中国页岩气开采
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中国页岩气开采
　　中国的页岩气储量丰富。图为中石化华东分公司的工作人员在位于湖南省涟源市的湘页1井工地上勘探施工。本报记者 郭国权／摄
　　中国虽然拥有全球最多的页岩气可采储量，但是却不具备成熟的开采技术，要进行能源革命，与外资合作是必由之路
　　《国际先驱导报》记者刘雪发自上海 由页岩气引发的全球能源革命中，正在兴起新一轮“淘金热”。中国在页岩气方面殷实的家底，吸引了实力雄厚的国际能源巨头。
　　3月20日，(9.71,-0.01,-0.10%)集团与荷兰皇家壳牌中国勘探与生产有限公司签署了一份产品分成合同，在四川盆地的富顺－永川区块进行页岩气勘探、开发与生产。这是在中国签署的首份页岩气产品分成合同。此前，英国BP和美国雪佛龙分别宣布，已经与中国公司签署合作或者合资协议，将在中国进行页岩气勘探或者开发。法国道达尔的高层也透露，已经与一些公司签订了页岩气项目的“预协议”，具体合同待政府公布具体的开发目标后再定。
　　而这些，仅仅是个开始。壳牌中国集团主席林浩光在接受媒体采访时表示，壳牌未来的目标是与包括中石油、中石化、中海油和延长石油在内的所有国有石油公司结成合作伙伴。
　　可采储量全球第一
　　外资能源巨头对于中国页岩气开发如此感兴趣，与中国页岩气储量丰富息息相关。
　　今年3月，国土资源部召开新闻发布会，初次披露了我国页岩气资源的官方评估数据，首次向全球亮了家底。“经初步评价，中国陆域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(不含青藏地区)。”
　　超过25万亿立方米的可采潜力意味着我国页岩气资源全球领先，但这一数据与国外机构估算的数据相比仍略显保守：早在去年4月，美国能源信息署(EIA)发布报告称，全球页岩气可采储量为6622万亿立方英尺(约合187万亿立方米)，其中美国为862万亿立方英尺(约合24.4万亿立方米)，中国则高达1275万亿立方英尺(约合36万亿立方米)为全球第一。
　　今年以来，国际油价高歌猛进，原油进口依存度高达56%的中国不得不寻找新的出路。页岩气在美国带来的能源革命，给了中国一个现实的参照。
　　厦门大学能源经济研究中心主任林伯强表示，我国原油对外依存度正逐年上升，而美国原油对外依存度却在逐年下降，这其中页岩气等替代能源发挥了重要作用。“美国页岩气产业的快速崛起和应用替代了部分常规油气需求，而我国也应该寻找替代能源来降低对原油的需求。”
　　3月16日，国家能源局正式发布《页岩气发展规划()》，规划提出，到2015年国内页岩气产量将达65亿立方米，而2020年则力争实现600～1000亿立方米。按照规划，未来，页岩气将成为我国能源的重要支柱。
　　缺少开采的“金钥匙”
　　纵然有了美好的愿景，页岩气这一宝藏的大门却并不容易开启。页岩气的开采现在在国际上都是一个难题，领先的技术成了必不可少的“金钥匙”，而这正是中国页岩气发展的短板。
　　据了解，由于页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来，因此对技术的要求很高，而我国至今还没有形成成熟的技术。
　　同时，中国页岩气藏的储层与美国相比有所差异，如四川盆地的页岩气层埋深要比美国的大：美国的页岩气层深度在800～2600米，而四川盆地的页岩气层埋深在米。这意味着中国页岩气开采难度可能更大。
