讲座题目：透视新科技——深地取气
主 持 人：胜  春
做客嘉宾：郭旭升，中国工程院院士。
                 路智勇，中国石化正高级工程师。
讲座时间：2026年8月10日～8月16日
（备注：讲座视频可循环播放）
https://article.xuexi.cn/articles/video/index.html?art_id=8315454024085669620&read_id=05b13cd6-564b-4df0-8650-0b97f5f35bd7&ref_read_id=19e06519-e9c5-40a0-844d-84c21f84f4f0&reco_id=&mod_id=&cid=&source=share&study_style_id=video_default
透视新科技——深地取气

讲座内容：
      各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。2022年6月30日，深埋于重庆地下4600多米的页岩气被成功地开采，这是一个开采深度新的突破，那随着页岩气开采技术的不断成熟，会对我们国家的生产生活用气带来哪些保障呢？我们通过短片来进入今天的节目。我国页岩气商业开发至今有近10年，这些年来页岩气的开发量一直保持着良好的增速，我们对地下2000米左右的浅层页岩气开采已经有了成熟的模式。2021年，中国页岩气产量已达到230亿立方米，这种新能源开采给我国原本紧张的燃气市场提供了很好的补充。然而，我国的天然气需求依然存在很大的缺口，向地球深部进军成为我国天然气开发的努力方向。2022年6月30日，重庆綦江的新页1井开采成功，意味着我国深部页岩气开发有了新的突破，这项突破会对我国的天然气供应带来哪些影响呢？我们首先给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国工程院院士郭旭升，另外一位是中国石化的正高级工程师路智勇。对于经常收看我们节目的观众来讲，一定知道我们国家其实天然气很大是依存进口的，您也给我们介绍一下我们国家天然气对进口的依存度是什么样的？
      去年（2021年）我们国家消费的天然气是3770亿方，我们自己生产的天然气是2075亿方，所以有1700亿方的天然气是从国外进口的。现在大约45%需要进口，对外的依存程度还是很大的。这么大的缺口，页岩气在我们国家的资源存量是一个什么状态？应该说我们国家的页岩气，资源量还是非常丰富的，无论是国内外的专家进行评估，都认为我们国家页岩气大有潜力。2015年，国土（自然）资源部曾经进行一次评估，认为我们国家页岩气的可采的资源量大概是21万亿方。21万亿方？这个数据在全球也是排在前面的，也是前几位的，所以我们这个资源还是非常丰富的。页岩气到底是什么？跟天然气之间有什么区别吗？页岩气它和天然气都是从页岩里边生成的，一部分天然气，从岩里边跑出来了，进入了我们地下一些个孔隙度渗透率比较高的地层里边，成藏了。这就是我们说的常规的天然气，还有一部分留在页岩里边了，这就是页岩气。
       在深水环境下，水里的泥沙和有机质会慢慢沉淀下来，在地层的压力下，经过漫长的时间，就会逐渐形成页状或板状的岩石，我们称之为页岩。这些页岩里含有丰富的古生物遗骸等有机物，伴随着温度增高和压力增大，逐渐形成石油和天然气，储存在页岩里的天然气就是页岩气。我们国家对于页岩气开采的研究大概有了多少年的时间了？从我们国家有组织地来开展页岩气的研究工作，时间并不是太长。我们在早期油气勘探开发过程中，打到页岩里边也曾经遇到过有气，但是那时候往往都打的是裂缝性的气，所以它很快产量就衰减了，所以大家都认为裂缝性气藏，就认为它不成规模。从国家的角度来开始有意识地搞页岩气，还是2000年以后了。2000年以后？2000年以后了。20年的光景？实际上是我们正儿八经的突破是在2012年，随着我们在涪陵气田我们焦页1井的突破，这是我们国家首次实现了页岩气的商业性。这个突破体现在哪些方面呢？这个井突破就是它获得了高产，它当时测试产量每天到了20多万方，所以他就有工业价值了。前期有些个井也打到了气了，但是产量偏低，有的也稳定不住，所以这个井发现以后它能够高产，而且能够稳产，而且这个气田到去年（2021年）咱们交了将近9000亿方的探明储量，所以这个是个标志性的事件。我们涪陵页岩气田现在累计探明了页岩气的储量大约将近9000亿方，占到了全国总探明储量的34%左右，这个资源量还是比较大的，后续开发的前景也比较大。
