油氣勘探開發(fā)邁入“納米時代”

非常規(guī)油氣資源已成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，隨著納米級孔隙系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)與深入研究，我國非常規(guī)油氣開發(fā)進入了“納米時代”。廣義上的非常規(guī)油氣是指儲集在以納米級孔喉為主體的儲集系統(tǒng)中的油氣資源，涵蓋了頁巖油、頁巖氣、煤層氣、致密砂巖油、致密砂巖氣、致密灰?guī)r油等，其中頁巖油氣是典型代表。中國石化通過一系列理論和技術(shù)的創(chuàng)新，在頁巖油氣的勘探與開發(fā)方面取得了顯著成就，發(fā)現(xiàn)了多個海相頁巖氣田，并在多個盆地實現(xiàn)了陸相頁巖油的戰(zhàn)略性突破。

納米級孔隙成為主要儲集空間

2000年左右，隨著水平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)取得重大突破，美國進入頁巖氣大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)階段，揭示了納米孔隙中蘊藏著豐富的油氣資源，非常規(guī)油氣理論認識和技術(shù)研發(fā)不斷向深入化精細化推進。

2011年，石油地質(zhì)學家在對我國非常規(guī)油氣儲層研究中，應用高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡和納米CT重構(gòu)技術(shù)，首次在四川盆地志留系頁巖儲層中發(fā)現(xiàn)了小于1微米的納米級孔隙，即非常規(guī)油氣賦存的主要儲集空間。該發(fā)現(xiàn)對認識非常規(guī)油氣連續(xù)聚集的地質(zhì)特征、富集機理，增加資源潛力，具有重要的科學意義，標志著我國油氣勘探開發(fā)邁入“納米時代”，進源找油氣成為重要趨勢。

廣義上的非常規(guī)油氣是指儲集在以納米級孔喉為主體的儲集系統(tǒng)中的油氣資源，涵蓋了頁巖油、頁巖氣、煤層氣、致密砂巖油、致密砂巖氣、致密灰?guī)r油等，其中頁巖油氣是典型代表。頁巖油氣的主要特征是：自生自儲、連續(xù)大面積聚集；儲集空間主要為粒間孔、粒內(nèi)孔和有機質(zhì)孔，發(fā)育納米級孔隙系統(tǒng)；源內(nèi)滯留或短距離運移；以擴散作用、分子作用等為主，非浮力聚集。一般頁巖油氣單井無自然工業(yè)產(chǎn)能，需借助水平井壓裂技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)。

頁巖油氣藏在數(shù)不盡的納米級孔隙中，開發(fā)頁巖油氣猶如在毛細血管里采血，需要從石頭縫里“擠”出。如何才能有效獲取這些油氣資源呢？這得益于“三個創(chuàng)新”：一是納米孔喉系統(tǒng)“連續(xù)型”油氣聚集的地質(zhì)理論創(chuàng)新，二是“人工油氣藏”的水平井、體積壓裂、平臺式開發(fā)的核心技術(shù)創(chuàng)新，三是多個“一體化”的管理模式創(chuàng)新。

我國頁巖油氣發(fā)展勢頭強勁

美國依靠兩次頁巖革命，實現(xiàn)頁巖油氣產(chǎn)量快速增長，從石油進口國轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鰢瑢崿F(xiàn)了能源獨立。東方頁巖革命在理論認識的持續(xù)突破、工程技術(shù)和油氣裝備的迭代創(chuàng)新等方面已取得重大進展，在海相頁巖氣和陸相頁巖油開發(fā)中尤為突出，展示出光明前景。

我國頁巖油氣勘探屢獲突破，產(chǎn)業(yè)發(fā)展駛?cè)搿翱燔嚨馈薄?jù)“十三五”全國油氣資源評價，我國頁巖油地質(zhì)資源量283億噸，頁巖氣地質(zhì)資源量106萬億立方米，揭示了頁巖層系蘊含巨量資源?！笆濉逼陂g，以頁巖油氣為代表的非常規(guī)油氣資源逐漸成為我國油氣勘探開發(fā)的主體，非常規(guī)石油與天然氣分別占新增油氣探明儲量的70%和90%以上。經(jīng)過10多年探索攻關(guān)，中國石化發(fā)現(xiàn)涪陵頁巖氣田，這是我國首個實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)的頁巖氣田。隨后，我國頁巖氣實現(xiàn)了儲量和產(chǎn)量的快速增長，在四川盆地探明涪陵、威遠、長寧、昭通、瀘州、威榮、永川、綦江等8個海相頁巖氣田，累計探明地質(zhì)儲量超過2.9萬億立方米，年產(chǎn)量從2012年的0.25億立方米增長到2023年的250億立方米，我國成為全球第二大頁巖氣生產(chǎn)國。我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了從無到有的重大突破，技術(shù)上實現(xiàn)從跟跑到基本并跑的跨越。

