□ 文/青島市頁(yè)巖油氣增產(chǎn)地質(zhì)與開(kāi)采工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任 王展旭

縱觀美國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)采技術(shù)、新材料和工程裝備，對(duì)中國(guó)石油工業(yè)來(lái)講并不是前所未聞的高新技術(shù)，甚至從某個(gè)單向技術(shù)來(lái)講，我國(guó)并不落后于美國(guó)。但是整體與美國(guó)相比，開(kāi)采頁(yè)巖油氣我國(guó)尚缺少自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“金剛鉆”，即關(guān)鍵工程裝備，主要指大型壓裂泵車組、隨鉆地震（核磁成像、井壁攝像、陀螺導(dǎo)航）測(cè)試、井下三相分離裝置、智能采油樹(shù)、封隔器、“滑溜水”壓裂液體系配方、微地震監(jiān)測(cè)和壓裂返排液處理設(shè)備。這些工程裝備需要我們?cè)陂_(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)“引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新”的新機(jī)制下完成設(shè)計(jì)和制造的研究工作。

目前，中國(guó)頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)正處于起步階段，沒(méi)有掌握頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，既在勘探理論上需要提高陸相頁(yè)巖油氣成藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)，又在開(kāi)發(fā)工程實(shí)施上面臨著地處缺水和地表地形復(fù)雜的山區(qū)難以實(shí)施大規(guī)模水力壓裂的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。我國(guó)是一個(gè)水資源相對(duì)缺乏的國(guó)家，目前國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的頁(yè)巖油氣藏基本上都處在生態(tài)極為脆弱的缺水地區(qū)，例如云貴川、陜西延長(zhǎng)和鄂爾多斯地區(qū)，頁(yè)巖氣開(kāi)采出的污水將產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的破壞，因此考慮開(kāi)采頁(yè)巖氣與民用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)爭(zhēng)水問(wèn)題，考慮環(huán)境保護(hù)和水處理等問(wèn)題，需要開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)地質(zhì)與地面條件的低成本、環(huán)境友好的開(kāi)采技術(shù)。

歷史經(jīng)驗(yàn)教育我們，中國(guó)想通過(guò)購(gòu)買或者市場(chǎng)換技術(shù)等方式，基本上不可能獲得這些頁(yè)巖油氣工程應(yīng)用高新技術(shù)，我們只有立足于開(kāi)展“頁(yè)巖油氣增產(chǎn)地質(zhì)與開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)和成套工程裝備”方面的研究課題，才能盡快掌握頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。

依托青島科技大學(xué)、青島金王集團(tuán)、山東科技大學(xué)和青島瑞信石油裝備有限公司，青島市政府建立的“青島市頁(yè)巖油氣增產(chǎn)地質(zhì)與開(kāi)采工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”屬于我國(guó)省級(jí)校企“產(chǎn)學(xué)研”技術(shù)聯(lián)盟重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要針對(duì)我國(guó)致密性特低滲透油氣藏和頁(yè)巖油氣開(kāi)采技術(shù)的需求，開(kāi)展無(wú)水壓裂油氣井增產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)研究。自2012年起，實(shí)驗(yàn)室在金王集團(tuán)的資金支持下，進(jìn)行“環(huán)境友好型無(wú)水壓裂增產(chǎn)”和“注氣穩(wěn)產(chǎn)”開(kāi)發(fā)技術(shù)的工程技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)，旨在為我國(guó)即將迎來(lái)的大規(guī)模頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)工程，和今后所面臨的開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣產(chǎn)量的大幅度遞減問(wèn)題，積極做好前期工程技術(shù)研發(fā)的儲(chǔ)備工作。

為了徹底搞清中美頁(yè)巖油氣開(kāi)采技術(shù)上的差距，2012年實(shí)驗(yàn)室相關(guān)人員作為蘭州海默公司高級(jí)工程技術(shù)顧問(wèn)，參與海默公司購(gòu)買美國(guó)Carrizo上市公司在丹佛地區(qū)Niobrar頁(yè)巖油氣田資源，學(xué)習(xí)Carrizo公司頁(yè)巖油氣水平井的鉆井設(shè)計(jì)和多級(jí)分段壓裂工程施工相關(guān)技術(shù)，掌握了頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)工程經(jīng)驗(yàn)。2012年底，蘭州海默公司完成購(gòu)買美國(guó)Carrizo上市公司在丹佛地區(qū)的Niobrar頁(yè)巖油氣田開(kāi)發(fā)工作權(quán)益的股份交割，并且成功地將美國(guó)Carrizo上市公司引進(jìn)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)市場(chǎng)，引起了國(guó)土資源部的高度重視。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室與金王集團(tuán)一道參與國(guó)土資源部第二輪頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)招投標(biāo)工作，通過(guò)這些工作積累頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)工程經(jīng)驗(yàn)。

