【科技强国有我】科技力量助力油气勘探开发攀高峰

作者：中国地质大学（北京）能源学院石油工程系主任、教授 胡景宏

2021年10月，习近平总书记到山东省东营市考察调研时指出，石油能源建设对我们国家意义重大，中国作为制造业大国，要发展实体经济，能源的饭碗必须端在自己手里。从国家发展战略来看，石油和天然气作为重要的能源资源，不仅是国家能源安全和经济建设不可或缺的资源，也是国家经济发展的重要支柱，油气资源的自主开发对于国家能源安全具有重要意义。

自1859年现代石油工业诞生以来，石油便作为“工业的血液”，成为全球最为重要的能源。1949年，美国著名石油学家哈伯特发现石油遵循一个“钟形规律”。这个规律是说，所有的不可再生资源，产量会先达到最高点，之后将会迅速减少。根据他的预测，石油产量将会在20世纪60年代-70年代达到顶峰，之后会下降，直到完全耗尽。20世纪70年代中期，哈伯特预言“世界石油生产最迟在80年代中期达到高峰，接着产量暴跌”，但事实显示，20世纪80年代后，世界石油的总趋势是上升的。时至今日，页岩革命让美国从一个能源依赖变成了能源自给国。科技革命的力量让石油枯竭论不再成为热门话题。

一、地质理论与工程技术助力页岩油气勘探开发大突破

地质理论助力页岩油气大发现。常规油藏是源外成藏，是指从生油岩中经过一定距离运移而来的，储藏在砂岩和碳酸岩储层；页岩油是源内成藏，是指那些生成之后没有运移出来而滞留在生油岩中的油气。常规油具有明显的圈闭特征、油水界面和油藏分布；而页岩油分布在页岩层空隙中，不受水浮力驱使，没有明显的油水界面，连续成藏，没有明显的油藏分布。新的地质理论推动了中国陆相“页岩油革命”：彻底改变了页岩只生油、不产油的传统认识，完全颠覆了勘探只寻找“圈闭型”常规油藏的常识。突破了陆相页岩油“理论误区”，打破了“勘探禁区”，攻破了“开发无人区”，推动页岩油成为中国石油工业战略性资源。

创新油气工程技术助力页岩油气大开发。水力压裂技术的突破性贡献在于两个方面，一方面，通过高压水的注入，可以在页岩层内形成复杂的裂缝网络，使得埋藏在岩石中的气体能够被释放出来；另一方面，通过控制压力和添加剂的使用，科学家们能够实现裂缝的控制，使其朝着预期方向扩展，从而最大程度地释放页岩气。

我国陆相页岩油经过多年的技术攻关形成了页岩油地球物理“甜点”识别与预测技术、水平井和大规模体积压裂技术（页岩油勘探开发核心技术），此外还启动了中低成熟度页岩油原位转化攻关，有效指导和推动了准噶尔盆地吉木萨尔、渤海湾盆地沧东凹陷孔二段、鄂尔多斯盆地长7 段、三塘湖盆地二叠系等陆相页岩油的勘探突破与规模建产。

二、地质理论与工程技术助力万米深井油气勘探开发大突破

地质理论助力万米深井油气大发现。万米深钻揭示的地层热演化程度超过3.0%，远大于目前生烃机理认识的2.0%成熟阶段，热液流体比中浅层更加活跃。油气资源在多高地温环境下能生成和保存？高温高压生烃新模式如何？超深层油气藏是否存在成藏极限？勘探深度是否存在下限？等问题都是万米深地钻探必须面对的世界级地质难题。地质理论突破和创新实现了万米深井油气资源大发现。

创新油气工程技术助力万米深井开发。超深、超高温、超高压、复杂高地应力给万米超深井工程技术带来了物探、钻井、测井方面的难题，需要大吨位高精度可控震源、高灵敏度数字检波器获取高信噪比地震资料。俗话说一深带万难，主要体现在三个方面。首先，对标全球13项工程难度指标系数。万米井深，高温高压、砾石厚度、盐层厚度、盐层套数、盐水压力系数、高含硫等7项指标属世界级难题，其他指标的难度系数也名列前茅，钻完井综合难度全球罕见；其次，8000米以深地层信息不准，缺少精准的地层压力、岩石力学特性等关键数据；最后，在8000米以深的超深层寻找油气，就像站在珠穆朗玛峰顶，要看清雅鲁藏布江上的游船，难度可想而知。测井方面，主要是测井仪器的抗超高温、超高压能力不足，油基钻井液条件下的成像测井难以实现，超高压射孔器材缺乏。现有测井仪器最高抗温200℃，但万米井的温度已经达228℃。由于受到芯片、传感器等基础元器件材料抗温能力的限制。万米井还会引发工程难题的叠加效应，如高温高压、复杂压力体系、盐层厚度与套数、复杂高地应力、有毒有害的硫化氢气体等多因素叠加，使得难度进一步增加，加上许多机理仍然不清，甚至会出现难度的突变。目前，依靠科技力量，中石油中石化分别在新疆实现了8000米深井的油气大发现和钻探工作。

未来可大有作为的领域仍然广阔，包括超深层碎屑岩和基岩火山岩、超深层页岩油气、海域深水、低熟页岩油原位转化、煤炭地下气化、天然气水合物探等领域，这些领域一旦取得突破将带来重大发展机遇。理论上，深地、深水和深层非常规油气基础地质和成储、成烃、成藏及富集理论认识需要加快深化创新。技术上，深地勘探和深海油气工程、超高温超高压井下工具、地下原位加热转化、地下炼厂、智能化注采、海域天然气水合物试采、超深层弱信号高精度地震、超高温高压测井与远探测井等关键核心技术需要加快自立自强。经济上，这些领域的勘探开发操作难度大、成本较高，需要发挥“大国体制”优势，统筹资源、集中力量、久久为功，加大政策和财税支持力度，加快实现经济效益开发。环境上，这些新领域勘探开发过程中会对环境造成一定的影响，需要采取有效措施对环境进行保护，使资源开发与环境保护取得平衡，实现良性发展。随着我国科技实力的不断增强，油气安全将会越来越有保障。