李 陽, 趙清民, 薛兆杰

(1.中國石油化工股份有限公司,北京 100728; 2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京 102206)

能源是人類文明進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和動力,攸關(guān)國計(jì)民生和國家安全。中國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)時(shí)間緊、碳減排量大,將給中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來一場系統(tǒng)性變革,也將給油氣行業(yè)發(fā)展帶來重大影響[1-2]。近年來,俄烏沖突等地緣事件引發(fā)國際能源格局重塑,能源消費(fèi)東傾,生產(chǎn)重心西移,推動全球能源供需版圖深度調(diào)整[3]。同時(shí),全球油氣勘探開發(fā)正處于深刻的轉(zhuǎn)型期,勘探開發(fā)對象越來越復(fù)雜,向深層、深水、非常規(guī)等領(lǐng)域拓展[4-6]。油氣勘探開發(fā)技術(shù)日新月異,油氣工業(yè)與大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、納米等新技術(shù)深度融合,將推進(jìn)新一輪油氣技術(shù)革命,油氣技術(shù)創(chuàng)新呈現(xiàn)高速發(fā)展、快速迭代的蓬勃態(tài)勢。面對能源供需格局新變化、全球能源轉(zhuǎn)型大趨勢和國家“雙碳”目標(biāo)[7-9],如何通過油氣勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)的迭代升級,提高保障國家能源安全的能力,實(shí)現(xiàn)油氣綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展,是油氣行業(yè)面臨的關(guān)鍵問題。筆者開展面向2035年的油氣開發(fā)工程技術(shù)戰(zhàn)略研究,深入剖析“雙碳”約束下的全球油氣行業(yè)發(fā)展趨勢及中國油氣行業(yè)面臨的形勢和挑戰(zhàn),提出新一代油氣開發(fā)工程技術(shù)體系的構(gòu)想及技術(shù)的發(fā)展方向。

1 全球油氣發(fā)展趨勢

1.1 全球油氣需求預(yù)測

碳中和目標(biāo)和能源轉(zhuǎn)型對全球油氣行業(yè)產(chǎn)生深刻的影響。圖1是BP能源展望快速轉(zhuǎn)型情景下(與巴黎協(xié)定2 ℃情景一致)全球一次能源結(jié)構(gòu)預(yù)測情況[10],可以看出,化石能源在全球一次能源結(jié)構(gòu)中占比呈現(xiàn)不斷下降趨勢,可再生能源占比不斷提高,但2035年前油氣仍是主體能源。2035年全球油氣占一次能源的46%,石油和天然氣分別占24%和22%,可再生能源增加到28%。2050年全球油氣需求占一次能源的27%,天然氣在一次能源結(jié)構(gòu)中占比將超過石油,分別占14%和13%,可再生能源增加到56%。從油氣需求來看,石油和天然氣需求仍將保持增長態(tài)勢,預(yù)計(jì)2025年左右全球石油需求達(dá)峰,峰值為45億t/a,預(yù)計(jì)2030年左右全球天然氣需求達(dá)峰,峰值為4.3萬億m3/a,油氣需求達(dá)峰以后將以較快的速度下降(圖2)。預(yù)計(jì)到2050年,石油需求為21億t,天然氣需求為2.6萬億m3。

圖1 全球一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)(據(jù)文獻(xiàn)[10]修改)

圖2 全球油氣需求預(yù)測

1.2 中國油氣需求預(yù)測

建立了基于雙碳約束的油氣中長期需求預(yù)測模型,從全社會、全能源系統(tǒng)角度預(yù)測中國中長期油氣需求變化趨勢。通過分析全社會行業(yè)用能特點(diǎn)和發(fā)展空間,將社會終端用能分為農(nóng)業(yè)、建筑、交通及工業(yè)細(xì)分行業(yè)等19個(gè)主要行業(yè),利用生長曲線算法,建立細(xì)分行業(yè)規(guī)模增長預(yù)測模型,進(jìn)而計(jì)算不同情景下行業(yè)能源需求規(guī)模及結(jié)構(gòu)。

