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页岩气开采的工作原理和核心技术是什么?

 页岩气-shell gas是一种以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层中的非常规天然气。

美国人已经成功通过获取页岩气实现所谓能源独立,当然美国本土常规油气基本是不开采的。

那么页岩气到底是什么呢。打个比方,就是深埋地下3000多米的页岩层中的天然气。页岩类似于混凝土,有很多国内的实验室都是以混凝土作为页岩来做实验的(当然也有些差别),天然气就深藏于这些混凝土中。那么我的问题来了,怎么获取这些气体?肯定不能用挖掘机挖出来了,太深了。

上图的这个人就是美国页岩气之父,美国米歇尔能源开发公司(Mitchell Energy&DevelopmentCorp.)创始人、美国页岩气之父—乔治·米歇尔(George Mitchell)于2013年7月26日在加尔维斯顿的家中逝世,享年94岁。

要使深藏在坚硬页岩中的天然气释放出来采用什么方法呢?目前美国成熟的技术是采用水平井+水力压裂技术。

放开水平井在一边,先谈一下水力压裂技术。压裂就是用高压泵将混合着压裂砂的液体加压后(105MPa)注入到井底,把页岩挤压破碎,然后天然气就会顺着井筒流出地面。这个过程很类似于吹气球,要有足够大的排量和压力才能把页岩吹爆。页岩被吹爆之后,会变成碎玻璃样,然后压裂砂填充裂缝,不让裂缝自然闭合,天然气就会源源不断的出来了。那么压裂的核心技术就是压力和排量。

这就是压裂车,有四大部件组成。1.底盘车要求有越野能力,因为野外作业不是沙漠就是山区或者河流等等。目前常用的车型是进口德国的MAN或者奔驰,每台150万的样子。2.发动机的要求是要有足够的马力而且体积和重量不能太大,因为是车载的。3.液力变速箱要能实现大功率大扭矩下的无级变速。4.压裂泵鄙人就是搞这东西设计的,超高压的往复泵,105MPa。105MPa什么概念呢,能把水打到天上1万米。

这是压裂现场作业的图片,这么多车都是为这口气井服务的。

下面再来谈一下水平井。顾名思义,这口井是水平的,因为页岩在地层中是一个层面,为了多获取天然气,就在这个层面上拐弯水平行径,然后在多射孔,增加通道。

上图中,油井在页岩层水平行进,水平钻井是一种比较成熟的技术了。然后隔一段距离射孔,然后每一段压裂。问题又来了,压裂最后一段后,压裂倒数第二段,但是高压水注入进去后,会在最后一段被压裂开的裂缝处泄露。

然后就又发明了封隔器、滑套等等压裂工具,在压裂倒数第二段的时候封堵住压裂开的最后一段。

目前中国实现页岩气的商业化有很多难点。一是勘探技术不成熟,钻好压裂好的井出气量少,因为中国的地层比美国要复杂而且埋藏深。

二是很多关键设备依赖于进口,导致一口井的成本价在8000万以上,美国人一口井成本在3000-4000万RMB。一套压裂机组(高端)中国制造的成本价就比美国的销售价高了。因为关键设备都是进口,底盘车、变速箱、发动机都是进口,当然国产也有,不过性能还是不行。

压裂泵目前国产化已经是没问题了。进口关税17%,然后国外很多厂家对老客户优惠20%,累计37%的费用都被耗掉了。如果这些东西全部实现国产,相信以价格著称的中国制造会是一种什么价格了。

价格高的原因还是在于技术不成熟。没有实现工业化生产。如果能把每口井的成本降到3000万,或许中国的页岩气革命会到来。等等,好像我忘掉了什么。对了,美国的天然气管道是四通八达的,中国如果从某地打出天然气输送到全国各地,没有管道怎么办?可以现场液化,不过成本太贵了。所以管道也是一个大问题!

还有一个很大的问题,美国再一个区块打了40万口井,这么多井的成本是多少钱呢?美国人的机制是市场竞争,很多企业都参与进来,中国只有中石油、中石化这种世界500强(曾任职其中),因为石油天然气是他们垄断经营了,这两家企业的管理相当混乱。也许他们才能负担的起打10几口井不出气的亏损(呵呵)。

还有一种叫做煤层气的天然气,在国外都是成熟技术,但是放到国内怎么样呢,还是不行,所以管理也是很重要的。

核心技术是水平井压裂技术,开采原理无脑版见以下:

a.打口井下去到目标页岩处(竖直井)[7-10 days]

b.接着再顺着页岩的角度把刚才那口井拐个弯水平打过去(水平井)[7-10 days]

c.在水平井的上面和下面用水压裂出一系列的裂缝(水平井压裂技术)[10-14 days]

d.气体会到水里面然后顺着井就自己喷出来了,把机器撤出来,把井口搞个高端大气上档次的形象,留个出口接上管道就行了。再然后把你搞坏的地面再恢复原样种上花花草草,你就可以准备继续打第二口井了。[10 days]

e.每口井的初始产出会很多,然后迅速降低到初始的十分之一左右(拍脑袋)。在持续35年的理论寿命间会产出5BCF左右的气体。根据气价波动一般每口井每年会产出价值一千万至两千万美金左右的油&气。每个Pad一般打6-8个井(Pad概念见2.2)。

1.6多少钱一碗?

页岩气革命发生于2009年。天然气的国际价格单位是mmbtu(百万英热),换算成立方米是大致是1立方米=0.034mmbtu,1mmbtu=30立方米。美帝天然气价格的参考方式之一是Henry Hub Spot Price。

2008年6月份的价格是13USD/mmbtu,然后页岩气革命发生了,天然气价格一路下跌,到2012年底已经跌到了2.78USD/mmbtu。2015年1月28号的价格是2.92USD/mmbtu

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