       随着能源结构向低碳、环保、清洁化演变转型，我国对于天然气的需求量越来越多。据统计，2021年我国平均每天要消耗掉9.78亿立方米的天然气，比以往任何一年都多，然而我国的天然气开发量远远不及消耗量，将近一半都要从国外进口，作为天然气的一种，我国页岩气的资源量十分丰富，储量20多万亿立方米，位居世界第一。可供中国使用100多年，要是能够有效开采，将会改变我国能源格局。但是我国地质条件复杂，大部分的页岩气埋藏在4000米以下，开采埋藏如此深的页岩气会不会得不偿失呢？我们在不断地向深层突破，它的价值和意义体现在哪里呢？主要是深层的资源更加丰富，以我们在四川盆地为例，我们通过测算认为埋深3500米以深的页岩气，它赋存的资源量是比它浅的，是它的两倍，所以深部资源更加丰富，所以我们要向深部进军，开采更多的气来满足国民经济生产的需要。但是页岩气因为它是一种非常规的资源，所以它的采收率相对常规来说不是很高，现在北美的开发程度比较高的一些井组区块，也就达到不到30%，所以说资源量很大。但是我们通过技术和经济，采出来的量不像常规那么大。
       页岩气它的储量的位置，是不是也有它的一定的特点？是越深越多吗？还是只在这个范围区域内？这是我们国家地质特点决定的，就是我们可能在盆地里边，四川盆地它的页岩，它埋藏深了，是地质决定的，并不是气本身（决定的），这套储存气的地层埋得更深了，所以我们向深部找它，它是跟着页岩地层走的。这里是重庆綦江，正在工作的这口井是新页1井，它正在将深埋于地下4614米的页岩气开采出来，这个深度比浅层页岩气深了一倍多。我国常规天然气最深的开采深度已经超过9000米，而页岩气最深的开采深度只有4600多米，同样是天然气，二者的差距为何如此之大呢？开采页岩气的难度到底能够体现在哪些方面？它是体现在这几个方面，因为页岩气它在地下的储存空间非常小，它是存在一些纳米级的孔隙里边，因为我们常规气都是微米级或厘米级的孔隙里边，那个井一打上去，那个气就可以顺着井筒就可以流到地面冒出来。但是页岩气它是纳米级的空间，而且在地下是相互分离的连通性不好，所以你打完（直）井（段）以后，它并不能自动地出来。所以我们开采页岩气，打完井以后还要打一个水平井，就是顺着页岩地层要打2000米到3000米的水平段长度，然后再按照几十米一段把它切割，一段段进行压裂，用大规模的水力压裂的方式，把页岩把它压碎它，还要把沙子带到地下，把压的那些空间用沙子填上，就像在地下的页岩，原来连通性很差，修了个高速公路，这样把那个气才能通出来，所以它工程的技术难度很大。
       说到开采页岩气的难度，那目前在国际上哪些国家在页岩气的开采方面是比较具有领先技术的？主要还是以北美、美国为代表的国外大公司，在页岩气的开发上，特别是地质和工程这两个专业相结合的这种技术上，还是处于全球的领先地位。咱们国家的页岩气前期的突破，实际上大部分还是在跟着美国在学习，也交了一定的学费。因为我们实际上开发页岩气，很多借鉴美国的一些经验，美国第一口页岩气出气的井的是1821年，但是那时候不是认为是页岩气，没有这个概念，但是那个产层是页岩里边出的气。然后美国实际上是到了上世纪1976年左右，国家有一些意识地启动了页岩气的勘查项目。美国去年（2021）生产页岩气，是7000多亿方。7000多亿方，已经超过了常规天然气的产量。那7000多就够我们每年产出，就够我们两年使用的了，这是相当大的一个数字？所以美国有页岩气的突破，号称页岩革命，它实现了它的能源独立。那美国的页岩气的资源跟我们国家比较起来哪个更多？从地质评价来说，两家的资源总量大体相当，都是二十几万亿到三十万亿左右，但是美国有先天优越的条件，就是美国页岩大部分都是海上地层，处于生油生气的高峰，而且美国这些生成页岩气，它在地下的后期遭受的构造运动，就是断层的切割破坏比较弱，所以美国在形成了配套的理论技术以后，它（产量）能够快速地上（涨）。所以美国用短短的到了2000年以后，理论技术比较成熟以后，页岩气从一二百亿方就快速地这种十几年，不到二十年的时间能到了7000多亿（方）。