圖3是雙碳情景下中國石油天然氣需求預(yù)測情況。從能源需求來看,中國石油消費(fèi)在中短期仍將持續(xù)增加,預(yù)計(jì)2030年達(dá)到峰值7.5億t,2030年后隨著交通領(lǐng)域替代能源快速發(fā)展,石油需求穩(wěn)步下降,到2060年石油將回歸原料屬性,需求量約降至2.0億t。中國天然氣需求快速增長,預(yù)計(jì)2040年前后進(jìn)入峰值平臺期,峰值約6500億m3,天然氣將發(fā)揮重要的過渡支撐作用,之后隨著新能源在能源結(jié)構(gòu)占比中的不斷上升,天然氣需求平穩(wěn)下降,2060年降至2500億m3。

圖3 雙碳情景下中國油氣需求

1.3 國際油公司發(fā)展趨勢

近年來,國際油公司紛紛實(shí)施戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型,不同油公司由于戰(zhàn)略背景、市場環(huán)境、政策導(dǎo)向等差異,采取的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型舉措不同,但總體呈“歸核化、清潔化、智能化”的發(fā)展趨勢[11-12]。

(1)“歸核化”。聚焦優(yōu)勢領(lǐng)域,強(qiáng)化競爭優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)最大化。2016—2020年,國際石油公司持續(xù)推動資產(chǎn)組合優(yōu)化,重塑業(yè)務(wù)架構(gòu)。如?？松梨趯I(yè)務(wù)重心向非常規(guī)、深水、天然氣/LNG聚焦,非常規(guī)將支撐埃克森美孚中長期90%的增長產(chǎn)量;殼牌制定了“深水、一體化天然氣與化工品”發(fā)展戰(zhàn)略;BP在未來發(fā)展戰(zhàn)略中明確指出,深水和天然氣(含非常規(guī)氣)是未來兩大主要增長領(lǐng)域,計(jì)劃到2025年天然氣產(chǎn)量占比達(dá)到50%。據(jù)IHS預(yù)測,2030年深水、非常規(guī)、LNG將占BP等7家國際大石油公司新增產(chǎn)量的77%。

(2)“清潔化”。推行綠色生產(chǎn)方式,建立驅(qū)油封存中心(表1)。國際油公司加大節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用,提升傳統(tǒng)能源效率,控制甲烷排放,大幅度減少油氣生產(chǎn)碳排放;持續(xù)加大低碳業(yè)務(wù)投資,發(fā)展太陽能、風(fēng)能、生物燃料等清潔能源,如BP、殼牌、道達(dá)爾、埃尼與挪威國油5家石油公司,在新能源方面的投資預(yù)計(jì)由2019年不足60億美元上升至2030年的150億美元以上;加大碳捕集、利用和封存(CCUS)等“負(fù)碳”技術(shù)研發(fā),建立驅(qū)油封存中心,如?？松梨谟?jì)劃在墨西哥灣建設(shè)億噸級CCUS封存集群。

表1 國際油公司轉(zhuǎn)型措施

Table 1 International oil companies transformation measures

表1 國際油公司轉(zhuǎn)型措施

注:□表示已實(shí)施措施,△表示正在研究或計(jì)劃投資。

公司減少直接碳排放提高能效控制甲烷排放減少火炬排放優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提高天然氣占比重碳資產(chǎn)撤資太陽能風(fēng)能生物燃料氫能碳捕集利用與封存碳交易殼牌□□□□□□□□△□□道達(dá)爾□□□□□□□□△△□BP□□□□□□□□△△□挪威國油□□□□□□□△△□西方石油□□□□□△□△?？松梨凇酢酢酢酢酢鳌跹┓瘕垺酢酢酢酢酢鳌鳌鳌蹩捣啤酢酢酢酢?/p>

