新疆非常规能源开发利用现状分析

姚亚明，吾满江·艾力，张俊敏，赵 斐，邢 矿，赵娟娟，郭 辉

（1.华北水利水电大学地球科学与工程学院，河南 郑州 450046；2.华北水利水电大学非常规能源研究中心，河南 郑州 450046；3.新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830023）

非常规能源是当今世界研究热点，也是我国新疆新的经济增长点。全球范围内非常规能源勘探、开发、利用的快速兴起，改变了世界现有能源结构，使其由二元当家：一次性能源（煤、油、气）和可再生能源（太阳能、风能、生物质油）变为三足鼎立，即常规能源、非常规能源、新能源。而且，非常规能源由于其资源量巨大、分布十分广泛和清洁环保，在未来能源中占据了非常显著的地位，正为世界各国所青睐和重视。

新疆是不仅是我国常规能源（石油、天然气和煤炭）基地（已探明储量中石油、天然气、煤炭等能源资源占全国储量的30%、34%和40%，居全国首位），也是新能源（太阳能、风能）重要的资源大区，同时也是非常规能源（页岩气、煤层气和油页岩）蕴藏量巨大的地区。据专家估算，新疆页岩气资源量预计高达26万亿立方米以上，煤层气资源量超过9.5万亿立方米，油页岩资源量超过1 200亿吨，均位居国内前茅。

为此，自治区党委、政府在一揽子建设丝绸之路经济带，发挥新疆特殊优势和关键作用的规划中，将非常规能源作为一项重要内容和任务摆到了议事日程上来，并安排发改委、科技厅等有关职能部门拿出相应措施、计划和方案，指导和组织新疆以煤层气、页岩气、油页岩为主的非常规能源的勘探、开发、利用。并且希望尽快形成以资源摸底、潜力分析、有利区预测为主的地质条件研究，以水平井钻探、分段压裂、排采为主的施工工艺攻关，以气（油页岩的提炼）的发电、液化、进管网的下游利用为主的调研，以政府指导、高校和科研院所技术支撑、政府企业社会共同出资、企业实施的运作模式，政府价格补贴、税收减免、设备进口优惠等政策综合、配套的一体化方案。只有当国家、自治区针对非常规能源的特殊性，制定出一系列相应的特殊政策，鼓励人们积极地投身到这个具有现实意义和长远意义的新兴行业之中，才会吸引到更多的人才、技术、资金，其意义在于不但可以创造经济效益，还会创造更多的社会效益［1-2］。

1 主要研究思路和重点研究方向

非常规能源的重要性主要表现在资源量大、分布范围广，近期可以从根本上弥补常规油气的不足；非常规能源的复杂性主要表现在资源丰度较低、物性致密、吸附态为主、黏稠或呈固态、勘探开发成本高、环境因素等。为此，重点研究为3个一体化：一是勘探、开发、利用一体化；二是地质理论、工艺技术、资金支持一体化；三是人才培养、科学管理、政策扶持一体化［3-5］。

1.1 勘探、开发、利用一体化

Masters etc.认为自然界的油气资源通常呈对数分布。资源三角形的顶部是常规油气资源：资源品质高，但资源总量较小；中间包括重油、油砂、油页岩、煤层气、致密气和页岩气等非常规油气资源：资源总量远大于常规油气，但资源品位相对较差，对技术要求更高；位于三角形底端的是资源更为丰富、技术难度更大的天然气水合物等未来资源。

中国非常规天然气在过去很长一段时间发展较慢。一方面是受勘探开发关键技术的制约；另一方面是由于成本高，产量低，技术尚未取得重大突破。近年来，国家和各大石油公司高度重视致密砂岩气、煤层气、页岩气、天然气水合物等非常规天然气的研究和勘探开发工作，我国非常规天然气已进入新的发展阶段。具体体现在新疆维吾尔自治区非常规能源勘探、开发、炼制、利用一体化和理论、方法、技术三创新综合配套示范工程［6-8］。