　　中石油西南油气田公司天然气经济研究所高级研究员熊伟告诉记者，与国际成熟市场相比，目前我国页岩气开发仍处初级阶段，开采成本还较高，在开采技术方面还需加强国际合作。
　　据了解，全球页岩气先进的开采技术主要集中在荷兰皇家壳牌、美国雪佛龙公司等国际能源企业手中。当前美国依靠其规模化技术，开发页岩气成熟区的1亿立方米产能建设投资，约折合人民币2.5亿至3亿元，与我国常规天然气的开采成本不相上下。
　　正是有了技术这把不可或缺的“金钥匙”，外资企业得以从容地进入中国的页岩气开采市场。
　　与国际合作是必由之路
　　去年12月30日，国土资源部发布2011年第30号公告，国务院批准页岩气为新的独立矿种，中国油气资源“家族”增添一个新“成员”。这意味着页岩气勘探开发就不再受油气专营权的约束，任何具备资金实力和气体勘查资质的公司都可投标。这一政策正式为民营资本松绑，为民营资本进入这一领域打通了渠道。
　　有媒体透露，为了进入页岩气领域，新疆广汇、MI能源、宏华集团等民营企业早已经做足了准备。
　　壳牌中国新闻发言人栗陆莎告诉记者，无论是在上游、中游还是下游，壳牌都愿意积极参与中国油气市场开发。当前中国页岩气第二轮竞标中，外资仍不允许单独参与，所以壳牌希望可以和中标企业合作。
　　(11.54,0.00,0.00%)分析师刘波认为，将页岩气开发向外资和民资开放，有利于中国公司通过不同方式获取技术，或参股项目，或成立合资公司，将大大加快中国页岩气勘探开发的进程。尤其是对于神华、华电等有意进入页岩气领域的能源投资商而言，由于他们不像中石油、中石化那样具备完善的油气开发资质和经验，因此与外商合资，通过这种方式开展勘探和开发将是首选。
　　刘波告诉记者，由于我国在页岩气资源评价和水平井、压裂增产开发技术等方面，尚未形成核心技术体系，且不掌握页岩气开发的成套技术，部分关键核心专利技术基本上都掌握在外国企业手中；因此寻求与国际石油公司合作，以合作伙伴的身份不断学习，将是中国页岩气开发的必经之路。
　　美国页岩油气开发喜忧参半
　　页岩气改变了美国的能源结构，也带来一系列潜在的问题，比如水资源的耗费和污染
　　《国际先驱导报》记者阳建发自华盛顿 美国是页岩气开发最早、最成功的国家，由于储量丰富、开发技术先进，美国的页岩油气资源开发已渐成规模，2011年其页岩气产量达到1800亿立方米，占美国天然气总产量的34%。曾有专家预测，有了页岩气的补充，美国的天然气足够使用100年。
　　不过，虽然页岩气减少了美国的对外能源依赖，对于大规模开发页岩气，美国国内仍然存在诸多争议。
　　页岩开发助美成油气大国
　　美国非常规能源储备十分丰富，根据美国能源情报署的数据，在美国可开采的天然气储量中，页岩气、致密型砂岩气和煤层气等非常规能源天然气储量占到60%。
　　美国石油协会公布的数据显示，算上页岩天然气资源，美国达到开采标准的油气资源居世界首位，比沙特阿拉伯多24%。
　　自上世纪90年代以来，在国内政策、技术进步等支持下，美国率先在全球勘探和开发页岩气等非常规能源。之后，美国在水压破裂和水平钻井技术方面的进步，解决了从页岩中开采油气的技术和成本挑战，美国页岩气开发逐渐形成规模。
　　2000年，美国页岩石油每天开采仅20万桶，仅占美国国内总开采量的3%，而现在每天开采100万桶。美国页岩气产量也从2000年的122亿立方米暴增至2010年的1378亿立方米。
　　美国剑桥能源咨询公司预计，到2020年底美国每天可产出300万桶页岩石油，超过目前原油产量的一半。美国PFC能源咨询公司的数据显示，到2020年，页岩油气资源将占美国油气产出约三分之一，届时美国将是全球最大的油气生产国，超过俄罗斯和沙特阿拉伯。
