1、.美国页岩油发展现状及预期摘要 美国的页岩气开发取得了巨大成就，天然气价格急剧下降，然而原油价格却居高不下，于是石油公司在不放弃页岩气的同时，将开发重点转向页岩油。美国原油进口量大幅下降，炼油业迅速复苏，给经济恢复带来动力，对世界石油地缘政治格局产生重大影响。虽然目前国际油价大幅下跌造成了页岩油开发的停滞，但长远来看，页岩油开发在美国势在必行。关键词 美国 页岩油 影响因素 发展前言古代人类就发现了石油和天然气。到19世纪中叶，美国和俄罗斯相继钻成了第一口油井，对油气需求的快速增加，促使对油气的开发从优质油气扩展到品质较差、开采难度较大和开采成本较高的油气（童晓光等，2014）。1979年，美
2、国地质学家Masters提出了油气资源分布的三角图概念（Masters，1979；Holditch，2006），三角图的顶部为常规油气，开采技术难度较低和开采成本较低，油的品质好，占总油气资源量的比例较小。非常规油气开采技术难度较大，开采成本较高，油的品质较差，但占油气总资源量中的比例大（童晓光等，2014；图1），其中页岩油的勘探和开发已经越来越受世界各国的重视。页岩油是指储存于富有机质、纳米级孔径为主页岩地层中的石油，是成熟有机质页岩石油的简称（邹才能等，2013）。页岩既是石油的烃源岩，又是石油的储集岩。页岩油以吸附态和游离态形式存在，一般油质较轻、黏度较低。主要储集于纳米级孔喉和裂缝系
3、统中，多沿片状层理面或与其平行的微裂缝分布。富有机质页岩一般在盆地中心大面积连续聚集，整体普遍含油，资源规模大。页岩油“核心区”评价的关键包括储集空间分布、储集层脆性指数、页岩油黏度、地层能量和富有机质页岩规模等。页岩气的成功开采为页岩油开采提供了技术参考，水平井体积压裂、重复压裂等“人造渗透率”改图1 油气资源类型分布造技术，是实现页岩油有效开发的关键技术（邹才能等，2013）。进入21 世纪以来，美国页岩气开发取得了巨大成就，天然气价格急剧下降，然而原油价格却居高不下，于是石油公司在不放弃页岩气的同时，将开发重点转向页岩油。仅数年时间页岩油开发就取得惊人成绩，使得美国原油进口量大幅下降，炼
4、油业迅速复苏，给经济恢复带来动力，对世界石油地缘政治格局产生重大影响（罗承先等，2013）。根据美国能源信息署的评估，全球页岩油气技术可采资源总量达6634万亿立方英尺，其中90%在美国以外的地区。尽管如此，北美仍是目前唯一成功实现了页岩油气开发的地区，其他国家和地区对待页岩油气资源的态度因各种因素的制约而各异。澳大利亚、阿根廷、中国、英国、乌克兰等国近年来大力投资页岩油气，但距离可持续商业开发还有很长的路要走。页岩油形成机制页岩在不同成熟阶段产出油气的机制不同。未成熟有机质页岩可形成“人造油”，成熟有机质页岩地下形成页岩油，高过成熟有机质页岩形成页岩气，可分别称为未熟“人工”页岩油、成熟页岩
5、油、高熟页岩气（邹才能等，2013；图2）。图2 页岩层系油气聚集模式尽管页岩生成烃类已被公认，但对页岩内残留烃量和滞留机理却存在不同认识（邹才能等，2013；Leythaeuser et al.，1991；Pepper et al.，1995；Stainforth，2009）。多数学者认为泥页岩中烃类的释放和排出包括两个过程：烃类从干酪根中热演化生成释放过程和生成烃类在泥页岩内部的初次运移，而对于这两个过程哪个是关键至今还存在很大分歧。有学者认为干酪根中烃类释放是关键，液态烃释放受干酪根吸附和烃类在干酪根网络中的扩散作用控制；还有学者认为烃源岩的岩性组合、有效运移通道、烃源岩内压力分布以及微
