中國頁巖油規(guī)模化效益化開發(fā)探析

段文凱

(西南石油大學 地球科學與技術(shù)學院，四川 成都 610500)

2022年年底，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《擴大內(nèi)需戰(zhàn)略規(guī)劃綱要(2022-2035年)》，綱要第三十二條措施“強化能源資源安全保障”中，明確提出“推動頁巖氣穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、提升頁巖油開發(fā)規(guī)模，引導和鼓勵社會資本進入油氣勘探開采領(lǐng)域”。國內(nèi)頁巖油規(guī)模效益開采已上升至國家戰(zhàn)略規(guī)劃的高度。筆者就這一主題，深入國內(nèi)第一大油氣田—長慶油田，進行調(diào)研了解，并以長慶油田頁巖油規(guī)模效益開發(fā)為基礎(chǔ)，對頁巖油的概念特征、規(guī)模效益開發(fā)的意義、美國頁巖油開發(fā)的借鑒、國內(nèi)目前規(guī)模效益開發(fā)存在等問題，進行了深入的研究和思考。結(jié)合長慶油田頁巖油開發(fā)的主要做法，提出了相應(yīng)的解決措施。

1 頁巖油規(guī)?；б婊_發(fā)的意義

按照2020年國家頒布的《頁巖油地質(zhì)評價方法》(GB/T 38718—2020)定義，頁巖油是指“賦存于富有機質(zhì)頁巖層系中的石油”。富含有機質(zhì)頁巖層系烴源巖內(nèi)粉砂巖、細砂巖、碳酸鹽巖單層厚度≤5m，累計厚度占頁巖層系總厚度比例<30%。無自然產(chǎn)能或低于工業(yè)石油產(chǎn)量下限，需采用特殊工藝技術(shù)措施才能獲得工業(yè)石油產(chǎn)量。 因具有“自生自儲、非構(gòu)造高點控制、資源豐度低”等地質(zhì)特征，要實現(xiàn)經(jīng)濟、有效開發(fā)，必須經(jīng)過大規(guī)模人工壓裂改造。北美頁巖油規(guī)模效益開發(fā)，不但降低了美國對外原油依存度，悄悄地改變了世界能源版圖，更是掀起了世界主要能源國家的“頁巖油革命”。頁巖油規(guī)模效益開發(fā)，對目前世界能源格局及我國能源結(jié)構(gòu)的重要意義如下：

1)石油天然氣仍是全球能源供應(yīng)的“壓艙石”。為積極應(yīng)對環(huán)境和氣候的變化，世界各國都在積極推進能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳轉(zhuǎn)變。但油氣資源在能源消費結(jié)構(gòu)中的核心地位能否被大幅度取代，目前爭議還很大。有數(shù)據(jù)顯示，從全球一次能源消費中煤炭、油氣資源、非化石能源的占比看，2020年分別為27%、56%、17%。預計到本世紀中葉，三者占比分別為4%、49%和47%，石油和天然氣占比雖然從56%下降為49%，下降了7個百分點，但從絕對比例來看，仍然占據(jù)核心地位，在世界能源安全供應(yīng)中，“壓艙石”作用不可替代。根據(jù)有關(guān)機構(gòu)預測，到本世紀中葉，全球人口和經(jīng)濟總量將分別達到100億人口和200萬億美元，人口和經(jīng)濟總量的增長，能源需求會不斷擴大。在解決能源貧困、推動欠發(fā)達國家和地區(qū)的工業(yè)化進程中，石油天然氣等傳統(tǒng)化石能源仍將是關(guān)鍵核心要素。因此，在可預見的在未來一段時間內(nèi)，化石能源仍將是主導。

