吸收再創(chuàng)新頁巖氣發(fā)展必經(jīng)路

□ 文/青島市頁巖油氣增產(chǎn)地質(zhì)與開采工程技術(shù)重點實驗室主任 王展旭

縱觀美國頁巖油氣開采技術(shù)、新材料和工程裝備，對中國石油工業(yè)來講并不是前所未聞的高新技術(shù)，甚至從某個單向技術(shù)來講，我國并不落后于美國。但是整體與美國相比，開采頁巖油氣我國尚缺少自主知識產(chǎn)權(quán)的“金剛鉆”，即關(guān)鍵工程裝備，主要指大型壓裂泵車組、隨鉆地震（核磁成像、井壁攝像、陀螺導(dǎo)航）測試、井下三相分離裝置、智能采油樹、封隔器、“滑溜水”壓裂液體系配方、微地震監(jiān)測和壓裂返排液處理設(shè)備。這些工程裝備需要我們在開發(fā)頁巖油氣生產(chǎn)過程中，通過“引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新”的新機(jī)制下完成設(shè)計和制造的研究工作。

目前，中國頁巖油氣勘探開發(fā)正處于起步階段，沒有掌握頁巖油氣勘探開發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，既在勘探理論上需要提高陸相頁巖油氣成藏地質(zhì)認(rèn)識，又在開發(fā)工程實施上面臨著地處缺水和地表地形復(fù)雜的山區(qū)難以實施大規(guī)模水力壓裂的現(xiàn)實問題。我國是一個水資源相對缺乏的國家，目前國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的頁巖油氣藏基本上都處在生態(tài)極為脆弱的缺水地區(qū)，例如云貴川、陜西延長和鄂爾多斯地區(qū)，頁巖氣開采出的污水將產(chǎn)生對環(huán)境的破壞，因此考慮開采頁巖氣與民用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)爭水問題，考慮環(huán)境保護(hù)和水處理等問題，需要開發(fā)出適合我國地質(zhì)與地面條件的低成本、環(huán)境友好的開采技術(shù)。

歷史經(jīng)驗教育我們，中國想通過購買或者市場換技術(shù)等方式，基本上不可能獲得這些頁巖油氣工程應(yīng)用高新技術(shù)，我們只有立足于開展“頁巖油氣增產(chǎn)地質(zhì)與開采關(guān)鍵技術(shù)和成套工程裝備”方面的研究課題，才能盡快掌握頁巖油氣勘探開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。

依托青島科技大學(xué)、青島金王集團(tuán)、山東科技大學(xué)和青島瑞信石油裝備有限公司，青島市政府建立的“青島市頁巖油氣增產(chǎn)地質(zhì)與開采工程技術(shù)重點實驗室”屬于我國省級校企“產(chǎn)學(xué)研”技術(shù)聯(lián)盟重點實驗室，主要針對我國致密性特低滲透油氣藏和頁巖油氣開采技術(shù)的需求，開展無水壓裂油氣井增產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)研究。自2012年起，實驗室在金王集團(tuán)的資金支持下，進(jìn)行“環(huán)境友好型無水壓裂增產(chǎn)”和“注氣穩(wěn)產(chǎn)”開發(fā)技術(shù)的工程技術(shù)模擬實驗，旨在為我國即將迎來的大規(guī)模頁巖油氣開發(fā)工程，和今后所面臨的開發(fā)頁巖油氣產(chǎn)量的大幅度遞減問題，積極做好前期工程技術(shù)研發(fā)的儲備工作。