(3)“智能化”。國際石油公司為降本提效紛紛與信息技術(shù)公司開展跨界合作,推動油氣技術(shù)變革。雪佛龍、道達(dá)爾公司與谷歌合作,將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于油氣勘探開發(fā)的地質(zhì)數(shù)據(jù)處理;哈里伯頓使用微軟的語音和圖像識別等技術(shù),為全球客戶提供量身定制的E&P數(shù)字業(yè)務(wù)解決方案;GE油氣部門及BP等石油公司與亞馬遜合作,開展輸油管道數(shù)據(jù)管理和智能油田自動化管理。目前,人工智能在油氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,智能化地震數(shù)據(jù)處理與解釋、智能化“甜點(diǎn)”預(yù)測、智能舉升、智能壓裂、智能鉆井系統(tǒng)、智能決策平臺、智能深海平臺、智能油田等發(fā)展迅速。

2 中國油氣發(fā)展面臨的形勢及挑戰(zhàn)

近年來,中國油氣企業(yè)持續(xù)加大勘探開發(fā)力度,大力推進(jìn)增儲上產(chǎn)“七年行動計(jì)劃”,油氣勘探開發(fā)取得良好成效,原油實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),2022年中國原油產(chǎn)量2.05億t,重回2億t“安全線”,天然氣產(chǎn)量2201億m3,天然氣實(shí)現(xiàn)多年持續(xù)快速上產(chǎn)?！半p碳”目標(biāo)提出以來,中國能源轉(zhuǎn)型和能源革命加速推進(jìn),油氣行業(yè)發(fā)展面臨保障國家能源安全、綠色低碳發(fā)展及科技自主的新形勢和新挑戰(zhàn)。

2.1 油氣對外依存度高,面臨供給安全的挑戰(zhàn)

中國油氣對外依存度高,油氣供給安全形勢嚴(yán)峻。近年來,中國石油對外依存度不斷升高,2009年突破50%的警戒線,2017年成為全球最大的原油進(jìn)口國,2022年進(jìn)口石油5.08億t,對外依存度升至71.2%。2006年中國成為天然氣凈進(jìn)口國,2022年進(jìn)口天然氣1530億m3,對外依存度升至40.2%。根據(jù)油氣需求預(yù)測結(jié)果,較長時(shí)期內(nèi)中國油氣對外依存度仍將維持高位(圖4),預(yù)計(jì)2035年石油對外依存度仍將達(dá)到62%,天然氣對外依存度為44%。

圖4 中國油氣產(chǎn)量及對外依存度

2.2 油氣勘探面對“深、老、非”領(lǐng)域,發(fā)現(xiàn)和增儲難度大

隨著油氣勘探開發(fā)程度的不斷提升,勘探開發(fā)對象日趨復(fù)雜,深層、深水、非常規(guī)已成為中國油氣勘探增儲的主要領(lǐng)域。中國陸上深層、超深層油氣資源豐富,資源量達(dá)671億t油當(dāng)量,占全國油氣資源總量的34%,但深層油氣藏埋藏深、巖性復(fù)雜、改造難,勘探開發(fā)難度大,風(fēng)險(xiǎn)高。海洋石油和天然氣可采資源量占全國資源量的33%和35%,特殊的自然環(huán)境及復(fù)雜的油氣藏條件對油氣開采技術(shù)要求高。近年來,中國在致密油氣、頁巖氣和陸相頁巖油勘探開發(fā)取得一系列重大突破,但仍面臨陸相沉積地質(zhì)特征復(fù)雜、開發(fā)成本高等開發(fā)難題。

油氣發(fā)現(xiàn)和增儲難度日漸增大。2021年中國新增油氣探明儲量中,中低豐度、非常規(guī)等難以動用儲量占比超過80%,低滲透、特低滲透天然氣儲量占比高達(dá)97%,油氣資源劣質(zhì)化程度加劇,資源接替難度加大。高含水老油田仍是產(chǎn)量主體,產(chǎn)量占70%以上,但整體已進(jìn)入高含水期或特高含水期,采出程度高,進(jìn)一步大幅度提高采收率難度大,穩(wěn)產(chǎn)難度大。

