石油勘探家責任之我見——兼論油氣勘探的雙重邏輯和未來趨勢

孫龍德，馮子輝，江航，姜濤

（1.中國石油天然氣集團有限公司，北京 100007；2.中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江大慶 163712；3.黑龍江省致密油和泥巖油成藏研究重點實驗室，黑龍江大慶 163712；4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

2020年，發(fā)生了一些罕見而重大的事件，石油產(chǎn)業(yè)鏈上也出現(xiàn)了一些令業(yè)界和學界始料不及的標志性事件，諸如負油價的出現(xiàn)、熔噴布價格暴漲、?？松梨趶牡拉偹怪笖?shù)調(diào)整出局、石油需求峰值論等。對于這些重大事件及其對油氣勘探的影響，石油勘探家將如何面對和應對，是一個需要研究和探討的重大課題。

1 石油產(chǎn)業(yè)鏈的重大事件

2020年，新型冠狀肺炎對石油產(chǎn)業(yè)鏈的溢出效應巨大，非常震撼，影響到方方面面。發(fā)生于石油產(chǎn)業(yè)鏈上的諸多事件都是歷史未遇，對石油勘探界的影響至深至廣。這里主要分析4個事件。

1.1 石油期貨市場出現(xiàn)負油價

2020年4月20日，WTI紐約原油期貨5月合約價格暴跌，收于-37.63美元/bbl，這是自1859年有現(xiàn)代石油工業(yè)以來從未發(fā)生過的。過去油價曾經(jīng)跌至幾美元甚至幾美分，但負油價前所未有，可謂驚心動魄（見圖1）。《中國石油報》等媒體也報道了負油價事件。

圖1 2020年WTI原油價格走勢

1.2 熔噴布與原油價格走勢嚴重背離

熔噴布作為石油產(chǎn)業(yè)鏈上的一種下游產(chǎn)品，在油價暴跌的時候卻價格暴漲，并且漲幅出奇高，供需達到“一布難求”的地步。它是制造口罩最關(guān)鍵、最核心的材料，而其又以石油為原材料。疫情同時導致WTI和布倫特原油價格走勢與熔噴布的價格走勢產(chǎn)生顯著背離（見圖 2）。據(jù)大慶油田物資裝備部統(tǒng)計，以往每噸幾萬元的熔噴布，2020年5月均價達到了52.5×104元/t，最高時超過60×104元/t，這個小概率事件出現(xiàn)了。

圖2 2020年原油期貨價格與熔噴布價格走勢對比

1.3 埃克森美孚被移出道瓊斯工業(yè)平均指數(shù)

2020年8月24日，全球聞名的標普道瓊斯公司宣布，將對道瓊斯工業(yè)平均指數(shù)進行一次重大調(diào)整，我們所不熟悉的Salesforce取代了埃克森美孚石油公司。中國的第一財經(jīng)網(wǎng)用“?？松梨谧V寫能源股悲歌”這一醒目標題報道了該事件。?？松梨谧?928年被納入道瓊斯指數(shù)以來，曾經(jīng)是全球市值最高的上市公司，是石油行業(yè)無可爭議的一個標桿，但是出局了[1-2]。

1.4 石油需求峰值論

2020年9月14日，《BP世界能源展望（2020年版）》發(fā)布。關(guān)于石油峰值，以往指的是產(chǎn)量達峰，在這版報告中卻指的是消費量達峰。主要體現(xiàn)在3方面：①在凈零情景中，到2050年石油需求將下降80%；②在凈零情景中，預計石油在交通用能中的占比將從2018年的90%下降至2050年的20%；③未來30年，石油需求呈現(xiàn)下降趨勢，2019年可能是人類歷史上石油需求的峰值（見圖3—圖5）[3]。

圖3 3種情景下一次能源消費中各類能源占比（據(jù)文獻[3]修改）

圖4 3種情景下交通用能中各類能源占比（據(jù)文獻[3]修改）

圖5 世界能源液體燃料消費趨勢（據(jù)文獻[3]修改）

過去石油行業(yè)經(jīng)歷過很多變化，盡管有風有雨但還是平穩(wěn)過來了。但近期出現(xiàn)的這些大的事件，產(chǎn)生了人們始料未及的結(jié)果。第一，是石油價格的變化，2020年出現(xiàn)負油價，形象地講價格體系整個被擊穿了。第二，是有很多想不到的東西，出現(xiàn)了反向突變，比如熔噴布價格的逆勢暴漲。第三，是世界石油行業(yè)的標桿倒了，更重要的是 80%以上的能源公司被道瓊斯指數(shù)剔除。這些事件應該都是一些重大的標志性事件，但不是絕對性的，還有一定的不確定性。

