王雅卿

近年來，我國頁巖油氣勘探開發(fā)捷報(bào)頻傳。2022年7月28日，我國海上首口頁巖油探井——潿頁-1井壓裂測試成功并獲商業(yè)油流，標(biāo)志著我國海上頁巖油勘探取得重大突破。與此同時，陸地頁巖油勘探也獲得新進(jìn)展。7月19日，中國石化江蘇油田花2側(cè)HF井取得勘探突破，獲日產(chǎn)油超30噸、天然氣超1500立方米，標(biāo)志著中國石化在蘇北盆地高郵、金湖凹陷的11億噸頁巖油資源量被激活。11月18日，位于鄂爾多斯盆地的長慶油田——頁巖油開發(fā)取得重大突破，日產(chǎn)原油達(dá)到3030噸。截至2022年12月31日，作為我國最大油氣田，中國石油長慶油田全年生產(chǎn)油氣當(dāng)量突破6500萬噸，達(dá)到6501.55萬噸，創(chuàng)造了國內(nèi)油氣田年產(chǎn)油氣最高紀(jì)錄。這是長慶油田2020年突破6000萬噸之后，實(shí)現(xiàn)的又一歷史性跨越。

中國是北美以外最早、目前規(guī)模最大頁巖氣生產(chǎn)國家，同時也是目前世界上唯一實(shí)現(xiàn)陸相頁巖油商業(yè)化規(guī)模開發(fā)成功的國家。根據(jù)中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會的相關(guān)數(shù)據(jù)，迄今，在中國南方累計(jì)探明頁巖氣田8個、探明頁巖氣地質(zhì)儲量2.89億方，累計(jì)生產(chǎn)頁巖氣1150億方以上，2022年頁巖氣產(chǎn)量240億方，占中國天然氣產(chǎn)量的11%以上。中國在四川盆地及其周緣實(shí)現(xiàn)了海相頁巖氣工業(yè)突破和快速規(guī)模發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了10萬億級以上規(guī)模海相頁巖氣區(qū)，在鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、松遼、渤海灣等盆地獲得陸相頁巖油重大發(fā)現(xiàn)和規(guī)模生產(chǎn)，2022年頁巖油加快發(fā)展成為中國原油穩(wěn)產(chǎn)的生力軍，2022年中國頁巖油產(chǎn)量超過了300萬噸。

隨著中國石化、中國石油等中央企業(yè)加大頁巖油氣勘探開發(fā)力度、重點(diǎn)工程建設(shè)力度、產(chǎn)區(qū)創(chuàng)新管理水平，一批陸上、海上的新供給、新產(chǎn)能陸續(xù)形成。

近年來，面對全球范圍的能源需求日益攀升、常規(guī)油氣資源消耗、油氣供需矛盾突出等問題，搶抓非常規(guī)油氣資源的發(fā)展新機(jī)遇，既是保障國家能源安全的需要，也是我國油氣資源稟賦下的必然選擇。作為非常規(guī)油氣的代表之一，頁巖油氣在2022年跑出了高質(zhì)量發(fā)展的“加速度”，助力我國實(shí)現(xiàn)從常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣的跨越式發(fā)展。產(chǎn)業(yè)井噴的背后，是中國石化、中國石油等中央企業(yè)在政策和市場的引導(dǎo)及驅(qū)動下，持續(xù)不斷地通過科技創(chuàng)新對資源接替、技術(shù)變革和成本降低等多重難題進(jìn)行突破。

我國頁巖油氣的勘探與開發(fā)

頁巖氣本質(zhì)是天然氣，與常規(guī)油氣資源相比，頁巖氣不僅儲量豐富，而且清潔高效。我國地大物博，發(fā)育有多種富有機(jī)質(zhì)頁巖類型：包括海相、海陸過渡相和陸相3種類型?？碧介_發(fā)實(shí)踐證實(shí)，3類富有機(jī)質(zhì)頁巖中，海相頁巖氣勘探開發(fā)前景最為現(xiàn)實(shí)。

頁巖油主要指分布在頁巖地層孔隙中的石油資源，是典型的非常規(guī)油氣，也是常規(guī)油氣的戰(zhàn)略性接替領(lǐng)域。與常規(guī)油氣相比，頁巖油的藏油孔隙小到納米級，采出難度大，但是存儲量卻很高，陸上主要盆地頁巖油資源量153億～335億噸，2022年中國頁巖油產(chǎn)量超過了300萬噸。