2.3 二氧化碳排放強(qiáng)度大,面臨綠色低碳發(fā)展的挑戰(zhàn)

中國油氣上游碳排放強(qiáng)度偏高,單位油氣當(dāng)量碳排放強(qiáng)度為0.16～0.33 t二氧化碳,明顯高于國外大型石油公司,主要與中國油氣資源稟賦較差有關(guān)。中國老油田主力區(qū)塊進(jìn)入開發(fā)后期,含水高,能耗高,隨著開發(fā)程度加深,單位能耗持續(xù)上升;深層、低滲、非常規(guī)油氣藏開采難度大,兼顧采收率與節(jié)能降耗難度高。同時(shí),中國油氣行業(yè)甲烷排放量大,據(jù)國際能源署數(shù)據(jù)顯示,2022年中國油氣行業(yè)甲烷排放量為338萬t,約占中國能源活動甲烷排放總量的13%,甲烷排放量隨中國天然氣產(chǎn)量的增加呈上升趨勢,油氣行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)艱巨。

2.4 中國部分技術(shù)、裝備與國際先進(jìn)水平仍有差距,面臨科技自主挑戰(zhàn)

深層油氣、致密油氣及頁巖油氣等領(lǐng)域勘探開發(fā)降本增效對油氣工程技術(shù)和裝備提出了更高的要求。目前中國在高端技術(shù)裝備、主流軟件、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、高端測井裝備、特高溫高壓材料及鉆完井工具、超深水海工關(guān)鍵技術(shù)與裝備等方面與國際先進(jìn)水平仍有差距(表2),制約油氣增儲上產(chǎn),需要科學(xué)謀劃油氣開發(fā)前沿工程技術(shù)戰(zhàn)略布局,加大科技創(chuàng)新力度,實(shí)現(xiàn)科技自主可控。

表2 國內(nèi)外鉆/完/測井等工具耐溫耐壓技術(shù)對標(biāo)

3 新一代油氣開發(fā)技術(shù)體系構(gòu)建

3.1 油氣開發(fā)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律

油氣技術(shù)創(chuàng)新是推動油氣工業(yè)發(fā)展進(jìn)步的源動力,每一次油氣技術(shù)革命都推動了油氣工業(yè)的跨越發(fā)展。油氣技術(shù)創(chuàng)新是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,受到油氣內(nèi)部和外部眾多因素的影響,這些因素相互作用、相互反饋,共同推動油氣技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。油氣技術(shù)創(chuàng)新的機(jī)制復(fù)雜、過程動態(tài)變化,且影響因素難以量化,因此建立了油氣開發(fā)技術(shù)的系統(tǒng)動力學(xué)方法(圖5),剖析影響油氣技術(shù)創(chuàng)新的因素及相互間的因果關(guān)系,揭示油氣開發(fā)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律。

圖5 油氣開發(fā)技術(shù)系統(tǒng)示意圖

從全球油氣發(fā)展趨勢來看,全球油氣儲量的增長速度遠(yuǎn)大于產(chǎn)量的增長速度,油氣需求的峰值大于產(chǎn)量的峰值,油氣供需矛盾需要油氣行業(yè)加大油氣技術(shù)創(chuàng)新,提高油氣資源的發(fā)現(xiàn)率、利用率和采收率,提高油氣產(chǎn)量?！皟缮钜环且焕稀笔俏磥碛蜌饪碧介_發(fā)的重要領(lǐng)域,規(guī)模效益開發(fā)亟需新一代油氣開發(fā)工程技術(shù)。能源轉(zhuǎn)型背景下,油氣行業(yè)綠色低碳發(fā)展需要綠色低碳開發(fā)技術(shù)體系的支撐。因此,需要加快發(fā)展新一代油氣開發(fā)工程技術(shù)體系。

