中国广大的南方地区,埋深4000-5000米,这个目的层只有10米到30米的厚度,水平段要打水平井,水平段要打到1500-3000米的深度,再进行20-30段的压裂,要打的准、压的开,产的出、环保还要有效益,这张图上最左侧的图就是为了确保地下打的准的地质导向和旋转导向技术,相当于地下导弹的制导技术。中间这个是三千马力的压裂车,在四千、五千米的深度把岩石能够压碎,中间这张图是我们在一个平台上所设计的多口井产出的设计模型,为的是提高单井的产量,能够有效益,最后一张图在整个开发当中要确保环保。
 
    说到页岩油,我们的资源量也非常丰富,有200亿吨,和常规的石油资源量是相当的,目前主要分布在四大盆地,像大庆油田所在的松辽盆地、胜利油田所在的渤海湾盆地、延长石油所在的鄂尔多斯盆地,以及新疆油田所在的准噶尔盆地,是我们下一步页岩油的主要产出区。目前工作目标是到2020年能够获得商业突破,也就是说在油价60-80美元每桶的情况下我们能够盈利。2030年能够达到500-1000万吨,这是我们国家确保两亿吨石油安全红线的希望所在,但是这一套地层也和美国的地层不一样,我们主要是在古湖泊环境下形成的一套陆相地层,黏土含量高,清水压裂技术不太适用这套地层。

    另外这里形成的原油成熟度低、黏度大、流动性差,不容易流动,地层的能量也偏弱,所以要实现这样一个页岩油的开采,地下的加热技术或者近临界水地下原位裂解技术成为技术的关键,加热又分电加热、流体加热、辐射加热、燃烧加热等等,而在这个过程当中我们还要研究固态、液态和气态三相共存的情况下,在孔隙和裂缝介质相互作用下的渗流机理,这其中还涉及到物理过程、化学过程以及数学计算和模拟,还包括材料科学和防腐的工作,整个的挑战是巨大的。欢迎社会各界能够关注这项技术,参与这个技术的研发,这是中国油气安全的未来和希望。
 
    对于油气开发来说,技术进步是关键:从资源扩张型向降本增效型转变。我们的油气资源是丰富的,关键的问题是能不能够给人类提供廉价的油气,也就是说我们石油行业、天然气行业目前的科技正面临着一个重大的转折,也就是从以往的资源扩张型的科技进步到今后的降本增效型科技的转折期。左侧这张图统计了自1900年以来人类对油气的重大发现,主要是从陆上到海上,从常规地区到极地地区(北极)。从陆上浅层到深层,从海上浅水到深水,科技进步是以扩大油气资源为特征的,例如,刚才讲的页岩油气。而未来的科技特征将是以降本增效、提供廉价的油气作为今后科技发展的重要方向。右侧这张图反映的是美国三年来页岩油开发的成本降低情况,大家可以看到通过技术进步,三年的时间它的成本降低了40%,可以预计的是,通过进一步的技术进步,还可以再降低40%。在今天开会之前,网易的领导问我说未来的油价是什么情况,油价是不可预测或者很难预测的,但是高油价的时代我想可能会中止一个段落,在今后能看得见的时间应该以中低油价时期为主。
 
    计算机技术刚才邬院士作了一个非常精彩的报告,我们行业十分关注着互联网、大数据和人工智能技术的发展,以及对我们行业带来的推动作用,今后十年的时间,这些技术会重塑石油工业的未来,会大大地降低我们的管理成本、生产成本,为人类提供更加廉价的油气。
 
    能源演进过程当中,人类走过了木炭的时代、煤炭的时代、石油的时代,现在很快要进入天然气的时代,未来用什么能源替代石油成为第一能源,我现在回答这个问题,就是大约在2050年前后,天然气将超过石油,成为人类一次能源结构当中的第一能源,人类进入天然气时代。
 
    现在的清洁能源技术发展非常迅速,成本降低得非常快,在右侧这一栏里展示的是近几年太阳能发电的竞标成本报价,在去年中国欢欢乐乐过春节中,阿联酋报出最低价,每千瓦时发电成本1.78美分,右侧图展示的是中国和美国在不同时代太阳能发电、风能发电、煤炭发电和天然气发电的一个竞争态势,大家可以看到不论是中国还是美国,大概在2030年前后,这几驾马车可以并举,太阳能发电将具有和煤炭发电同等的成本竞争优势。
 
    核聚变研发的路线图,是李建刚院士提供的,我们参加全球最大的项目叫ITER工程,2020年前后会在实验室建成实验堆,2030年前后会建成工程堆,2050年前后有望实现商业化,一旦这个技术获得成功,人类核电的资源将取之不尽用之不竭,并且安全可靠,因为它没有放射性。
 
    也有科学家认为氢能是未来的终极能源,这是世界氢能理事会所做的2030到2050年的一个路线图,到2050年,氢能在能源结构当中的占比将达到18%,减少二氧化碳的排放量将达到60亿吨,创造三千万个就业岗位和2.5万亿美元的收入。这是它在交通行业、工业能源、建筑供热和氢能发电的一个路线图。
 
    原创性的理论和颠覆性的技术往往是不可预测的:科技进步是经济增长的主要驱动力。刚才各位经济学家给我们提供了一个丰富的大餐,我想说的是在整个议论的过程当中缺少了对科技的关注,下面这个图是油价这些年来的波动图,大家知道最大的这一次波动是2008年,美国能源危机、经济危机所带来的,实际上那一年我刚好在哈佛商学院进修,美国人的反思是认为科技进步没有跟上而给经济带来的影响。
 
    最后是我的小结,我20分钟讲了几个主要的观点,我的时间已经到了,不一一重复了,最后感谢各位院士、教授、高工和工程师对我整个研究工作的支持、知识的分享、资料的提供和最后多媒体的完善,谢谢大家。
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