王雅卿

近年來，我國頁巖油氣勘探開發(fā)捷報頻傳。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展。7月19日，中國石化江蘇油田花2側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)油氣當量突破6500萬噸，達到6501.55萬噸，創(chuàng)造了國內(nèi)油氣田年產(chǎn)油氣最高紀錄。這是長慶油田2020年突破6000萬噸之后，實現(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)中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會的相關數(shù)據(jù)，迄今，在中國南方累計探明頁巖氣田8個、探明頁巖氣地質(zhì)儲量2.89億方，累計生產(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、重點工程建設力度、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、技術變革和成本降低等多重難題進行突破。

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)實踐證實，3類富有機質(zhì)頁巖中，海相頁巖氣勘探開發(fā)前景最為現(xiàn)實。

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、認識程度尚待提升。美國經(jīng)過頁巖氣革命實現(xiàn)了能源獨立和能源轉型，但作為其主要突破領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)條件復雜，海相頁巖時代老，后期改造破壞強，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。因此，美國的成功經(jīng)驗不能直接指導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)尚處于探索攻關試驗階段，未來發(fā)展將以中—高成熟頁巖油為重點，在2025年前，集中陸上大型含油氣盆地，攻關中—高成熟頁巖油高壓富集區(qū)/段評價，力爭實現(xiàn)中國頁巖油生產(chǎn)能力達到500萬噸/年，2026年—2030年在進一步升級和優(yōu)化技術，持續(xù)降低成本，使中國頁巖油產(chǎn)量達到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，實現(xiàn)頁巖氣儲量、產(chǎn)量進一步大幅度增長，以海陸過渡相及陸相頁巖氣為突破，力爭在鄂爾多斯、四川兩個盆地再實現(xiàn)頁巖氣新的規(guī)模建產(chǎn)，實現(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，比如強化建產(chǎn)區(qū)資源評價工作，全面支撐規(guī)模建產(chǎn)和接替穩(wěn)產(chǎn)、強化工程技術持續(xù)迭代升級，實現(xiàn)高產(chǎn)井培育技術可推廣可復制、強化地面工程標準化設計，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，我們實現(xiàn)了頁巖氣獨立自主的商業(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)。”中國石油集團相關業(yè)務負責人回顧了過往成功的開發(fā)經(jīng)驗和成果。

關于當前我國頁巖油氣規(guī)模上產(chǎn)存在的技術難點，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，旋轉導向、大型軟件等存在卡點。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，針對性地解決頁巖油氣富集與分布預測方法、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裝置等重大科技問題。

“十三五”以來，我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。一是頁巖氣資源基礎雄厚，根據(jù)自然資源部動態(tài)資源評價結果（2015），全國頁巖氣技術可采資源量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、長寧、昭通、瀘州、威榮、永川、綦江8個氣田，累計探明地質(zhì)儲量2.89萬億方；三是頁巖氣實現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)。經(jīng)過10余年攻關，中國頁巖氣產(chǎn)量從無到有，用6年時間實現(xiàn)了年產(chǎn)100億方，其后又用2年時間實現(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年的攻堅和發(fā)展，勘探開發(fā)技術水平不僅大幅提升，而且諸多關鍵技術實現(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進一步向頁巖油的開發(fā)發(fā)起攻堅。

中央企業(yè)引領產(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，尤其是充分認識到中國有豐富的頁巖油氣資源，且在中國能源領域具有極其重要的戰(zhàn)略地位?！敝袊秃突瘜W工業(yè)聯(lián)合會副會長孫偉善說道，“勘探開發(fā)中取得的重大技術突破，一是在基礎理論認識方面，包括頁巖油氣富集理論；二是在勘探開發(fā)關鍵技術，包括頁巖油氣‘甜點預測評價技術、水平井鉆完井及多分段體積壓裂技術及配套裝備?！?/p>

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，實現(xiàn)了海相頁巖氣的重大突破，這是我國首次實現(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，且地質(zhì)條件復雜，開發(fā)難度更大。面對諸多開發(fā)難題，中國石化集團公司用5年的時間探索出了一條技術自主、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，涪陵氣田累計探明儲量7926億方，進一步夯實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，累計產(chǎn)氣578億方。

作為勘探發(fā)現(xiàn)涪陵頁巖氣田的項目牽頭人和貢獻者，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)驗時表示，中國石化通過開展海相前瞻性項目、數(shù)輪國家油氣重大專項項目和國家“973”項目攻關，明確了我國主要盆地富有機質(zhì)頁巖的空間分布和基本特征；提出“二元富集”理論新認識，取得頁巖氣“甜點”預測技術的重大突破，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雜，存在著頁巖埋深大、地應力多變等多項世界級難題，對技術要求高，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。實鉆證實，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)新領域新層系獲得的重大發(fā)現(xiàn)，它進一步拓展了四川盆地海相頁巖氣勘探的領域，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。當年11月，中國石化勝利油田濟陽頁巖油勘探取得多點突破，首批上報預測石油地質(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)年的技術累積和核心科技的自立。關于在頁巖油氣勘探開發(fā)過程中取得的技術性突破，中石油集團相關業(yè)務負責人表示，企業(yè)在不斷攻關下逐漸形成了頁巖氣勘探開發(fā)的六大主體技術成果，包括：多期構造演化、高過成熟頁巖氣地質(zhì)綜合評價技術；復雜地下、地面條件頁巖氣高效開發(fā)優(yōu)化技術；多壓力系統(tǒng)和復雜地層條件下水平井組優(yōu)快鉆井技術；高水平主應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；復雜山地水平井組工廠化作業(yè)技術和頁巖氣特色高效清潔開采技術。

頁巖油氣的產(chǎn)業(yè)前景和未來挑戰(zhàn)

在推動我國能源轉型，全面落實國家“碳達峰、碳中和”目標重大部署過程中，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，由四川盆地向中揚子、華北和東北等新區(qū)拓展。但是，這些領域的頁巖氣地質(zhì)條件復雜，規(guī)模效益開發(fā)還面臨著資源、技術和經(jīng)濟等多重挑戰(zhàn)。深層頁巖具有地應力高、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、工程工藝技術不配套、只有點上突破難以規(guī)模建產(chǎn)等挑戰(zhàn)。

關于未來的發(fā)展方向，郭旭升院士認為，下一步要進一步深化地質(zhì)認識、加強工程技術攻關和地質(zhì)-工程-經(jīng)濟一體化勘探開發(fā)實踐。一是深化頁巖氣地質(zhì)理論與富集規(guī)律研究。加強頁巖氣資源區(qū)帶評價和“甜點”預測，積極推進有利目標優(yōu)選與鉆探，實現(xiàn)新區(qū)、新領域勘探突破。二是強化頁巖氣關鍵技術攻關。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)實踐中的技術難題，開展全產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術攻關和核心裝備研發(fā)，推進大幅降本提產(chǎn)增效，為多類型頁巖氣效益開發(fā)提供技術保障。三是產(chǎn)能接替后備陣地攻關評價。加強四川盆外復雜構造區(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，通過技術進步推動頁巖氣開發(fā)的提產(chǎn)降本，實現(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》強調(diào)，要積極擴大非常規(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工程。

2012年起我國政府各部門制定了多項與頁巖氣有關的政策，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130.67%。根據(jù)國家能源局規(guī)劃目標，“十四五”及“十五五”期間，我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)將加快發(fā)展，預計2030年實現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量800億-1000億立方米，國內(nèi)頁巖氣資源有望進入大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)階段。