3.2 油氣開發(fā)工程技術(shù)體系

基于能源轉(zhuǎn)型、能源需求趨勢、油氣技術(shù)發(fā)展規(guī)律及發(fā)展趨勢的分析研判,立足保障國家能源安全,立足 “雙碳”目標(biāo),立足中國油氣資源特點(diǎn),立足技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng),構(gòu)建了中國新一代油氣開發(fā)技術(shù)工程體系,支撐油氣行業(yè)“穩(wěn)油、增氣、降本和綠色智能”的目標(biāo)。

3.2.1 特高含水期中高滲砂巖大幅提高采收率技術(shù)

水驅(qū)技術(shù)向精細(xì)化、集成化、智能化方向發(fā)展[13-19]。深化特高含水期水驅(qū)開發(fā)理論認(rèn)識,揭示特高含水期油水滲流變化規(guī)律和微觀剩余油控制機(jī)制;攻關(guān)基于流動單元的油藏精細(xì)描述、復(fù)雜沉積體儲層結(jié)構(gòu)非均質(zhì)精細(xì)表征技術(shù)、復(fù)雜地質(zhì)體精準(zhǔn)地質(zhì)建模技術(shù)、智能化油藏描述技術(shù),提高儲層描述精度;攻關(guān)多相態(tài)、多場耦合超大規(guī)模數(shù)值模擬技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)的智能流場判識技術(shù);開展深部流場精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)、“水驅(qū)+”提高采收率技術(shù)、油水井智能注采調(diào)控優(yōu)化技術(shù)研究,構(gòu)建高效驅(qū)動體系。

化學(xué)驅(qū)技術(shù)向提高適應(yīng)性、新材料+新工藝及綠色化方向發(fā)展,拓展化學(xué)驅(qū)應(yīng)用領(lǐng)域[20-21]。深化高溫高鹽化學(xué)驅(qū)理論認(rèn)識,研究適應(yīng)更高溫(90 ℃以上)、高鹽(5×104mg/L以上)、更稠油藏的綠色新驅(qū)劑、新工藝,實(shí)現(xiàn)較大幅度提高采收率。

3.2.2 稠油油藏綠色低成本有效開發(fā)技術(shù)

稠油油藏技術(shù)向多元熱復(fù)合、綠色高效、非熱力方向發(fā)展。攻關(guān)多元熱復(fù)合驅(qū)技術(shù)、深層改進(jìn)SAGD技術(shù)[22]、納米催化輔助蒸汽熱采技術(shù)、非熱力高效降黏冷采技術(shù)、微生物改造技術(shù)、層內(nèi)化學(xué)生熱技術(shù)、原位開采[23]等技術(shù)。深化降黏理論研究,形成不同類型稠油油藏降黏復(fù)合開發(fā)模式。

3.2.3 陸相致密油氣有效動用與提高采收率技術(shù)

攻關(guān)薄儲層高精度成像技術(shù)、儲層精細(xì)描述技術(shù)、地震-測井-地質(zhì)綜合解釋技術(shù)、基于深度學(xué)習(xí)的“甜點(diǎn)”評價(jià)技術(shù),提高致密儲層描述精度,評價(jià)優(yōu)選油氣藏“甜點(diǎn)區(qū)”;攻關(guān)微納米孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)、微觀介觀模擬方法、多尺度多場地下/井筒/地面耦合一體化數(shù)值模擬技術(shù)、“油氣藏-工程”交互優(yōu)化數(shù)值模擬技術(shù),深化多相滲流機(jī)制認(rèn)識;加強(qiáng)縫網(wǎng)改造機(jī)制研究,形成智能化壓裂技術(shù)、大幅提高井控與縫控儲量的多分支井壓裂技術(shù);探索補(bǔ)充能量提高采收率技術(shù),重點(diǎn)攻關(guān)CO2驅(qū)提高采收率及埋存技術(shù)、納米驅(qū)油技術(shù)、低成本大幅度提高氣藏單井產(chǎn)量技術(shù)。