為了徹底搞清中美頁巖油氣開采技術(shù)上的差距，2012年實驗室相關(guān)人員作為蘭州海默公司高級工程技術(shù)顧問，參與海默公司購買美國Carrizo上市公司在丹佛地區(qū)Niobrar頁巖油氣田資源，學(xué)習(xí)Carrizo公司頁巖油氣水平井的鉆井設(shè)計和多級分段壓裂工程施工相關(guān)技術(shù)，掌握了頁巖油氣開發(fā)工程經(jīng)驗。2012年底，蘭州海默公司完成購買美國Carrizo上市公司在丹佛地區(qū)的Niobrar頁巖油氣田開發(fā)工作權(quán)益的股份交割，并且成功地將美國Carrizo上市公司引進(jìn)國內(nèi)頁巖氣開發(fā)市場，引起了國土資源部的高度重視。同時實驗室與金王集團(tuán)一道參與國土資源部第二輪頁巖氣勘探開發(fā)招投標(biāo)工作，通過這些工作積累頁巖油氣勘探開發(fā)工程經(jīng)驗。

雖然中國在低滲透、特低滲透和致密氣的開采歷史悠久，鉆井和壓裂增產(chǎn)的工程經(jīng)驗豐富，熟悉水平井和水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)，但是在開發(fā)頁巖油氣方面還需要通過較長的時間進(jìn)行工程實踐而積累經(jīng)驗。對照美國頁巖油氣的開采技術(shù)，固然美國的技術(shù)裝備比我國先進(jìn)，但是本文認(rèn)為美國開采頁巖油氣的成功經(jīng)驗主要有以下三個方面對我國有所啟迪。

1．地質(zhì)認(rèn)識理論的創(chuàng)新和集成技術(shù)高水平的系統(tǒng)工程應(yīng)用造就了美國頁巖油氣開發(fā)成功的神話

實驗室相關(guān)技術(shù)人員在美國頁巖油氣鉆井地質(zhì)監(jiān)督服務(wù)中，曾經(jīng)遭遇過一口正鉆的水平井丟失了目的層的事故，雖然經(jīng)過隨鉆工程師上井服務(wù)得以順利解決，但企業(yè)損失了幾百萬美金的鉆井工程費(fèi)用。通過此事，實驗室相關(guān)技術(shù)人員學(xué)習(xí)并且認(rèn)識到了美國開采頁巖油氣的高新技術(shù)的所在：（1）MWD隨鉆測控技術(shù)。20米長的隨鉆工具能夠完成數(shù)據(jù)傳輸、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、測井甚至隨鉆地震，美國的MWD隨鉆測控儀上的傳感器遠(yuǎn)比我國先進(jìn)，其中隨鉆地震和隨鉆成像技術(shù)，我國目前還沒有。（2）泥漿脈沖發(fā)生器。這是美國專利，傳輸速率能夠達(dá)到25個比特以上，而我國同類儀器的傳輸速率平均只有1到2個比特，致使我國的隨鉆不能達(dá)到實時鉆進(jìn)控制和信息資料傳輸。

美國頁巖油氣開采技術(shù)先進(jìn)性的具體體現(xiàn)應(yīng)該在軟件、材料和成套工程裝備上。雖然我國可以購買到美國開采頁巖油氣的設(shè)備，但是無法獲知“滑溜水”壓裂液配方、封隔器膠筒材料、壓縮往復(fù)泵缸體材料，更無法得到壓裂設(shè)計和微地震監(jiān)控裂縫等軟件技術(shù)。而這些軟技術(shù)才是美國頁巖油氣勘探開發(fā)工程創(chuàng)新技術(shù)的具體體現(xiàn)。因此，我們說，美國頁巖油氣開采成功的神話，是通過集成許多高新技術(shù)，在正確的地質(zhì)創(chuàng)新認(rèn)識的指導(dǎo)下，通過具體高水平系統(tǒng)工程的實施而實現(xiàn)技術(shù)成果應(yīng)用的結(jié)果。

2. 科學(xué)務(wù)實的系統(tǒng)工程管理水平和工程技術(shù)實施評估體系確保了美國開采頁巖油氣的成功

美國油氣田開發(fā)工程的管理水平較高，科學(xué)務(wù)實，真正體現(xiàn)了“管理出業(yè)績、管理出效益”的管理水平，這主要體現(xiàn)在工程事前評估和事后評價上。例如壓裂增產(chǎn)，事前要做設(shè)計和模擬預(yù)測，事后要通過微地震評價壓裂增產(chǎn)效果，這不但確保了投資方的經(jīng)濟(jì)效益，還避免了開采的盲目性，而且甲乙雙方的結(jié)算有依據(jù)。這套評估體系應(yīng)該是美國開采頁巖油氣成功的管理經(jīng)驗。