我國頁巖油已上報探明儲量16.9億噸，累計三級儲量超過60億噸，先后在松遼盆地青山口組、準噶爾盆地蘆草溝組、渤海灣盆地沙河街組、蘇北盆地阜二段等取得重大突破，新疆吉木薩爾、大慶古龍和勝利濟陽三個國家級頁巖油示范區(qū)勘探開發(fā)效果較好，全國頁巖油建產(chǎn)步伐不斷加快，2023年全國頁巖油產(chǎn)量達458.4萬噸，創(chuàng)歷史新高。

頁巖革命的本質(zhì)是以科技革命推動產(chǎn)業(yè)革命，用“人造油氣藏”方式使納米級儲層成為具有巨大工業(yè)開采價值的頁巖油氣藏。我國油氣田企業(yè)在引進消化吸收國外經(jīng)驗的基礎上，不斷加大頁巖油氣勘探開發(fā)力度，夯實資源基礎，攻堅克難，從理論認識、主體技術(shù)、管理模式等維度進行創(chuàng)新突破，勘探開發(fā)成效顯著。頁巖油氣基礎地質(zhì)理論認識不斷發(fā)展和完善，配套工程技術(shù)取得長足進步，自主創(chuàng)新形成了符合我國頁巖油氣特點的以“地質(zhì)評價、開發(fā)優(yōu)化、優(yōu)快鉆井、體積壓裂、工廠化作業(yè)、清潔開發(fā)”為主體的勘探開發(fā)技術(shù)系列，基本實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)與裝備國產(chǎn)化，有效提高了單井產(chǎn)量和采收率，縮短了鉆井周期，降低了開發(fā)投資。

頁巖油氣作為非常規(guī)油氣的代表，已成為我國最具戰(zhàn)略性的接替能源之一，在我國能源格局中的地位愈加重要。國家《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，要積極擴大非常規(guī)資源勘探開發(fā)規(guī)模，加快頁巖油、頁巖氣、煤層氣開發(fā)。2024年是能源轉(zhuǎn)型過渡期，在確保油氣供應安全的大背景下，“增儲上產(chǎn)”仍然是我國各大油氣田企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的主旋律和硬任務。

中國石化頁巖油氣實現(xiàn)跨越式發(fā)展

自2009年起開展頁巖氣實質(zhì)性勘探工作以來，中國石化歷經(jīng)“勘探突破、示范區(qū)建設，全面拓展”三個階段。2014年提交國內(nèi)首個探明儲量，全面啟動規(guī)模建產(chǎn)，2017年涪陵頁巖氣田高標準建成百億立方米年產(chǎn)能，率先建成國家級頁巖氣示范區(qū)，并率先推進立體開發(fā)調(diào)整，實現(xiàn)85億立方米穩(wěn)產(chǎn)。2018年以來，中國石化加大新區(qū)、新層系、新類型頁巖氣勘探力度，探明并開發(fā)威榮深層頁巖氣田、南川常壓頁巖氣，突破二疊系新層系、寒武系新類型頁巖氣，實現(xiàn)“走出涪陵、走出志留系、走出四川盆地”，持續(xù)引領我國頁巖氣發(fā)展。

2018年以來，中國石化集中攻關(guān)中高成熟度陸相頁巖油，在濟陽沙河街組、蘇北阜二段、四川復興侏羅系及南襄盆地取得戰(zhàn)略性突破，已落實保有三級儲量20.2億噸。2021年，編制《中國石化頁巖油“十四五”實施方案》并上報國家能源局，聚焦勝利濟陽、蘇北溱潼、四川復興三個地區(qū)，按照“單井突破、井組評價、規(guī)模探明和效益建產(chǎn)”三步走的思路，積極推進效益開發(fā)，2023年頁巖油產(chǎn)量40萬噸，2024年預測產(chǎn)量超50萬噸，可提前一年完成《實施方案》規(guī)劃產(chǎn)量、探明儲量任務。