3.2.4 頁巖油氣大幅度提高單井EUR技術(shù)

頁巖儲層表征與有利選區(qū)評價(jià)向多尺度、精細(xì)化、智能化方向發(fā)展,攻關(guān)高精度全波形反演技術(shù)、多尺度裂縫綜合預(yù)測技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)的資源評價(jià)與有利選區(qū)評價(jià)技術(shù)、智能儲層精細(xì)表征技術(shù);滲流物理研究向多尺度多相耦合方向發(fā)展,攻關(guān)頁巖孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)、微尺度與微流控實(shí)驗(yàn)技術(shù)、多場耦合模擬技術(shù)等,揭示多尺度多重介質(zhì)耦合滲流機(jī)制;開發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)向立體化、工廠化、智能化方向發(fā)展,重點(diǎn)攻關(guān)立體“井工廠”優(yōu)化設(shè)計(jì)及作業(yè)技術(shù)、大數(shù)據(jù)智能化油藏工程技術(shù);儲層改造技術(shù)向高精準(zhǔn)、智能化方向發(fā)展,攻關(guān)差異化壓裂技術(shù)、智能精準(zhǔn)壓裂技術(shù)、裂縫監(jiān)測及形態(tài)預(yù)測技術(shù)、電驅(qū)壓裂裝備及多功能壓裂液等[24-28]。

攻關(guān)深層頁巖氣甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測技術(shù)、高性能壓裂液及復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂控制技術(shù)、頁巖氣井筒地面一體化排水采氣技術(shù),形成海相深層頁巖氣有效開發(fā)技術(shù);攻關(guān)常壓頁巖氣富集規(guī)律及甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測技術(shù)、低成本復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂技術(shù)、低壓低產(chǎn)水平井排水采氣新技術(shù),形成常壓及陸相頁巖氣有效開發(fā)技術(shù);攻關(guān)壓裂模擬-壓后建模-數(shù)值模擬一體化技術(shù)、頁巖氣井智能動態(tài)分析及開發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、氣驅(qū)提高采收率技術(shù)[29]等。

3.2.5 深層油氣有效開發(fā)技術(shù)

深層—超深層地質(zhì)條件復(fù)雜,要加強(qiáng)深層-超深層工程地質(zhì)力學(xué)特征、超深層巖體-鉆柱-井筒作用變形機(jī)制、深層—超深層多相流體相態(tài)變化及流動規(guī)律、地質(zhì)力學(xué)-多場耦合流動規(guī)律等基礎(chǔ)理論研究[30-31]。攻關(guān)超深、超高溫、超高壓油氣藏地球物理、油藏地質(zhì)、油藏工程等關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)攻關(guān)深層儲集體地質(zhì)發(fā)育模式、深層儲集體智能識別技術(shù)、深層小型縫洞體描述技術(shù)、基于知識庫的深層地質(zhì)建模技術(shù)、高溫高壓多場耦合數(shù)值模擬技術(shù)、深層油藏智能開發(fā)技術(shù)、深層油藏動態(tài)監(jiān)測技術(shù)、鉆/測/壓/采等耐溫耐壓材料與裝備、深層油氣藏提高采收率技術(shù)等。

3.2.6 新型鉆完井技術(shù)