　　因浪费水、易污染遭抵制
　　页岩气的开发改变了美国的能源结构。过去数十年来，煤电一直是美国电力的主要来源，2003年占比仍达53%。但随着页岩天然气的开发，市场上出现了大量廉价天然气，造成很多煤电厂关停，天然气发电厂兴起。去年前9个月，煤电比例降至43%，而天然气发电比例则从2003年的不足17%升至25%左右。
　　不过，页岩气也引发了一系列潜在的问题。
　　首先是消耗大量水资源且不可回收。页岩天然气开采所使用的水压破裂技术需要消耗大量水资源，由此油气开发商开始抢占农业用水，甚至会挤占市政用水。据介绍，灌溉640英亩(约合2.6平方公里)干旱土地需要4.07亿加仑(约合15.4亿升)水，可收获价值20万美元的玉米，等量的水如果用于水压破裂技术钻井，可获得价值25亿美元的石油。由于钻井所使用的水注入页岩层，比地下蓄水层要深得多，主要被岩石吸收，不能再回收利用。
　　开发页岩气还容易造成环境污染。页岩油气开采在钻井过程中要经过蓄水层，钻井使用的化学添加剂会对地下水形成污染威胁。主要输送从油砂中提炼的重油的“Keystone”管道在2010年5月就曾发生两次重大泄漏事故，造成严重污染和生态破坏。
　　正是因为存在诸多隐患，美国环保团体和农牧业团体强烈反对非常规油气资源开发，奥巴马政府也推迟决定“Keystone”管道延长线项目的实施。
　　链接：页岩气
　　页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，是一种非常重要的非常规天然气资源，美国是目前世界上唯一实现大规模商业开采的国家。此外，波兰、德国、奥地利、匈牙利、波兰、西班牙等欧洲国家页岩气的勘探开发都已取得重大进展，预计到2035年，欧洲将逐步摆脱对俄罗斯天然气的依赖，实现燃气自给。而印度、印尼、澳大利亚以及阿根廷、哥伦比亚，还有南非等国，也在积极进行页岩气勘探开发，并且都取得了明显的进展。
花旗称美国石油产量将超沙特俄罗斯 或成新中东
　　如何保障每年进口的石油，不因战争、游资炒作等因素发生价格剧烈波动和断供，已成中国能源安全需要考量的首要问题
　　能源安全，素来与石油息息相关。
　　1974年11月，国际能源署在石油危机中成立，首次提出"以稳定原油供应和合理价格"为中心的能源安全概念。四十年后，能源安全的重要意义今非昔比。
　　经济学家们发现，世界上没有一个国家可以完全依靠本国资源来满足发展需求。上世纪70年代以来，世界范围内的每一次经济衰退，都发生在油价涨到峰值之后。而能源资源价格高位急跌，企业加快去库存，与实体经济衰退相互作用，加重了经济危机。
　　如果仅从石油来看，2012年，中国石油对外依赖度，达到56.5%。业界公认的原油对外依存度，上限不宜超过60%。
　　"维护13亿人口能源资源永续利用，是永恒的忧患。"国家能源局局长刘铁男如是认为。
　　从世界经济发展史看，任何一个大国崛起，都难以摆脱能源高消耗。2012年，即便中国将GDP增速计划降为7.5%，但能源总消费增长率，也不会低于4%。专家预计，中国能源消费峰值出现，可能还需要再等30年。
　　"从长期来看，到2020年，在最重要的45种矿产品中，我国仅有6种能够基本自给。即使是我国储量丰富的煤炭资源，也可能需要大量进口。"国内一位能源专家告诉《财经国家周刊》，如何保障每年进口的石油，不因战争、游资炒作等因素发生价格剧烈波动和断供，已成中国能源安全需要考量的首要问题。