6、裂缝发育程度等因素起控制作用。泥页岩内滞留油气取决于干酪根的化学性质和生成油气的体积与组成，而油气的体积与组成又取决于干酪根的性质和二次裂解反应。泥页岩中烃类滞留机理不仅决定烃类在泥页岩中的残留数量和排烃数量，还控制了滞留烃类二次裂解形成页岩气的潜力。很多学者对泥页岩内烃类滞留机理进行了探讨，比较有代表性的理论包括干酪根吸附机理、聚合物溶解机理、排烃门限理论等，这些理论在一定程度上解释了干酪根性质对油气滞留的影响，对油气排烃过程产生的分馏效应也作了一定解释，但均存在一定局限性（邹才能等，2013；Pepper et al.，1995；Stainforth，2009；Ritter，2003）。依
7、据泥页岩矿物组成、有机碳和残留烃相关分析，结合场发射和环境扫描电镜下泥页岩孔隙和含油性观察，本文提出了页岩内部页岩油滞留聚集模式（图3）。残留液态烃主要以吸附态存在于有机质内部和表面，以吸附态和游离态存在于黄铁矿晶间孔内。同时，受泥页岩纳米孔喉连通程度、穿越孔喉的贾敏效应、源岩内部压差等限制，部分烃类滞留在泥页岩孔喉系统内，伴生气溶解在烃类中呈液态。由于黏土、石英、长石、白云石、方解石等矿物颗粒表面束缚水膜的存在，矿物基质纳米级孔喉中的液态烃主要呈游离态赋存，其次为吸附态。残留液态烃在微裂缝中主要以游离态形式存在（邹才能等，2013）。图3 页岩油滞留聚集模式美国页岩油产业发展历程美国页岩油勘
8、探开发近两年发展较快，但若追根溯源，页岩油产业化也有60 多年的历史。根据产业化发展过程中的具体特点，可以将其发展历程划分为三个阶段（罗佐县，2014）。发现阶段美国的第一个页岩油藏是1953 年在威利斯顿盆地发现的，正式投产于1955年。当时的发现者Stanolind公司主要采用直井开发技术，开发的目的层为巴肯组的上段，在当时的技术条件下，平均单井产量为27.4 吨油当量/日。六年之后也就是1961 年，壳牌公司在威利斯顿盆地进行石油勘探时，在首要目的层勘探失利的情况下，转向勘探巴肯组上段，发现了埃尔克霍恩牧场油田，再一次证明了巴肯组上段油气潜力。由于该段以暗色的海相页岩为主，发育大量天然裂
9、缝，且裂缝的存在对产量有积极意义，于是作业者认为该段发育泥岩裂缝油藏。在之后的近30 年时间里，油公司在巴肯页岩区带内的油气勘探开发活动几乎全部集中在该区发育的一系列背斜构造附近，钻探的目的层均为巴肯组上段，一共发现了26 个油田。随后有油公司尝试将水平井技术应用到巴肯组上段油藏中，取得了很好的效果，原油产量提高至约50 吨油当量/日，且能稳产达2 年之久，这一做法对其他作业者产生了强烈的示范效应。油公司对巴肯区带的热情一直持续到上世纪90 年代初，当时大约有超20 家的油公司在该地区从事油气勘探开发活动。之后因油价持续走低，且预测受天然裂缝控制巴肯组上段油藏的产量具有一定的困难，巴肯页岩区带
10、的油气勘探开发活动在经历一个高潮期后进入缓慢发展阶段。认识突破阶段到了2000 年，加拿大一家独立油公司在经过近5 年的勘探后发现，巴肯组中段的孔隙度明显优于上段和下段，由此提出了巴肯组源岩所生成的油气可能更多的聚集在了中段，之前开发的上段只是其中很少一部分的认识，并据此认识成功发现了埃尔姆古丽油田。这一发现和认识在页岩油产业进程中具有里程碑式的意义，彻底改变了巴肯页岩区带的油气勘探开发活动，巴肯组中段开始成为公司油气勘探的首要目的层。有机构评价巴肯的页岩油产量将超过伊拉克的原油产量（Wan et al.，2012）。快速发展阶段2005年EOG 能源公司提出了效仿页岩气开发，将水平井与水力压
