2012年岁末将至，筹谋页岩气发展的企业和部门慢慢的开始计划2013年页岩气开发的相关事宜。日前，陕西煤业化工集团有限责任公司在媒体上公开征集2013年科研项目，其中除传统的煤化工项目外，出现了页岩气技术。
根据公告，陕西煤业化工集团计划征集的项目为“页岩气资源评价与综合利用技术开发研究”，优先支持在页岩气成藏条件、富集规律研究基础上，确定页岩气资源评价的关键参数和方法体系，并进行技术适用性和经济性分析。
近年来，页岩气在中国持续升温。先是2011年年底，页岩气被列为独立矿种，接着，在2012年4月，《页岩气发展规划（20112015年）》出台。同年7月13日，中国国土资源部发布《页岩气资源/储量计算与评价技术方面的要求（试行）（征求意见稿）》，希望为下一步页岩气的实际开发铺平技术道路。
《规划》提出，在“十二五”期间，基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价，初步掌握全国页岩气资源量及其分布，优选30～50 个页岩气远景区和50～80个有利目标区；探明页岩气地质储量6000 亿立方米，可采储量2000亿立方米；2015 年页岩气产量65 亿立方米等目标。
“页岩气是一种清洁高效的能源资源，具有广阔的发展前途。”国土资源部矿产资源储量评审中心主任张大伟在《规划》出台后公开对媒体表示，“十二五期间，页岩气勘探开发以现有勘探区块和招标区块为基础，逐步实现投资主体多元化，引进资金和技术，加大投入，实现65亿立方米的产量目标是可能的。”
而在许多业内人士眼中，顺利完成《规划》目标仍具有不确定性，其中的一个重要原因主要在于关键技术的缺乏。
页岩气是位于富含有机质页岩地层及其夹层中的天然气，以吸附和游离状态存在于页岩基质或有机质孔隙之中。据介绍，页岩气开发虽然产能低，但具有开采寿命长和生产周期长的优点，同时由于含气页岩分布范围广、厚度大，使得页岩气资源量巨大。
中国科学院大学地球科学学院博士生导师琚宜文教授和记者说，页岩气在页岩层中所处的孔隙通常是“纳米级”或是“微米级”。
“2010年，我们在中国第一口页岩出气井（威201井）的页岩中发现了5-200纳米孔隙，若要将这些气体从如此小的孔隙中开采出来，并加以利用并非易事，需要运用到多种技术。页岩气的开采具有技术密集型、人才密集型特点。”中国石油勘探开发研究院副院长兼总地质师邹才能这样评价道。
据记者了解，目前页岩气开发的核心技术主要有两个：水力压裂技术和水平井的分段压裂技术。
水力压裂，主要是通过井眼向页岩气的储层提供高压压裂液，当压裂液施加在岩石上的压力大于岩石破裂压力时，岩石产生裂缝。而由于裂隙和井眼中的压力小于页岩气所在孔隙的压力，致使页岩气能够从孔隙中流出。
“水平井主要是通过增加井眼与储层的接触面积来增加页岩气产气速率；而水力压裂主要是通过产生裂缝、连通更多的孔隙空间、提供高渗流动通道来增加页岩气产气速率。”中国科学院大学地球科学学院在站博士后王国昌博士解释说。
压裂液的主要成分是水以及少量的砂和化学添加剂，有时压裂液还包括：胶化、高能气体、氮气和二氧化碳泡沫、液态二氧化碳、低温氮气，但这些并不常用。在压裂过程中，压裂液中的砂子能够更好的起到支撑作用，防止裂缝在页岩气生产的全部过程中由于压力下降而闭合。
中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心的唐颖介绍，由于页岩储层渗透率低，90%的页岩气完井后需要人工压裂后才可以获得产量；水力压裂对储层伤害小，增产效果明显。同时，水力压裂是改善储层裂缝系统、增加渗流通道的最有效方法。
水平井是在直井中通过造斜实现的。水平井通常分为垂直井段、造斜井段（俗称狗腿）、水平井段三部分。相比垂直井，水平井在工业化开采中产气效果明显。“垂直井更适合小区域施工，多个井也可以组成大型井网，而水平井适合大规模开采。水平井在页岩层中呈羽毛状或是树枝状分布，故页岩气开采率比垂直井高。”琚宜文介绍说。
