石油工業(yè)界的非常規(guī)才能——專訪中國石油勘探開發(fā)研究院副院長鄒才能教授

本刊記者 胡魁元 祝傳海

回溯萬千年人類文明的演進(jìn)史，當(dāng)?shù)谝煌笆捅婚_采出來應(yīng)用于社會生活，油氣勘探與研究就已融入世界工業(yè)的血脈，成為了驅(qū)動時代前行的主要動力引擎。

完整的石油工業(yè)生命周期將經(jīng)歷常規(guī)油氣、常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣并行、非常規(guī)油氣三個階段，據(jù)預(yù)測，總共將超過三百年。而一百五十余年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)對能源需求的持續(xù)增長和低碳社會的逐漸到來，常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣快速跨越已成為必然選擇，一場重大的石油科技革命，此時正是山雨欲來風(fēng)滿樓。新的挑戰(zhàn)，將地質(zhì)石油專家們推向了變革的最前沿，中國石油勘探開發(fā)研究院副院長兼總地質(zhì)師鄒才能教授，再次率領(lǐng)團(tuán)隊迎難而上，以一場非常規(guī)油氣之戰(zhàn)，發(fā)力油氣勘探研究中攻堅克難的“后半場”！

非常規(guī)思想才能開啟的寶藏

作為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的主要命脈，人類利用能源的經(jīng)歷將完成木柴向煤炭、煤炭向油氣、油氣向新能源三次重大轉(zhuǎn)換。而當(dāng)今世界，在新能源獨(dú)當(dāng)重任之前，常規(guī)和非常規(guī)油氣在一次能源中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。其中，常規(guī)油氣資源比例一般占20%，非常規(guī)油氣占80%。統(tǒng)計表明，全球非常規(guī)石油資源規(guī)模大約6200X108t，與常規(guī)石油資源大致相當(dāng)；全球非常規(guī)天然氣資源規(guī)模大約4000X1012m3，是常規(guī)天然氣資源的8倍。

隨著非常規(guī)連續(xù)型油氣聚集理論、水平井多級壓裂技術(shù)、平臺式工廠化生產(chǎn)模式的突破，美國頁巖氣率先實現(xiàn)了快速發(fā)展，成為了非常規(guī)天然氣發(fā)展的熱點(diǎn)方向，同時，致密油成為非常規(guī)石油發(fā)展的亮點(diǎn)類型。全球傳統(tǒng)能源格局再度重塑，形成以中東為核心的東半球“常規(guī)油氣版圖”，及以美洲為核心的西半球“非常規(guī)油氣版圖”?？梢哉f，非常規(guī)油氣發(fā)展的黃金時代已經(jīng)到來。那么，中國應(yīng)該如果開啟這個豐富的寶藏呢？

擺在我們面前的挑戰(zhàn)是巨大的，常規(guī)油氣田屬于局部富集成藏，而非常規(guī)油氣田則是大面積遍布。其中致密砂巖油氣等，受滲流能力制約，開發(fā)難度巨大，往往需要用到復(fù)雜的壓裂技術(shù)，對于起步較晚的勘探研究團(tuán)隊，說的上是舉步維艱。

鄒才能教授認(rèn)為，“常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣跨越是必然趨勢、必由之路，世界油氣工業(yè)正在進(jìn)行新的一次解放思想和科技革命，我們必須從戰(zhàn)略上做好理論技術(shù)創(chuàng)新和超前儲備”。

“認(rèn)識的誤區(qū)就是勘探的禁區(qū)?！编u才能教授說，“常規(guī)思想找不到非常規(guī)油氣，常規(guī)技術(shù)拿不到非常規(guī)油氣。找油要不斷重新認(rèn)識找油理論、不斷重新認(rèn)識找油技術(shù)、不斷重新認(rèn)識找油思想，要敢于突破傳統(tǒng)知識、突破傳統(tǒng)模式、突破傳統(tǒng)方法。找油就是不斷發(fā)展老區(qū)、開辟新區(qū)、突破禁區(qū)，要用智慧透視地球，用技術(shù)降低風(fēng)險。這是一門技術(shù)，更是一門藝術(shù)”。

在這種非常規(guī)思路的指引下，鄒才能團(tuán)隊開拓創(chuàng)新、持續(xù)攻關(guān)，率先在我國非常規(guī)致密含油氣儲集巖中發(fā)現(xiàn)了豐富的納米級孔喉儲集空間，邁出了非常規(guī)理論突破的第一步。

非常規(guī)技術(shù)才能突破的瓶頸

鄒才能教授常將油氣的致密儲層說成“磨刀石”，隱喻其“刀槍不入”、勘探起來異常艱難的特性。“非常規(guī)儲層總體很致密，基本沒有自然經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，這成為長久以來困擾非常規(guī)油氣發(fā)展的難題?！?/p>