11、裂相结合开发巴肯中段页岩油藏的想法，并在帕歇尔油田的测试中取得成功。页岩气革命爆发之后，这两项技术开始被大规模应用于页岩油开采，主要推动因素是油气价差（图4）。高油价低气价导致很多油公司关停了利润低的页岩气井，转而寻求在页岩油领域获得新突破（Kulkarni，2012）。图4 布伦特油价与Henry-hub天然气价格美国页岩油快速发展的原因页岩气开发快速发展，推动天然气价格大幅度下降受页岩气勘探开发成功经验的启发，美国把页岩气开发的新技术和经验引人了开发曾被认为没有商业开采价值的低渗透页岩及相关层系中的页岩油资源，美国也因此成为目前全球页岩油勘探开发最成功的地区。最近数年跨国石油公司、日本商社
12、、亚洲大型企业等又以合资形式参与投资，促使美国页岩气产量急剧增长， 同时加拿大也开始生产页岩气。在北美以外地区页岩气的开发尚处于起步阶段，中国以及欧洲、亚洲、南美等地已发现页岩气资源，中国、波兰等开始步入开发初期。随着页岩气的开发，美国遏制了天然气产量急剧下滑的局面，并由此成为世界上最大的天然气生产国，这给美国的经济复苏和同东经济增长带来了巨大动力（罗承先，2013）。部分页岩矿区页岩油储量丰富美国页岩气蕴藏分布于20 个州以上，页岩油的开发在位于美国北达科他州的巴肯(Bakken)率先取得成功，并不断向其他地区扩展，产量大幅度增长，使美国扭转了连续二十多年石油产量下滑的颓势。位于得克萨斯州北
13、部的Barnett 页岩矿区于2000 年正式开发，产量最大。其次是位于阿肯色州的Fayetteville页岩矿区，于2005 年以后开发。油气价差拉大，推动页岩油开发2005 年以前， 美国天然气(Henry hub) 与原油(WTI)价格大体相当； 从2006年开始天然气价格大幅下降，2008 年天然气价格为原油的一半，2010 年天然气价格仅为原油的1/3。欧洲天然气价格(EU CIF)与原油(Brent)的价差没有美国那么大，但同样远低于原油。于是美国液体成分丰富的页岩矿区，其开发重点从天然气向液体成分转移。积极开发页岩气的油气公司，在不放弃页岩气的同时， 扩大了原油和非常规页岩油的开
14、发，将用于页岩气生产的水平井、水力压裂等技术组合用于页岩油领域，以增加.一、本技术交底考虑到施工工期、质量和安全要求、地下室层高，考虑了以下几点： （1）架体的结构设计，力求做到结构要安全可靠，造价经济合理。（2）在规定条件下和使用期限内，能够充分满足预期的安全性和耐久性。 （3）选用材料时，力求做到常见通用、可周转利用，便于保养维修。 （4）结构选型时，力求做到受力明确，构造措施到位，搭、拆方便。（5）本工程地下部分东西长182.20m，南北宽125.30。地下室顶板厚度为250mm。依据建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2011）有关要求，结合本工程的实际情况，本工程脚手
15、架选用满堂红脚手架。2、脚手架立杆间距0.9m，水平杆间距1.5m，扫地杆距地0.2m，3、脚手架的主要构件：立杆、水平杆、扣件、剪刀撑、扫地杆、底座、顶撑。4、脚手架用途：主要用于板支撑，梁支撑按图纸及相关国家规范搭设、施工。二、 脚手架的材质要求1、钢管（1）钢管应采用现行国家标准直缝电焊钢管（GB/T13793）或低压流体输送用焊接钢管（GB/T3092）中规定的3号普通钢管，其力学性质应符合国家现行标准优质碳素结构钢（GB/T700）中Q235-A级钢的规定。（2）钢管的截面尺寸应为外径48.3mm，壁厚3.6mm。用于立杆、水平杆、剪刀撑和斜杆的钢管长度为46m。以适应脚手架宽的需要
