在納米級孔隙這個無限狹窄的微觀世界,有無限寬闊的研究空間和能源資源。
“現(xiàn)在全世界都在關(guān)注頁巖油氣,但頁巖油氣都是蘊藏在納米級孔隙中,是由有機孔和無機孔構(gòu)成的,用常規(guī)油氣開采技術(shù)無法采集,必須經(jīng)過特殊開采技術(shù)才行。特殊開采技術(shù)就是鉆個垂直井,再拐彎,鉆成水平井,之后還要分段把巖石壓碎,就是人工壓裂產(chǎn)生裂縫,將頁巖油氣從裂縫中驅(qū)離出來。這個技術(shù)發(fā)源于美國,很復(fù)雜?!痹凇?019影響力峰會—預(yù)見未來”論壇上,巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室主任金之鈞院士向與會代表介紹,我國頁巖氣潛力巨大,產(chǎn)量目標(biāo)是到2020年,確保頁巖氣產(chǎn)量300億立方米,到2030年能夠達到800-1000億立方米。這樣的目標(biāo),挑戰(zhàn)是巨大的。因為我國頁巖油氣最主產(chǎn)區(qū)是四川、重慶一帶,以及廣大的南方地區(qū),埋深4000-5000米,這個目的層只有10米到30米厚度,要鉆水平井,水平段要鉆到1500-3000米深度,再進行20-30段壓裂,難度相當(dāng)大,需要包括地質(zhì)導(dǎo)向和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等一系列高精端的技術(shù)。
目前,世界正步入第三次能源轉(zhuǎn)型。在能源轉(zhuǎn)型時代,技術(shù)突破是根本推動力。從蒸汽機時代到內(nèi)燃機時代,再到計算機、信息化、人工智能技術(shù),正在改變?nèi)藗兊南M行為,推動第三次能源轉(zhuǎn)型。
科技進步解鎖新的油氣資源。從尋找“甜點”到吃到“甜點”,美國頁巖油開發(fā)中用到一系列先進技術(shù):地質(zhì)、油藏和工程一體化評價技術(shù)、低成本三維高分辨率地震技術(shù)、遠程旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、光纖微地震實時監(jiān)測與完井干預(yù)技術(shù)、全方位、多通道壓縮感知地震采集與處理技術(shù)、光纖溫度與聲波傳感技術(shù)、水平段增長、級數(shù)增加、簇間距減小技術(shù),以及重復(fù)壓裂與加密井技術(shù)等,估算重復(fù)壓裂后的最終采收率,巴肯區(qū)帶能夠提高30%,伊格爾福特區(qū)帶能夠提高107%,馬塞勒斯區(qū)帶能夠提高137%。
一系列“技術(shù)拼圖”,勾勒了美國頁巖油氣輝煌圖景。
而我國要將畫在墻上的大餅掛到墻上,實現(xiàn)中國式頁巖氣革命,完成國產(chǎn)化“技術(shù)拼圖”是第一步,也是最關(guān)鍵的一步。
“我國主要發(fā)育海相、沼澤相與湖相三類頁巖,都有形成頁巖氣基本條件與潛力。當(dāng)前基礎(chǔ)研究與鉆探實踐表明,我國陸相頁巖氣仍需繼續(xù)探索與突破;海相頁巖氣現(xiàn)實性最好,高產(chǎn)富集‘甜點區(qū)’主要受深水陸棚相帶、較好基質(zhì)孔縫、較高異常高壓力、適中埋藏深度等主要因素控制?!编u才能院士表示,在油氣保存較好的盆地,烴源巖內(nèi)可能滯留了40%-50%的油氣資源,近源致密砂巖、灰?guī)r等儲層中聚集了20%-30%的油氣資源,微納米級孔喉儲集空間聚集了超乎人們想象的巨量油氣資源。從總數(shù)上看,非常規(guī)油氣一般占80%,常規(guī)油氣大概僅占20%?!霸诩{米級孔隙這個無限狹窄的微觀世界,有無限寬闊的研究空間和能源資源”。
“作為儲量大國,我國完全有理由在頁巖氣產(chǎn)業(yè)大有作為。”邱愛慈院士介紹,從2014年9月份到2018年9月,4年時間,我國在四川盆地探明涪陵、威遠、長寧、威榮4個整裝頁巖氣田,頁巖氣累計新增探明地質(zhì)儲量突破萬億立方米,產(chǎn)能達百億億立方米,累計產(chǎn)氣300億立方米。我國已成為繼北美之后又一個實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)頁巖氣田的國家。