面臨技術(shù)瓶頸，一些國外的同步輻射實驗室開始從事分辨率小于1微米的納米級結(jié)構(gòu)研究，微觀結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì)帶來了材料、生物等研究領(lǐng)域的突破。受國外同行的啟發(fā)，鄒才能團(tuán)隊結(jié)合中國非常規(guī)油氣特點(diǎn)，迅速展開了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)連續(xù)型油氣聚集具有10大特征，并據(jù)此開發(fā)非常規(guī)油氣資源評價方法與軟件。

鄒才能與研究團(tuán)隊觀看頁巖氣露頭

寶劍鋒從磨礪出。借助這一系列基礎(chǔ)研究，2010年，鄒才能團(tuán)隊在我國第一口頁巖氣井威201井產(chǎn)氣的寒武系、志留系海相頁巖中，獲取了我國首張有機(jī)質(zhì)納米級孔喉圖像，主體孔徑5-200納米，率先證實了中國頁巖氣儲層發(fā)育納米級孔隙。由此，鄒才能教授提出了非常規(guī)致密儲層“納米孔喉油氣聚集理論“，認(rèn)為聚集在納米級孔喉儲集系統(tǒng)中的油和氣，包括了頁巖油和氣、致密油和氣等，致密儲集層孔喉直徑一般為納米級，納米級孔喉系統(tǒng)占整個致密儲層儲集空間的80%到90%。局部也發(fā)育微米到毫米級孔隙、裂縫等儲集空間。

2010年，鄒才能團(tuán)隊還與中國科技大學(xué)國家同步輻射中心合作，在國內(nèi)首次重構(gòu)了非常規(guī)致密砂巖、頁巖等儲層微觀孔喉三維模型。同時，系統(tǒng)完成了重點(diǎn)盆地非常規(guī)油氣儲層孔喉分布的數(shù)據(jù)。同時，鄒才能團(tuán)隊還選取了我國最重要的致密砂巖、頁巖及致密灰?guī)r等非常規(guī)儲層為研究對象，在利用傳統(tǒng)儲層分析技術(shù)方法的基礎(chǔ)上，協(xié)同中國科學(xué)院、清華大學(xué)及中國科技大學(xué)國家同步輻射中心等11家科研單位，開展了基于材料化學(xué)、高分子化學(xué)等多學(xué)科測試方法的探索，建立了非常規(guī)致密儲層微觀孔喉特征的比表面積、小角散射、高壓汞、場發(fā)射掃描電鏡、納米—微米CT等方法。鄒才能團(tuán)隊的非常規(guī)油氣研究的系列技術(shù)方法正在逐步形成。

非常規(guī)視角才能洞察的空間

非常規(guī)油氣研究的靈魂是回答儲集有多少油氣。那么納米級孔喉系統(tǒng)的突破，究竟又如何指導(dǎo)現(xiàn)實呢？鄒才能教授又開始了新一輪思考：“致密儲層是由納米級孔隙來聚集油氣資源，并不意味著研究已經(jīng)完成，蘋果手機(jī)之父，改變了我們的思維；頁巖氣之父，改變了我們的知識；納米之父，改變了我們的視力。我們現(xiàn)在做的就是要知道納米級孔喉系統(tǒng)中有多少油氣，還要把這些油氣拿出來?！?/p>

又一場更高的攀登在這里起步。在納米級孔喉系統(tǒng)這個微小的空間中，一個個懸疑得到了解答。經(jīng)過研究和實驗，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)：儲集空間大小的序列分布決定了烴類資源的形成機(jī)制和聚集類型。天然氣中主要成分甲烷分子直徑為0.38納米，輕質(zhì)原油分子為0.6到0.9納米，原油組分中最大瀝青質(zhì)直徑為4納米，它們的分子直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)比我們想象的要小得多。根據(jù)流體力學(xué)原理，在毫米級及更大的孔隙中，流體可自由流動。而在納米級孔喉中，流體與周圍介質(zhì)之間存在巨大的黏滯力和分子作用力，一般條件下不能自由流動。這將會形成油氣“滯留”，導(dǎo)致油氣在盆地中心、斜坡等非常規(guī)儲集層中大面積連續(xù)分布，并且沒有明顯圈閉的界限，油氣在非常規(guī)致密儲層納米級狹窄孔隙中聚集，存在一個油氣分子自由移動的“門檻”。

在突破高部位圈閉找油的傳統(tǒng)理論之后，鄒才能團(tuán)隊提出了油氣分子進(jìn)出喉道的最小尺寸，建立了“油氣聚集孔喉結(jié)構(gòu)模式”，初步推導(dǎo)出致密砂巖儲氣空間直徑下限約為50納米，泥頁巖儲氣空間直徑下限約為5納米。