16、。（3）钢管质量的检验要求钢管质量检验要求项次检查项目验收要求新管1产品质量合格证必须具备2钢管材质证明书3表面质量表面应平直光滑，不应有裂纹、分层、压痕、划道和硬弯4外径，壁厚允许偏差：0.50mm5端面应平整，端面切斜的偏差1.70mm6防锈处理必须进行防锈处理，镀锌或刷防锈漆旧管7钢管锈蚀程度应每次搭设检查一次管壁上锈蚀的深度，不得超过0.50mm8其它项目同新管项次3、4、5同新管3、4、5钢管应无裂纹，两端面应平整，严禁打孔。2、 扣件（1）应使用与钢管管径相配合的、符合我国现行标准的可锻铸铁扣件。（2）技术要求扣件应采用可锻铸铁制作，其材质应符合现行国家标准钢管脚手架扣件（GB15
17、831）的规定；脚手架采用的扣件，在螺栓拧紧扭力矩达65Nm时，不得发生破坏。铸铁不得有裂纹、气孔；不宜有缩松、砂眼或其它影响使用的铸铁缺陷；并应将影响外观质量的粘砂、披缝、毛刺、氧化皮等清除干净。扣件与钢管的贴合面必须严格整形，应保证与钢管扣紧时接触良好。扣件活动部位应能灵活转动，旋转扣件的两旋转面间隙应不小于1mm。当扣件紧夹钢管时，开口处的最小距离应不小于5mm。扣件质量的检验要求项次检查项目要求新扣件1产品质量合格证，生产许可证，专业检测单位测试报告必须具备2表面质量及性能应符合（2）技术要求的规定3螺栓不得滑丝三、 脚手架搭设施工工序、方法、要求1、施工准备：（1）脚手架搭设前，要根
18、据现场实际情况编写安全技术交底，交底要全面、具体、有针对性，安全技术交底要按程序交底到工人。（2）钢管、扣件、脚手板、密目网等其它材料，质量必须符合各自的有关规定，不合格的产品不得使用。（3）经检验合格的构件，要按产品规格、分类、堆放、整齐平稳，堆放场地不得有积水。2、架子搭设工艺流程：脚手架搭设的工艺流程为：纵向扫地杆立杆横向扫地杆纵、横向水平杆剪刀撑。3、构造要求：（1）立杆构造要求： 每根立杆底部宜设置底座或木垫板。采用48.33.6mm的钢管脚手架搭设，立杆垂直度允许搭设偏差10mm。立杆接头除在顶层顶步可采用搭接外，其余各接头必须采取对接扣件，对接应符合以下要求：立杆上的对接扣件应交
19、错布置，两相邻立杆接头不应设在同步同跨内，两相隔立杆接头在高度方向错开的距离应不小于500mm，各接头中心距主节点的距离应不大于步距的1/3。当立杆采用搭接接长时，搭接长度不应小于1m ，并应采用不少于2个旋转扣件固定。端部扣件盖板的边缘至杆端距离不应小于100mm。立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度a 不应超过0.5m。立杆顶端高出建筑物檐口上皮1.5m。脚手架立杆基础不在同一高度上时，必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定，高低差不应大于 1m。靠边坡上方的立杆轴线到边坡的距离不应小于500mm。（见下图）（2）扫地杆设置：脚手架必须设置纵、横向扫地杆。纵向扫地杆应采用直角扣件
20、固定在距钢管底端不大于200mm 处的立杆上。横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。扫地杆在端头与立杆交接处伸出扣件长度不小于10cm。（3）水平杆的构造应符合下列规定：水平杆应设置在立杆内侧，单根杆长度不应小于3 跨；纵向水平杆接长应采用对接扣件连接或搭接，并应符合下列规定：1）两根相邻纵向水平杆的接头不应设置在同步或同跨内；不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm；各接头中心至最近主节点的距离不应大于立杆间距的1/3。2）搭接长度不应小于1m，应等间距设置3 个旋转扣件固定；端部扣件盖板边缘至搭接纵向水平杆杆端的距离不应小于100mm。（4）剪刀