鉆完井技術(shù)不斷適應(yīng)新的作業(yè)環(huán)境,向自動化智能化、高性能高可靠、高效低成本、多專業(yè)一體化和綠色低碳方向發(fā)展[32-37]。攻關(guān)超深層安全鉆完井技術(shù),突破10000 m自動化鉆機(jī)及配套裝備、175 MPa鉆井安全控制技術(shù)、耐溫220 ℃鉆頭、螺桿和渦輪鉆具、耐溫220 ℃ MWD/LWD、220 ℃酸化壓裂技術(shù);攻關(guān)頁巖油氣低成本鉆完井技術(shù),形成5000 m長水平段一趟鉆鉆井技術(shù)、多分支井鉆井技術(shù)、隨鉆探測技術(shù)、智能旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng),5000 m以深頁巖油氣壓裂技術(shù)、驅(qū)油壓裂液、無水壓裂技術(shù);攻關(guān)老油田及復(fù)雜儲層增儲增產(chǎn)鉆完井技術(shù),形成低成本高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)、智能找堵水技術(shù)、智能重復(fù)壓裂技術(shù)、多分支井壓裂技術(shù)、老井修復(fù)技術(shù)、大通徑膨脹管免鉆補(bǔ)貼技術(shù)、連續(xù)管鉆井技術(shù);攻關(guān)智能化鉆完井技術(shù),研發(fā)7000～9000 m“一鍵式” 自動化鉆機(jī)及配套系統(tǒng),連續(xù)波、智能鉆桿等井下高速傳輸系統(tǒng),智能鉆頭、智能鉆井液等井下控制系統(tǒng),高分辨率井下監(jiān)測設(shè)備及系統(tǒng),自堵水完井液、自適應(yīng)固井水泥漿等。

3.2.7 油氣綠色低碳技術(shù)

攻關(guān)“油藏、井筒、地面”三位一體節(jié)能技術(shù)、甲烷逸散監(jiān)測核算關(guān)鍵技術(shù)、甲烷資源化利用技術(shù)、“氣、水、熱、固”資源化循環(huán)利用技術(shù)。加大油氣區(qū)能源資源綜合開發(fā)利用,特別是太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿饶茉磁c油氣業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展,構(gòu)建多元的能源供應(yīng)體系;推動傳統(tǒng)技術(shù)與“光熱+”、“光電一體化”、“光熱+光電+儲能+CCUS”等技術(shù)的耦合發(fā)展,拓展新能源與油氣協(xié)同應(yīng)用新模式。加強(qiáng)地質(zhì)空間資源的綜合利用,構(gòu)建儲氣庫、儲碳庫、儲氫庫“三庫”協(xié)同產(chǎn)業(yè)化技術(shù)支撐體系。攻關(guān)新一代CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)大幅度提高CO2混相能力和波及體積技術(shù)、地質(zhì)安全性評價(jià)及監(jiān)測技術(shù),應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋高含水、低滲、致密、頁巖、稠油等不同類型油藏。

3.3 變革性技術(shù)的發(fā)展方向

中國油氣藏實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、效益化、綠色化開發(fā),還需要變革性技術(shù)支撐。

3.3.1 分子采油技術(shù)

傳統(tǒng)的油田開發(fā)理論以流體力學(xué)、熱力學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ),適用于巖心到油藏的宏觀尺度。隨著油氣田開采對象日趨復(fù)雜,從分子層面認(rèn)識、設(shè)計(jì)和控制微觀作用機(jī)制是技術(shù)發(fā)展方向。一是從分子層面深化認(rèn)識油氣與巖石礦物的相互作用,油氣微觀賦存方式,驅(qū)油劑與巖石、油藏流體的相互作用和有效的采油機(jī)制,形成分子采油新技術(shù);二是以實(shí)現(xiàn)驅(qū)油機(jī)制為目的,從分子層面(含量子化學(xué)計(jì)算)開展驅(qū)油劑、調(diào)堵劑等新型驅(qū)劑的設(shè)計(jì)與合成;三是基于分子層面研發(fā)采油工程材料和裝備。

3.3.2 納米智能驅(qū)油技術(shù)

納米智能驅(qū)油技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全油藏波及,具有自驅(qū)動力,實(shí)現(xiàn)智能找油,能夠捕集分散油,形成油墻或富油帶并被驅(qū)出,有望成為提高采收率的戰(zhàn)略接替技術(shù)[38-39],廣泛適用于各類油藏,2018年納米驅(qū)油技術(shù)入選國家“引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的重大顛覆性技術(shù)”。未來以納米材料為基礎(chǔ),以化學(xué)改性為手段,在同一納米材料上集成多種功能,真正賦予納米材料目標(biāo)性與智能性。

