技術(shù)驅動(dòng)中國版“頁(yè)巖革命”

頁(yè)巖革命實(shí)際上就是一場(chǎng)技術(shù)革命。中國要想實(shí)現頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)的更大突破，首先要加大創(chuàng )新驅動(dòng)力度。

在對中國資源稟賦的評價(jià)中，“富煤、貧油、少氣”是一個(gè)比較流行的觀(guān)點(diǎn)。然而，這并不代表中國的石油和天然氣勘探開(kāi)發(fā)就沒(méi)有潛力可挖。

頁(yè)巖氣和頁(yè)巖油是指儲藏在頁(yè)巖層巖縫里的天然氣和原油，屬于非傳統能源。自今年以來(lái)，我國頁(yè)巖油氣田勘探開(kāi)發(fā)就頻傳捷報——位于四川瀘縣的一口頁(yè)巖氣井，日產(chǎn)氣超過(guò)137.9萬(wàn)立方米，足夠近138萬(wàn)戶(hù)居民的日常使用;中國石油大港油田新增億噸頁(yè)巖油儲量，年底將實(shí)現5萬(wàn)噸頁(yè)巖油產(chǎn)量……

頁(yè)巖氣和頁(yè)巖油的技術(shù)突破統一被稱(chēng)為“頁(yè)巖革命”。“頁(yè)巖革命深刻改變了石油工業(yè)，顯著(zhù)增加了油氣資源總量，也大大降低了能源被動(dòng)轉型的可能。”近日在2019全球能源轉型高層論壇上，中國科學(xué)院院士、中國石油大學(xué)(華東)校長(cháng)郝芳表示，“頁(yè)巖里的資源可以再維持油氣工業(yè)發(fā)展百年以上，這是一個(gè)重大進(jìn)步。”

依據國際能源署的統計，中國的頁(yè)巖油氣可采儲量接近50億噸，占據全球頁(yè)巖油氣可采儲量超過(guò)10%，僅次于美國和俄羅斯。但是，目前國內的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)度和頁(yè)巖油氣資源稟賦相比，仍顯落后。

“‘頁(yè)巖革命’實(shí)際上就是一場(chǎng)技術(shù)革命。” 中國科學(xué)院院士、中國石油大學(xué)(北京)教授高德利表示，中國要想實(shí)現頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)的更大突破，首先要加大創(chuàng )新驅動(dòng)力度。

“北美模式”難以簡(jiǎn)單復制

頁(yè)巖革命從北美發(fā)起，帶來(lái)的結果是，美國超越俄羅斯成為天然氣第一大生產(chǎn)國，超過(guò)沙特成為原油第一大生產(chǎn)國。

“頁(yè)巖革命極大地影響了全球石油、天然氣的價(jià)格，同時(shí)也使得美國這一曾經(jīng)最大的油氣進(jìn)口國實(shí)現能源自給。”郝芳用“廣闊的勘探領(lǐng)域、巨大的潛在儲量”來(lái)形容頁(yè)巖革命。

然而，美國“頁(yè)巖革命”的奇跡難以被中國簡(jiǎn)單復制。相比于美國等地區，中國頁(yè)巖油氣地質(zhì)條件更加復雜、儲層類(lèi)型更加多樣，開(kāi)采難度也更大。

“中國早期在四川盆地周邊部署了一系列的鉆井，最后只有很少的頁(yè)巖油氣能夠實(shí)現商業(yè)開(kāi)采，主要原因就是我國地質(zhì)條件非常復雜。”郝芳舉例說(shuō)，“在美國，頁(yè)巖核心區大于一千平方英里，而中國很多頁(yè)巖氣田只有連續的幾百平方公里，這就是中美頁(yè)巖油氣的資源差別。”

不僅如此，我國陸相頁(yè)巖油與北美海相頁(yè)巖油相比，在地質(zhì)條件和地面條件上均存在較大的差異，也不能照搬北美技術(shù)，實(shí)現工業(yè)化效益開(kāi)發(fā)面臨很多重大挑戰。“這也是為什么中國頁(yè)巖油氣發(fā)展任重而道遠的一個(gè)根本原因。”郝芳補充道。

高德利也指出，美國“頁(yè)巖革命”有許多有利因素，例如美國具備良好的融資渠道，為企業(yè)家長(cháng)期進(jìn)行頁(yè)巖鉆采嘗試提供了資金保障。美國還擁有良好的能源開(kāi)發(fā)基礎條件，如較完備的油氣管網(wǎng)、地質(zhì)數據等。而其法律體系也賦予土地業(yè)主地下開(kāi)采權，從而給油氣開(kāi)發(fā)活動(dòng)提供了極大便利。

“我們的技術(shù)、經(jīng)濟指標都與美國差得很遠。”高德利直言，“我國油氣發(fā)展面臨更多的挑戰，既要解決國內油氣增儲上產(chǎn)的許多難題，又要實(shí)施‘走出去’發(fā)展戰略，原來(lái)以‘跟蹤’為主的發(fā)展模式已經(jīng)難以應對。”

“放眼全球，可供人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的油氣資源仍十分豐富，但容易開(kāi)采的油氣時(shí)代已經(jīng)結束。全球油氣行業(yè)將長(cháng)期面臨油氣開(kāi)采難的問(wèn)題，對工程科技創(chuàng )新與前沿技術(shù)突破的依賴(lài)度也將越來(lái)越大。”高德利表示，我國急需一場(chǎng)頁(yè)巖革命的大爆發(fā)。

