天然氣大發(fā)現(xiàn)

文 賈承造

2023年6月6日，中國(guó)石油首個(gè)自主開發(fā)的特高含硫氣田——四川達(dá)州鐵山坡氣田全面達(dá)產(chǎn)，日產(chǎn)天然氣400萬立方米，并進(jìn)入國(guó)家天然氣管網(wǎng)，源源不斷輸往長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶，將惠及2億居民。實(shí)現(xiàn)特高含硫氣田“少井高產(chǎn)”開發(fā)的重大突破，這在十幾年前是難以想象的。

我國(guó)資源稟賦的特點(diǎn)是“富煤、缺油、少氣”。長(zhǎng)期以來，石油與天然氣資源對(duì)外依存度過高，一度曾超過70%與40%，觸及能源安全的警戒線。尤其是天然氣，因?yàn)榍鍧崱⒏咝?、安全、環(huán)保，已成為全球清潔能源的后起之秀，產(chǎn)業(yè)需求越來越旺盛，供應(yīng)不足的矛盾愈加突出。尤其在節(jié)能減排、綠色發(fā)展的時(shí)代背景下，天然氣在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比持續(xù)上升。大幅提升天然氣的自給率，保障能源安全，成為國(guó)家的一項(xiàng)重大課題。從2007年開始，我國(guó)天然氣生產(chǎn)一路開掛，產(chǎn)量從2006年的586億立方米猛增至1925億立方米，一舉超過卡塔爾和加拿大，躋身世界第四大產(chǎn)氣國(guó)。龍頭企業(yè)牽頭，全面集結(jié)國(guó)家頂尖科研力量，一張藍(lán)圖繪到底，充分發(fā)掘各類經(jīng)營(yíng)主體潛力，擼起袖子加油干，形成了社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下全新的科技創(chuàng)新模式。

石油工業(yè)站在科技最前沿

石油行業(yè)雖然屬于采掘業(yè)，但是它的科技含量非常高。我舉一個(gè)例子，全世界特大型的計(jì)算機(jī)最早都在哪里應(yīng)用？第一個(gè)是軍事部門，第二個(gè)是中央銀行，第三個(gè)是石油公司。石油行業(yè)需要最新的技術(shù)、最高水平的技術(shù)，而它們往往也是很昂貴的技術(shù)。

“深地一號(hào)”挺進(jìn)地下萬米氣藏，刷新了亞洲最深井紀(jì)錄

“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”是《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》確定的10個(gè)科技重大專項(xiàng)之一，是唯一由企業(yè)牽頭組織實(shí)施的重大專項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱“油氣專項(xiàng)”），也就是由中國(guó)石油牽頭組織實(shí)施的專項(xiàng)。充分發(fā)揮油氣行業(yè)大兵團(tuán)聯(lián)合攻關(guān)的優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)業(yè)聚集度高的行業(yè)探索出一條由企業(yè)牽頭組織實(shí)施重大科技項(xiàng)目的創(chuàng)新之路，以大型石油骨干企業(yè)科技聯(lián)盟為主體實(shí)現(xiàn)了科技創(chuàng)新的統(tǒng)一計(jì)劃、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一攻關(guān)。“油氣專項(xiàng)”聚焦能源安全，其中一項(xiàng)核心任務(wù)，就是提高油氣開發(fā)的技術(shù)水平，突破深層油氣資源勘探開采技術(shù)。其中，天然氣的勘探與開發(fā)，更是重中之重。近年來，作為清潔能源的后起之秀，在全球范圍內(nèi)，天然氣的需求與日俱增，能源消費(fèi)占比快速提升，所以，大力勘探、開發(fā)天然氣資源，成為保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。但是，這涉及地質(zhì)理論研究、勘探技術(shù)突破、材料研發(fā)、設(shè)備制造、管理與服務(wù)配套等，是極其復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程。而且，天然氣往往蘊(yùn)藏在地層深處，我國(guó)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)技術(shù)裝備起步較晚，也給項(xiàng)目推進(jìn)帶來巨大挑戰(zhàn)。