　　2012年年初，世界未来能源峰会上，温家宝总理提出，各国应考虑在G20的框架下，建立全球能源市场新机制。
　　这被外界看作是在全球能源大变局下，中国高层的应对思路。
　　另一个不同于石油危机时代的情况是，全球已经进入"低碳时代"。在实现现代化路程中，过于依靠石油煤炭等高碳能源，也成为中国能源安全一大软肋。
　　今年两会政府工作报告中，温家宝总理提出要"优化能源结构，推动传统能源清洁高效利用，安全高效发展核电，积极发展水电"。
　　而美国以非常规天然气实现能源独立的道路，亦值得中国借鉴。
　　世界能源大变局中，作为能耗大户的中国，能源安全亟需"顶层设计"。
　　全球能源新版图
　　美国能源自主率快速提升之下，全球能源格局发生深刻改变，中国如何应对？
　　持续数月的伊朗石油禁运风波仍未休止。
　　3月24日，美国再度施压，坚持要对仍大量进口伊朗石油的国家进行制裁，并抛出了12国黑名单，要求这些国家必须减少从伊朗的石油进口。黑名单中，中国排在前列。
　　这对中国，绝不是个简单问题。美国所要求的减少石油进口，触及的是中国能源安全底线，必需的能源需求如何得到保障？
　　2011年，中国近六成的石油消费，依赖从国外进口。这其中，包括有来自伊朗的石油。
　　而对美国来说，即使中东局势再紧张，对其能源安全的冲击也不那么致命。
　　因为，美国能源供应的80%左右，已经由本土解决。
　　目前，美国从中东进口的石油占其进口总量的比例，已降至15%以下。
　　中美截然不同的处境背后，是全球能源格局正在发生的深刻变化。依托"能源独立"战略和非常规油气的大规模开发，北美地区已崛起为可跟中东比肩的全球能源高地，世界能源、经济乃至地缘政治版图正在悄然而变。
　　"能源的安全运输、有效供给和市场稳定，符合新兴经济体、发达国家和能源输出国的共同利益，也有利于消除经济危机的隐患和影响。"年初，国务院总理温家宝在出席世界能源峰会时指出，各国可考虑在G20的框架下，建立全球能源市场新机制。
　　这是中国领导人首次在国际场合系统阐述中国未来能源发展战略，这被外界看作是在全球能源大变局下，中国高层的应对之策。中国，亟需在世界能源新棋局中占有主动。
　　能源供应版图之变
　　中东，当之无愧的"世界油库"，这里储存着石油资源1740亿吨，天然气资源量128万亿立方米，分别占到全球的1/3和1/4。在全球能源市场，中东地区举足轻重，世界石油供需能否保持稳定平衡，与中东息息相关。
　　正因如此，中东地区一直是美国等发达国家的敏感神经所在。为了保护好自己的能源供应安全，美国不惜劳师远征，一次次在中东地区燃起战火，中东历次战局背后，无不飘荡着石油黑金的影子。
　　而如今，事情正在发生着微妙变化。中东油气在美国能源供应版图中的重要地位，正在逐步弱化。从奥巴马政府的一系列举措看，美国在石油进口上似乎出现了明显的"去中东"之势。
　　2001年，美国从中东进口的原油达到历史最高值266.4万桶/天，在总进口中的比重为28.6%。
　　此后，美国从中东进口的原油数量及其占总进口的比重，均呈现下降趋势。至2010年，该比例已下降至18.5%，十年间下降超过10个百分点。
　　2011年，美国从中东进口的石油比例继续下降，为15%左右，中东波斯湾成为了美国原油进口削减幅度最大的地区。与此同时，美国本土的能源产出持续增长，"能源独立"战略一步步成形。
　　美国能源部数据显示，2011年，其国内原油产量比上年上升3.6%，至每天平均570万桶，为2003年以来最高。天然气产量从2007年的20.2万亿立方英尺，上升至2010年的22.4万亿立方英尺，一度成为天然气净出口国。
