張琳（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙410000）

0 引言

隨著國內(nèi)外對(duì)綠色、環(huán)保、低碳的不斷提倡，以煤炭為主的傳統(tǒng)能源會(huì)造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)平衡，并且傳統(tǒng)能源短缺的現(xiàn)狀制約了全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因而大力發(fā)展新能源、清潔能源、可再生能源成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而頁巖氣和干熱巖是非常規(guī)油氣資源里的重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象。

1 國內(nèi)外非常規(guī)能源開發(fā)調(diào)研分析

總體來看，地層淺部資源開采殆盡，深層、超深層資源量十分豐富，是未來戰(zhàn)略發(fā)展的重要方向，因此各國的開采向著深層、超深層地區(qū)發(fā)展，積極出臺(tái)相關(guān)政策支持非常規(guī)油氣資源的發(fā)展，解決能源環(huán)境問題。

頁巖氣是指賦存于頁巖系統(tǒng)中的天然氣，主要儲(chǔ)存于頁巖、泥巖與巖類夾層中，是一種新型能源，水力壓裂是頁巖氣的主要開發(fā)方式。北美國家對(duì)頁巖開發(fā)技術(shù)研究較早，頁巖氣勘探開發(fā)始于美國，美國具有相對(duì)簡(jiǎn)單的地質(zhì)構(gòu)造和穩(wěn)定的海相沉積地層，而美國頁巖氣發(fā)展如此迅猛的背后離不開水力壓裂技術(shù)、超長(zhǎng)水平井技術(shù)、數(shù)字測(cè)井等各種研究成果及科研突破的支撐。

1981年，美國第一口頁巖氣井壓裂成功，此后，美國擺脫了大量依賴天然氣傳統(tǒng)能源的局面，也擺脫了對(duì)于進(jìn)口石油的依賴，在全球，北美地區(qū)的頁巖氣資源勘探開發(fā)最為成功，特別是2000 年以來，相關(guān)勘探技術(shù)不斷進(jìn)步，美國能源效率得到大大提高，美國經(jīng)濟(jì)也持續(xù)增長(zhǎng)。2010年該地區(qū)的頁巖氣年產(chǎn)量達(dá)到1500×108m3，占北美天然氣總產(chǎn)量20%左右[1]。目前，美國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了煤層氣、致密砂巖氣的合采開發(fā)，一口井的綜合開發(fā)利用帶來的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

地?zé)豳Y源可分為水熱型和干熱巖型，干熱巖是一種清潔可再生能源，國外干熱巖技術(shù)的研究進(jìn)展較快，美國是最早進(jìn)行干熱巖工程開發(fā)研究的國家。1974年，美國聯(lián)合其他國家在芬頓山成立了干熱巖研究中心[2]。而我國近幾年才展開干熱巖相關(guān)研究，目前還未有重大突破。

在全球頁巖氣資源量分布中，中亞及中國資源量位于第二位，中國非常規(guī)油氣資源十分豐富，我國自20世紀(jì)70年代初開始勘察利用中淺層地?zé)豳Y源，煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣、頁巖油是目前最有前景的能源之一。2019 年3 月6 日，中國石油川南深層頁巖氣瀘203井完成放噴測(cè)試，成為國內(nèi)首口單井測(cè)試日產(chǎn)量超百萬立方米的頁巖氣井。截至目前，頁巖氣的商業(yè)化開采已在重慶涪陵等地成功實(shí)現(xiàn)。它們的成功鉆探表明中國南方下古生界頁巖氣具有美好的勘探開發(fā)前景，證明了頁巖氣未來的勘查開發(fā)價(jià)值潛力很大！

與美國五大頁巖氣系統(tǒng)相對(duì)比，我國頁巖層系統(tǒng)主體有機(jī)質(zhì)豐度變化大，總體有機(jī)質(zhì)含量偏低，而有機(jī)質(zhì)的類型又會(huì)影響產(chǎn)氣，并且我國的頁巖層系統(tǒng)遭受了不同程度的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞，其中，構(gòu)造形成的斷層對(duì)頁巖氣的保存破壞較大[4]。

我國地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)層致密、滲透率極低,鉆井和壓裂開發(fā)難度大，面臨著巖層裂隙錯(cuò)綜復(fù)雜，埋藏深、低滲透儲(chǔ)層單井產(chǎn)量低,缺乏有效增產(chǎn)技術(shù)、綜合利用效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等難題。國內(nèi)的超長(zhǎng)水平井技術(shù)研究起步較晚，主要來源于國外的先進(jìn)技術(shù)，至今仍與國外石油公司存在一定的差距。截至目前，都是壓裂作業(yè)初期，產(chǎn)量有限，后續(xù)需要進(jìn)一步研究水力壓裂改進(jìn)措施。因此科學(xué)家們建立了簡(jiǎn)單背斜控藏型、逆斷背斜控藏型、頁巖氣藏等溫吸附等模型，采用酸化壓裂液、注入氣體，加大注入壓力，重復(fù)壓裂技術(shù)等各種手段提高巖層產(chǎn)量。針對(duì)巖層裂縫形成機(jī)理，利用abaqus、mi?das 等有限元軟件進(jìn)行前處理，形成了精細(xì)的地質(zhì)建模技術(shù)、氣-液耦合壓裂數(shù)值模擬技術(shù)以及離散裂縫模型及滲流模擬方法，再利用matlab 等程序語言進(jìn)行后處理，結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行智能檢測(cè)。