2)肩負著全球能源安全保障、穩(wěn)油增氣和綠色低碳三大使命。隨著油氣資源勘探開發(fā)歷程的不斷推進，高品位、高產(chǎn)高效易開發(fā)的常規(guī)油氣資源不斷枯竭，非常規(guī)油氣的貢獻作用和地位將會越發(fā)凸顯，頁巖油氣、致密油氣和煤層氣將無可置疑的成為下一步戰(zhàn)略資源的接替者，承擔全球能源“安全保障、穩(wěn)油增氣、綠色低碳”三大使命。頁巖油相較于煤炭來講，更符合環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的要求。

3)有效解決我國能源供需矛盾，降低對外依存度，端牢能源飯碗。習近平總書記強調(diào)，能源的飯碗必須端在自己的手中。隨著經(jīng)濟的進一步快速發(fā)展，我國油氣需求增長速度遠大于油氣產(chǎn)量的增長速度，供需矛盾日益凸顯，目前原油進口量已達總需求的70%，是世界上最大的能源進口國。常規(guī)油氣資源在不斷枯竭，與此同時，頁巖油資源儲量大、分布廣，是能源接替的重要組成部分。加大頁巖油的勘探開發(fā)力度，研究新理論和新工藝，實現(xiàn)其規(guī)模效益開發(fā)是必然選擇。

4)加快我國“雙碳”目標的早日實現(xiàn)。2020年，我國能源消費總量為49.8億噸標煤，其中化石能源和非化石能源的占比分別為84.3%和15.7%，化石能源占據(jù)絕對地位。隨著國內(nèi)早起大慶油田、玉門油田等陸上常規(guī)油田開發(fā)進入中晚期和穩(wěn)產(chǎn)期，上產(chǎn)能力下降，在滿足我國經(jīng)濟快速發(fā)展、有效解決資源接替方面，非常規(guī)油氣規(guī)模化開發(fā)將發(fā)揮巨大潛力，也必將對國民經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮重要意義。

5)推動我國油氣勘探理論創(chuàng)新和技術(shù)進步。頁巖油儲量大，規(guī)模效益開發(fā)可迅速增加動用程度。推動油氣勘探理論創(chuàng)新和技術(shù)進步。我國的頁巖油資源豐富，技術(shù)可采資源量43.52億t(EIA .Sep 24，2015)，居世界第三位。根據(jù)美國能源信息署(EIA)資料顯示，中國頁巖油儲量4.36億t，居世界第一。頁巖油成藏理論打破了傳統(tǒng)地質(zhì)學關(guān)于“油氣資源只能賦存于非致密層”的傳統(tǒng)認識，有利于推動我國油氣勘探理論創(chuàng)新和技術(shù)進步。

2 北美頁巖油開發(fā)突破的借鑒意義

美國頁巖油生產(chǎn)主要集中在Permian，EagleFord和Bakken三大油氣區(qū)塊，其原油產(chǎn)量占總產(chǎn)量的80%以上。北美頁巖油的開發(fā)經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)、認識突破、快速發(fā)展三個階段。1973年石油危機爆發(fā)以后，美國提出了能源獨立戰(zhàn)略，核心是提高能源自給率。2012年，美國的石油對外依存度從2005年的60%下降到了52%，下降的主要原因除能源效率提升、天然氣對煤炭、石油的替代外，頁巖油產(chǎn)量快速增長起到了主要作用。EIA估計，墨西哥灣深水油氣和頁巖油氣將是美國今后幾十年原油產(chǎn)量增長的主要領(lǐng)域。頁巖油成本主要包括鉆井成本、完井成本、設(shè)備成本和運營成本，近年來北美頁巖油平均完全成本在30～50美元/桶之間。在油價60美元/桶左右，仍有豐厚的利潤空間。北美頁巖油能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模效益快速開發(fā)，主要因素有：

1)突破了關(guān)鍵技術(shù)，并將其推廣至規(guī)模應(yīng)用。美國頁巖油核心技術(shù)包括壓裂技術(shù)和水平井技術(shù)，這些核心技術(shù)的研發(fā)和規(guī)模應(yīng)用，大幅提升了頁巖油產(chǎn)量，降低了開采成本，提升了經(jīng)濟效益。