1.2 地质理论、工艺技术、资金支持一体化

如何选择先进适用的工艺技术，使油气产出更多、更快、更好，这直接关系到经济效益和社会效益。

1.2.1 搞好评价选区，优选丰度相对高、埋藏相对浅、物性相对好、含油气量相对大的地区进行示范、试验攻关、取得突破，然后及时在全疆范围内进行推广。

1.2.2 优化方案设计，优选工艺技术，引进和研制适用于新疆的长距离水平段水平钻井、大型水力压裂以及大型无水压裂，随钻测井、微地震检测等工艺技术。

1.2.3 研究非常规能源技术商业化。国外非常规能源开采技术都源自中小能源和技术公司，一项技术从研发到商业化甚至会经历数个公司间的更替。

1.2.4 研究专业化分工与协作结合。矿业权人对非常规矿业权可以采取自主经营或通过市场交易进行出让。

1.2.5 研究建立新能源发展专项基金。政府要重点支持一般投资者不愿意投资的、仅靠市场机制难以有效运作的页岩气、煤层气、油页岩等非常规能源开发研究［9-11］。

1.3 人才培养、科学管理、政策扶持一体化

针对非常规能源的物性致密，需要压裂进行储层改造；吸附态为主，需要降压解吸使其游离；黏稠或呈固态，需要加热使其降低黏度至可以流动，这样才能将其从地下开采出来。而要做这些工作，就得增加相应的成本，特别是在勘探期或者开发的早期，基本上是没有经济效益的。而这些资源对新疆当前来说又是必须而十分重要的，这就需要国家、自治区有相应的支持政策，鼓励企业来做这项工作。

研究纳入自治区战略性新兴产业；研究通过调整财政支出结构，增加对非常规能源的投入；研究如何实行税收优惠政策；研究通过政府采购，支持非常规能源发展；研究非常规能源开发过程中环境保护问题。形成国家引导、鼓励、补贴，自治区立足“两新、两高”新理论、新技术、高起点、高水平，各类高校、科研院所、企业、金融等机构积极参与的公开、公平、公正的管理体系和全面开放、科学、完善的机制。按照国内一流、世界领先的非常规能源创新理论、方法、技术，实现一体化、基地化、大型化、现代化和集约化发展，达到资源节约、能源发展、环境友好目的，实现经济效益和社会效益双丰收，当前利益和长远利益共兼顾。

1.3.1 设立一个新疆非常规能源政策制定和决策机构。在自治区层面成立非常规能源开发工作领导小组，编制科学可行的非常规能源专项规划，制定非常规能源开发一系列配套政策，统一部署非常规能源的勘探、开发、利用，为自治区非常规能源的及早开展，提供政策支持。

1.3.2 建立一个新疆非常规能源的发展专项基金。政府要重点支持一般投资者不愿意投资的、仅靠市场机制难以有效运作的页岩气、煤层气、油页岩等非常规能源开发研究，并在这些研究形成产业化和商业化的竞争条件后逐步退出，以发挥市场和企业在非常规能源行业投融资活动的基础性和主体性作用，推动其持续、健康发展。

1.3.3 成立一个新疆非常规能源系统综合研究院。重点研究非常规能源形成的地质条件、资源潜力、分布规律、有利地区、开采规模等，并对我国乃至全球今后一段时期能源需求规模、结构、价格等做出一个科学的、切合实际的预测。其目的是提高我国能源战略地位，改善我国能源结构，不断降低能源安全风险。

1.3.4 培育一个新疆非常规能源科技创新产业园。立足非常规能源研究院的各类成果，重点围绕非常规能源及其配套产业，以能源环境可持续发展为目标，以“一园多基地”为发展模式，以市场化、专业化、国际化为运营思路，不断拓展科技产业园的外延，提升科技产业园的内涵。依靠自治区、市政府的政策优势和中国科学院新疆分院的技术优势，立足乌鲁木齐市经济技术开发区（头屯河区），为非常规能源企业研发机构和初创期的研发企业提供专业水准的发展空间，促进各种科技创新资源在科技产业园区内集聚。