從20世紀(jì)50年代初至70年代末，我國(guó)老一輩石油人苦苦尋覓，先后五入塔里木盆地。但“空井還是一口接著一口”，打探井就像開盲盒，要開這個(gè)盲盒，至少耗費(fèi)幾千萬元，甚至上億元。面對(duì)56萬平方公里的大漠戈壁、斷崖險(xiǎn)灘，該去哪兒找油找氣？之前，石油行業(yè)公認(rèn)的找油理論認(rèn)為，油氣層一般聚集在2000米到4000米左右的深度，但這個(gè)理論在我國(guó)的勘探實(shí)際中卻似乎不太管用。

石油勘探的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)步，離不開地質(zhì)理論的支撐。面對(duì)我國(guó)復(fù)雜的盆地深層，“油氣專項(xiàng)”把深層油氣地質(zhì)理論的探索研究任務(wù)交給了中國(guó)科學(xué)院，由地質(zhì)與地球物理研究所牽頭，組織院內(nèi)外有關(guān)科研單位進(jìn)行科研攻關(guān)，登記在冊(cè)的科研人員有1600多人。

經(jīng)過對(duì)深層油氣地質(zhì)理論的深入研究，中國(guó)科學(xué)院組織的研究團(tuán)隊(duì)摸清了深層超深層高溫高壓條件下油氣形成到富集的規(guī)律，破除了深層儲(chǔ)層必然致密的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，梳理清楚了盆地深層-超深層油氣運(yùn)聚成藏、調(diào)整改造的過程，認(rèn)識(shí)了其盆地演化背景和條件。研究人員確認(rèn)生油生氣的重要物質(zhì)——干酪根，在地下深層、超深層同樣存在，甚至油氣轉(zhuǎn)化效率更高。徹底扭轉(zhuǎn)了原來深層油氣儲(chǔ)層質(zhì)量差的錯(cuò)誤認(rèn)知。

在創(chuàng)新地質(zhì)理論的支持下，我國(guó)油氣勘探全面向深地挺進(jìn)，僅塔里木盆地探明的埋深超過6000米的油、氣資源，就分別占全國(guó)的83.2%和63.9%，是我國(guó)最大的深地油氣富集區(qū)。目前，我國(guó)最深的出氣井深達(dá)7482米，最深的探井已經(jīng)超過9000米。2021年，塔里木油田油氣產(chǎn)量繼2020年首次突破3000萬噸之后，又沖上了3182萬噸新臺(tái)階，形成了兩個(gè)萬億方大氣區(qū)和一個(gè)10億噸大油區(qū)的全新格局。除了深地常規(guī)油氣之外，深海和非常規(guī)天然氣勘探也取得重大進(jìn)展。

“油氣專項(xiàng)”實(shí)施以來，2007年到2022年，我國(guó)天然氣探明儲(chǔ)量不斷攀升，連續(xù)5年超過5000億立方米。其中，在四川盆地發(fā)現(xiàn)了安岳、元壩等大氣田，安岳氣田是我國(guó)地層最古老的特大型氣田，獲三級(jí)儲(chǔ)量1.5萬億立方米，被譽(yù)為我國(guó)天然氣發(fā)展史上最重大的發(fā)現(xiàn)。

強(qiáng)化科技攻關(guān)和示范工程結(jié)合

但是，如何將這些埋藏在地殼深處的油氣資源順利開采出來，成了擺在“油氣專項(xiàng)”面前的又一大難題。通過“重大專項(xiàng)”，能夠迅速集中國(guó)家優(yōu)勢(shì)科研力量，單點(diǎn)突破，為基礎(chǔ)理論研究提供有力保障，成為我國(guó)天然氣大發(fā)現(xiàn)的根本保證。但是，開采天然氣所需的各種新技術(shù)和新裝備，卻也是繞不開的問題與課題。天然氣往往隱藏在地殼深處，開采難度前所未有，深層油氣地震成像、深地與深海鉆井技術(shù)等各種前沿技術(shù)與裝備的突破勢(shì)在必行。在國(guó)家“油氣專項(xiàng)”支持下，全國(guó)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)資源協(xié)同攻關(guān)，在塔里木盆地聯(lián)合打造出天然氣開采工程——“深地一號(hào)”，挺進(jìn)地下萬米氣藏，刷新了亞洲最深井紀(jì)錄。它通過一臺(tái)或多臺(tái)鉆機(jī)，以流水線作業(yè)的方式進(jìn)行鉆井、完井、地面工程建設(shè)，構(gòu)建大型“井工廠”，全面提升了天然氣鉆井效率，為我國(guó)陸地非常規(guī)天然氣開采提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