中國油氣勘探在深海處尚處于起步階段，中國海域勘探潛力巨大，深層與超深層的資源量十分豐富，潛力巨大，具備發(fā)現(xiàn)特大型油氣田的可能性[3]。目前，渤海灣盆地和松遼盆地的勘探已進(jìn)入晚期階段，而西部的塔里木盆地、四川盆地儲(chǔ)層含量豐富，亟待合理的開發(fā)利用。對(duì)于煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣“三氣共采”技術(shù)，在我國的鄂爾多斯盆地，含煤巖系非常規(guī)氣“三氣共采”已經(jīng)積累了一定的成功經(jīng)驗(yàn)，開辟了煤層氣高效開發(fā)新途徑。

2 能源科技發(fā)展方向

2.1 增加油氣產(chǎn)能

增加油氣產(chǎn)能依賴于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，大力發(fā)展地層深處復(fù)雜條件下裂縫動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)，利用數(shù)值模擬技術(shù)會(huì)讓人們更加理解裂縫在地層深處的分布規(guī)律，擴(kuò)大主裂縫的條數(shù)、重新構(gòu)造裂縫路徑從而可以利用自然規(guī)律，利用裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展增大油氣產(chǎn)量，采用重復(fù)壓裂、水力壓裂，爆燃?jí)毫?、多段壓裂技術(shù)增產(chǎn)，同時(shí)也可以利用基于損傷力學(xué)、斷裂力學(xué)的裂縫觀測(cè)技術(shù)以提高生產(chǎn)率。

結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行選井也可以精準(zhǔn)把控新型能源的開采過程，采用相關(guān)軟件和設(shè)備優(yōu)化選井工藝，改進(jìn)目前已有的控壓鉆井技術(shù)，提升鉆井速度。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和5G 技術(shù)也可以建立和完善地層深處復(fù)雜條件下超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等預(yù)測(cè)方法，還可以采用改進(jìn)壓裂液的方法，例如可以采用酸性壓裂液起到增產(chǎn)的作用。

2.2 綠色安全開采存在的問題與對(duì)策

目前，非常規(guī)能源開發(fā)帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題已經(jīng)成為了國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)，對(duì)于非常規(guī)能源的開發(fā)，施工風(fēng)險(xiǎn)也較大，鉆進(jìn)施工中有很大可能造成地層擾動(dòng)，破壞原有裂隙網(wǎng)格，發(fā)生漏水和水侵現(xiàn)象。因此在提高滲透率的同時(shí)，對(duì)于開采技術(shù)的安全防護(hù)，主要注重壓裂介質(zhì)的存儲(chǔ)穩(wěn)定以及選取合適的鉆井液和壓裂液，盡最大可能實(shí)現(xiàn)降阻減摩以及解決維持井壁穩(wěn)定的問題。同時(shí)，頁巖氣開采過程中容易造成地面不均勻沉降，對(duì)開采區(qū)域附近的植被造成破壞，壓裂液中存在很多的化學(xué)添加劑、表面活性劑，回收的壓裂液、鉆井液中也可能存在大量的污染源及重金屬，要注重回收液體的存儲(chǔ)和再利用，防止它們的泄露，污染地表水與地下水，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)帶來破壞。

實(shí)現(xiàn)綠色開采，節(jié)能減排，壓裂液需采用無污染的液體，以最小的環(huán)境擾動(dòng)獲得最大的開采利用率，提倡生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策，保護(hù)當(dāng)?shù)厮Y源，防止壓裂導(dǎo)致含水層破壞和地下水層擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)資源合理開采與保護(hù)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。綠色開采也是保證高質(zhì)量、可持續(xù)大規(guī)模發(fā)展的重要技術(shù)支撐手段之一。

我國還應(yīng)制定詳細(xì)的環(huán)保法律與油氣開采規(guī)范，積極探索新型科學(xué)技術(shù)，引進(jìn)國外研究成果，例如，美國開發(fā)了干法壓裂，該技術(shù)不需要水，減少了對(duì)于水資源的利用，而且減少了對(duì)于環(huán)境的破壞，提高了經(jīng)濟(jì)效益[4]。相關(guān)研究表面，西部煤炭開采易造成土壤損害和地表植被破壞，西部地區(qū)又地處干旱-半干旱地區(qū)，水資源匱乏，本已脆弱的生態(tài)環(huán)境經(jīng)不起二次破壞，因此我們也應(yīng)關(guān)注廢液的回收利用問題。

3 結(jié)語

我國是世界煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)大國，我國的主體能源依然是煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源，其中煤炭的占比最高，但是對(duì)于新型能源、清潔能源的開發(fā)勢(shì)在必行[6]。我國目前非常規(guī)能源的勘探與開發(fā)還處于初始階段，隨著科技的進(jìn)步以及國家政策的大力支持，未來中國非常規(guī)油氣資源的開采前景十分廣闊，有望改變中國目前能源使用的格局。