雖然中國頁巖油氣資源潛力較大，但現(xiàn)階段勘探開發(fā)程度、認(rèn)識程度尚待提升。美國經(jīng)過頁巖氣革命實(shí)現(xiàn)了能源獨(dú)立和能源轉(zhuǎn)型，但作為其主要突破領(lǐng)域的海相層系具有時代新、地層分布穩(wěn)定、地面條件簡單等資源優(yōu)勢和勘探開發(fā)有利條件。與此比較，我國頁巖氣形成地質(zhì)條件復(fù)雜，海相頁巖時代老，后期改造破壞強(qiáng)，地面條件多為缺水的山地；陸相和海陸過渡相頁巖非均質(zhì)性強(qiáng)。因此，美國的成功經(jīng)驗(yàn)不能直接指導(dǎo)我國頁巖油氣的有效開發(fā)。

對于國內(nèi)頁巖油氣的勘探現(xiàn)狀和發(fā)展方向，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會副會長孫偉善表示，中國頁巖油勘探開發(fā)尚處于探索攻關(guān)試驗(yàn)階段，未來發(fā)展將以中—高成熟頁巖油為重點(diǎn)，在2025年前，集中陸上大型含油氣盆地，攻關(guān)中—高成熟頁巖油高壓富集區(qū)/段評價(jià)，力爭實(shí)現(xiàn)中國頁巖油生產(chǎn)能力達(dá)到500萬噸/年，2026年—2030年在進(jìn)一步升級和優(yōu)化技術(shù)，持續(xù)降低成本，使中國頁巖油產(chǎn)量達(dá)到1000萬噸/年以上，成為中國原油年2億噸以上穩(wěn)定的重要保障。 未來中國頁巖氣發(fā)展，以海相深層頁巖氣規(guī)模效益開發(fā)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)頁巖氣儲量、產(chǎn)量進(jìn)一步大幅度增長，以海陸過渡相及陸相頁巖氣為突破，力爭在鄂爾多斯、四川兩個盆地再實(shí)現(xiàn)頁巖氣新的規(guī)模建產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)頁巖氣持續(xù)發(fā)展。

“近年來，我們在頁巖氣規(guī)模高效開發(fā)中取得了一些成功做法和經(jīng)驗(yàn)，比如強(qiáng)化建產(chǎn)區(qū)資源評價(jià)工作，全面支撐規(guī)模建產(chǎn)和接替穩(wěn)產(chǎn)、強(qiáng)化工程技術(shù)持續(xù)迭代升級，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)井培育技術(shù)可推廣可復(fù)制、強(qiáng)化地面工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，打造數(shù)字化、智能化頁巖氣田典范等。通過十余年的不懈努力，我們實(shí)現(xiàn)了頁巖氣獨(dú)立自主的商業(yè)化開采，并且在中深層全面建成了我國首個百億方頁巖大氣區(qū)?！敝袊图瘓F(tuán)相關(guān)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人回顧了過往成功的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和成果。

關(guān)于當(dāng)前我國頁巖油氣規(guī)模上產(chǎn)存在的技術(shù)難點(diǎn)，中國工程院院士、中國石化副總地質(zhì)師、石勘院院長郭旭升表示，目前，一趟鉆、體積壓裂、立體開發(fā)等亟待創(chuàng)新，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、大型軟件等存在卡點(diǎn)。我國頁巖油氣高效開發(fā)，需要根據(jù)我國古克拉通海相頁巖多期改造和陸相頁巖多種類型的地質(zhì)特點(diǎn)，針對性地解決頁巖油氣富集與分布預(yù)測方法、智能鉆井與探測、地質(zhì)工程一體化立體開發(fā)、油氣智能工程軟件、水平井優(yōu)快鉆井與體積壓裂技術(shù)裝置等重大科技問題。