       美国的页岩气的储量大多是在2000米左右的深度，而我们国家在3500以下这个比较多，那普通人不理解，差这1000多米，从技术难度上到底差了多少？实际上地质条件，我们比美国复杂得多，相对于北美来说我们国家的页岩，像在四川我们开采的这套页岩气，它的地层是4亿至近4亿年之前那套地层，时代非常地老，所以在这么老的地层里边，气怎么赋存状态，实际上是还是非常复杂的。所以对我们技术要求比较高，理论上的认识难度也比较大，比方说美国的页岩气，就像形成了以后，它还在这个盘子里边，就是咱像一碗水一样，在这个盘子里边非常完整的，所以它生成以后就在那儿，埋到底下也比较完整。我们国家的页岩气是把这个盘子摔碎了，所以有的在这一块碎片上有，有的在那块碎片上有，有的可能就全都流光了，所以我们的难度很大，对我们的地质认识，你要认识哪一块有，在物探的技术，你要把它预测哪一块有，在钻井上你要把这块好的钻出来，这些难度就大了。随着我们井越打越深，我们每向下多钻500米的地层，这地层上覆承受的地层的压力就会增加10兆帕，10兆帕就相当于1000米深的净水柱的压力，所以这样的话越往深层钻井，带来的是我们地面压裂设备要持续地能够提供大排量的压力的输出。你像我们现在用的大型的现场的压裂设备，能够达到输出140兆帕这样一个高压力的一个水平，这个相当于咱们人的指甲盖这么大小的面积上要承受1.4吨的重量。这样的一个持续的高强度的力的应用，才能把那么深的地层压开，压出通道来，让天然气冒出来，所以说越往地层打得越深，那么需要我们地面提供的压力（越大），而且不只是瞬间的压力，而是持续的高压给它压开。
       地球向下伸100米，我们的温度要升2到3度，所以我们虽然深了1000米，我们的温度比它高得多，底下的压力也大很多，所以对我们的技术上，对我们的工具上要求就更高了，难度也更大了。我们不仅是地下比它要复杂，而且地上也比它复杂。怎么讲？你像北美的地面条件还是一马平川，都是大平原，没有高山，没有深沟，你像我们在四川盆地的涪陵地区山高、沟深。谷深？谷深，那么我们在地面搞地质勘察的时候，受地形的影响就非常大。那么地下三四千米的深度上，我们就可能很难去像大海捞针一样去找到有利的地质甜点，去钻井，去打井。由于页岩气孤立地储存在微纳米孔隙中，需要通过多种技术手段共同合力将页岩气解救出来。地质调查勘探就像是导航定位，确定地下页岩气居住的位置，水平钻井钻探能辐射到的面积是直径的数十倍，就像是修建高速公路，连接地下各处分散居住的页岩气，帮助散居的页岩气联络起来。而水力压裂技术能将页岩气从纳米孔隙中挤压出来，如果说浅层页岩气开发是将“羊肠小道”扩建为“高速公路”，那么深层页岩气开发便是在青藏高原上开山架桥，修建复杂交错的“盘山公路”，难度之大可想而知。
    那目前我们在四川开采的这个深度有多少？大约在3000到3500（米），最初的时候从2000（米）出头到2500（米）、3000（米）、3500（米），现在正在突破3500米。还在往下探？还在往下探，最近的四川盆地我们打出了一批在4000米左右的高产井，又能获得日产能到40多万方到50多万方。我们能够采到4000米以下的页岩气，我们在技术上取得了哪些突破呢？在我们的地质理论研究上，因为原来认为深了以后埋藏深，压实作用更强，可能孔隙更加致密。那么通过研究，我们地质人员就提出在下面还依然存在比较好的孔隙，而且在下面的流体压力也比较高，在地下埋藏深，可能保存条件反而好，所以这是它有利的一方面。但是不利的一方面，因为它埋藏比较深了，那么我们探测的仪器信号下去就弱了，返上的信号就更弱，我们对页岩地层的分辨率就降低了，所以就识别难度很大了。