　　"美国的能源供应，正在静悄悄地发生革命性转变，其对中东等高风险地区的进口依赖明显减弱，这是非常重要的一步棋。通过来源多元化，美国在能源政策上的自由度在增加。"中国现代国际关系研究院世界经济研究所所长陈凤英评价说。
　　曾经严重弭患"中东石油依赖症"的美国，何以完成了如此变化？
　　这与美国政府已坚持多年的"能源独立"战略不无关系。
　　2005年，美国通过《能源政策法》，正式确立了面向21世纪的长期能源政策，控制能效、保障能源供应成为重点。2007年，美国政府再度出台具有标志性意义的《能源独立与安全法案》，可再生能源产量目标大幅度提高。
　　奥巴马上台后，提出了更高的能源安全要求和更加明确的能源独立战略。
　　"保证美国能源供应安全的惟一办法，是永久性地减少对石油的依赖"，而解决办法之一，是"在自己的国土上寻找和生产更多石油"，"以将我们国家从对外国石油的依赖中解放出来，并控制我们的能源未来"。在公开演讲中，奥巴马如此说。
　　在此战略指导下，美国的能源自给率不断上升。2011年前10个月，美国能源自给率达到历史性的81%，这是美国自1992年以来的最高水平。2011年全年，美国整体能源自给率为78%，"能源独立"战略已见成效。
　　"美国本土的能源产量增长，大大增加了美国的能源安全系数。从全球能源市场来讲，这是一股新的重要力量，首先是会增加市场供应，这对中国等依赖海外能源进口的国家来说，也有着积极影响。"中国国际问题研究所研究员、能源战略专家夏义善说。
　　与美国相邻的加拿大，同样正在崛起为全球能源市场中新的"生力军"。通过真正实现大规模的油砂开采，加拿大油砂产油量目前已达150万桶/天，超过卡扎菲时代之前利比亚的石油出口总量。
　　公开资料显示，加拿大仅西部阿尔伯特(Alberta)省的油砂资源剩余可采储量，就达到1431亿桶，这使得加拿大石油储量在全世界排名第三，仅次于沙特阿拉伯和委内瑞拉。预计到2015年，加拿大油砂产量还将继续增长至210万桶/天。
　　美国本土油气产量的大幅度增加和加拿大油砂的规模化开采，使北美地区在世界能源供应版图上迅猛崛起，全球能源结构因此而重塑。北美地区成为油气新一极，而中东在全球能源格局中的地位开始有所下降。
　　"最迟2020年、最快2013年底，美国石油和汽油的生产量就将超过沙特阿拉伯和俄罗斯，美国将成为世界领先的能源生产商；美国、加拿大和墨西哥石油开采量的激增，将使得北美地区成为"新中东""。花旗发布的报告中这样预测。
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&&&&&&页岩气开发中的工程科学问题——香山科学会议第517次学术讨论会综述
页岩气开发中的工程科学问题——香山科学会议第517次学术讨论会综述
页岩气开发的技术革命，改变了世界能源的格局。加快页岩气勘探开发，将对我国能源安全发挥重要作用。近年来，我国页岩气开发快速进入工程规模开发、实验阶段。然而，我国页岩气赋存环境复杂、储层深、缺少水资源、地表作业受限，开发成本高，亟待形成适合我国具体国情的核心开发技术。页岩气开发涉及地学、力学、物理学、化学、机械制造、测量学、石油地质学等诸多学科，涉及的尺度从纳米（孔隙尺度）、微米（颗粒与裂纹间隙尺度）、厘米（试样尺度）到千米（工程尺度），并包含了基础理论、应用基础研究和工程应用。如何开展我国页岩气开发基础理论研究？能否实现纲举目张、集中科研资源、确定主攻方向带动多学科发展？页岩气开发应该走怎样的技术路线？是当前亟待解决的问题。