1.3.5 打造一个新疆非常规能源3种类型示范区。改变过去固守实验室内封闭式的研究模式，一开始就走产、学、研、用一体化道路，分别在三大盆地选择3个示范实验区，完成非常规能源勘探、开发、炼制、利用一体化和理论、方法、技术三创新综合配套研究生产。页岩气研究选择在塔里木盆地满加尔坳陷地区；煤层气研究选择在吐哈盆地哈密三塘湖地区；油页岩研究选择在准噶尔盆地乌鲁木齐地区。

1.3.6 培养一批非常规能源高级人才和研发一系列先进技术。通过非常规能源开发利用政策的实施，促进了新疆非常规能源高级人才的引进和培养，同时也可以加快引进和研发非常规能源勘探、开采、利用方面的技术，主要包括深井、超深井长距离水平井段的钻探和在相对缺水环境下需要进行大型水力分段压裂技术以及自治区对环境保护的要求技术［12-16］。

2 国内外研究现状

2.1 国外最新进展

2.1.1 资源评价与产业化。①煤层气。煤层气资源在世界范围内分布广泛且资源极其丰富。目前，美国、澳大利亚和加拿大等国家的煤层气勘探开发发展比较迅速。我国煤层气的勘探程度和资源探明程度均很低，但在优惠扶持政策的拉动下，呈现出了较快的发展态势。

根据最新资源评价结果，全球煤层气资源量可能超过260×1012m3，而90%的煤层气资源量分布在12个主要产煤国。目前许多国家都进行了煤层气开发的有关研究，且逐渐实现了商业化开采［17-20］。

②页岩气。全球页岩气资源极其丰富。据美国能源信息署（以下简称“EIA”）2013年6月发布的结果，页岩气地质资源量约1 013×1012m3，主要分布在北美、东亚、南美、北非、澳大利亚等地区。

美国20世纪90年代以来，随着地质认识的不断深入和勘查开发技术的进步，美国页岩气开发得到快速发展，产量增长迅猛。特别是2006年以后，页岩气年产量由279×108m3快速增长到2012年的2 653×108m3，平均年增长率高达46.6%，2017年产量已经达到4 770×108m3，占美国天然气产量比例将超过50%以上。美国已进行了36套页岩的勘探，其中，2套主要为生物成因页岩气藏，1套为混合气藏，20套为热成因页岩气藏，8套为页岩油藏，2套未发现页岩油气［26-29］。

2.1.2 成功经验与做法。①立法税收政策到位。美国非常规天然气的快速发展与政策的扶持有直接关系。国家立法和税收给予了非常规天然气发展很大的支持。②中小企业先行先试。美国充分鼓励非常规能源勘探开发领域的竞争，注重发挥中小企业的作用，在非常规能源开发上形成了中小企业与大企业有机接替、专业化分工与协作有机结合、产业链各环节资本高效流动的开发体制。③各种技术配套跟进。美国在页岩气开发技术方面走在世界前列，已形成水平井加多段压裂技术、清水压裂技术和同步压裂技术等先进的开采技术。围绕页岩气开采，美国形成了一个技术创新特征明显的新兴产业，带动了就业和税收，并已开始向全球进行技术和装备输出［11-14］。

2.2 国内最新进展

2.2.1 资源评价与产业化。①煤层气。我国煤层气经过20多年大量的地质评价、技术试验与勘探开发，建立起了与我国地质条件相适应的勘查开发技术体系，并在2006年开始快速发展，发现了沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘两个上亿立方米的大型气田，形成了两大煤层气产业化基地。在政府相关配套的政策鼓励下，2017年煤层气产量达到70.2×108m3。