頁(yè)巖氣、致密氣和煤層氣屬于非常規(guī)氣，在我國(guó)儲(chǔ)量非常豐富，占了全國(guó)天然氣產(chǎn)量的40%。我國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜，非常規(guī)氣因?yàn)槟軌虮４妫慌缕茐?，所以有很大資源價(jià)值。但是我國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)也面臨很大的問題：這是全新的資源，屬于非常規(guī)油氣資源，是天然氣，也是甲烷氣。它本身的運(yùn)移富集成藏包括整個(gè)開發(fā)機(jī)理和常規(guī)氣是不一樣的，常規(guī)氣叫大氣流，打穿了以后有壓差就可以流動(dòng)；頁(yè)巖氣、致密氣是不流動(dòng)的，必須壓裂底層以后才能夠釋放流動(dòng)，所以就非常復(fù)雜。另外，我國(guó)的頁(yè)巖氣跟美國(guó)等其他國(guó)家已經(jīng)開發(fā)的頁(yè)巖氣還有很大的差別，我國(guó)的頁(yè)巖氣構(gòu)造更復(fù)雜，所以頁(yè)巖氣、致密氣、煤層氣等非常規(guī)氣的勘探開發(fā)，始終是貫穿整個(gè)“油氣專項(xiàng)”運(yùn)營(yíng)過程中的一個(gè)重點(diǎn)。要強(qiáng)化科技攻關(guān)和示范工程的結(jié)合，推動(dòng)成果集成和快速轉(zhuǎn)化。我們現(xiàn)在很多的科研成果到最后沒有能夠?qū)崿F(xiàn)，成果沒有能夠轉(zhuǎn)化，很重要的是缺了后面這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，所以我們一開始就強(qiáng)調(diào)了示范工程的作用，這也是我們的一個(gè)創(chuàng)舉。

我們創(chuàng)新了頁(yè)巖氣的富集高產(chǎn)理論、地球物理甜點(diǎn)預(yù)測(cè)、地質(zhì)工程一體化壓裂、復(fù)雜山地水平井組、工廠化作業(yè)等這些全新的裝備和技術(shù)體系，推動(dòng)了長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)示范區(qū)2020年產(chǎn)量達(dá)到100億立方米，涪陵示范區(qū)創(chuàng)造了累產(chǎn)超過370億立方米的國(guó)內(nèi)新紀(jì)錄，有力支撐了四川盆地海相頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)了高效勘探開發(fā)，整體技術(shù)水平從跟跑到了并跑。

另外就是鉆井技術(shù)。因?yàn)轫?yè)巖最大的難度，它并不是特別深，最深也就是4000多米，但是它要求打很長(zhǎng)的水平井，打水平井的難度非常大。為了節(jié)省土地，我們不能一口井占一個(gè)井場(chǎng)，所以要建立一個(gè)井工廠。這個(gè)井工廠里最多打到20多口井，一般都要打十幾口井。這樣就能少占地，同時(shí)也提高了效率，減少了鉆機(jī)的搬遷。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為成熟技術(shù)，大大地提升了四川頁(yè)巖氣開發(fā)和鉆井的效果，也是我國(guó)獨(dú)有的技術(shù)。

強(qiáng)化科技攻關(guān)和示范工程相結(jié)合，推動(dòng)成果集成和快速轉(zhuǎn)化，成為天然氣開發(fā)成功向深地挺進(jìn)的有效模式。除了深地，我國(guó)還有豐富的天然氣資源深埋在海底，其開采難度比深地有過之而無不及。1500米，通常被國(guó)際上定義為深水與超深水的分界線。在海南陵水海域，有一個(gè)“巨無霸”傲然矗立在藍(lán)海之上。它就是全球首座十萬噸級(jí)深水半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)——“深海一號(hào)”。它可以把水下1500米深的天然氣采出來，通過海底管道接入全國(guó)天然氣管網(wǎng)，而從1500米的深海到千家萬戶的灶頭，完成這趟“旅行”只需1天。