3. 激勵中小企業(yè)創(chuàng)業(yè)熱情機(jī)制和體制的創(chuàng)新助推并且縮短了美國開發(fā)頁巖油氣成功歷程

美國為了推動中小企業(yè)開發(fā)頁巖油氣的熱情，在稅收、技術(shù)創(chuàng)新和土地出售上，多次進(jìn)行體制和機(jī)制上的創(chuàng)新，并且政府投資幫助中小企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益，因此美國企業(yè)“都喜歡吃螃蟹，并且都喜歡吃第一只螃蟹”。

在美國政府的許可和支持下，企業(yè)只要潛心科技進(jìn)步來推動公司經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展，今后都可以與其他公司分享技術(shù)應(yīng)用的紅利。因此在美國，最早投資頁巖油氣成功的中小企業(yè)，目前都獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)回報，即便是世界壟斷性大石油公司想分享頁巖油氣開發(fā)技術(shù)上的紅利，也只能通過高價并購和市場購買才能獲取技術(shù)專利。

在美國，頁巖油氣開采企業(yè)只要做好交稅和降低成本，通過增產(chǎn)增效，企業(yè)即可獲得很好的可持續(xù)發(fā)展。在近10年多的時間里，美國開采頁巖油氣的中小企業(yè)通過不斷創(chuàng)新并且完善自有的關(guān)鍵技術(shù)，使單井建井成本從上千萬美元降至不足500萬美元，采油成本從每桶逾100美元降至不足30美元，單井平均日產(chǎn)量不足100桶上升至逾700桶，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了大幅度的提升。

在頁巖油氣的開發(fā)技術(shù)上，我國與美國相比還存在以下不足：在軟技術(shù)上雖有存在成藏地質(zhì)認(rèn)識的差別，但沒有成藏反演軟件、地震解釋精細(xì)描述技術(shù)，沒有開發(fā)模擬優(yōu)化技術(shù)、壓裂增產(chǎn)設(shè)計軟件，沒有TOC、“脆點”和“甜點”等有力勘探開發(fā)評價體系；在硬件上沒有工程裝備，缺乏必要的新材料。因此，我們實驗室將以國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整為戰(zhàn)略發(fā)展契機(jī)，瞄準(zhǔn)國家在頁巖氣開發(fā)亟待解決的技術(shù)難題，與各類企業(yè)和有志人士攜手共進(jìn)，共同謀求具有中國特色的“頁巖氣開采成功”之路，愿攜手業(yè)內(nèi)同行做好中國頁巖氣的開發(fā)，讓清潔能源早日造福中國。

今后，實驗室將通過進(jìn)一步“優(yōu)化資源，凝練方向”，發(fā)揮優(yōu)勢，提升科技創(chuàng)新能力，通過開放實驗，將美國技術(shù)與中國頁巖油氣具體實踐相結(jié)合，“消化、吸收，再創(chuàng)新”，研究開發(fā)出適合國內(nèi)頁巖油氣地質(zhì)特征的開采技術(shù)，研究開發(fā)出具有中國特色的頁巖油氣開采成套工程裝備，為我國頁巖油氣開發(fā)提供技術(shù)服務(wù)，讓中國在頁巖氣勘探開發(fā)方面少走彎路，促進(jìn)我國頁巖油氣開采工程技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)我國頁巖油氣開采行業(yè)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，提升我國石油工程裝備制造技術(shù)水平，將研發(fā)的技術(shù)盡早應(yīng)用于我國頁巖油氣田的開發(fā)和世界油氣資源的開采領(lǐng)域。