雖然中國(guó)在低滲透、特低滲透和致密氣的開(kāi)采歷史悠久，鉆井和壓裂增產(chǎn)的工程經(jīng)驗(yàn)豐富，熟悉水平井和水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)，但是在開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣方面還需要通過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行工程實(shí)踐而積累經(jīng)驗(yàn)。對(duì)照美國(guó)頁(yè)巖油氣的開(kāi)采技術(shù)，固然美國(guó)的技術(shù)裝備比我國(guó)先進(jìn)，但是本文認(rèn)為美國(guó)開(kāi)采頁(yè)巖油氣的成功經(jīng)驗(yàn)主要有以下三個(gè)方面對(duì)我國(guó)有所啟迪。

1．地質(zhì)認(rèn)識(shí)理論的創(chuàng)新和集成技術(shù)高水平的系統(tǒng)工程應(yīng)用造就了美國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)成功的神話

實(shí)驗(yàn)室相關(guān)技術(shù)人員在美國(guó)頁(yè)巖油氣鉆井地質(zhì)監(jiān)督服務(wù)中，曾經(jīng)遭遇過(guò)一口正鉆的水平井丟失了目的層的事故，雖然經(jīng)過(guò)隨鉆工程師上井服務(wù)得以順利解決，但企業(yè)損失了幾百萬(wàn)美金的鉆井工程費(fèi)用。通過(guò)此事，實(shí)驗(yàn)室相關(guān)技術(shù)人員學(xué)習(xí)并且認(rèn)識(shí)到了美國(guó)開(kāi)采頁(yè)巖油氣的高新技術(shù)的所在：（1）MWD隨鉆測(cè)控技術(shù)。20米長(zhǎng)的隨鉆工具能夠完成數(shù)據(jù)傳輸、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、測(cè)井甚至隨鉆地震，美國(guó)的MWD隨鉆測(cè)控儀上的傳感器遠(yuǎn)比我國(guó)先進(jìn)，其中隨鉆地震和隨鉆成像技術(shù)，我國(guó)目前還沒(méi)有。（2）泥漿脈沖發(fā)生器。這是美國(guó)專利，傳輸速率能夠達(dá)到25個(gè)比特以上，而我國(guó)同類儀器的傳輸速率平均只有1到2個(gè)比特，致使我國(guó)的隨鉆不能達(dá)到實(shí)時(shí)鉆進(jìn)控制和信息資料傳輸。

美國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)采技術(shù)先進(jìn)性的具體體現(xiàn)應(yīng)該在軟件、材料和成套工程裝備上。雖然我國(guó)可以購(gòu)買到美國(guó)開(kāi)采頁(yè)巖油氣的設(shè)備，但是無(wú)法獲知“滑溜水”壓裂液配方、封隔器膠筒材料、壓縮往復(fù)泵缸體材料，更無(wú)法得到壓裂設(shè)計(jì)和微地震監(jiān)控裂縫等軟件技術(shù)。而這些軟技術(shù)才是美國(guó)頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)工程創(chuàng)新技術(shù)的具體體現(xiàn)。因此，我們說(shuō)，美國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)采成功的神話，是通過(guò)集成許多高新技術(shù)，在正確的地質(zhì)創(chuàng)新認(rèn)識(shí)的指導(dǎo)下，通過(guò)具體高水平系統(tǒng)工程的實(shí)施而實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果應(yīng)用的結(jié)果。

2. 科學(xué)務(wù)實(shí)的系統(tǒng)工程管理水平和工程技術(shù)實(shí)施評(píng)估體系確保了美國(guó)開(kāi)采頁(yè)巖油氣的成功