“十三五”以來，我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。一是頁巖氣資源基礎(chǔ)雄厚，根據(jù)自然資源部動態(tài)資源評價(jià)結(jié)果（2015），全國頁巖氣技術(shù)可采資源量21.8萬億方，其中海相13萬億方，過渡相5.1萬億方，陸相3.7萬億方，可采資源量7.8萬億方；二是勘探獲得重大突破，探明涪陵、威遠(yuǎn)、長寧、昭通、瀘州、威榮、永川、綦江8個氣田，累計(jì)探明地質(zhì)儲量2.89萬億方；三是頁巖氣實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)。經(jīng)過10余年攻關(guān)，中國頁巖氣產(chǎn)量從無到有，用6年時間實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)100億方，其后又用2年時間實(shí)現(xiàn)了200億方的歷史跨越，創(chuàng)造了中國天然氣發(fā)展史上的奇跡，2022年產(chǎn)量達(dá)240億方，成為北美之外最大的頁巖氣生產(chǎn)國。

中國的頁巖氣經(jīng)歷了近10年的攻堅(jiān)和發(fā)展，勘探開發(fā)技術(shù)水平不僅大幅提升，而且諸多關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自主化，由此帶來了開發(fā)成本下降。同時，近年來中國天然氣消費(fèi)量激增，這也對頁巖氣的勘探開發(fā)提供了市場支撐。受技術(shù)和市場的雙重驅(qū)動，中國的頁巖氣開發(fā)逐步走上了可持續(xù)發(fā)展之路。頁巖氣開發(fā)的逐步成熟，使得中國擁有了基礎(chǔ)進(jìn)一步向頁巖油的開發(fā)發(fā)起攻堅(jiān)。

中央企業(yè)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新突破

“過去我們在頁巖油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展上攻克的主要挑戰(zhàn)，就是提高認(rèn)識，快速摸清家底，盡快制定有效的發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃，尤其是充分認(rèn)識到中國有豐富的頁巖油氣資源，且在中國能源領(lǐng)域具有極其重要的戰(zhàn)略地位?！敝袊秃突瘜W(xué)工業(yè)聯(lián)合會副會長孫偉善說道，“勘探開發(fā)中取得的重大技術(shù)突破，一是在基礎(chǔ)理論認(rèn)識方面，包括頁巖油氣富集理論；二是在勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，包括頁巖油氣‘甜點(diǎn)預(yù)測評價(jià)技術(shù)、水平井鉆完井及多分段體積壓裂技術(shù)及配套裝備。”

涪陵頁巖氣田是中國首個大型頁巖氣田，同時也是全球除北美之外最大的頁巖氣田。2012年12月28日焦頁1HF井試獲日產(chǎn)氣20.3萬方高產(chǎn)工業(yè)氣流后，實(shí)現(xiàn)了海相頁巖氣的重大突破，這是我國首次實(shí)現(xiàn)了頁巖氣的商業(yè)性開采。由于頁巖氣勘探開發(fā)在國內(nèi)尚屬首次，沒有成熟可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，且地質(zhì)條件復(fù)雜，開發(fā)難度更大。面對諸多開發(fā)難題，中國石化集團(tuán)公司用5年的時間探索出了一條技術(shù)自主、裝備國產(chǎn)、環(huán)境友好、效益優(yōu)化的涪陵特色頁巖氣開發(fā)之路。10年來，涪陵氣田累計(jì)探明儲量7926億方，進(jìn)一步夯實(shí)了涪陵萬億方儲量規(guī)模陣地。2022年氣田產(chǎn)量85億方，已穩(wěn)產(chǎn)4年，累計(jì)產(chǎn)氣578億方。

作為勘探發(fā)現(xiàn)涪陵頁巖氣田的項(xiàng)目牽頭人和貢獻(xiàn)者，郭旭升院士在分享勘探開發(fā)中攻克的挑戰(zhàn)和成功經(jīng)驗(yàn)時表示，中國石化通過開展海相前瞻性項(xiàng)目、數(shù)輪國家油氣重大專項(xiàng)項(xiàng)目和國家“973”項(xiàng)目攻關(guān)，明確了我國主要盆地富有機(jī)質(zhì)頁巖的空間分布和基本特征；提出“二元富集”理論新認(rèn)識，取得頁巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測技術(shù)的重大突破，為涪陵頁巖氣富集高產(chǎn)區(qū)的確定提供了技術(shù)保障。