3.3.3 生物工程技術(shù)

生物工程技術(shù)是21世紀(jì)重要的新興技術(shù)之一,已廣泛應(yīng)用于油氣開發(fā)各領(lǐng)域。探索CO2地下微生物轉(zhuǎn)化技術(shù),開展油藏CO2微生物轉(zhuǎn)化菌群種類分析及轉(zhuǎn)化能力評價(jià)、光電催化強(qiáng)化微生物轉(zhuǎn)化、電能固碳細(xì)胞工廠創(chuàng)建探索研究;深化殘余油生物氣化途徑和提速等機(jī)制研究,開展高效降解氣化菌群擴(kuò)增、油藏條件調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)研究,實(shí)現(xiàn)殘余油微生物氣化技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用;攻關(guān)綠色生物合成和生物制造關(guān)鍵技術(shù),形成高效生物采油技術(shù)及工程應(yīng)用體系,大幅度提高油氣產(chǎn)量和采收率。

3.3.4 原位轉(zhuǎn)化技術(shù)

原位轉(zhuǎn)化技術(shù)是將目前的開采工藝、能源動力轉(zhuǎn)化等過程全部轉(zhuǎn)入地下,將油氣資源在地下進(jìn)行轉(zhuǎn)化,使其變成可采的油氣資源或其他能源,提高了資源的利用率。該技術(shù)具有不受地質(zhì)條件限制、采出程度高、污染低等優(yōu)點(diǎn),對稠油、中低成熟度頁巖油、油頁巖和油砂開采具有革命性意義。原位轉(zhuǎn)化技術(shù)有地下原位制氫技術(shù)、地下煤氣化技術(shù)、地下熱解技術(shù)、核能增產(chǎn)技術(shù)等。

3.3.5 智能化技術(shù)

人工智能將滲透到油氣行業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈和全流程,將產(chǎn)生智能油田、智能建模、智能壓裂、智能鉆井、智能物探等新模式、新業(yè)態(tài),大幅度降低油氣行業(yè)成本、提高效率[40-43]。數(shù)據(jù)、算法、模型是油氣人工智能技術(shù)的三大要素,要開展知識圖譜技術(shù)、數(shù)據(jù)平臺、數(shù)字孿生油藏技術(shù)研究,要加強(qiáng)大模型在油氣地質(zhì)地球物理、測錄井、鉆完井工程、油氣藏工程等領(lǐng)域的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)技術(shù)的迭代升級。

4 結(jié)論與啟示

(1)當(dāng)前全球能源轉(zhuǎn)型步伐持續(xù)加快,油氣勘探開發(fā)轉(zhuǎn)向“深水、深層、非常規(guī)”等新領(lǐng)域,大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、納米、石墨烯等新技術(shù)、新材料蓬勃發(fā)展,新一輪油氣技術(shù)革命正孕育興起,推動油氣勘探、開發(fā)、工程等領(lǐng)域理論與技術(shù)的不斷突破。

(2)面對油氣勘探開發(fā)低油價(jià)、新領(lǐng)域(深層、深水、非常規(guī))、老油田提高采收率及綠色低碳發(fā)展等諸多挑戰(zhàn),中國要加快構(gòu)建新一代油氣開發(fā)工程技術(shù)體系,實(shí)現(xiàn)油氣開發(fā)技術(shù)的迭代升級。

(3)技術(shù)創(chuàng)新是油氣行業(yè)持續(xù)發(fā)展的源動力,油氣行業(yè)要實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)油、增氣、降本和綠色智能”的目標(biāo),仍需加強(qiáng)納米驅(qū)油、生物工程等變革性技術(shù)研究。

致謝感謝中國石化石油勘探開發(fā)研究院、中國石化石油工程技術(shù)研究院、勝利油田石油勘探開發(fā)研究院2035項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)的幫助和支持!