21、撑的搭设要求：1）在架体外侧周边及内部纵、横向每5m8m，应由底至顶设置连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度应为5m8m。2）在竖向剪刀撑顶部交点平面应设置连续水平剪刀撑。三、 架子的验收、使用及管理1、架体的验收、使用：（1）把好验收关。搭设过程中的架子，每搭设一个施工层高度必须由项目技术负责人组织技术、安全人员与搭设班组共同进行检查，符合要求后，方可上人使用。架子未经检查、验收，除架子工外，严禁其他人员攀登。验收合格的架子任何人不得擅自拆改，需局部拆改时，要经负责人同意，由架子工操作。（2）工程的施工负责人，必须按架子方案的要求，拟定书面操作要求，向班组进行安全技术交底，班组必须严格按操作要求和安全
22、技术交底施工。（3）使用按2.5KN/m考虑，因此架子上不准堆放成批材料，零星材料可适当堆放。（4）保证高处作业人员的安全。（5）架子搭好后要派专人管理，未经技术负责人同意，不得改动，不得任意解掉架体中的拉杆和扣件。（6）作业层上的施工荷载应符合设计要求，不得超载，不得将模板、泵送混凝土输送管等支撑固定在脚手架上，严禁任意悬挂起重设备。（7）雨后要检查架子的下沉情况，发现地基沉降或立杆悬空要马上用木板将立杆楔紧。（8）在5级以上大风、大雾和大雨天气下不得进行脚手架作业，雨后上架前要防滑措施。2、架体的维护管理：（1）定期对脚手架进行检查，发现有拆除、缺少连墙件等及时修复。 （2）禁止私自拆除脚
23、手架上的任何防护用品。 （3）遇风、雨等天气对脚手架基础等部位进行检查，及时修复隐患部位。未经验收的脚手架禁止使用。3、防电、避雷措施：（1）脚手架的外侧边缘与外架的边线必须保持安全操作距离，否则需设屏障防护架等保护措施。 （2）脚手架要做良好的接地。（3）防火措施：及时清理脚手架上的易燃材料，在脚手架的一定部位设置防火器材。 （4）制定动火审批制度，限制在脚手架上动用明火，并派专人监护。 （5）禁止在脚手架上吸烟，杜绝火种来源。四、 架子搭设安全技术交底1、凡是高血压、心脏病、癫痫病、晕高或视力不够等不适合高处作业的人员，均不得从事架子作业。配备架子工的学徒工，在培训以前，必须经过医务部门体
24、检合格，操作时必须有技工带领、指导，由低到高，逐步增加，不得任意单独上架子操作。要经常进行安全技术教育。凡从事架子工种的人员，必须定期（年）进行体检。2、脚手架支、搭以前，必须制定施工方案和进行安全技术交底。3、操作小组接受任务后，必须根据任务特点和交底要求进行认真讨论，确定支、搭方法，明确分工。在开始操作前，组长和安全员应对施工环境及所需的防护用具做一次检查，消除隐患后，方可开始操作。4、架子工在高处（距地高度2m以上）作业时，必须佩带安全带，安全带必须与已绑好的立、横杆挂牢，不得挂在钢丝扣或其他不牢固的地方，不得“走过档”（即在一根顺水杆上不扶任何支点行走），也不得跳跃架子。在架子上操作应精力集中，禁止打闹和玩笑，休息时应下架子，严禁酒后作业。5、遇有恶劣气候（如风力5级以上，高温、雨天气等）影响安全施工时，应停止高处作业。6、递杆、拉杆时，上下左右操作人员应密切配合，协调一致，拉杆人员应注意不碰撞上方人员和已绑好的杆子，下方递杆人员应在上方人员接住杆子后，方可松手，并躲离其垂直操作距离3m以外，使用人力吊料，大绳必须加固，应遵守机械吊装安全操作规程，钢管等物应绑扎牢固，接料平台外侧不准站人，接料人员应等起重机械停车后再接料，解绑绳。7、未搭完的一切脚手架，非架工一律不准上架，架子搭完后，由施工人员会同架工组长以及使用工种