据了解，水平钻井成本为垂直井的2倍左右，但产量可达到垂直井的4倍左右。随着2002年Devon能源公司沃斯堡盆地的7口Barnett页岩气试验水平井取得巨大成功，水平井得到普遍推广，现在已然成为页岩气开发的主要钻井方式。根据美国Barnett区块开发经验，水平井最终评价的开采储量是直井的3倍以上，成本只相当于直井的1.5倍。
吉林大学国土资源部复杂条件钻探技术重点实验室主任孙友宏教授介绍说，相比煤层气及致密砂岩气等非常规气体开发，页岩气的开发具有一定的特殊性。首先是页岩气储层岩具有低孔隙度和低渗透性特点，采收率低，常规的垂直井采气量小，故一定要采用长水平井技术；再者就是页岩气主要以吸附态气和游离态气为主，不易开采，一定要进行储层改造，故所有水平井都要进行压裂处理才能保障出气日产量和出气时间。
除了水力压裂和水平钻井两项核心技术外，页岩气的开采还需要多种不同技术的支撑。这些技术包括：地质评价、测井解释、微地震监测等主要技术。邹才能指出，这些技术中最为关键的便是“两项技术，一个方法”。
两项技术，一项是指与监测技术，可以预测地下含气页岩的分布范围与厚度大小，还可以在压裂施工中监测裂缝位置、方位、大小以及钻井在页岩气层段由水平竖直向转为水平向，并在层间延伸大概3千米。复杂程度等；另一项是水平井体积压裂技术，目的是把上万方的压裂液强行打入含气页岩地层，最大限度增加产量。还有一个方法是指平台式“工厂化”生产的方法，通过该方法，过去每一个井场只能打一口井，现在一个井场可以同时打几十口井，既节约了成本又大幅度提升了页岩气产量。
“一个是找页岩气技术，一个是压出页岩气技术，另一个是多采出页岩气方法，都具有革命性和颠覆性。两项技术和一个方法在页岩气的开发过程中很重要，这些技术支撑北美页岩气形成了工业化的生产，但是现在中国还不完全具备这样的杀手锏技术。”邹才能补充说。
然而页岩气开采仍有许多技术难题亟待解决。王国昌博士告诉《科学新闻》，“主要难题之一不是水平钻井而是水力压裂技术，这中间还包括天然裂缝在人工水力压裂过程中起的作用、页岩矿物组成与岩石结构对压裂的影响、压裂液的配制等。由于水力压裂技术需要大量水，对水资源及环境的影响较大，所以减少水资源的消耗和循环利用，以及废水的处理都是现在研究的热点，这在水资源分布不均并相对贫乏的我国特别的重要。”
“目前中国尚未有过一次性成功的长水平钻井记录。”中国石油勘探开发研究院高级工程师董大忠这样告诉《科学新闻》，而在这一记录的背后便是中国页岩气开发技术的欠缺。
据了解，截至到2012年6月，中国的页岩气井有63口，其中在四川、鄂尔多斯、渤海湾、泌水、泌阳等盆地，云南昭通、贵州大方、湖北建南、湖南涟源、贵州铜仁等地区开展了页岩气钻探与水力压裂试气，完钻页岩气井40余口（6口水平井），水力压裂试气井14口（4口水平井），获工业气（油）流井11口（3口水平井），每天出产过万立方米气井7口。
而这些工作都仅仅是页岩气开采路线中的第一步。据孙友宏介绍，国际上页岩气开发主要技术路线为：首先一定要通过地球物理勘探、地球化学勘探、钻探取样和测井等技术方法，进行页岩气资源量调查与评价，并选定目标地区和目标层；再通过水平钻井完井技术、随钻检测技术、压裂改造储层及监测技术，来进行开采。
“目前初期勘探井的技术是中国自己的，但是都是基于常规油气开发的技术。”中国工程院院士、油气钻井工程专家苏义脑这样说。
据了解，由于目前中国页岩气的勘探开发还处于试验探索阶段，很多技术都采用常规油气的开发技术，其中地质导向钻井技术、水平井钻井技术、欠平衡钻井技术和液动锤硬岩钻井技术等都具有中国的特色。
“与北美相比，中国页岩气勘探起步较晚，与全球别的地方相比，中国页岩气勘探处于领先，为北美以外地区率先实现页岩气突破和工业化的国家。”董大忠这样评价中国在全球页岩气勘探开发中的位置。
1994~1998年间，中国已经针对泥页岩裂缝性油气藏做过大量的工作，此后也有许多学者在不同的地区开展过页岩气的研究。2005~2010年，中国国土资源部油气资源战略研究中心、中国石油勘探开发研究院等多家单位，在川渝鄂、苏浙皖及中国北方地区开展了页岩气调查及勘查示范研究。
不过在接受《科学新闻》采访时，董大忠一再强调，目前中国在页岩气开发中仅仅处于起步阶段，仍有大量的工作需要做。