上述重大標志性事件，無疑對石油行業(yè)的影響是深遠的，特別是對石油工業(yè)上游領(lǐng)域的影響更為突出。油氣勘探工作則是其中理論技術(shù)密集型的環(huán)節(jié)，也是投資風險最大，受油價波動影響最為明顯的領(lǐng)域之一。在當前乃至未來較長一段時期內(nèi)，石油勘探工作者如何在諸多挑戰(zhàn)面前，通過理論技術(shù)創(chuàng)新，在油氣勘探實踐中探索未知領(lǐng)域，是值得思考的重大命題。

本文基于對世界石油工業(yè)的發(fā)展分析，對近年來中國在油氣勘探新領(lǐng)域如大慶油田古龍頁巖油等重大發(fā)現(xiàn)案例進行解剖，以揭示油氣資源的發(fā)展序列、前景、邏輯關(guān)系和技術(shù)對策，并力圖為石油勘探家形成低成本、高質(zhì)量、高效益找油的思維方式提供啟示。

2 石油勘探的雙重邏輯及發(fā)展趨勢

在整個石油產(chǎn)業(yè)鏈上，勘探處于最前端，一端帶全鏈；反過來，作為勘探工作的重要參與者，勘探家對石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響是巨大的、也是非常特殊的。勘探家的責任就是找油。

2.1 油氣勘探認知的雙重邏輯

石油在地下看不見、摸不著?？碧绞且粋€不斷探索未知，將未知變成已知的過程。找油不僅要有正確的思想方法，還要有科學技術(shù)手段，這兩個方面缺一不可，更重要的是還要有找油的地方。在這方面，華萊士·E·普拉特（1885—1981）著有《找油的哲學》。華萊士是一位大家，他的這篇文章被奉為圭臬，指導了找油的實踐。這篇文章在AAPG Bulletin雜志上刊載了兩次：第1次在1952年第12期發(fā)表；時隔30年后，在1982年第9期又發(fā)表了一次，即華萊士先生去世1周年后再次發(fā)表了這篇文章[4-5]。1984年，這篇文章引入中國，當年發(fā)表在《國外油氣勘探》第1期上[6]。這篇文章最后一段的第一句話是“歸根到底，首先找到石油的地方是在人們的腦海里[6]”。所以人們講，石油在地質(zhì)學家的腦海里，這種理念已經(jīng)深入到每一個人。認真地分析一下可知，找油的哲學主要是指出了人腦和石油的辯證關(guān)系和邏輯關(guān)系，特別強調(diào)了人腦的決定性和能動性。

黑格爾在1817年出版的《小邏輯》一書里有兩句話：一句是“思維自身的本性即是辯證法”，另一句是“辯證法是現(xiàn)實世界中一切運動、一切生命、一切事業(yè)的推動原則[7]”，這與《找油的哲學》所述是吻合的。因此，可以得出一個初步結(jié)論，華萊士找油的哲學是黑格爾式的哲學觀，強調(diào)了人的重要性；但同時混淆了能動性和決定性辯證關(guān)系，過分強調(diào)了主體活動的邏輯關(guān)系。在未來的發(fā)展中，碰到的事物和情況將更復雜，在手段更加先進的情況下，需要歷史地發(fā)展地借鑒。

簡要說明認知的發(fā)展進程：第一，石油是客觀存在的；第二，石油是在人的腦海里，基本反映了華萊士的觀點；第三，向前推進，體現(xiàn)了科學技術(shù)和手段的作用；第四，發(fā)展到現(xiàn)在，是人手拉手、腦跟腦碰撞的。這一進程可以概括為兩句話：一是找油的時候要明確客觀結(jié)構(gòu)和主體活動的關(guān)系，兩者之間存在內(nèi)在張力而又相輔相成的辯證關(guān)系?？陀^結(jié)構(gòu)指未來石油的構(gòu)成，不僅僅是常規(guī)和非常規(guī)的，還有很多其他類型的石油資源；主體活動就是人的想象包括腦力活動。二是要明確主動性和決定性的邏輯關(guān)系，兩者之間是以改變世界的能動論邏輯和基于科學技術(shù)的決定論邏輯的雙重邏輯[8-10]。