为倡导和发展钱学森工程科学，充分发挥工程科学家的作用，明确我国页岩气开发研究的方向和技术路线，探讨页岩气开发主体学科与工程技术瓶颈，促进学科交叉，明确科学目标，集中优势资源，促进页岩气开发基础理论研究，促进页岩体宏/微观破裂机理、本构关系、工程尺度数值模拟、监测新方法等成果转化为页岩气开发技术的理论依据，香山科学会议于日~11日在北京香山饭店召开了以“页岩气开发中的工程科学问题”为主题的第517次学术讨论会，会议由郑哲敏研究员、黄克智教授、程耿东教授、谢和平教授、李阳教授、李世海研究员担任执行主席，来自高等院校、科研院所和管理部门的近50位专家学者应邀参加了讨论会。与会专家围绕（1）工程科学研究现状及页岩气开发创新思路与方案；（2）页岩气开发中的工程技术难题与科学瓶颈；（3）页岩气开发中岩体致裂及气、液输运基本规律研究等中心议题进行了深入讨论，并提出了建议。
工程科学与页岩气开发
郑哲敏研究员作了题为“工程科学与页岩气开发”的主题评述报告，介绍了钱学森工程科学思想及其在我国各类生产建设中所发挥的作用，希望集中该领域各学科专家的智慧，用较短的时间，共同讨论和研究页岩气开发中的工程科学问题，协助解决页岩气开发中的工程技术难题。希望：1）提出页岩气开发中的关键科学问题，并质疑和提炼问题；2）提供有关信息，建议解决问题的线索和可能途径；3）介绍可供利用的设备、测量技术和手段等。他指出：1）岩体，包括页岩在内是非均匀、有构造、含裂隙、有原始应力、各向异性的复杂系统，是有个性的，正确、合理地描述它的力学性质，是裂纹网络形成的基础，是力学的任务，也是力学家同地质学家、地化学家很好合作的领域；2）水力压裂是个过程，压裂的过程与压裂液侵入相伴而行，因而是个流固耦合的问题，水力压裂技术并不完善，还有改进余地，这套技术也并不一定是唯一的、最好的终极技术，有必要探索新的储层改造方法；3）强调现场观测，试验研究，实测验证，如何用试验手段认识地下发生的事情，例如压裂的范围、压裂的程度、压裂的面积或所形成裂纹网络的特征尺度、判断非正常情况的出现以及如何处理等等。
讨论中，与会专家认为页岩气压裂是一个典型的多学科交叉的工程科学问题。水力压裂和水平井是页岩气开发中最主要的两项技术，通过水力压裂形成贯通的体积缝网，利用水平井提供足够的传送通道。页岩气的高效开发，关键是要在深部高地应力的复杂环境下形成有效的缝网系统。中国水资源无法承受大规模、持续性的水力压裂开采，迫切需要无水压裂新技术。页岩气的开发对于力学学科来讲提出了前所未有的挑战，需要发展新概念、开拓新天地。
工程科学研究现状及页岩气开发创新思路与方案
与会专家在报告中，介绍了我国目前最高产的中石化涪陵页岩气田的生产情况。涪陵页岩气田的成功开发，经过了学习到创新的过程：1）研究了产能影响因素，其主要受地质和体积压裂改造参数的共同影响，储层含气量，裂缝间距、裂缝条数和半长、基质渗透率对气井产量影响最为明显；2）深化了开发机理，建立了页岩气多段压裂水平井渗流数学模型，初期产气主要来源于自由气，吸附气对最终累产气贡献小；3）优化水平井设计，对水平井的位置、方位、轨迹、长度、井距等进行优化设计；4）优化设计压裂段数、射孔簇数、间距、压裂前置液、携砂液、支撑剂体系，实现有效缝网压裂。目前中国的页岩气开采仍面临着诸多挑战。
