頁(yè)巖油勘探開發(fā)“點(diǎn)—線—面”方法論

劉 合 李國(guó)欣 姚子修 金 旭 孟思煒 蘇 健

（1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院；2.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司）

我國(guó)頁(yè)巖油資源豐富，已在多個(gè)含油氣盆地獲規(guī)模發(fā)現(xiàn)，但資源品質(zhì)總體較差，勘探開發(fā)相對(duì)滯后，需針對(duì)不同類型資源制定合理的勘探開發(fā)策略。

1 我國(guó)頁(yè)巖油開發(fā)現(xiàn)狀與認(rèn)識(shí)

1.1 我國(guó)頁(yè)巖油開發(fā)現(xiàn)狀

廣義上，頁(yè)巖油是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中及與之毗鄰的砂巖、碳酸鹽巖等非烴源巖夾層中的石油資源。我國(guó)中—高成熟度頁(yè)巖油地質(zhì)資源量約為100×108t，在未來我國(guó)油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)中將會(huì)扮演戰(zhàn)略接替資源的角色。目前已在準(zhǔn)噶爾、松遼、渤海灣、鄂爾多斯等盆地獲得頁(yè)巖油規(guī)模發(fā)現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)開發(fā)[1-6]。

我國(guó)陸相頁(yè)巖油與北美海相頁(yè)巖油在資源稟賦、地質(zhì)條件方面均存在較大差異，直接生搬硬套北美頁(yè)巖油現(xiàn)成的地質(zhì)理論和工程技術(shù)并不可取[7-8]。當(dāng)前，我國(guó)頁(yè)巖油開發(fā)基礎(chǔ)研究滯后，受工程技術(shù)制約，施工成本偏高，回報(bào)周期較長(zhǎng)，管理模式落后，導(dǎo)致頁(yè)巖油開發(fā)具有較高的投資風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)模效益開發(fā)面臨重大挑戰(zhàn)。為此，需認(rèn)真審視頁(yè)巖油開發(fā)的成本風(fēng)險(xiǎn)與不確定性因素[9-10]，不斷深化地質(zhì)研究，攻關(guān)核心工程技術(shù)，編制高效開發(fā)方案，加強(qiáng)成本評(píng)估與預(yù)測(cè)；同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)研發(fā)體系頂層設(shè)計(jì)和能力建設(shè)，減少重復(fù)性研究，提高研發(fā)效率。

1.2 美國(guó)頁(yè)巖油氣開發(fā)經(jīng)驗(yàn)與啟示

美國(guó)頁(yè)巖油氣的成功開發(fā)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索和發(fā)展階段。早在1982年，頁(yè)巖氣之父——喬治·米希爾首次嘗試頁(yè)巖氣開發(fā)，開展頁(yè)巖氣精細(xì)地質(zhì)研究和工程技術(shù)研發(fā)；1992年，完成首口井的技術(shù)試驗(yàn)并取得有關(guān)資料，期間投入了大量人力物力；2002年，優(yōu)選出甜點(diǎn)區(qū)段（二疊紀(jì)盆地東部米德蘭次盆的Wolfcamp組海綠石發(fā)育段）并突破水平井鉆井技術(shù)；2007年，掌握水平井體積壓裂開發(fā)技術(shù)，開始工業(yè)化發(fā)展；此后，美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。2018年，美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)6138×108m3，占美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的64.4%[11-15]。在頁(yè)巖氣開發(fā)取得成功后，相關(guān)技術(shù)被引入頁(yè)巖油開發(fā)，帶動(dòng)了美國(guó)頁(yè)巖油的快速發(fā)展。

縱觀美國(guó)頁(yè)巖油氣工業(yè)的發(fā)展歷程，從精細(xì)地質(zhì)認(rèn)識(shí)、水平井鉆井、規(guī)?；瘔毫训群诵募夹g(shù)的探索突破，到實(shí)現(xiàn)勘探、開發(fā)與工程線上的貫通起步，再到石油巨頭、獨(dú)立公司、私營(yíng)公司市場(chǎng)化推廣應(yīng)用的快速發(fā)展，呈現(xiàn)出明顯的階段規(guī)律性[12,16-18]。

我國(guó)頁(yè)巖油開發(fā)不可能一蹴而就。隨著頁(yè)巖油勘探開發(fā)的不斷深入，前期積累的知識(shí)碎片越來越多，需通過類比和綜合分析，將相關(guān)信息融會(huì)貫通，使知識(shí)系統(tǒng)化。為此，需遵從由研究到實(shí)踐，由“點(diǎn)”到“線”再到“面”的認(rèn)識(shí)過程。從加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與核心技術(shù)攻關(guān)入手，建立信息實(shí)時(shí)更新與共享的地質(zhì)工程一體化平臺(tái)，對(duì)基礎(chǔ)研究與技術(shù)攻關(guān)進(jìn)行程序化監(jiān)管和調(diào)控，建立頁(yè)巖油全生命周期組織管理模式，針對(duì)不同類型頁(yè)巖油資源制定合理的勘探開發(fā)策略[19-20]。