對非常規(guī)油氣發(fā)展來說，理論創(chuàng)新是實現(xiàn)勘探突破的基礎，技術(shù)創(chuàng)新是破解其規(guī)模開發(fā)難題的密碼。中國石化經(jīng)過10余年的基礎研究和科技攻關(guān)，創(chuàng)新形成頁巖氣“二元富集”理論認識，發(fā)現(xiàn)涪陵頁巖大氣田；創(chuàng)新形成“超壓富氣、石英抗壓炮孔”新認識，攻關(guān)形成“密切割、增凈壓、促縫網(wǎng)、保充填”深層壓裂工藝技術(shù)，在威榮、丁山、東溪深層頁巖氣取得重大突破，實現(xiàn)“走出涪陵”的戰(zhàn)略目標；創(chuàng)新形成常壓頁巖氣富集高產(chǎn)受“沉積相帶、保存條件、地應力場”三因素控制新認識，攻關(guān)形成低成本技術(shù)體系，實現(xiàn)常壓頁巖氣規(guī)模增儲和效益開發(fā)；創(chuàng)新形成立體開發(fā)新模式，涪陵頁巖氣田儲量動用率、采收率大幅提升；創(chuàng)新形成“有利巖相發(fā)育是基礎，適宜演化程度是條件，良好可壓性能是關(guān)鍵，地質(zhì)工程一體化是保障”新認識，攻關(guān)適應性工程工藝技術(shù)，實現(xiàn)陸相頁巖油戰(zhàn)略性突破。這些理論技術(shù)創(chuàng)新有效指導了以四川盆地海相頁巖氣和東部斷陷盆地陸相頁巖油為代表的非常規(guī)頁巖油氣勘探開發(fā)實踐，對我國其他地區(qū)頁巖油氣勘探開發(fā)也具有重要的引領示范意義。

石油勘探開發(fā)研究院持續(xù)加強油氣勘探開發(fā)理論與技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)新形成了一系列頁巖油氣關(guān)鍵核心技術(shù)：

一是地質(zhì)理論研究持續(xù)完善。明確了我國頁巖油氣具有“二元”富集理論特征高度統(tǒng)一性，即沉積環(huán)境是富集高產(chǎn)的基礎，保存條件是富集高產(chǎn)的關(guān)鍵。

二是實驗地質(zhì)評價技術(shù)應用廣泛，建立了頁巖含油氣性評價技術(shù)系列、頁巖儲集空間與連通性定量表征技術(shù)、頁巖油可動性評價技術(shù)、納米流控芯片實驗技術(shù)，實驗地質(zhì)評價技術(shù)和先進儀器設備的應用有效支撐了頁巖油氣現(xiàn)場測試與分析評價。

三是地球物理評價技術(shù)不斷進步。建立了頁巖含油氣性及可壓性測井定量評價技術(shù)，為源儲耦合、選層評價及資源評價提供依據(jù)；建立了頁巖油氣“甜點”要素地球物理預測技術(shù)，實現(xiàn)了地質(zhì)工程“雙甜點”鉆前預測、壓裂效果實時可控，有效支撐了水平井軌跡設計及跟蹤調(diào)整；形成了復雜構(gòu)造區(qū)頁巖多尺度斷褶縫分布地震預測特色技術(shù)，有效預測了深部頁巖多尺度斷褶縫的分布；形成了頁巖油氣壓力系數(shù)地震預測特色技術(shù)，大幅提高了頁巖油氣地層壓力預測精度；形成了深層頁巖氣壓裂監(jiān)測特色新技術(shù)，實時反饋裂縫延伸動態(tài)，指導一段一策壓裂。地球物理評價技術(shù)的進步為“甜點”精細評價提供了物探依據(jù)。

四是頁巖油氣開發(fā)評價理論技術(shù)不斷發(fā)展。理論上，揭示了頁巖氣開發(fā)機理，為產(chǎn)能評價和開發(fā)指標優(yōu)化奠定理論基礎；提出了頁巖油相態(tài)與開發(fā)機理新認識，為納米孔內(nèi)頁巖油效益開發(fā)奠定理論基礎。技術(shù)上，形成了適用于中淺層、深層頁巖氣的產(chǎn)能評價、試井分析、動態(tài)儲量評價及遞減分析等氣藏工程技術(shù)系列，為頁巖氣高效開發(fā)提供技術(shù)支持；初步形成了建模數(shù)模一體化技術(shù)，可應用于井距優(yōu)化、加密鉆井、重復壓裂、立體復雜井網(wǎng)等研究。自主研制了以COMPASS為代表的頁巖油氣開發(fā)系列軟件，核心技術(shù)優(yōu)于國外同類產(chǎn)品技術(shù)，有效提高了產(chǎn)量預測精度，在涪陵立體開發(fā)和威榮深層頁巖氣開發(fā)中得到廣泛應用。頁巖油氣開發(fā)評價理論技術(shù)支撐了各類頁巖油氣田開發(fā)方案編制及產(chǎn)建部署工作。