這一重大發(fā)現(xiàn)，在非常規(guī)油氣研究方面尤為意味深長，它顛覆了傳統(tǒng)油氣聚集和資源評價方法的理論基礎(chǔ)，為地下油氣資源評價開啟了全新的視角。以2004年全國油氣資源評價結(jié)果為例，全國地下總生油量6萬億噸，石油總地質(zhì)資源量1300億噸，平均聚集系數(shù)僅為2%，全國地下總生氣量1萬萬億方，天然氣總地質(zhì)資源量70萬億方，平均聚集系數(shù)僅為0.7%。那么，地質(zhì)過程中生成的98%的石油和99%的天然氣在哪里呢？鄒才能教授認(rèn)為，在油氣保存較好的盆地，泥頁巖烴源層中滯留了30%到40%的生成油氣資源，近源致密砂巖、灰?guī)r等儲層中聚集了20%到30%的油氣資源，納米級孔喉儲集空間中很可能聚集了超乎我們想象的巨量油氣資源。

一個個新的觀點(diǎn)得到證實，一個個新思路開始拓展。正如鄒才能教授所言“在納米級孔隙這個無限狹窄的微觀世界，有我們無限寬闊的研究空間?！?/p>

非常規(guī)戰(zhàn)略才能發(fā)掘的財富

科研攻關(guān)是社會實踐的不竭動力，科技創(chuàng)新是石油工業(yè)的生命線。那么，地質(zhì)條件復(fù)雜的中國，如何發(fā)掘出非常規(guī)油氣的最大價值呢？依據(jù)多年來的研究經(jīng)驗，鄒才能教授的思路清晰而客觀：“我國非常規(guī)油氣發(fā)展要有重點(diǎn)，還要分層次。第一層次是致密氣和致密油，應(yīng)優(yōu)先加快拿產(chǎn)量；第二層次是頁巖氣、煤層氣和油頁巖油，現(xiàn)階段需加大基礎(chǔ)研究、評選核心區(qū)和工業(yè)化試驗區(qū)建設(shè)的力度，早日實現(xiàn)規(guī)?；行a(chǎn)；第三層次則是頁巖油、水合物等，現(xiàn)階段要加強(qiáng)資源調(diào)查、有利區(qū)評價和技術(shù)攻關(guān)，堅持超前準(zhǔn)備?！?/p>

首先，我國致密砂巖氣資源豐富，有利勘探面積約60萬平方公里，技術(shù)可采資源量達(dá)到10到15萬億立方米，是我國最為現(xiàn)實的非常規(guī)天然氣領(lǐng)域。目前，鄂爾多斯、四川盆地須家河組已經(jīng)形成兩大現(xiàn)實致密氣區(qū)。2011年，致密氣儲量已占全國天然氣的三分之一，年產(chǎn)量超過250億立方米，占到全國天然氣產(chǎn)量的四分之一。鄒才能教授認(rèn)為，未來十年，致密氣將成為我國天然氣增儲上產(chǎn)主體之一，是現(xiàn)階段我國非常規(guī)天然氣發(fā)展的主角。

同時，我國致密油有利勘探面積約50萬平方公里，地質(zhì)資源量達(dá)120億噸左右，具有廣闊的勘探前景。目前，中國石油已設(shè)立了鄂爾多斯、四川等致密油重大科技專項，并正在系統(tǒng)開展主要盆地致密油資源評價和理論技術(shù)攻關(guān)工作。鄒才能教授認(rèn)為，致密油將為我國原油產(chǎn)量穩(wěn)定增長發(fā)揮重要作用，是我國非常規(guī)石油發(fā)展的主角。

再有，頁巖層系源儲共生型油氣儲層中納米級孔喉的發(fā)現(xiàn)，開辟出頁巖層系油氣成為新領(lǐng)域，帶來了油氣工業(yè)技術(shù)革命性需求，帶動整個石油工業(yè)技術(shù)的升級換代和快速發(fā)展。頁巖氣是關(guān)注焦點(diǎn)。借鑒國外頁巖氣發(fā)展經(jīng)驗，結(jié)合中國頁巖氣現(xiàn)狀，鄒才能教授率先提出了“三步走”思路。

首先，加快“核心區(qū)”評價，發(fā)展頁巖氣應(yīng)加深資源認(rèn)識，摸清資源家底，找準(zhǔn)頁巖氣富集的核心區(qū)，把“核心區(qū)”作為資源評價的最終落腳點(diǎn)。核心區(qū)是工業(yè)化試驗建設(shè)選擇的重點(diǎn)地區(qū)，是科學(xué)制定頁巖氣發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃的基礎(chǔ)。