2 “點(diǎn)—線—面”創(chuàng)新方法論內(nèi)涵

2.1 “點(diǎn)”上優(yōu)選

頁(yè)巖油氣勘探開發(fā)要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量科學(xué)發(fā)展，需從“點(diǎn)”上優(yōu)選做起，這是“點(diǎn)—線—面”創(chuàng)新方法論的基礎(chǔ)。油氣勘探開發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，科技研發(fā)體系涉及多學(xué)科交叉，環(huán)節(jié)眾多且相關(guān)性較大，科技管理人員的精力是有限的，必須集中精力抓住要害。只有厘清科學(xué)問題的關(guān)鍵點(diǎn)，抓住主要矛盾和矛盾的主要方面，才能利用好有限的資源解決問題。

隨著國(guó)內(nèi)石油勘探開發(fā)進(jìn)入新的階段，新發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量品位降低，已開發(fā)油田主體處于“雙高”開發(fā)階段，多尺度儲(chǔ)層表征、資源分級(jí)評(píng)價(jià)、“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)與工程評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層改造、老井再認(rèn)識(shí)與精細(xì)挖潛、控水增油、提高采收率、工程經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)等都是關(guān)鍵控制點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)注意的是，關(guān)鍵控制點(diǎn)是動(dòng)態(tài)變化的，隨著研究進(jìn)程和儲(chǔ)層特征變化，控制點(diǎn)也將發(fā)生變化。

2.2 “線”上控制

“線”控制的實(shí)質(zhì)就是對(duì)研發(fā)程序的控制。程序是對(duì)操作及處理流程的描述、計(jì)劃和規(guī)定，主要指項(xiàng)目研發(fā)前必須要優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)，制定技術(shù)研發(fā)路線圖，建立和完善各項(xiàng)主要工作的控制線?？蒲许?xiàng)目所出現(xiàn)的任何進(jìn)度滯后、費(fèi)用失控、目標(biāo)不明確、重復(fù)研究等問題，往往是由于違背了程序。特別是油氣上游業(yè)務(wù)，基礎(chǔ)研究與技術(shù)研發(fā)的勘探、開發(fā)、工程等不同主線相互依存、相互影響，一條主線的控制點(diǎn)信息更新，往往對(duì)其他主線的定位與攻關(guān)目標(biāo)產(chǎn)生深刻影響。需通過大數(shù)據(jù)、一體化平臺(tái)等建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、信息共享和資源優(yōu)化體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)核心控制點(diǎn)的程序化監(jiān)管和調(diào)控，從而形成“線”控制。

在實(shí)際工作中，程序并非一成不變。面對(duì)非均質(zhì)性顯著的陸相頁(yè)巖油藏，不同甜點(diǎn)區(qū)、不同鉆井平臺(tái)乃至同平臺(tái)不同油井間地質(zhì)特征差異巨大，相同開發(fā)程序難以適應(yīng)復(fù)雜多變的儲(chǔ)層條件，直接影響最終開發(fā)效果。因此，應(yīng)適時(shí)檢查程序的執(zhí)行情況，及時(shí)修正程序，才能保證程序的科學(xué)性。僵化程序會(huì)限制管理者的主觀能動(dòng)性，不能及時(shí)應(yīng)對(duì)已經(jīng)變化的環(huán)境條件，可能帶來更嚴(yán)重的后果。目前實(shí)施的“地質(zhì)工程一體化”，其內(nèi)涵和任務(wù)就是為了保證“線”控制的有效性，確保每個(gè)階段做到無(wú)縫銜接，避免出現(xiàn)各自為政的現(xiàn)象。