美國(guó)油氣田開(kāi)發(fā)工程的管理水平較高，科學(xué)務(wù)實(shí)，真正體現(xiàn)了“管理出業(yè)績(jī)、管理出效益”的管理水平，這主要體現(xiàn)在工程事前評(píng)估和事后評(píng)價(jià)上。例如壓裂增產(chǎn)，事前要做設(shè)計(jì)和模擬預(yù)測(cè)，事后要通過(guò)微地震評(píng)價(jià)壓裂增產(chǎn)效果，這不但確保了投資方的經(jīng)濟(jì)效益，還避免了開(kāi)采的盲目性，而且甲乙雙方的結(jié)算有依據(jù)。這套評(píng)估體系應(yīng)該是美國(guó)開(kāi)采頁(yè)巖油氣成功的管理經(jīng)驗(yàn)。

3. 激勵(lì)中小企業(yè)創(chuàng)業(yè)熱情機(jī)制和體制的創(chuàng)新助推并且縮短了美國(guó)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣成功歷程

美國(guó)為了推動(dòng)中小企業(yè)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣的熱情，在稅收、技術(shù)創(chuàng)新和土地出售上，多次進(jìn)行體制和機(jī)制上的創(chuàng)新，并且政府投資幫助中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益，因此美國(guó)企業(yè)“都喜歡吃螃蟹，并且都喜歡吃第一只螃蟹”。

在美國(guó)政府的許可和支持下，企業(yè)只要潛心科技進(jìn)步來(lái)推動(dòng)公司經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展，今后都可以與其他公司分享技術(shù)應(yīng)用的紅利。因此在美國(guó)，最早投資頁(yè)巖油氣成功的中小企業(yè)，目前都獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，即便是世界壟斷性大石油公司想分享頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)上的紅利，也只能通過(guò)高價(jià)并購(gòu)和市場(chǎng)購(gòu)買才能獲取技術(shù)專利。

在美國(guó)，頁(yè)巖油氣開(kāi)采企業(yè)只要做好交稅和降低成本，通過(guò)增產(chǎn)增效，企業(yè)即可獲得很好的可持續(xù)發(fā)展。在近10年多的時(shí)間里，美國(guó)開(kāi)采頁(yè)巖油氣的中小企業(yè)通過(guò)不斷創(chuàng)新并且完善自有的關(guān)鍵技術(shù)，使單井建井成本從上千萬(wàn)美元降至不足500萬(wàn)美元，采油成本從每桶逾100美元降至不足30美元，單井平均日產(chǎn)量不足100桶上升至逾700桶，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了大幅度的提升。

在頁(yè)巖油氣的開(kāi)發(fā)技術(shù)上，我國(guó)與美國(guó)相比還存在以下不足：在軟技術(shù)上雖有存在成藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)的差別，但沒(méi)有成藏反演軟件、地震解釋精細(xì)描述技術(shù)，沒(méi)有開(kāi)發(fā)模擬優(yōu)化技術(shù)、壓裂增產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件，沒(méi)有TOC、“脆點(diǎn)”和“甜點(diǎn)”等有力勘探開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)體系；在硬件上沒(méi)有工程裝備，缺乏必要的新材料。因此，我們實(shí)驗(yàn)室將以國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整為戰(zhàn)略發(fā)展契機(jī)，瞄準(zhǔn)國(guó)家在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)亟待解決的技術(shù)難題，與各類企業(yè)和有志人士攜手共進(jìn)，共同謀求具有中國(guó)特色的“頁(yè)巖氣開(kāi)采成功”之路，愿攜手業(yè)內(nèi)同行做好中國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)，讓清潔能源早日造福中國(guó)。

今后，實(shí)驗(yàn)室將通過(guò)進(jìn)一步“優(yōu)化資源，凝練方向”，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，提升科技創(chuàng)新能力，通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，將美國(guó)技術(shù)與中國(guó)頁(yè)巖油氣具體實(shí)踐相結(jié)合，“消化、吸收，再創(chuàng)新”，研究開(kāi)發(fā)出適合國(guó)內(nèi)頁(yè)巖油氣地質(zhì)特征的開(kāi)采技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)出具有中國(guó)特色的頁(yè)巖油氣開(kāi)采成套工程裝備，為我國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)提供技術(shù)服務(wù)，讓中國(guó)在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)方面少走彎路，促進(jìn)我國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)采工程技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)采行業(yè)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，提升我國(guó)石油工程裝備制造技術(shù)水平，將研發(fā)的技術(shù)盡早應(yīng)用于我國(guó)頁(yè)巖油氣田的開(kāi)發(fā)和世界油氣資源的開(kāi)采領(lǐng)域。