作為“油氣專項(xiàng)”的重大成果，“深海一號(hào)”被譽(yù)為我國(guó)海洋工程建造領(lǐng)域集大成之作，實(shí)現(xiàn)了3項(xiàng)世界級(jí)創(chuàng)新、運(yùn)用了13項(xiàng)國(guó)內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)，搭載近200套關(guān)鍵油氣處理設(shè)備。同時(shí)在全球首創(chuàng)半潛平臺(tái)立柱儲(chǔ)油，最大儲(chǔ)油量近2萬立方米，實(shí)現(xiàn)了凝析油生產(chǎn)、存儲(chǔ)和外輸一體化功能，是我國(guó)深水油氣開發(fā)和海洋工程裝備技術(shù)的重大突破，標(biāo)志著我國(guó)海洋石油勘探開發(fā)能力實(shí)現(xiàn)從300米深水向1500米超深水的歷史性跨越。

強(qiáng)化企業(yè)創(chuàng)新主體投入和創(chuàng)新激勵(lì)力度，催生創(chuàng)新內(nèi)在動(dòng)力。關(guān)鍵就是要把科研體系創(chuàng)新的積極性激發(fā)出來，把它的作用發(fā)揮出來，這樣才能夠取得最好的效果。東方地球物理勘探公司是非常典型的一個(gè)例子。它是中國(guó)石油下屬一個(gè)專業(yè)的地球物理公司，也是國(guó)內(nèi)外知名的專業(yè)化地球物理公司。在“油氣專項(xiàng)”長(zhǎng)期的支持下，這個(gè)公司在硬件、軟件、配套技術(shù)、服務(wù)能力包括制造能力方面取得了全面的發(fā)展。我們知道，大型工業(yè)軟件我國(guó)到目前為止能夠?qū)崿F(xiàn)自主化發(fā)展，完全依靠國(guó)外的比較少，難度非常大，也是國(guó)家下一步攻關(guān)的一個(gè)重點(diǎn)。東方地球物理勘探公司在20年前就開始以GeoEast為主，立志研發(fā)跟國(guó)外同等先進(jìn)完全獨(dú)立自主的大型工業(yè)軟件，而且獲得了成功。大型軟件關(guān)鍵設(shè)備自主化，是工業(yè)界走向世界、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵的一步。GeoEast大型軟件，已成為全球三大主流軟件之一，推動(dòng)了一系列油氣大發(fā)現(xiàn)，先后獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一、二等獎(jiǎng)，成為我國(guó)大型工業(yè)化軟件研發(fā)的標(biāo)志性成果。

“油氣專項(xiàng)”在實(shí)施過程中，一共有8.5萬多人次參與、5萬多人長(zhǎng)期參加，大家做了大量的工作，付出了辛苦的努力，取得了很大的成果，實(shí)現(xiàn)了“6212”的科技攻關(guān)總體目標(biāo)?！?212”就是6大技術(shù)系列、20項(xiàng)重大技術(shù)、10項(xiàng)重大裝備、22項(xiàng)示范工程，它的科技攻關(guān)目標(biāo)主要是圍繞陸相的油氣勘探、陸相的油氣開發(fā)、陸相的油氣工程、海洋的油氣勘探開發(fā)，還有包括海外的油氣勘探開發(fā)及煤層氣的勘探開發(fā)來進(jìn)行部署的。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)支撐了我國(guó)油氣出產(chǎn)量總目標(biāo)的完成，可以說比較全面、系統(tǒng)、徹底地對(duì)整個(gè)中國(guó)石油工業(yè)上游的科技體系進(jìn)行了一次大規(guī)模的提升，同時(shí)石油工業(yè)的科技自主能力顯著增強(qiáng)。這個(gè)項(xiàng)目總共申請(qǐng)發(fā)明專利8800多件，授權(quán)4900多件，申請(qǐng)軟件著作權(quán)2398件，制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)79項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)400項(xiàng)。在13年間，還取得了眾多新工藝、新材料、新裝置方面的成果，特別是科研、勘探、生產(chǎn)方面的成果，獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)3項(xiàng)、一等獎(jiǎng)10項(xiàng)、二等獎(jiǎng)41項(xiàng)?！坝蜌鈱ｍ?xiàng)”還支持了10個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、16個(gè)國(guó)家級(jí)研發(fā)中心和15個(gè)院士團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，這些都為我國(guó)石油工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展打下了非常好的基礎(chǔ)。