2.3 “面”上拓展

項(xiàng)目的“面”拓展，就是要加大技術(shù)集成與推廣應(yīng)用力度，制定項(xiàng)目推廣應(yīng)用策略，對(duì)項(xiàng)目推廣應(yīng)用全過程進(jìn)行統(tǒng)籌管理，協(xié)調(diào)好多個(gè)參與主體的工作進(jìn)度，形成以市場(chǎng)化為基礎(chǔ)的全生命周期組織管理模式，加速成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化。全生命周期管理是非常規(guī)資源高效動(dòng)用最有效的組織模式，包括勘探、評(píng)價(jià)、優(yōu)選、定案、實(shí)施（計(jì)劃、運(yùn)行）、執(zhí)行（評(píng)估調(diào)整）等階段。各階段有明確的任務(wù)和目標(biāo)，不可逾越，不可脫節(jié)，無(wú)縫銜接，只有完整地完成上一階段的各項(xiàng)任務(wù)，才可以轉(zhuǎn)入下一階段工作。前期研究的認(rèn)識(shí)程度是決定項(xiàng)目最終收益的最關(guān)鍵要素，項(xiàng)目的推進(jìn)過程，就是認(rèn)識(shí)積累學(xué)習(xí)曲線不斷進(jìn)步的過程，通過前期精細(xì)研究和充足投入，保障后期更好的開發(fā)效果。對(duì)于石油企業(yè)，需要立足于油氣資源稟賦與戰(zhàn)略定位，在核心控制點(diǎn)的突破與線上控制的基礎(chǔ)上，為不同類型、不同開發(fā)階段的油氣資源制定合理的勘探開發(fā)策略，推動(dòng)頁(yè)巖油勘探開發(fā)科技創(chuàng)新。

2.4 “點(diǎn)—線—面”三者關(guān)系

“點(diǎn)—線—面”三者相互關(guān)聯(lián)、互相依存、依次遞進(jìn)，其中“點(diǎn)”是基礎(chǔ)，“線”是方式，“面”是目的，三者要統(tǒng)籌考慮、協(xié)同推動(dòng)、不可偏廢。如果不注重“點(diǎn)”上攻關(guān)，會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)研究不足，對(duì)內(nèi)在的差異性和特殊性認(rèn)識(shí)不充分，關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新存在短板，產(chǎn)生木桶效應(yīng)，制約整體效果，例如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的缺乏直接影響水平井的鉆井進(jìn)度和鉆遇率；如果不注重“線”上控制，會(huì)導(dǎo)致研究分散、協(xié)同不足，技術(shù)銜接與配套不充分，創(chuàng)新效率低下，例如儲(chǔ)層地質(zhì)研究與鉆井進(jìn)度不匹配，導(dǎo)致單井產(chǎn)量低、成本過高、效益變差[5，20-21]；如果不注重“面”上應(yīng)用，會(huì)導(dǎo)致研究與應(yīng)用脫節(jié)，技術(shù)集成配套不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。

總之，頁(yè)巖油開發(fā)的速度可以加快，但由點(diǎn)到線、由線到面的程序不可逾越，應(yīng)按部就班、一步一個(gè)腳印，否則會(huì)欲速則不達(dá)、得不償失，形成“年年搞創(chuàng)新、年年有突破、年年在研究”的低水平循環(huán)。

3 對(duì)我國(guó)頁(yè)巖油實(shí)施“點(diǎn)—線—面”方法的建議

與美國(guó)海相頁(yè)巖油不同，我國(guó)陸相頁(yè)巖油主要發(fā)育于中、新生代湖盆背景，沉積環(huán)境變化劇烈，不同盆地間礦物組成差異大，巖心水平方向?qū)永?、裂縫發(fā)育，縱向?qū)佣?、層薄。資源稟賦的特殊性使得我國(guó)頁(yè)巖油業(yè)務(wù)發(fā)展可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較為有限，在前期勘探開發(fā)過程中已暴露出諸多問題。建議按照“點(diǎn)—線—面”方法體系開展工作。

3.1 找準(zhǔn)主要環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)尋求突破

頁(yè)巖油勘探開發(fā)科技創(chuàng)新的“點(diǎn)”上優(yōu)選在于勘探、開發(fā)與工程等環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)與關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)頁(yè)巖油勘探開發(fā)尚處于起步探索階段，勘探方面，我國(guó)頁(yè)巖油復(fù)雜的資源條件決定了頁(yè)巖油業(yè)務(wù)關(guān)鍵控制“點(diǎn)”的內(nèi)容應(yīng)包括建立頁(yè)巖油資源評(píng)價(jià)與分類標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確掌握資源潛力與分布特點(diǎn)；形成儲(chǔ)層巖石多尺度精細(xì)評(píng)價(jià)技術(shù)體系，明確微觀賦存狀態(tài)、流動(dòng)機(jī)理與主控因素；建立頁(yè)巖油甜點(diǎn)地質(zhì)評(píng)價(jià)體系等。開發(fā)方面，“長(zhǎng)水平井段、小井距、密切割、大規(guī)模體積改造”仍是目前主導(dǎo)的頁(yè)巖油開發(fā)方式；但應(yīng)注意我國(guó)陸相成藏頁(yè)巖油的復(fù)雜巖性特征、微觀非均質(zhì)性和廣泛分布的多套泥巖隔夾層，限制了壓裂裂縫縱向穿層，降低了水平井體積壓裂效果，應(yīng)積極探索“頁(yè)巖油直井、小井距、密切割、大平臺(tái)規(guī)模體積改造”方案的可行性。在制定開發(fā)方案時(shí)，相對(duì)延長(zhǎng)頁(yè)巖油井高產(chǎn)期，提高單井總采出量是亟待解決的問題。工程方面，一系列核心工程技術(shù)亟待突破，甚至面臨從0到1的技術(shù)攻關(guān)，例如甜點(diǎn)地震預(yù)測(cè)技術(shù)和高端成像測(cè)井裝備與技術(shù)、一趟鉆與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)、進(jìn)一步提高儲(chǔ)層縱向動(dòng)用程度與裂縫復(fù)雜程度的儲(chǔ)層改造技術(shù)與人工裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)、智能納米驅(qū)油技術(shù)、壓裂驅(qū)替一體化、注氣等提高采收率技術(shù)、“井工廠”開發(fā)技術(shù)等?？紤]到頁(yè)巖油業(yè)務(wù)具有較高的投資風(fēng)險(xiǎn)，完善頁(yè)巖油礦權(quán)、鉆井、完井、基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)等不同環(huán)節(jié)成本評(píng)估，明確不確定性因素影響機(jī)制，同樣需要作為攻關(guān)重點(diǎn)。