再个我们钻井过程中它深了，你要把它打得很准，这个难度也很大了，而且深了以后，周围地层的压力也大，所以你想把地层再压碎它，这个难度也大的，所以这四个方面的难度，都是非常难的，所以我们通过理论和技术的攻关来逐步地把它解决了，所以目前取得了勘探的突破。通过技术的突破，那么对于这些优质的页岩气地质体，我们创新技术实行了立体开发，就是在将近100米的集中的页岩段打三层楼，打三层楼进行立体开发，来大幅度提高我们的储量的动用率和老区井组的我们叫储量的采收率。那么一些三层楼部署的井组，我们的采收率可以突破50%，也是通过技术的创新和进步来把找到的储量尽可能多地采出来，贡献出来。
       页岩气的开发并不是打一口井能产出页岩气就行了，它有一个重要的考核指标就是产量。如何在钻井深度越来越深的情况下，保持甚至提升产量呢？专家们提出了三层楼的开发方式，就是在一口井下打三个水平钻，形成从上到下的三层开发模式，相当于把地下井网由原来的平房变成三层楼房，最大程度地提高页岩气产量，降低页岩气的开发成本。这种技术一旦形成，我们可以做到举一反三吗？可以的，实际页岩气整个的勘探开发过程，就是这个技术不断地迭代创新，不断地推广的过程，我们叫学习型曲线。比如我打完这一口井以后，我把有利的方面总结出来，把我当时做得不好的也总结出来，那么在下一口井上我要改进，那么逐步地通过几轮井，就可以把我的理论和技术逐渐把它成熟起来，所以就可以大规模地推广。从最初打井到现在来看，将近10年前打一口井下来将近一个亿，那么随着这几年技术的进步，我们学习型曲线的迭代突破，现在打一口径大约大约就五六千万，总的成本降了将近将近一半，主要是靠的实现效益开发。现在涪陵页岩气田形成的这些个理论技术，包括研发的装置，在全国很多地方都得到了推广应用，不光是在我们四川盆地推广应用，而且它这些理论和技术，也在我们页岩油的勘探上，在我们非常规的致密油气的开采上，在煤层气的开采上，都得到了广泛推广应用。
       我国页岩气勘探开发虽然比美国晚了几十年，但是页岩气相关技术的发展却很快。2012年，我国第一个商业开发的大型页岩气田涪陵页岩气田正式投产。随着我国页岩气勘探开发的不断突破，涪陵页岩气田逐步成为全球除北美之外最大的页岩气田。目前，该气田已走向高效、低成本、规模化施工模式，这种模式也逐渐推广到全国。2022年，第二个万亿方页岩气资源阵地在重庆綦江发现，将我国页岩气开发的版图再度扩大。我们大量地开采这些气体出来之后，会不会对环境带来破坏，甚至对地质本身造成间接的影响。这个也是大家比较普遍关心、关注的问题，因为开采任何一项能源肯定会对环境或多或少地产生一些影响，所以我们在开发最初的时候，我们就一直秉承着在开发中保护，在保护中开发这种理念，既开发好资源，也要保护好我们的环境，两手抓两不误。你比方说，我们的保护在钻井过程中，不对近地表的淡水层形成污染，我们在钻井过程中，要下一层套管，把我们的井筒和淡水层隔开了，就不形成污染了。然后打完井以后，我们进行大规模的水力压裂改造，那么我们入井的这些个材料都是达到食品卫生级的，就是它即使返出来，它不会对环境造成污染，而且我们这些个压裂完了以后，返出来这些个压裂液，我们都尽可能地把它重复地利用，就是下一口井再把它用，这样就降低了我们对水的利用。
       从2014年开始，我们每一年都会定期地向社会、向大众，披露我们的页岩气开发和环境保护的情况，包括现在我们跟当地的政府，还有第三方的监测机构，在整个涪陵气田我们设置了78个常态化的监测点，来监测我们的地表水、地下水、土壤，还有大气的含量，包括噪声，这些指标也定期地披露出来，所以说经过专业的机构的专业的检验报告，那么长期以来，近10年以来，整个页岩气的开发对当地的环境没有造成明显的影响和改改变。那么在井打完之后，我们跟地方政府也联合成立这种土地复垦的工作小组，帮当地的老百姓来把破坏的土地重新复垦。涪陵是有名的榨菜之乡，之前的老百姓还担心会不会页岩气的开发，对于他的土地，对于他的榨菜的种植，产生一些影响。现在疑虑都打消了，刚才你说的对地质破坏，我们页岩气在压裂过程中，是对它气层本身把它压开了，但是我们这个工作能力波及的范围实际上是非常有限的，它上下也就是二三十米，所以对页岩气层可能压开了，对它上面和下面的结构没有大的影响。页岩气层它的范围，它上下都有一个很好的顶底板，那些地层的强度硬度是很高的，所以它即使压在下边，因为它我们采气是把气采出来了，页岩固态的那部分还是留在地下，它不像挖煤，你把煤把固态的挖出来，有时候坍塌它这种不存在坍塌的问题，所以它不会造成破坏。