以松遼盆地古龍頁巖油為例。近期，古龍頁巖油取得了戰(zhàn)略性、轉(zhuǎn)折性的重大突破。古龍頁巖油的第1口井是在1981年鉆探的，巧合的是，美國頁巖氣之父米歇爾打的發(fā)現(xiàn)井 C.W.Slag#1也是這一年鉆探的。隨后20世紀80年代初、90年代末組織過對松遼盆地白堊系青山口組的攻關(guān)，但一直沒有取得突破性進展。直到2020年，取得了戰(zhàn)略性突破[11]。

頁巖油之所以能夠獲得突破，很重要的一個因素就是發(fā)現(xiàn)了蒙脫石的“死亡線”，顛覆了對黏土礦物副作用的認知。以往認為黏土含量越高，對儲集層品質(zhì)的評價就越低，但實際上黏土礦物之間是有差別的。例如嫩江組、青山口組兩套頁巖的蒙脫石“死亡線”就不一樣，前者是1 200 m（見圖6a），后者是800 m（見圖6b）。以上成果的發(fā)現(xiàn)正是因為勘探家有了新工具——掃描電鏡以及相應的技術(shù)方法。

圖6 古龍頁巖蒙脫石相對含量與埋深關(guān)系圖

這一發(fā)現(xiàn)更重要的意義在于，使勘探家的視野發(fā)生了重大變化。從學科的角度，沉積巖石學與黏土礦物學的聯(lián)系更深。對于砂巖，作為儲集層人們更多關(guān)注“產(chǎn)”和“儲”的問題。而對頁巖，在研究中不僅關(guān)注“產(chǎn)”和“儲”，還要關(guān)注“生”，這是一個認識提高的過程，更重要的是必須要有技術(shù)手段。

利用場發(fā)射掃描電鏡能譜分析技術(shù)獲得的元素面掃描圖，可以精準地把泥頁巖中各類礦物的元素識別出來，用于觀察不同深度、不同演化程度泥頁巖礦物的組成特征。青山口組不同埋深泥頁巖鏡質(zhì)體反射率Ro值分別為0.45%、0.76%、1.61%（見圖7），隨著演化程度的升高，礦物組分發(fā)生重大變化，最大的變化就是蒙脫石消失，伊利石增加，同時伴隨自生石英增加、鈉長石增加、鐵白云石增加、黃鐵礦增加、方解石減少等一系列的變化。通過新的技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)了二三十年前不可能見到的現(xiàn)象。

對于沉積研究，不僅需要關(guān)注現(xiàn)代沉積以及已成巖的巖石，還要關(guān)心沉積物的來源。黏土包裹的有機質(zhì)，原來認為都是水生的，現(xiàn)在看，情況發(fā)生了很大的變化，除了水中自生的，還有一部分是風成，以空氣為介質(zhì)帶來的，另一部分則是通過河流為介質(zhì)帶來的。古龍頁巖里發(fā)現(xiàn)了一些痕跡，這些痕跡沉積下來、慢慢演化。這個過程，大體上可以表示為：氧化硅、鉀長石、蒙脫石，包括碳酸鹽和水，經(jīng)過還原、脫水、溶蝕、結(jié)晶、生烴等一系列復雜的過程，最后形成了伊利石，還有鈉長石、碳酸鈣、黃鐵礦和鐵白云石，發(fā)生了一系列的變化。

電鏡等新技術(shù)手段的發(fā)展，不僅使我們認識了礦物的變化，更重要的是還認識了微觀的結(jié)構(gòu)，包括納米級的微觀結(jié)構(gòu)。原來人工觀察巖心，主要看厘米級、毫米級剖面特征，現(xiàn)在可以看到納米級一系列的變化。可見，沒有手段是不行的（見圖8）。所以，光靠人腦是能動性的，而起決定性作用的還是技術(shù)。決定性和能動性是雙重的邏輯，而不是一個單一的邏輯可以實現(xiàn)的。

圖8 巖心分析手段與精度對比圖

古龍頁巖原來不能出油，最后實現(xiàn)突破并最終出油，就是通過人工改造，巖石內(nèi)部發(fā)生一系列變化的結(jié)果。實驗證實，致密砂巖壓裂后裂縫沿最大主應力方向發(fā)育，基本上是垂直的（見圖9）。但頁巖壓裂后產(chǎn)生了非常復雜的縫隙，這些縫隙單靠巖石力學是無法解釋的（見圖10）。需要說明的是，圖10中的實驗加了示蹤劑，裂縫發(fā)育跟真實巖心是不一樣的。示蹤劑是流體，這里面還有流體力學的性質(zhì)。