2)政府主導完成了大量的基礎(chǔ)性和區(qū)域性資源調(diào)查、評價、研究工作。特別是重點礦區(qū)資源的評價，極大地促進了頁巖油資源的開發(fā)。

3)靈活的融資渠道。頁巖油產(chǎn)量遞減率很高，需要依靠大量投資方能維持油井產(chǎn)量穩(wěn)定，新井產(chǎn)量第一年為600桶/天，每年遞減約40%，按照每口井投資700萬美元、日增油1000桶測算，要彌補40%遞減，需要新增1.67口井、1170萬元投資成本，因此，要實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，需要源源不斷的資金投入。美國石油企業(yè)間的充分競爭，充分滿足油氣公司需求的服務(wù)市場等“軟實力”，為頁巖油的規(guī)模效益開發(fā)提供了充足的資金保障、技術(shù)保障和競爭保障。

3 我國頁巖油規(guī)模效益開發(fā)存在的主要問題

我國頁巖油開發(fā)目前仍處于基礎(chǔ)理論攻關(guān)和規(guī)模經(jīng)濟性開發(fā)試驗階段，擴大資源發(fā)現(xiàn)規(guī)模、實施規(guī)模效益開發(fā)，還存在“技術(shù)難度高、風險高、前期投入資金高”的“三高”特點，規(guī)模效益開發(fā)面臨的突出問題主要是：有資源、有儲量，開采困難，投資大，成本高，效益低。

1)有資源、有儲量，家底豐厚。據(jù)國際能源署預測，我國陸相頁巖油資源量約1500億噸、可采資源量約30～60億噸，僅次于美國、俄羅斯，遠高于國內(nèi)常規(guī)油氣資源量，被認為國內(nèi)最具潛力和戰(zhàn)略性的石油接替資源。且頁巖油地質(zhì)分布以陸相為主，幾乎主要的盆地都有分布，只要明確頁巖油的賦存狀態(tài)和富集高產(chǎn)規(guī)律，就可以保證勘探成功率，是未來重要的戰(zhàn)略性接替資源。2010年以來，我國借鑒北美頁巖油開發(fā)經(jīng)驗，加快頁巖油產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成為全球第三個實現(xiàn)頁巖油氣規(guī)模開采的國家，但“產(chǎn)量僅占國內(nèi)油氣當量的6.7%”，資源優(yōu)勢難以轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量優(yōu)勢，與之相對應(yīng)的是，2021年我國石油對外依存度72%。

2)開采難度大，技術(shù)要求差異大，突破難度大。與北美海相頁巖油相比，我國陸相頁巖油具有“分布面積小、成熟度低、非均質(zhì)性強、密度大、含蠟高、可流動性差、甜點預測不確定性高”等7個顯著特征。 與常規(guī)油相比，頁巖油更多是以吸附狀態(tài)出現(xiàn)，不論是油藏孔隙度、還是含油飽和度都更低，游離態(tài)的油更少。在開采過程中，存在著結(jié)垢堵塞、長水平井井筒處理遇阻頻繁、占井周期長、部分水平井產(chǎn)能未完全發(fā)揮等問題，產(chǎn)量遞減快是最核心的表現(xiàn)。從技術(shù)層面來看，“水平井+分段體積壓裂”主體工藝技術(shù)不斷成熟，但仍存在“基礎(chǔ)理論研究薄弱、關(guān)鍵工具產(chǎn)品依賴國外進口、鉆采工藝模仿北美、不同區(qū)塊工程技術(shù)水平差異大”等主要問題。