我国诸多煤层气盆地中，大于5 000×108m3的含煤层气盆地共有14个；大于1万亿立方米的盆地或区带有9个，依次为鄂尔多斯、沁水、准噶尔、滇黔桂、吐哈、二连、塔里木、海拉尔、伊犁盆地。

截至2016年底，全国煤层气钻井总数22 000余口，累计探明地质储量6 928.3×108m3，累计产量241.1×108m3，资源探明率2.3%。形成鄂尔多斯盆地东缘和沁水盆地南部两个上千亿方大气田。其中沁水盆地成为具有4 000×108m3储量的特大型煤层气田，鄂尔多斯盆地东缘成为具有1 000×108m3储量的大型煤层气田，产量不断上升［17-25］。

②页岩气。我国各地质时期页岩分布广泛，勘探开发潜力大，页岩气资源也十分丰富，总资源量可达126×1012m3，相当于常规天然气量的两倍，与美国的页岩气资源量大体相当。

我国把页岩气开发纳入国家战略性新兴产业，加大对页岩气勘查开发财政扶持力度；中国地质调查局及省市资源管理部门，加大了页岩气资源调查力度；国土资源部先后两次开展页岩气探矿权招标，21个招标区块由18家企业中标，中标区块页岩气勘查工作全面展开；页岩气形成富集主控因素研究取得进展，海相页岩气选区评价参数体系更加完善；页岩气勘查开发关键技术基本实现了国产化，可以自主组织设计和施工；页岩气调查评价技术标准体系建设启动，首批8项技术要求和规范完成编写，《页岩气资源/储量计算与评价技术要求》已获国土资源部标准委员会批准同意。截至2017年底，我国页岩气累计探明地质储量9 168×108m3，2017年产量100×108m3［30-31］。

2.2.2 成功经验与做法。加快能源勘探步伐、提高能源自给能力是我国保障能源安全的一贯政策。伴随着国际油气价格的不断走高，国外开采和进口油气又遇到更多的风险和不确定因素，迫使新疆将重点转移到国内非常规能源上来。

一系列在增值税、进口关税、采矿权收费和矿区使用费方面实行优惠的政策已经出台，同时，对煤层气研究提供资金补助或贷款贴息。不仅如此，在价格、下游设施方面国家政策优化也可以加速非常规能源的开发［12-15］。

3 新疆非常规能源开发现状及商业化条件

3.1 大盆地种类多、资源丰富

这些非常规能源以各自的形式分布在不同沉积盆地中，如塔里木、准噶尔、吐哈盆地种类相对较多、资源储量相对较大；而焉耆、三塘湖、伊犁盆地种类相对较少、资源储量相对较小。当然，由于盆地的形成演化、构造充填、有机质丰度类型演化、改造保存等的差异，不同大盆地之间也会有较大差别。如准噶尔盆地各种类型非常规能源种类比较齐全，而塔里木盆地非常规能源种类相对较少。［5-7］。

3.2 成因不同，导致矿权不一

这些非常规能源中煤层气与煤资源相伴生，还有大部分油页岩也与煤伴生，以上这些与中石油、中石化关系不太密切，而与自治区煤矿企业或地方政府关系密切；致密砂岩油气、深盆气、稠油、油砂、沥青与中石油、中石化关系十分密切，应该在他们矿权登记范围内，而五年前由于对页岩油气只研究而不开发，中石油、中石化一般也不登记页岩油气，现在随着页岩气的兴起，中石油、中石化加紧竞争岩油气的矿权。