美國花費30多年時間,才逐步完善了頁巖氣開采技術(shù),大大降低了開采成本,從而實現(xiàn)了商業(yè)開發(fā)。相較美國,我國頁巖氣埋藏深度大且地形更為復(fù)雜,當(dāng)美國工藝技術(shù)與我國“技術(shù)拼圖”不相符時,突破技術(shù)瓶頸勢在必行。
從2014年9月份到2018年9月,4年時間,我國在四川盆地探明涪陵、威遠、長寧、威榮4個整裝頁巖氣田,頁巖氣累計新增探明地質(zhì)儲量突破萬億立方米,產(chǎn)能達百億億立方米,累計產(chǎn)氣
300億立方米。
從2006年至今,我國持續(xù)加大頁巖氣科技攻關(guān)支持力度,除國家層面設(shè)立了國家能源頁巖氣研發(fā)(實驗)中心和在國家科技重大專項中設(shè)立“頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”研究項目外,三大國有石油公司也加強產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān),在山地小型井工廠、優(yōu)快鉆完井、壓裂改造等方面進行技術(shù)創(chuàng)新,研制了3000型壓裂車等一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的裝備,并形成一系列勘探開發(fā)成果:一是形成頁巖氣勘探開發(fā)主體技術(shù),井均測試日產(chǎn)量由初期10萬立方米提至24萬立方米;建井成本由1.2億元控制到5000萬元,實現(xiàn)了埋深3500米以淺資源的規(guī)模有效開發(fā)。二是深層頁巖氣勘探開發(fā)獲得重大突破,去年完成的黃202井和足202-H1井,埋深分別超過或接近4000米,標(biāo)志著我國深層頁巖氣勘探開發(fā)取得新突破。三是關(guān)鍵工具逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化,滿足了生產(chǎn)實際需要,降低了成本,提高了效率,打破了國外壟斷。四是全面實現(xiàn)了頁巖氣安全清潔開發(fā)。全面實施鉆井廢棄物不落地和隨鉆實時處理及壓裂液處理回用、氣體和清水鉆井、多層套管固井封堵等措施,防止地表、地下水污染;采用平臺化批量部署、土地復(fù)墾等措施,臨時土地占用面積僅占地下資源動用面積的3‰,永久土地占用僅占1.5‰;強化含油巖屑無害化處理,處理后含油率低于0.5%,可資源化利用;全面推行壓裂返排液處理回用,回用率達85%以上,實現(xiàn)了資源的高效利用,建產(chǎn)區(qū)環(huán)境質(zhì)量與開發(fā)前保持在相同水平。五是建立了能夠頁巖氣大規(guī)模建產(chǎn)的體制機制。
“甜點”預(yù)測技術(shù)是一項頁巖氣高效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。所謂的頁巖氣“甜點”,就是指頁巖氣富集且易于開發(fā)的區(qū)域。面對國家戰(zhàn)略需要和旺盛的市場需求,我國科研人員于2015年成立非常規(guī)儲層預(yù)測攻關(guān)小組,力求快速研發(fā)出關(guān)鍵技術(shù)系列和適用于生產(chǎn)的軟件,助推頁巖氣勘探開發(fā)。2017年底,具備“雙甜點”定量預(yù)測能力的Geopressure1.0版本正式問世。2018年,頁巖氣甜點預(yù)測軟件初步實現(xiàn)生產(chǎn)化,完成了開發(fā)相對成熟的礁石壩主體區(qū)為主要目標(biāo)靶區(qū)的效果測試,預(yù)測結(jié)果與實測鉆井一致。
相比幾十萬億立方米儲量,頁巖氣開采尚屬新領(lǐng)域、新大陸。這一新型能源能否照亮華夏大地,米歇爾的預(yù)言能否應(yīng)驗,還是要取決于獲取成本。如果獲取成本太高,超過了生產(chǎn)和消費承擔(dān)能力,再清潔的能源,也不會走到舞臺中央。