3.2 建立頁(yè)巖油勘探開發(fā)工程一體化信息共享平臺(tái)

頁(yè)巖油科技創(chuàng)新需要建立基于數(shù)據(jù)信息共享與勘探開發(fā)工程一體化平臺(tái)的線上控制。讓數(shù)據(jù)說話，用數(shù)據(jù)決策，是頁(yè)巖油資源科學(xué)高效動(dòng)用的顯著特點(diǎn)?？碧?、開發(fā)、工程等不同環(huán)節(jié)的科技創(chuàng)新與發(fā)展既互相影響，又互相制約。一個(gè)控制點(diǎn)的知識(shí)更新，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的線上控制產(chǎn)生影響。例如，地質(zhì)資料具有多解性，需要根據(jù)后端業(yè)務(wù)驗(yàn)證其結(jié)果，不斷修正優(yōu)化地質(zhì)模型及參數(shù)，使之逐漸趨于地下真實(shí)情況。而現(xiàn)實(shí)情況是，工程施工結(jié)果往往不能及時(shí)反饋給地質(zhì)部門，油藏模型得不到及時(shí)修正。為此需要建立頁(yè)巖油業(yè)務(wù)的全生命周期信息共享平臺(tái)，依托大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)，將各專業(yè)數(shù)據(jù)、成果、知識(shí)等信息統(tǒng)一管理，打破信息壁壘，使地質(zhì)評(píng)價(jià)、開發(fā)策略、工程方案等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)更新與優(yōu)化在平臺(tái)上能夠?qū)崟r(shí)查看、有跡可循，實(shí)現(xiàn)整體線上優(yōu)化與控制。

3.3 頂層設(shè)計(jì)引領(lǐng)頁(yè)巖油示范區(qū)建設(shè)

頁(yè)巖油業(yè)務(wù)的“面”上拓展，指的是對(duì)頁(yè)巖油宏觀開發(fā)策略的把控。頁(yè)巖油規(guī)模有效開發(fā)離不開開發(fā)策略的支持與引導(dǎo)，亟需強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，發(fā)揮示范區(qū)引領(lǐng)示范作用。例如，新疆吉木薩爾陸相頁(yè)巖油已于2019年10月通過國(guó)家能源局組織的專家論證，成為我國(guó)首個(gè)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖油示范區(qū)，2020年以來至2月12日，已累計(jì)生產(chǎn)原油近2.5×104t。未來應(yīng)進(jìn)一步在鄂爾多斯、渤海灣、松遼等盆地相關(guān)區(qū)塊建立不同類型頁(yè)巖油示范區(qū)，并在各示范區(qū)內(nèi)開展全生命周期效益評(píng)價(jià)研究，根據(jù)不同地質(zhì)特征和發(fā)展定位制定效益開發(fā)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)模效益動(dòng)用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)組合和政策配合條件，形成頁(yè)巖油勘探開發(fā)工程一體化平臺(tái)與全生命周期組織管理模式，推動(dòng)我國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)陸相頁(yè)巖油開發(fā)過程中，按照“點(diǎn)—線—面”方法體系，應(yīng)做到：加強(qiáng)勘探、開發(fā)、工程、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)；建立基于數(shù)據(jù)信息共享與勘探開發(fā)工程經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)一體化平臺(tái)的線上控制，打破信息壁壘；制定合理的頁(yè)巖油宏觀開發(fā)策略，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，發(fā)揮示范區(qū)引領(lǐng)示范作用，推動(dòng)我國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。