圖9 致密砂巖巖心三軸力學試驗后垂直裂縫發(fā)育圖

圖10 頁巖全直徑巖心樣品壓裂后3D灰度圖和裂縫分布圖

目前研究的對象需要多學科相融合。以往研究的砂巖基本是均質(zhì)模型，按照巖石力學的三軸應力產(chǎn)生變化。目前研究頁巖則要用到層狀模型，是一層一層的，在1 m厚的巖層里面可能要超過3 000個頁理，甚至在鏡下看還要豐富得多得多。所以隨著研究手段和研究方法的更新，地質(zhì)認識都會發(fā)生重大而深刻的變化（見圖11）。

圖11 研究對象與研究方法演變示意圖

2.2 油氣資源的客觀構(gòu)成及發(fā)展趨勢

首先看資源。從油氣資源角度上，華萊士的找油哲學是基于常規(guī)的油氣?，F(xiàn)在我們已經(jīng)找到了致密油氣，并在成熟頁巖里面也開采出了油。實際上，未來資源構(gòu)成的正三角底座應該還是很大的，有未成熟頁巖油氣、有機質(zhì)、生物質(zhì)、其他烴類，還包括自然界中的無機烴類（見圖12）。所以，把石油還原到自然界里邊的碳氫化合物來看，資源是豐富的。自然界里碳氫含量是極高的。我們要認識到，資源是客觀存在的，必須一步一步地去認識，對未來要有一個科學的認識論來指導[12]。

圖12 資源數(shù)量分布示意圖

其次看價值。所謂價值，就是真正能把資源變成經(jīng)濟性的商品，現(xiàn)在是常規(guī)的資源和部分的非常規(guī)資源，未成熟頁巖資源、生物質(zhì)、烴類還不能作為經(jīng)濟資源（見圖13）。一個正三角，一個倒三角，越頂端的證明資源的品質(zhì)越好，價值就越大；往下就沒有把它的價值反映出來，勘探家要從上到下探索未知的領(lǐng)域。更重要的是前述的產(chǎn)量峰值論被需求峰值論所替代，為什么被替代？主要是經(jīng)濟、生態(tài)等綜合競爭力不夠，如果競爭力夠了，那不可能被替代，可能要去替代其他的能源。

圖13 資源價值分布示意圖

第三看趨勢。眾所周知，經(jīng)典的油氣資源量預測曲線即哈伯特曲線，是一條鐘型曲線。哈伯特是一個非常知名的地質(zhì)學家，他準確預測了美國過去近百年間的石油產(chǎn)量趨勢。這種趨勢就是一條鐘型曲線，到峰值以后開始下降（見圖14）[13-14]。但是，美國二疊盆地的勘探開發(fā)顛覆了這條曲線，其石油產(chǎn)量自20世紀60—70年代達到高峰1.65×108t，此后在21世紀初降到了0.42×108t，2019年又上升到 1.86×108t（見圖15）。究其原因，原來的曲線是按照常規(guī)的方式預測出來的，在封閉的環(huán)境，沒有考慮到在石油的生產(chǎn)和需求里面，有可預測的也有尚不可預測的，它是共同驅(qū)動所形成的未來的發(fā)展。

圖14 哈伯特經(jīng)典理論曲線（據(jù)文獻[13-14]）

圖15 美國二疊盆地歷年石油產(chǎn)量（數(shù)據(jù)據(jù)文獻[15]）

那么展望未來的石油產(chǎn)量到底是什么樣子呢？未來油氣產(chǎn)量可能不是一個峰，也可能不是兩個峰，把前述的兩個三角形充分耦合，有可能是“波浪式”的，這條線就是未來石油發(fā)展的科學趨勢（見圖16）。隨著理論和技術(shù)的不斷進步，油氣工業(yè)是在不斷地波浪式前進，而不是高峰達到以后，高峰就永遠過去了。