3)投資大，成本高，效益低。與北美相比，我國頁巖油藏地質(zhì)條件復雜，開發(fā)技術(shù)與管理模式仍在探索完善中，無法形成規(guī)模效益。雖然各油氣田企業(yè)也在大力倡導學習推廣北美頁巖油“勘探開發(fā)和地質(zhì)工程一體化管理模式”，但傳統(tǒng)的“接力式”的勘探開發(fā)模式仍發(fā)揮著主導作用，不能形成全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)管理模式，真正意義上的一體化團隊融合效果還不能顯現(xiàn)，協(xié)同效應(yīng)不能發(fā)揮。因頁巖油開發(fā)主要技術(shù)是“水平井+體積壓裂”，壓裂要打進去砂子、液體，把砂子帶進去，這樣就有很多額外的投資，且初期產(chǎn)量在1年后遞減約40%，1口水平井投資相當于常規(guī)井3口投資，導致投資成本相當高。相比于30美元/桶的美國巴肯頁巖油開發(fā)成本，國內(nèi)頁巖油高出其兩到三倍，在國際油價一定的情況下，效益開發(fā)任重道遠。

4 長慶油田頁巖油規(guī)模效益開發(fā)歷程及主要做法

位于鄂爾多斯盆地的長慶油田，是我國產(chǎn)量規(guī)模最大的油氣田企業(yè)。其地質(zhì)特征屬于國際上典型的低滲、低壓、低豐度，油氣儲層致密，將油氣從地下開采出來異常困難，俗稱“磨刀石上鬧革命”。通過持續(xù)10余年的不斷探索和攻關(guān)，截止目前，長慶油田建成了200萬t頁巖油開發(fā)示范基地，總產(chǎn)量占國內(nèi)頁巖油產(chǎn)量三分之二。

1)探索階段。2011—2015年，長慶油田參照當時中國致密油的定義，將長7段油層歸類于致密油，積極推進地質(zhì)綜合研究，學習國外非常規(guī)油氣“水平井+體積壓裂”的開發(fā)理念，建成了西2**水平井攻關(guān)試驗區(qū)，積極開展多項技術(shù)攻關(guān)，未取得實質(zhì)性成果。

2)攻關(guān)階段。2015～2021年，隨著對長7段頁巖油地質(zhì)認識的不斷深入，探索形成了“勘探開發(fā)、地質(zhì)工程、科研生產(chǎn)”三個一體化技術(shù)體系，按照平臺小工廠、區(qū)域大工廠的思路，開展工廠化作業(yè)，在臺長負責制的基礎(chǔ)上，設(shè)立“設(shè)計+生產(chǎn)”雙臺長；實現(xiàn)了“現(xiàn)場數(shù)據(jù)、后臺系統(tǒng)、專家遠程決策指揮”的數(shù)智化支持模式；在考核方面，通過“方案單審、投資單列、成本單核、產(chǎn)量單計、效益單評”的方式，進行項目全生命周期考核，大幅提高了頁巖油勘探開發(fā)的管理水平和質(zhì)量管控能力。

3)取得的成效。

一是率先建成我國首個百萬噸級頁巖油開發(fā)示范區(qū)。通過近10年堅持不懈的探索和攻關(guān)，成功發(fā)現(xiàn)國內(nèi)最大的頁巖油油田——慶城油田，率先建成我國首個百萬噸級頁巖油開發(fā)示范區(qū)，引領(lǐng)了國內(nèi)頁巖油勘探開發(fā)。

二是在技術(shù)方面掌握了一體化的技術(shù)體系。在地質(zhì)方面，通過開展地質(zhì)、物探、測井、工程等多學科一體化攻關(guān)試驗，形成了頁巖油的“甜點”評價技術(shù)；在鉆完井方面，形成了“大井叢、多層系、立體式”的水平井優(yōu)、快技術(shù)；在體積壓裂方面，形成了集“造縫、蓄能、驅(qū)油”一體化的水平井技術(shù)體系。