报告还论述了数值模拟与常用的力学分析方法的关系和所面临问题，介绍了可用于页岩压裂分析的几项新的理论模型和计算方法，包括应变强度分布本构、渗流-破裂耦合计算模型和连续非连续单元法。提出了数值模拟应用于页岩压裂过程所面临的问题：发展体积裂缝的表述方法；裂隙渗流与孔隙渗流统一的动态模型；高效、大规模、多尺度计算。
报告指出储氢材料作为炸药的爆轰能量输出可大幅提高质量能量密度，且热安定性可满足高温环境需求，力学强度显著提高，有望在深层高温高压岩层的爆破压裂改造中发挥作用。页岩气开采中的体积压裂及生产优化是一个典型的以力学为主体的技术科学问题，需要解决数学建模、方程求解及软件开发三大关键技术问题。
当前广泛应用的压裂软件以国外产品为主，这些软件大多采用简化的材料本构和裂缝模型，难以应对页岩中复杂的缝网系统。页岩油气开采的理论和技术问题是综合交叉科学和工程实践，解决中国页岩气的问题需要相关领域的科技工作者协同创新，共同努力，特别是为力学工作者展开了广阔的舞台。
页岩气开发中的工程技术难题与科学瓶颈
与会专家认为,页岩气开发的核心技术是页岩气储层的体积破裂，这个过程涉及到诸多力学领域。水力压裂设计需要考虑页岩孔隙、层理的构造特性以及人工裂缝与天然裂缝的相互影响，要利用体破裂的理论，研究在压裂荷载作用下三维断裂力学基础理论、三维应力场分布、三维裂隙场的形成和演化、基于分形理论的页岩微观结构重构和三维应力可视化。针对我国页岩气产区存在水资源匮乏、生态环境脆弱等难题，提出了气动脆裂新技术，利用气体的高扩散性、高渗透性促进微小裂隙的扩展，同时利用抽压疲劳压裂，促使裂纹反复闭合张开，产生复合断裂从而最终形成缝网，是一种具有广阔应用前景的无水压裂技术。水力压裂技术是目前普遍采用的开发技术，但其在陆相页岩气开发中存在黏土膨胀、水锁等问题，效果并不理想。陆相页岩油气是我国重要的非常规资源特点，改进无水压裂替代技术的压裂液、支撑剂组成，提高携砂能力同时优化支撑剂运移分布、降低作业成本，是解决我国陆相资源及水资源匮乏地区页岩气开发的可行方案。针对页岩气高效开发的重大需求，应重点解决页岩气储层岩石破碎机理与高效破岩、井壁失稳与控制、缝网压裂改造等关键科学问题并取得突破。油气井内可燃气体爆炸改造地层技术具有所需装备少、无需压裂液、对环境友好、经济高效等特点，是一项适合中国国情的页岩气开发技术。微地震地面监测技术发展较快，比起井中监测来说，地面监测方式具有独特的优势：无需监测井、不受采集平面方位角的限制、能更准确地确定人工裂缝的平面分布、获得更大的接收孔径与空间覆盖范围。
页岩气开发中岩体致裂及气、液输运基本规律研究
与会专家指出,目前符合含孔岩石与孔隙流体之间相互作用机制并得到普遍认同的是Biot本构关系，应充分重视Biot本构关系的应用。页岩油气开采中的断裂力学比传统的断裂力学复杂得多，涉及到断裂力学、含孔隙流体的弹性力学、润滑理论和渗透理论，是一个多参数、多尺度的奇异摄动理论问题，至今还未完全解决，应开展一条主裂纹水力压裂过程的数值方法研究，建立考虑裂纹尖端奇异性的扩展过程全场有限元计算程序。建议开展平行裂纹扩展“局部化失稳”问题、体现非线性三维软化损伤的正交异性本构律、准脆性凝聚断裂、页岩蠕变以及激波破碎的研究。从微观尺度开始，自下而上地理解水力压裂与页岩气吸附/输运的机理，可以为页岩水力压裂、页岩气的开采等工程实际提供指导和预测，从而提高页岩气的采收率。深埋储层的地质构造、地应力环境及岩石物性复杂，地下储层的水压致裂过程“看不见、摸不着”，通过砂砾岩岩心的mCT扫描、电子探针和X射线衍射等方法，分析提取砂砾岩颗粒的几何形貌、矿物成分和空间分布特征，利用分形重构算法构建砂砾岩岩心的真实三维模型，获得与天然岩体材料一致的几何特性和拓扑性质，并模拟获得了砂砾岩裂缝起裂和扩展行为的影响规律。