事实上，中国在页岩气技术中最为薄弱的也正是页岩气开发中最核心的技术，即水力压裂技术和水平钻井技术。
“水平井钻井技术是中国自有技术，但压裂技术还是采用国外公司的技术，并由国外公司做现场技术服务，服务费用很高，一口井高达几千万元，并对中国公司保密。”孙友宏说。
由于水平井在钻井过程中，钻井层位区域大，需要将水注入地下，使得水平井技术相比垂直井钻井更为困难。目前，美国水平钻井技术已形成工业化、商业化、规模化，而中国由于认识程度低、发展时间短，仍处于攻关阶段。
邹才能表示，目前中国在水平井体积压裂技术上已经有所突破，但是仍未实现大规模工业化应用。在水平钻井中，中国能打出1000多米，十几段，而北美能打出3000多米，40多段。他强调：“水平井钻得越长，压裂规模越大，越需要技术水平，这将会成为中国页岩气开发的关键性问题。”
对于水平钻井在中国的困难，琚宜文认为除了技术原因外，还受限于地质与地形条件。“水平钻井是当前一个难题，该井树枝状或是羽毛状分布，多适用于平坦地区。但是中国地形起伏变化大，地下还存在多断层构造，实施难度很大。”他说。
相比较美国从19世纪开始开发页岩气，直到本世纪才实现大规模的工业化，董大忠说中国还有很多的路要走。只有多打井，不断地实验，才能有自己的技术。“希望页岩气的十二五规划能够给中国带来技术的进步。”
“在中国，每个地方的井不同，技术也不完全一样，所以技术的发展在中国还是要有一定的过程。我们目前是在攻关中寻找技术。”苏义脑说。
而在页岩气刚刚起步、理论要建立、技术亟待发展的同时，中国的页岩气发展同样面临着人才制约。“在常规油气开采领域有上10万的专业人才，而在页岩气领域才有不到1000人的专职研究力量。”邹才能指出。
“尽管美国公司对他们的产品只提供服务不卖设备，页岩气的有关技术还是相对来说还是比较开放的。”王国昌这样评价页岩气的技术保密性。
“然而我国页岩气储层与美国差别较大，主要体现在沉积环境不同并经历了更为复杂的构造变形。一些在美国已经取得成功的技术和方法需要经过修改才能应用于我国。我们不仅要学习使用他们的技术，还要改造他们的技术。”王国昌说。
近年来，中国油气开发公司与国外石油公司开展了各种合作和交流。寄希望能够通过与国外石油公司合作开发、技术交流等，改进、提高、储备自己的页岩气技术。这些合作主要有两种形式，一种是在中国开展合作，即与海外石油公司共同开发中国境内的页岩气区块；另一种是中国企业在海外参与页岩气开发等方式，合作对象多为有着非常丰富经验的北美公司。
中美之间的页岩气合作最早始于2007年10月。中国石油天然气总公司（中石油）与美国新田勘探公司展开了一项联合研究，对中国四川盆地威远块区的开发潜力做多元化的分析。4年后，中石油成功在该区块钻出了第一口页岩气水平气井。
在新田以外，中石油在2009年与荷兰皇家壳牌公司签署协议，共同对四川盆地富顺永顺区块页岩气储量做评估，2012年3月20日，双方签署页岩气生产分成合同，这是中国签署的第一份此类合同。2012年2月，中石油购买了壳牌公司加拿大不列颠哥伦比亚省某项目20%的股份。
建立这些合作伙伴关系的最大的目的是引进先进的技术，加强项目管理。中石油集团总经理周吉平曾表示，中国要进一步在钻井工艺和供水要求领域进行研究，应该超越美国目前的技术水平。
同为中国三大油气公司的中石化和中海油也同样活跃在页岩气的国际合作之中。中国海洋石油总公司是首家通过海外并购获得页岩气开采技术的国企，该公司斥资23亿美元获得切萨皮克能源公司在美国得克萨斯州、怀俄明州以及科罗拉多州页岩气区块的少数股权。中石化与埃克森美孚公司在2011年签署协议，计划在四川五指山区域进行联合勘探。
此外，其他的国有能源公司及电力企业也不甘落后。2012年2月，中国最大的煤炭生产商神华集团的全资子公司神华地质勘探公司，与挪威国家石油公司签署了一份关于页岩气勘探合作的意向书。
“主要是一些概念上的引导，具体的东西还要我们自己去研究。”董大忠说，如在水压裂技术中添加的化学制剂等一些相对来说还是比较机密的东西是拿不到的，此外重要的问题就在于中国与美国状况不同，技术可借鉴性不大。