三是轉(zhuǎn)變思路，調(diào)整部署，實現(xiàn)規(guī)模效益建產(chǎn)。在長7段落實頁巖油含油范圍約3000平方公里，在鄂爾多斯盆地湖盆中部發(fā)現(xiàn)了“10億t級、單砂體厚度小于 5 m 的夾層型頁巖油—慶城大油田”，隨后部署的城*1井和城*2井兩口水平井，均獲得日產(chǎn)上百t的高產(chǎn)工業(yè)油流，頁巖油勘探取得重大突破。

四是按照“多層系、立體式、大井叢、工廠化”的開發(fā)思路，截至目前已經(jīng)順利建成了100萬t的國家級頁巖油示范區(qū)，通過持續(xù)滾動開發(fā)投入，預計到 2030年，將建成500萬t/a產(chǎn)能力，將為國內(nèi)頁巖油的規(guī)模化、效益化開發(fā)提供積極有效的創(chuàng)新實踐。

五是建成了亞洲陸上最大的頁巖油長水平井平臺。華H1**作為國家科技重大專項頁巖油開發(fā)示范工程重點平臺，共部署水平井31口，占地約45畝，該平臺建設(shè)屬于國家級重大科研專項，取得了亞洲“水平井平臺最大、單井平均水平段最長、累計水平井段最多、有效控制儲量最大、縫控動用儲量最大”等五項歷史性突破，預測產(chǎn)油能力較常規(guī)井增加超過10倍。打造了“隱形”采油航母。創(chuàng)造了水平井鉆井最短周期7.75天等18項紀錄，完成總進尺15萬米，提速達42%。實現(xiàn)了效率和效益的最大化。是隴東頁巖油勘探開發(fā)實現(xiàn)的又一次革命性跨越。

5 頁巖油規(guī)模效益開發(fā)的主要建議

1)深化地質(zhì)理論認識和前期評價，明確地質(zhì)儲量，高效指導生產(chǎn)部署。針對頁巖油的地質(zhì)特征，持續(xù)開展細粒沉積體系及成因機制、有機質(zhì)富集主控因素、儲集條件、成藏機理等理論研究，形成甜點分布等一系列工業(yè)化圖件，高效指導生產(chǎn)部署。深化紋層型及頁理型兩種類型頁巖油儲集性、含油性、烴類賦存狀態(tài)及可動性認識，進一步明確富集機理、甜點評價標準。開展?jié)B流機理研究，建立適應(yīng)性油藏模型。探索攻關(guān)泥頁巖層系復雜巖性壓裂改造技術(shù)，超前準備泥頁巖鉆井及壓裂適用性工藝，為有效動用頁巖油提供技術(shù)支撐。

2)突破水平井鉆井、壓裂等“卡脖子”技術(shù)，將豐富的地質(zhì)儲量變成技術(shù)可采儲量。頁巖油是保障國家能源安全的重要戰(zhàn)略性接替資源。長慶油田開發(fā)的鄂爾多斯盆地頁巖油資源豐富，但油藏地質(zhì)特征“先天不足”，資源稟賦差、儲層致密，孔隙不到頭發(fā)絲的三十分之一，堪稱“磨刀石中的磨刀石”，且長慶頁巖油開發(fā)區(qū)域環(huán)境多為環(huán)境敏感區(qū)、水資源保護區(qū)、煤礦重疊區(qū)、工業(yè)園區(qū)等，要做到規(guī)模效益開發(fā)，必須用到壓裂技術(shù)，而水力壓裂就是一種有效手段。