圖16 石油產(chǎn)量未來發(fā)展展望

3 未來石油勘探家的責任

油氣資源前景蘊藏于對未知的探索認識。有兩本書，詮釋了對自然界未知領(lǐng)域的經(jīng)典思想和看法。第1本是《4%的宇宙》，作者是潘內(nèi)克。他認為，在自然界里邊我們能夠認知的、能夠看得到的只占4%，還有95%以上是暗物質(zhì)暗能量，是我們一般尚感覺不到的[16]。因為人類出現(xiàn)的時間放在宇宙時間尺度是極短的，我們的認知是在不斷進步的，但遠沒有達到完全認識客觀世界的程度。隨著人類認識水平的不斷提高，以及技術(shù)手段的增加，我們還有很多的事情需要去做。第2本書是《石油》[17]，已經(jīng)出版90多年了，作者是中國的地質(zhì)學家謝家榮先生。謝家榮是1948年中央研究院的院士，是大慶油田的發(fā)現(xiàn)者之一。他當時寫的這本書，實際上是一個科普讀物。他在書中第 150頁題為“石油之代用品”的一章中指出有兩樣東西將來可能要代替當時已經(jīng)找到的石油。其中一樣就是我們現(xiàn)在所說的油頁巖。還有另外一樣，“頁巖之飽浸石油者”，就是目前所謂的頁巖油[17]。我們的前輩在90年前，就預測到了頁巖油將來要成為替代品。這兩本書反映了同一種思想，這種思想不管是在歷史文獻還是出土文物里，都是有跡可查的?！抖Y記·中庸》里說：“君子之道，譬如行遠必自邇，譬如登高必自卑[18]?！苯诳脊殴ぷ髡咴凇冻窈啞し参锪餍巍防镆舶l(fā)現(xiàn)了：“登高從卑，至遠從邇[19]。”卑就是低，邇就是近。反映了中華民族的傳統(tǒng)思想。

我們把這種思想和“波浪式”曲線結(jié)合起來，就是未來要走的路，從常規(guī)到非常規(guī)資源不斷的變化，不斷發(fā)現(xiàn)它的經(jīng)濟效益和價值，從成熟和未成熟頁巖里面，會不斷發(fā)現(xiàn)新的油氣，來實現(xiàn)我們未來的發(fā)展。

石油工業(yè)發(fā)展愿景有賴于未來科技創(chuàng)新，通過低成本、高質(zhì)量、高效益勘探非常規(guī)乃至未知資源來實現(xiàn)石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展?；仡櫲祟悮v史的發(fā)展，船是最早的運輸工具之一，是以風為動力的，是最為原始的動能，現(xiàn)在我們叫風能。世界上第一輛汽車則是1839年由蘇格蘭人發(fā)明，是電力驅(qū)動的。到了 1886年，又過了近 50年后，發(fā)明了內(nèi)燃機的汽車。到了1912年，歐洲市場上電動車占了 40%，燃油車占了22%，蒸汽驅(qū)的占了 37%。那個時候的電動車比現(xiàn)在多得多，到后來為什么被汽油替代了？因為汽油價格低了，汽油有競爭力了。所以，未來勘探家必須要把這兩張圖（見圖 12、圖 13）結(jié)合起來，要不斷地往前發(fā)展。我們的勘探家應該有智慧、有能力、有辦法，找到更多的、更清潔的、更能用得起的石油，來驅(qū)動人類文明不斷地進步。這就是石油勘探家的責任。

4 結(jié)語

2020年，受新冠肺炎疫情和國際油價暴跌的雙重影響，石油工業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)鏈前端風險最高的石油勘探環(huán)節(jié)受到的沖擊更是前所未有，石油勘探界對未來前景的看法產(chǎn)生分歧。筆者認為，傳統(tǒng)的石油勘探哲學需要在繼承中發(fā)展，單向的邏輯思維方式在重大事件面前難以做出準確的判斷，雙重邏輯思維方式才能提供有效解決方案?？陀^世界仍然存在很多待探索的未知油氣新領(lǐng)域，石油勘探家不能局囿于固有的認識，而應當引入高新科技，并創(chuàng)新油氣勘探開發(fā)理論技術(shù)，積極探索自然界油氣能源領(lǐng)域的認識盲區(qū)，把難動用儲量轉(zhuǎn)換為技術(shù)可采乃至經(jīng)濟可采儲量；此外，還要通過加大科技研發(fā)，逐漸擴大已知資源的范圍，縮小未知資源的邊界。總之，雖然石油工業(yè)的挑戰(zhàn)還在持續(xù)，但是油氣資源前景廣闊，油氣重大發(fā)現(xiàn)的機遇蘊藏于對未知領(lǐng)域的探索和認識中；只要石油勘探家堅持科技創(chuàng)新，石油工業(yè)未來發(fā)展愿景樂觀可期；只要低成本、高質(zhì)量、高效益勘探和探索非常規(guī)乃至未知資源，必然可以實現(xiàn)石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。