聚焦“卡脖子”難題，打好科技自立自強攻堅戰(zhàn)

根據(jù)國家能源局規(guī)劃，“十四五”期間我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進一步加快，有望進入大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)階段，頁巖油也具備勘探開發(fā)大發(fā)展的基礎。頁巖油氣不僅是國家未來油氣勘探開發(fā)的重要戰(zhàn)場，更是中國石化未來油氣增長的重要領域。未來在頁巖油氣領域應全力打好科技自立自強攻堅戰(zhàn)，加快推進關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，重點聚焦以下方面開展攻關(guān)研究：

加大勘探開發(fā)力度，建立頁巖油氣資源分級評價體系。針對頁巖氣，著眼全國主要盆地，聚焦頁巖氣富集機理，協(xié)同發(fā)展地質(zhì)與地球物理綜合評價與預測技術(shù)，加強地質(zhì)工程一體化攻關(guān)；鞏固海相頁巖氣、攻關(guān)新區(qū)新層系、探索超深層和新類型，為我國頁巖氣持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)與資源儲備。針對頁巖油，進一步落實各個區(qū)塊頁巖油資源，開展分級精細評價；深化富集規(guī)律研究，優(yōu)先勘探開發(fā)中高成熟度頁巖油，積極準備中低成熟度頁巖油；深化不同類型頁巖油開發(fā)規(guī)律認識，建立適應性的開發(fā)技術(shù)政策；根據(jù)油價擇優(yōu)選擇開發(fā)策略，實現(xiàn)混積型規(guī)模建產(chǎn)、黏土型效益開發(fā)、外圍頁巖油勘探突破。

加快科技創(chuàng)新步伐，攻關(guān)關(guān)鍵問題。聚焦面臨的地質(zhì)理論認識、關(guān)鍵技術(shù)難題，組織系統(tǒng)內(nèi)各企業(yè)和研究機構(gòu)強化一體化工作機制，集智創(chuàng)新，有針對性地開展科研攻關(guān)，解決“卡脖子”問題，打造技術(shù)利器，全力支撐高質(zhì)量勘探和效益開發(fā)。重點研究海相深層、常壓頁巖氣、陸相頁巖凝析油氣富集高產(chǎn)和多相流動機理，攻關(guān)裂縫及地應力預測技術(shù)，剩余氣精細描述技術(shù)，建模數(shù)模一體化、立體開發(fā)評價技術(shù)，研發(fā)生產(chǎn)動態(tài)分析軟件平臺，解決國外軟件“卡脖子”難題，力爭形成國際先進、國內(nèi)領先的復雜油氣藏開發(fā)技術(shù)和提高采收率技術(shù)。著重深化不同類型頁巖油賦存狀態(tài)和流動機理，攻關(guān)陸相頁巖油防套變、防壓竄立體井網(wǎng)壓裂技術(shù)；進行CCUS、注氣驅(qū)等補能攻關(guān)試驗，提高單井產(chǎn)量，形成陸相頁巖油提高采收率技術(shù)；發(fā)展智能壓裂技術(shù)，提升國產(chǎn)裝備智能化水平。

立足國家層面，組織跨界團隊圍繞關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)。以頁巖油氣富集機理與高效開發(fā)全國重點實驗室、國家級頁巖油氣示范區(qū)等平臺為依托，在一些理論難題、關(guān)鍵技術(shù)、裝備研制等方面，組建跨行業(yè)、跨企業(yè)、跨部門、跨學科的項目聯(lián)合攻關(guān)團隊，建立有效的技術(shù)交流和溝通機制，舉全國之力、用體制優(yōu)勢，聯(lián)合攻關(guān)重大研究項目，攻關(guān)“卡脖子”重大技術(shù)與裝備，實現(xiàn)“科技攻關(guān)-裝備制造-生產(chǎn)應用”全過程閉環(huán)，打造國家級非常規(guī)油氣科技力量，促進頁巖油氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
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