2022年11月，地處四川盆地的綦江頁巖氣田首期探明地質(zhì)儲量1459.68億立方米通過自然資源部專家組審定，標(biāo)志著我國又一個超千億立方米的大型整裝頁巖氣田誕生。這個新發(fā)現(xiàn)的大型頁巖氣田，是中國石化“深地工程”的又一個重大突破，吹響了向4000-5000米深層-超深層頁巖氣進(jìn)軍的號角。

“通常而言，埋深超過3500米的頁巖氣，被定義為深層頁巖氣，綦江頁巖氣田的頁巖層埋深從1900米跨度到4500米，主體部分埋深大于3500米。深層頁巖氣上覆地層復(fù)雜，存在著頁巖埋深大、地應(yīng)力多變等多項(xiàng)世界級難題，對技術(shù)要求高，勘探開發(fā)難度大。如果說淺層頁巖氣開發(fā)是將‘羊腸小道擴(kuò)建為‘高速公路，那么深層頁巖氣開發(fā)便是在青藏高原上開山架橋，修建復(fù)雜交錯的‘盤山公路，勘探開發(fā)難度高?！睂τ诖舜瓮黄菩赃M(jìn)展的意義，郭旭升院士作出了形象的比喻。

同年12月，中國石油西南油氣田公司大頁 1H井測試獲日產(chǎn)頁巖氣32.06萬立方米，發(fā)現(xiàn)四川盆地頁巖氣規(guī)模增儲新層系，這是我國首次在二疊系吳家坪組頁巖氣勘探取得重大突破。實(shí)鉆證實(shí)，大頁1H井獲高產(chǎn)的層系頁巖儲層橫向連續(xù)穩(wěn)定分布、品質(zhì)優(yōu)、含氣性好，有利勘探區(qū)面積2885平方千米，資源量達(dá)萬億立方米。西南油氣田公司地質(zhì)勘探首席專家楊躍明表示，在四川盆地大頁1H井獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，是四川盆地頁巖氣勘探在新區(qū)新領(lǐng)域新層系獲得的重大發(fā)現(xiàn)，它進(jìn)一步拓展了四川盆地海相頁巖氣勘探的領(lǐng)域，整體的勘探面積將大大拓展。經(jīng)過十余年的勘探開發(fā)，西南油氣田公司在川南地區(qū)建成我國首個“萬億儲量、百億產(chǎn)量”頁巖氣田，目前已累計(jì)生產(chǎn)頁巖氣超550億立方米。

在頁巖氣發(fā)展增速勢頭不減的同時，國內(nèi)正全方位加大頁巖油工作部署，并取得系列成果。2021年6月，中國石油長慶油田在鄂爾多斯盆地獲得重大成果，探明地質(zhì)儲量超10億噸的頁巖油整裝大油田。當(dāng)年11月，中國石化勝利油田濟(jì)陽頁巖油勘探取得多點(diǎn)突破，首批上報(bào)預(yù)測石油地質(zhì)儲量4.58億噸，初步測算該地區(qū)頁巖油資源量達(dá)40億噸以上。2022年7月，中國石化江蘇油田蘇北盆地高郵、金湖凹陷的11億噸頁巖油資源量被成功激活。放眼全國，各大油田紛紛在頁巖領(lǐng)域展開部署，并相繼斬獲儲量巨大的接替資源，老油區(qū)迸發(fā)出新的生命活力，頁巖油產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出巨大的開發(fā)潛力。

中國油氣開采短短10余年間加速邁向非常規(guī)時代，離不開經(jīng)年的技術(shù)累積和核心科技的自立。關(guān)于在頁巖油氣勘探開發(fā)過程中取得的技術(shù)性突破，中石油集團(tuán)相關(guān)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人表示，企業(yè)在不斷攻關(guān)下逐漸形成了頁巖氣勘探開發(fā)的六大主體技術(shù)成果，包括：多期構(gòu)造演化、高過成熟頁巖氣地質(zhì)綜合評價(jià)技術(shù)；復(fù)雜地下、地面條件頁巖氣高效開發(fā)優(yōu)化技術(shù)；多壓力系統(tǒng)和復(fù)雜地層條件下水平井組優(yōu)快鉆井技術(shù)；高水平主應(yīng)力差儲層水平井分段多簇提高儲層改造程度體積壓裂技術(shù)；復(fù)雜山地水平井組工廠化作業(yè)技術(shù)和頁巖氣特色高效清潔開采技術(shù)。