3.3 新疆非常规能源开采处于初级阶段

目前，新疆在进行非常规能源勘探、开发、利用过程中还处于初级阶段。虽然如此，但不排除一些非常规开采已经进入商业化阶段，有的还走在我国前列。由于地质原因，克拉玛依油田有超过数亿吨的稠油资源，早在20世纪就已经进行开发，通过利用热采等技术，取得了不错的效果。对于致密砂岩油气的开采，通过使用压裂改造技术也起到了一定的效果。尤其是近几年，对准东阜康煤层气的试验成功，开创了开发低煤阶、厚煤层、大倾角、高产量的先河，为全面启动新疆非常规能源开发奠定了基础。但是，由于新疆地域广、含煤油气盆地面积大、非常规能源种类多、资源量大，离规模开采、商业利用、形成产业还有一定的距离。对于油页岩来说，只是个别企业在进行中试以及小规模生产提炼；对于资源量最大的天然气水合物，还没有开始系统的资源调查；对于目前最热的页岩气的开采，也只是刚刚起步，做一些资源调查［4-7］。

3.4 新疆非常规能源开发的商业化条件

3.4.1 “十二五”工作成效较为显著，为“十三五”奠定坚实基础。新疆煤炭资源十分丰富，高居我国首位，相应地煤层气资源也十分可观，位于全国第一位。杨起院士研究结果表明，预测埋深2 000米以浅的煤层气总资源量达9.5×1012m3。其中，准噶尔盆地3.542 8×1012m3，吐哈盆地2.625 6×1012m3，三塘湖盆地1.370 0×1012m3，伊犁盆地1.219 1×1012m3，塔里木盆地0.430 0×1012m3，焉耆盆地0.410 0×1012m3。2012年，新疆煤层气抽采总量8 889万立方米，利用量634.5万立方米，利用率为7%，开发利用潜力巨大。2013年5月，《新疆煤层气勘查开发利用（2011—2020年）实施方案》获批。根据方案，2015年新疆将完成重点地区煤层气资源潜力调查与评价，优选一批煤层气开发有利目标区和远景区，启动1～2个开发示范工程。到2020年，基本完成煤层气资源潜力调查与评价，新增探明地质储量800亿立方米［17-25］。

3.4.2 新疆低煤阶煤层气开展显现出非常好的发展势头。第一，低煤阶资源量大、物性好。而中低煤阶煤层，煤层含气量中等（10～20方/吨煤），或略低（5～10方/吨煤），但是由于热演化低、成岩作用弱，物性相对较好，渗透率能达到1个甚至几个毫达西。这样，储量丰度虽比不上高煤阶煤层，但由于煤层厚度大，总储量也不少，相反产量则比较高，即采收率大。

我国低煤阶煤层气资源量大，资源条件好，勘探开发前景广阔。随着美国低煤阶煤层气商业开发的成功、国内外煤层气勘探开发工作的推进，低煤阶煤层气资源受到了越来越多的关注，有望成为新的研究热点和煤层气勘探开发新领域。

众所周知，我国目前所交探明储量区块，主要是高煤阶煤层分布区域，实际上我国高煤阶煤资源并不大，占比不超过30%，且主要分布在山西、河南、安徽及鄂尔多斯东部等地。而超过70%的中低煤阶煤资源则分布在西部和东北地区，尤以新疆最为广泛，新疆煤炭资源占全国40%，且都是中低煤阶，特别是以低煤阶为主，这就为新疆全面开发利用煤层气提供了理论依据和实际示范。

第二，南疆、北疆同时示范。南疆、北疆同时进行煤层气开发示范，尤其是在昌吉取得直井17 000方/天，在全国同类井产量最高。另外，新疆煤田地质局161队承担塔北库车——拜城煤层气评价和靶区优选示范区研究，已经钻探了5口井，获取了丰富的资料，取得较好的效果。156队承担的准东阜康白杨河煤层气示范工程已全面实施，并为商业化开采做好准备。

第三，综合效益已经凸显。凭借良好的安全效益、环境效益和经济效益，新疆煤层气产业迎来发展机遇，商业化进程加速。从新疆煤层气资源的分布、开采条件和资源品质分析，新疆煤层气资源具备大规模开发的资源优势。随着新疆煤层气抽采环境的完善，预计新疆全区煤层气产量将持续增长，新疆煤层气开发前景广阔。