靠鉆井技術(shù)突破工程作業(yè)極限

一種資源只有完成大規模工業(yè)化開(kāi)發(fā)，才能形成革命性戰略接替，而簡(jiǎn)單的、小規模的突破只能稱(chēng)之為階段探索或局部發(fā)現。在業(yè)內專(zhuān)家看來(lái)，不斷研發(fā)工程技術(shù)，探索出一條成熟的技術(shù)路線(xiàn)，才能完成頁(yè)巖革命的歷史使命。

在高德利看來(lái)，中國要想實(shí)現頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)的更大突破，就需要采用地質(zhì)、工程、市場(chǎng)一體化解決方案，加快建設大型叢式水平井高效開(kāi)發(fā)模式及工程技術(shù)支撐體系。

“我國山區蘊藏著(zhù)豐富的頁(yè)巖氣資源，但其地表環(huán)境和地質(zhì)條件都比較復雜，使得這里的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)面臨諸多挑戰。”高德利稱(chēng)，“重慶涪陵頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，已經(jīng)形成增儲上產(chǎn)的良好發(fā)展勢頭，現已建成100億方的年產(chǎn)能，以及約60億方年產(chǎn)量，但仍然面臨深層頁(yè)巖氣工程技術(shù)等挑戰。”

而采用先進(jìn)的井型技術(shù)大幅度提高油氣田的單井產(chǎn)量及最終采收率，一直是復雜油氣田高效開(kāi)發(fā)追求的理想目標。高德利表示，頁(yè)巖氣工程技術(shù)的創(chuàng )新，就是鉆井技術(shù)的進(jìn)步。定向鉆井要求控制鉆頭定向破巖鉆進(jìn)并打中目標，是鉆井主體技術(shù)之一，而大位移鉆井是挑戰定向鉆井的前沿技術(shù)。

“在石油、天然氣等地下礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)中，鉆井是不可或缺的基本工程。通過(guò)科學(xué)研究與實(shí)踐，人類(lèi)會(huì )不斷突破其工程作業(yè)極限，這也是頁(yè)巖油氣工程技術(shù)的創(chuàng )新之一。”為此，高德利建議，應該加快創(chuàng )建獨具中國山區特色的大型叢式水平井高效開(kāi)發(fā)模式及其工程技術(shù)支撐體系，以期實(shí)現頁(yè)巖氣的高效綠色開(kāi)發(fā)。

郝芳稱(chēng)，未來(lái)相當長(cháng)時(shí)間，油氣仍然是一次能源的主體，也是影響中國國家安全的戰略資源。就我國頁(yè)巖油氣革命而言，也將由資源主導變?yōu)榧夹g(shù)主導。他表示，科技創(chuàng )新是第一生產(chǎn)力，智能鉆井、納米驅油、原位改質(zhì)等新一代勘探開(kāi)發(fā)智能化技術(shù)體系將助推油氣產(chǎn)量邁向新高度。

另外，高德利表示，隨著(zhù)信息、材料、人工智能等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的科技進(jìn)步，油氣工程技術(shù)與裝備還將向著(zhù)信息化、智能化、自動(dòng)化方向加速發(fā)展。

陸相頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)待突圍

實(shí)際上，我國含油氣盆地以陸相沉積為主，陸相頁(yè)巖油氣資源豐富。中石油科技管理部總經(jīng)理匡立春表示，未來(lái)10~15年是中國陸相頁(yè)巖油氣革命的戰略機遇期，將推動(dòng)陸相頁(yè)巖油氣成為我國石油資源的重大戰略接替。

北美以海相頁(yè)巖油為主，面積大、有機質(zhì)含量高、成熟度高、油氣豐度高、可壓裂性強、技術(shù)先進(jìn)、開(kāi)發(fā)成本低;而我國雖以陸相頁(yè)巖油為主，但存在面積相對小、有機質(zhì)含量偏低、成熟度及油氣豐度中等一系列問(wèn)題。

“與北美海相頁(yè)巖儲層相比，我國陸相頁(yè)巖儲層具有特殊性，多項理論問(wèn)題尚未解決。”匡立春指出，特別是一些工程技術(shù)還不成熟，耐高溫高壓復合材料、芯片和軟件等核心領(lǐng)域“卡脖子”問(wèn)題待解。此外，陸相頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)縱向油層動(dòng)用率低、單井產(chǎn)量低、井控儲量低和采收率低，仍需要提質(zhì)增效。

陸相頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)之路還得中國人自己闖，創(chuàng )新是唯一出路?？锪⒋航ㄗh，要加快頁(yè)巖油勘探理論研究，加大中高成熟度頁(yè)巖油產(chǎn)量規模，加快中低成熟度頁(yè)巖油工業(yè)化試驗，實(shí)現頁(yè)巖油高效開(kāi)發(fā)。

他還建議國家超前設立頁(yè)巖油科技重大項目，研發(fā)有效適用技術(shù)，同時(shí)通過(guò)創(chuàng )新適用管理模式，在大數據、人工智能分析的基礎上，通過(guò)提高單井產(chǎn)量和優(yōu)化作業(yè)成本，實(shí)現頁(yè)巖油低成本效益開(kāi)發(fā)。