鄒才能觀看頁巖油露頭

鄒才能觀看頁巖氣露頭

中國第一口頁巖氣井四川威201井納米孔

其次，加大“試驗區(qū)”建設(shè)，從技術(shù)對策、體制機(jī)制、運(yùn)營模式等方面進(jìn)行研究與試驗，探索形成針對不同地區(qū)、不同類型頁巖氣的開發(fā)模式，真正發(fā)揮試驗區(qū)的示范帶動作用，更好地促進(jìn)頁巖氣大規(guī)模開發(fā)利用。

最后，加強(qiáng)“生產(chǎn)區(qū)”規(guī)劃，將我國頁巖氣開發(fā)利用與常規(guī)天然氣統(tǒng)一考慮，整體規(guī)劃，合理布局，為實現(xiàn)頁巖氣大規(guī)模開發(fā)利用奠定堅實的基礎(chǔ)。

在這個思路的指引下，2005年以來，借鑒美國頁巖氣的成功經(jīng)驗，鄒才能團(tuán)隊加大力度，研究了我國海相、海陸過渡相和陸相三類頁巖的分布和潛力，優(yōu)選出一批有利勘探開發(fā)核心區(qū)，為我國頁巖氣發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

如今，中國石油已啟動四川盆地蜀南等頁巖氣多個工業(yè)化試驗區(qū)建設(shè)項目。有利面積約5萬平方公里，地質(zhì)資源量達(dá)5萬立方米以上，并在威201、陽101等井鉆探獲工業(yè)頁巖氣流,實現(xiàn)了頁巖氣的戰(zhàn)略性突破。

此外，頁巖油有可能成為全球非常規(guī)石油勘探未來潛在領(lǐng)域。鄒才能教授認(rèn)為，頁巖油是指在生油巖中滯留的石油，未經(jīng)歷油氣運(yùn)移，頁巖油概念不宜與致密油等同，目前全球還沒有獲得真正意義上的工業(yè)化突破和規(guī)?；a(chǎn)。盡管我國陸相頁巖分布范圍廣，仍需要加大對頁巖油的理論技術(shù)研究力度，他們在近幾年的研究中也取得了重要成果。

鄒才能與非常規(guī)油氣研究團(tuán)隊

我國已經(jīng)取得不同類型非常規(guī)油氣研究和勘探進(jìn)展。鄒才能教授認(rèn)為：“開發(fā)模式和管理創(chuàng)新已在非常規(guī)領(lǐng)域積極開展。采用平臺式工廠化低成本開發(fā)模式，實現(xiàn)工業(yè)化效益開采，再加上較高油氣價格和國家政策扶持，都為非常規(guī)油氣發(fā)展提供了強(qiáng)勁動力?！?/p>

非常規(guī)才能的入地夢

作為中國非常規(guī)油氣地質(zhì)理論技術(shù)的引領(lǐng)者、創(chuàng)新者和推動者，鄒才能教授曾這樣總結(jié)自己的思路：“非常規(guī)油氣研究的靈魂是回答儲層有多少油氣，勘探的目標(biāo)是確立連續(xù)型或準(zhǔn)連續(xù)型油氣區(qū)邊界，開發(fā)的追求是初期高產(chǎn)與長期低產(chǎn)累產(chǎn)，工作的關(guān)鍵是編制出成熟烴源巖厚度平面分布圖、儲層厚度平面分布圖、儲層頂面構(gòu)造圖和核心區(qū)評價表的‘三圖一表’。隨著技術(shù)方法的進(jìn)步，可以推動非常規(guī)向常規(guī)轉(zhuǎn)化?！?/p>

就是在這場非常規(guī)油氣向常規(guī)轉(zhuǎn)化的攻堅戰(zhàn)中，非常規(guī)思想的創(chuàng)新打破了全球傳統(tǒng)能源格局。北美以“海相”為主的非常規(guī)模式，引領(lǐng)了世界非常規(guī)油氣勘探開發(fā)進(jìn)程，而中國以“陸相”為主的非常規(guī)模式，將為陸上非常規(guī)油氣勘探開發(fā)提供理論依據(jù)。與此同時，石油工業(yè)的生命周期得以延長，全球性非常規(guī)油氣科技革命推動了整個石油工業(yè)理論技術(shù)升級換代。

鄒才能教授在接受記者采訪時談到，“自古以來，中國人就有三個夢想：上天夢、下海夢、入地夢，我們找油人是入地的做夢人，也是入地的追夢人，我們的夢想就是把地下非常規(guī)，變成地上的常規(guī)，要不死心、不放棄?！?/p>

“磨刀石”上的戰(zhàn)斗已經(jīng)打響，以鄒才能教授為代表的新一代石油地質(zhì)專家，將為非常規(guī)油氣資源，發(fā)掘出無限寶藏。