作者:李惠钰 来源: 中国科学报 发布时间:2019-12-16
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技术驱动中国版“页岩革命”

 

美国“页岩革命”的奇迹难以被中国简单复制。

页岩革命实际上就是一场技术革命。中国要想实现页岩油气勘探开发的更大突破,首先要加大创新驱动力度。

■本报记者 李惠钰

在对中国资源禀赋的评价中,“富煤、贫油、少气”是一个比较流行的观点。然而,这并不代表中国的石油和天然气勘探开发就没有潜力可挖。

页岩气和页岩油是指储藏在页岩层岩缝里的天然气和原油,属于非传统能源。自今年以来,我国页岩油气田勘探开发就频传捷报——位于四川泸县的一口页岩气井,日产气超过137.9万立方米,足够近138万户居民的日常使用;中国石油大港油田新增亿吨页岩油储量,年底将实现5万吨页岩油产量……

页岩气和页岩油的技术突破统一被称为“页岩革命”。“页岩革命深刻改变了石油工业,显著增加了油气资源总量,也大大降低了能源被动转型的可能。”近日在2019全球能源转型高层论坛上,中国科学院院士、中国石油大学(华东)校长郝芳表示,“页岩里的资源可以再维持油气工业发展百年以上,这是一个重大进步。”

依据国际能源署的统计,中国的页岩油气可采储量接近50亿吨,占据全球页岩油气可采储量超过10%,仅次于美国和俄罗斯。但是,目前国内的勘探开发进度和页岩油气资源禀赋相比,仍显落后。

“‘页岩革命’实际上就是一场技术革命。” 中国科学院院士、中国石油大学(北京)教授高德利表示,中国要想实现页岩油气勘探开发的更大突破,首先要加大创新驱动力度。

“北美模式”难以简单复制

页岩革命从北美发起,带来的结果是,美国超越俄罗斯成为天然气第一大生产国,超过沙特成为原油第一大生产国。

“页岩革命极大地影响了全球石油、天然气的价格,同时也使得美国这一曾经最大的油气进口国实现能源自给。”郝芳用“广阔的勘探领域、巨大的潜在储量”来形容页岩革命。

然而,美国“页岩革命”的奇迹难以被中国简单复制。相比于美国等地区,中国页岩油气地质条件更加复杂、储层类型更加多样,开采难度也更大。

“中国早期在四川盆地周边部署了一系列的钻井,最后只有很少的页岩油气能够实现商业开采,主要原因就是我国地质条件非常复杂。”郝芳举例说,“在美国,页岩核心区大于一千平方英里,而中国很多页岩气田只有连续的几百平方公里,这就是中美页岩油气的资源差别。”

不仅如此,我国陆相页岩油与北美海相页岩油相比,在地质条件和地面条件上均存在较大的差异,也不能照搬北美技术,实现工业化效益开发面临很多重大挑战。“这也是为什么中国页岩油气发展任重而道远的一个根本原因。”郝芳补充道。

高德利也指出,美国“页岩革命”有许多有利因素,例如美国具备良好的融资渠道,为企业家长期进行页岩钻采尝试提供了资金保障。美国还拥有良好的能源开发基础条件,如较完备的油气管网、地质数据等。而其法律体系也赋予土地业主地下开采权,从而给油气开发活动提供了极大便利。

“我们的技术、经济指标都与美国差得很远。”高德利直言,“我国油气发展面临更多的挑战,既要解决国内油气增储上产的许多难题,又要实施‘走出去’发展战略,原来以‘跟踪’为主的发展模式已经难以应对。”

“放眼全球,可供人类开发利用的油气资源仍十分丰富,但容易开采的油气时代已经结束。全球油气行业将长期面临油气开采难的问题,对工程科技创新与前沿技术突破的依赖度也将越来越大。”高德利表示,我国急需一场页岩革命的大爆发。

靠钻井技术突破工程作业极限

一种资源只有完成大规模工业化开发,才能形成革命性战略接替,而简单的、小规模的突破只能称之为阶段探索或局部发现。在业内专家看来,不断研发工程技术,探索出一条成熟的技术路线,才能完成页岩革命的历史使命。

在高德利看来,中国要想实现页岩油气勘探开发的更大突破,就需要采用地质、工程、市场一体化解决方案,加快建设大型丛式水平井高效开发模式及工程技术支撑体系。

“我国山区蕴藏着丰富的页岩气资源,但其地表环境和地质条件都比较复杂,使得这里的页岩气开发面临诸多挑战。”高德利称,“重庆涪陵页岩气开发,已经形成增储上产的良好发展势头,现已建成100亿方的年产能,以及约60亿方年产量,但仍然面临深层页岩气工程技术等挑战。”

而采用先进的井型技术大幅度提高油气田的单井产量及最终采收率,一直是复杂油气田高效开发追求的理想目标。高德利表示,页岩气工程技术的创新,就是钻井技术的进步。定向钻井要求控制钻头定向破岩钻进并打中目标,是钻井主体技术之一,而大位移钻井是挑战定向钻井的前沿技术。

“在石油、天然气等地下矿产资源开发中,钻井是不可或缺的基本工程。通过科学研究与实践,人类会不断突破其工程作业极限,这也是页岩油气工程技术的创新之一。”为此,高德利建议,应该加快创建独具中国山区特色的大型丛式水平井高效开发模式及其工程技术支撑体系,以期实现页岩气的高效绿色开发。

郝芳称,未来相当长时间,油气仍然是一次能源的主体,也是影响中国国家安全的战略资源。就我国页岩油气革命而言,也将由资源主导变为技术主导。他表示,科技创新是第一生产力,智能钻井、纳米驱油、原位改质等新一代勘探开发智能化技术体系将助推油气产量迈向新高度。

另外,高德利表示,随着信息、材料、人工智能等相关学科领域的科技进步,油气工程技术与装备还将向着信息化、智能化、自动化方向加速发展。

陆相页岩油气开发待突围

实际上,我国含油气盆地以陆相沉积为主,陆相页岩油气资源丰富。中石油科技管理部总经理匡立春表示,未来10~15年是中国陆相页岩油气革命的战略机遇期,将推动陆相页岩油气成为我国石油资源的重大战略接替。

北美以海相页岩油为主,面积大、有机质含量高、成熟度高、油气丰度高、可压裂性强、技术先进、开发成本低;而我国虽以陆相页岩油为主,但存在面积相对小、有机质含量偏低、成熟度及油气丰度中等一系列问题。

“与北美海相页岩储层相比,我国陆相页岩储层具有特殊性,多项理论问题尚未解决。”匡立春指出,特别是一些工程技术还不成熟,耐高温高压复合材料、芯片和软件等核心领域“卡脖子”问题待解。此外,陆相页岩油气开发纵向油层动用率低、单井产量低、井控储量低和采收率低,仍需要提质增效。

陆相页岩油开发之路还得中国人自己闯,创新是唯一出路。匡立春建议,要加快页岩油勘探理论研究,加大中高成熟度页岩油产量规模,加快中低成熟度页岩油工业化试验,实现页岩油高效开发。

他还建议国家超前设立页岩油科技重大项目,研发有效适用技术,同时通过创新适用管理模式,在大数据、人工智能分析的基础上,通过提高单井产量和优化作业成本,实现页岩油低成本效益开发。

《中国科学报》 (2019-12-16 第7版 能源化工)
 
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