页岩气藏开发采用“井工厂”模式即多水平井和大规模人工分段压裂的开采模式，以页岩气藏SRV (改造体积)和产能最大化为目标，如何科学合理地优化水平井和人工压裂缝的空间配置关系是页岩气高效开采面临的亟待解决的工程科学问题。页岩气开采所采用的水力压裂需关注岩石在受限制环境下的破坏过程，思考载荷对应的裂纹演化规律、裂纹空间分布和产气量的关系以及不同尺度和条件下的力学模型。建议产学研协同攻关开展页岩气研究。
会议总结与专家建议
在经过广泛交流和深入讨论后，与会专家形成了共识和提出了建议。
一、一致认为：
1、钱学森先生提出的工程科学的思想，旨在以解决工程问题为目的，基于自然科学的理论，探索和认知工程规律。工程技术的创新与发展需要工程理论的突破，需要工程科学家全面掌握自然科学的基本理论、剖析工程问题，进行长期、艰苦的努力。中国科学技术的发展需要培养工程科学家、大力支持工程科学研究。
2、中国需要页岩气，而页岩气开发中涉及的大量问题和难题都是力学问题，力学与油气工程长期、深入、紧密结合，对于实现页岩气开发技术突破将起到重要作用。
3、页岩储层的压裂改造是决定页岩气能否高产的关键技术，与常规油气压裂不同，页岩储层压裂既要形成主裂缝，又要沟通天然裂纹构造体积缝网，同时还不能压穿地层造成渗漏。缝网的形成控制机理尚需进一步研究。
4、研究机构、高校和石油部门应联合起来，形成长期稳定的合作关系，而非竞争关系，在保证各方利益的前提下，尽量实现数据、资源共享，促进页岩气开发基本理论研究，以及理论成果在实际工程中的应用。
5、根据我国具体国情发展新技术、提出新思路，统一概念和认识，形成中国自己的理论技术体系。
6、需要发展无水压裂技术，我国水资源无法长期支撑大规模页岩气水力压裂，从长远看亟待发展更为经济、环保的替代压裂技术，如气体压裂、爆炸压裂等。
7、推进页岩气开发和基础研究的数字化平台建设，数字化气藏是未来的发展趋势，将复杂的、经试验和现场反复验证的理论模型有形化，结合工程实际，形成软件，便于工程师直接使用，以指导设计和生产。
二、提炼出的关键科学问题有：
1、深部高温、高压条件下页岩储层压裂缝网的形成和控制机理及其表述方法，以及人工裂缝与天然裂缝的相互作用机理。
2、高效、经济、环保的新型无水压裂技术。
3、不同尺度下的页岩破裂力学行为和气液运移行为，以及相应的多尺度、多时度、多场耦合力学模型。
4、高精度的深部储层地应力场和破裂场的监测技术和设备。
三、建议：
1、石油部门、研究机构和高校联合起来，密切交流与合作，促进资源、数据共享，联合攻关。
2、呼吁在国家层面建立试验场地，既保证不同单位、机构独立开展研究和测试，又便于合作交流，快速获取一手资料，加快基础研究和技术革新的进程。
3、建设国家性的标准测试和公共数据科研服务平台，为页岩气研究提供标准的样本、参数及其他相关数据，便于成果的验证和规范化管理。
4、建议相关部门率先支持页岩气开发的跨学科基础研究，研究单位应不限于石油部门，鼓励与资助更多的研究机构和高等院校积累前期基础研究成果，与相关石油部门建立更深入切实的合作关系。
5、建议每年组织一次这样的讨论会，集合国内最权威的专家，就页岩气开发中的科学技术难题和动态进行深入细致讨论，明确关键工程科学问题，适时调整不同时期的研究方案和发展方向。
相关会议评述
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