“世界上没有相同的页岩，需要发展针对中国海相、海陆过渡相、陆相三类页岩气技术。”邹才能说。
据邹才能介绍，从页岩气开采地质环境而言，美国的地质环境多为平原，而中国多是丘陵山地为主，包括三分之一的丘陵、山地，三分之一的沙漠和三分之一的平原。从页岩气所属性质分类，北美页岩气三分之二位于中浅层，三分之一位于中深层，而中国则恰恰相反。从页岩的种类而言，美国多为相对来说比较稳定的海相页岩，中国则为海相、陆相及海陆交替相，三种页岩都很发达，但目前要以海相页岩气为重点。
此外，与美国相比，中国的海相页岩在中石炭世以后经历了复杂的、多期次的构造演化（包括埋藏、抬升、断裂和褶皱等）和热演化（多期次、多种方式的生排烃）。构造演化的差异性决定了盆地内页岩气藏保存条件的差异性，决定了页岩气的聚集程度和勘探潜力。
“美国多海相页岩，与美国不同，中国有大约三分之二属于湖湘和海陆交替相。同时，中国地质构造变形对页岩孔隙的影响等问题，美国是不会去研究的。”王国昌强调。
事实上，完全依赖别人的技术这样的情况不单单是中国需要面对的。琚宜文告诉《科学新闻》，目前页岩气的开采即使在欧洲和澳大利亚等也都处于勘探开发阶段，并未进入工业开发。由于页岩气的独特性，需要有明确的目的性的技术，故得多请美国专家结合中国的页岩气赋存条件帮助进行研究而非完全引进。
“光是砸钱是得不到好技术的。”董大忠这样说，在他看来，在页岩气的技术发展上还要一步一步来。美国从上世纪80年代开始，直至本世纪初才实现工业化生产，所以中国也需要有一个过程。
虽然技术才起步起步，但是中国对于页岩气开发的热情已经高涨。2012年，页岩气第二轮招标工作十分火热，有人将页岩气的招标称为“圈地运动”。
而对于这种“圈地”，许多业内人士则是冷眼旁观。“页岩气圈地是没有用的，因为当前我们对于页岩气的基础研究还不够，我们还不清楚地下页岩气储层的赋存条件及机理的情况。”
目前，在中国的页岩气区块研究中，仅四川省页岩气区块的相关情况已得到全面的认识和研究，别的地方仍在探测之中。
中国石化股份公司石油勘探开发研究院的张抗也认为，家底不清楚是目前页岩气发展的一大问题，他撰文指出：“近年来,尽管中国在页岩气地质理论、潜力评价和有利区优选等方面做了初步探索，取得了一定的进展。但中国页岩气赋存规律和含气页岩基本信息参数还有待深入研究，对页岩气资源潜力尚未进行系统评价，页岩气远景区和有利目标区尚未优选和圈定。”
邹才能将摸清楚页岩气有利核心区比喻为打仗，而页岩气的基本状况和地下环境则好像是敌人。目前我们对于我国页岩气富集区了解不完全，就好像打仗却不完全知道敌人在哪里。而这是中国页岩气开发的最核心问题，即基础研究认识较低。
“基础研究的重要性并不亚于技术，有利页岩气的分布问题是一切工作的出发点。目前由于勘探和认识程度总体较低，影响我们最终选择有利的核心区。”邹才能说。
作为中国科学院大学能源地质方面的教授，琚宜文一直从事盆地演化与常规能源的研究。早在2007年起，他便开始在中科院教授相关课程。但是他告诉《科学新闻》，时至今日国内对于页岩气的基础研究还谈不上形成一个理论体系。
他介绍说，目前中国关于页岩的研究观念有待转变：前期研究都是将泥页岩作为烃源岩、盖层进行研究，极少把页岩作为储层进行研究；页岩气富集机理研究没有系统展开：国内前期主要侧重对泥页岩裂缝油气藏研究，页岩气研究基础薄弱，缺乏针对性的页岩气研究，对富集机理、富集条件（主控因素）、富集模式及富集单元（体系）划分原则没有展开系统研究；缺乏应用研究：页岩气偏重理论研究，缺乏实践应用。
“页岩气可采资源规模不清楚，光有技术是不行的。中国一定要搞清楚自己的资源条件，才能进一步开发。”琚宜调。
邹才能强调指出，国家和社会很重视页岩气的基础研究和投入，将会加快推进页岩气的工业化试验和页岩气的发展。更重要的是页岩气革命带来的重大理念转变，以及理论技术和方法的彻底创新，把这些应用到其他非常规和常规油气领域中去，意义更大，不仅能引发石油工业新的科技革命，对全球常规与非常规油气发展、能源格局调整等等，都将产生深远的影响。■