頁巖油氣的產(chǎn)業(yè)前景和未來挑戰(zhàn)

在推動我國能源轉(zhuǎn)型，全面落實(shí)國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)重大部署過程中，未來10年仍是清潔能源的黃金期。作為未來最有發(fā)揮空間的低碳化石能源，天然氣還將與可再生能源長期相伴相生，而頁巖氣仍將是“十四五”期間中國天然氣增量市場的主力軍。我國頁巖氣商業(yè)開發(fā)近10年，2000米淺層地下頁巖氣開采模式成熟、增速良好。未來，四川盆地將成為我國最大的油氣產(chǎn)區(qū)之一，頁巖氣將成為支撐我國天然氣產(chǎn)量增長的重要組成部分。

目前，我國的頁巖氣勘探開發(fā)逐漸由中淺層到4500～5000米超深層拓展，由志留系向寒武系、二疊系和其他新層系拓展，由四川盆地向中揚(yáng)子、華北和東北等新區(qū)拓展。但是，這些領(lǐng)域的頁巖氣地質(zhì)條件復(fù)雜，規(guī)模效益開發(fā)還面臨著資源、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等多重挑戰(zhàn)。深層頁巖具有地應(yīng)力高、壓裂難度大、目前產(chǎn)量差異性、生產(chǎn)規(guī)律不清等挑戰(zhàn)；常壓頁巖氣具有單井產(chǎn)量低、EUR低、經(jīng)濟(jì)性差等挑戰(zhàn)；新層系新類型頁巖氣存在資源富集程度不清、工程工藝技術(shù)不配套、只有點(diǎn)上突破難以規(guī)模建產(chǎn)等挑戰(zhàn)。

關(guān)于未來的發(fā)展方向，郭旭升院士認(rèn)為，下一步要進(jìn)一步深化地質(zhì)認(rèn)識、加強(qiáng)工程技術(shù)攻關(guān)和地質(zhì)-工程-經(jīng)濟(jì)一體化勘探開發(fā)實(shí)踐。一是深化頁巖氣地質(zhì)理論與富集規(guī)律研究。加強(qiáng)頁巖氣資源區(qū)帶評價(jià)和“甜點(diǎn)”預(yù)測，積極推進(jìn)有利目標(biāo)優(yōu)選與鉆探，實(shí)現(xiàn)新區(qū)、新領(lǐng)域勘探突破。二是強(qiáng)化頁巖氣關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。針對深層頁巖氣高效壓裂、新層系新類型頁巖氣有效壓裂、不同類型頁巖氣多層立體開發(fā)、不同類型氣井生產(chǎn)優(yōu)化管理等生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)難題，開展全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和核心裝備研發(fā)，推進(jìn)大幅降本提產(chǎn)增效，為多類型頁巖氣效益開發(fā)提供技術(shù)保障。三是產(chǎn)能接替后備陣地攻關(guān)評價(jià)。加強(qiáng)四川盆外復(fù)雜構(gòu)造區(qū)常壓頁巖氣、海陸過渡相和陸相頁巖氣等新類型頁巖氣的勘探開發(fā)評價(jià)，通過技術(shù)進(jìn)步推動頁巖氣開發(fā)的提產(chǎn)降本，實(shí)現(xiàn)后備資源有序接替。

2022年，國家能源局發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)，要積極擴(kuò)大非常規(guī)資源勘探開發(fā)，加大頁巖油、頁巖氣、煤層氣開發(fā)力度。此外，《規(guī)劃》還將吉木薩爾頁巖油，鄂爾多斯盆地頁巖油、致密氣，以及松遼盆地大慶古龍頁巖油等資源區(qū)，列入能源安全保障重點(diǎn)工程。

2012年起我國政府各部門制定了多項(xiàng)與頁巖氣有關(guān)的政策，支持頁巖氣開發(fā)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。政策的先后出臺對我國頁巖氣發(fā)展起到了良好的推動作用，2012年到2020年，我國頁巖氣產(chǎn)量從0.25億立方米增長到200.4億立方米，8年CAGR高達(dá)130.67%。根據(jù)國家能源局規(guī)劃目標(biāo)，“十四五”及“十五五”期間，我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)將加快發(fā)展，預(yù)計(jì)2030年實(shí)現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量800億-1000億立方米，國內(nèi)頁巖氣資源有望進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)階段。