長慶油田頁巖油的開發(fā)，長期致力于探索適用于“規(guī)模效益和全生命周期管理”的技術(shù)體系。在開發(fā)技術(shù)方面，創(chuàng)造型的研究總結(jié)了“悶、排、采、增、補”系列技術(shù)，能夠最大化EUR；在產(chǎn)能恢復方面，探索總結(jié)了“三個延伸”的技術(shù)體系；在井筒治理方面，形成了“五防”系列技術(shù)，包括持續(xù)聚焦井筒工藝配套，持續(xù)探索自產(chǎn)液熱洗規(guī)律等，井筒綜合治理水平大幅提升，單井作業(yè)頻次不斷降低；在綜合防治方面，提出了“連續(xù)油管+井下開關(guān)器”工廠化快速投產(chǎn)和智能電潛無桿采油模式，綜合統(tǒng)籌了地面與智能化的配套設(shè)施，“加砂難、造縫難、排液難”的問題得到了有效解決。隴東頁巖油示范區(qū)華H1**平臺，實現(xiàn)了大平臺高效施工、安全智能生產(chǎn)，平均單井投產(chǎn)周期從半個月縮短到兩天，優(yōu)化比例約87%，大幅提升了見油周期；水平井二氧化碳補能試驗取得關(guān)鍵性突破，實現(xiàn)了可采儲量的最大化。

3)建立一體化團隊運行模式，將地質(zhì)可采儲量變成經(jīng)濟可采儲量。長慶油田在頁巖油水力壓裂實驗場建設(shè)過程中，以地質(zhì)油藏模型為核心，通過成立一體化的項目研究團隊、一體化的現(xiàn)場實施團隊、一體化的專家咨詢團隊，有效集結(jié)各方面、各專業(yè)的優(yōu)勢研究力量，對現(xiàn)有技術(shù)進行完善，對新技術(shù)開展孵化，以目標和成果為導向，全面實現(xiàn)頁巖油開發(fā)的合作共贏、共同發(fā)展。在一體化團隊中，既包括地質(zhì)、勘探、工藝、鉆井、壓裂、經(jīng)營、財務(wù)等多專業(yè)，也包括中國石油大學(北京)、中國石油勘探開發(fā)研究院、中國石油工程技術(shù)研究院、洲際海峽能源、斯倫貝謝等單位和專家。多學科、跨領(lǐng)域團隊運行模式，共同協(xié)調(diào)解決技術(shù)攻關(guān)問題。

4)多項政策集中發(fā)力，切實實現(xiàn)頁巖油規(guī)模效益開發(fā)。北美頁巖油實現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)，除技術(shù)突破之外，政府政策扶持、資本運作也為其提供了關(guān)鍵的催化作用。我國頁巖油開發(fā)，同樣需要多項政策的集中發(fā)力。一是國家政策支持。包括加大頁巖油科研投入力度，擇機設(shè)立頁巖油等非常規(guī)油氣資源的風險勘探專項管理基金，積極倡導、組織多層次、多維度、政府資金和民間資本廣泛參與的聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，將頁巖油勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)納入國家油氣科技重大專項，建設(shè)國家級頁巖油技術(shù)攻關(guān)示范區(qū)和先導試驗區(qū)，在土地、水源、資源稅收政策等方面給予大力的支持，促進頁巖油勘探開發(fā)盡快實現(xiàn)關(guān)鍵性戰(zhàn)略性的突破。二是參照目前的致密氣、煤層氣補貼政策，實施頁巖油開發(fā)相關(guān)的財政政策補貼。積極出臺一些能夠大力支持頁巖油勘探開發(fā)的補貼、稅收優(yōu)惠政策，鼓勵企業(yè)加大頁巖油的勘探和開發(fā)力度。補貼政策可以直接增加油氣田企業(yè)的經(jīng)營效益，企業(yè)用盈余收益再加大研發(fā)投入，取得技術(shù)進步以后進一步降低成本費用，增加產(chǎn)量的同時又能增加國家稅收收入，降低我國原油進口的依賴，形成良性的循環(huán)拉動和促進作用。三是出臺激勵政策，引導和鼓勵社會資本進入油氣勘探開采領(lǐng)域。切實落實《擴大內(nèi)需戰(zhàn)略規(guī)劃綱要(2022-2035年)》，包括與世界先進能源企業(yè)、民營企業(yè)合資合作等，共同推動國內(nèi)頁巖油規(guī)模效益開發(fā)。