       目前来讲，我们国家的技术和我们国家的能源储备来讲，在技术开采上还面临着哪些瓶颈和挑战？应该说我们国家在页岩气的开采过程中面临的问题还是比较多的，特别是我们页岩气的埋藏深度比较大，所以对地下高温高压这些我们如何用我们预测技术把它描述得更准确，就是它气到底存在什么地方，多大的深度，它的地下是怎么个展布状态，这其实一个挑战。再个就是我们把它描述出来，如何我们在这么深的情况下，我们打井能够打得准，这是一个挑战。就是我要用打水平井打两三千米，我能够保证钻头始终在好的页岩地层里边穿行，这是技术肯定是很大的。再个就是它的高温高压状态下，我如何把页岩改造更加充分，能够把页岩气的采收率大幅度提高，这块难度上还是很大的，这个挑战。那未来随着我们页岩气的商业化的开发，会给我们普通人生活带来哪些改变？那我们大规模的生产页岩气以后，我们生活中感觉更有底气了，因为我们国家现在天然气还不能满足我们生活的需求嘛。所以这个多了以后我们有底气了，对保障国家能源安全这是非常有利的，再一个就是现在全国，以去年（2021）为例，生产了230亿方的页岩气，相当于每天生产大概是6300万方气，这6300万方就相当于能够满足我们每天1.2亿户家庭的日常所需，这应该还是非常好的。再一个就是我们生产的页岩气，因为它是一种清洁能源，因为页岩气的主要成分就是甲烷，所以它燃烧以后，二氧化碳它相当于煤的1/2，50%，所以对我们的环境是更加友好了，使我们能够生活在一个更加清洁的环境中。
       以我们涪陵页岩气为例，我们从大约2013年到现在，勘探开发了（近）10周年，现在累计生产了468亿方的天然气，相当于种了5.1亿棵树，也相当于3600万（辆）家用轿车停开一年。就像我们现在涪陵页岩气每天产量大约近2000万方，基本上可以满足4000万户家庭一天的生活用气量，带动了涪陵周边近几十家企业参与我们的页岩气的开发，也带动了5000多名当地居民的就业，在创造效益的同时，也给我们当地的政府的经济腾飞助了很大的一把力。到什么时候，我们国家可以通过自主开采页岩气而不再依赖进口天然气了？我们国家因为进口天然气实际上是一个要达到平衡，应该是多方努力的结果，它需要需要我们的常规气，页岩气大家来共同地努力，但是我感觉大概我们在，因为国家在减排上也在做这个措施，实际上我们用气量，实际上2030（年）2060（年），2030（年）以后也在逐渐降低。应该说我觉得我们页岩气开发以后，再和其他的能源共同发力，因为我觉得到了2030（年）2060（年），到了2060（年）我们肯定是没问题的，这个是没问题的。但是这个阶段可能还是相对来说还是一个比较艰难的过程，还需要我们克服一系列的技术问题。我们的想象，当然是乐观的一种想象，随着我们技术的不断提高，经验不断地积累，有一天我们的技术形成规模的时候，应该是产量会呈急速地增长？是的。而不是今天我们想象今年多几百，明年多几百，不是这个概念？从美国页岩气勘探开发生产的历程来看，技术成熟以后，它是一个快速增长的过程。实际上美国到了2000年技术基本成熟以后，现在不到20年的时间，就从一二百亿的产量到了7000亿方的年产量，所以我觉得我们国家只要是我们努力，我们也会把这个工作做得越来越好。好，感谢两位今天来到我们演播室，给我们介绍页岩气的开采，给我们带来了希望，也让我们充满了期待，感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目。好，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。