引領中國頁岩氣邁入世界三強

——記我國首個大型頁岩氣田涪陵氣田的勘探發現團隊

記者 馬愛平

2018年03月26日19:15  來源:科技日報
 

中國石化勘探分公司總經理郭旭升(左三)在油氣勘探一線

這是一個帶有傳奇色彩的創新團隊。在中國油氣勘探史上,他們再次刷新紀錄,吸引眼球。2018年1月,中國石化勘探分公司牽頭完成的“涪陵大型海相頁岩氣田高效勘探開發”項目榮獲國家科技進步一等獎。此前的2015年1月,他們牽頭完成的“元壩超深層生物礁大氣田高效勘探”項目獲得國家科技進步一等獎。

這次與以往不同的是,在全球能源領域掀起頁岩氣革命的關鍵時期,勘探分公司迅速從常規油氣勘探轉入頁岩氣勘探,發現並探明了涪陵頁岩氣田。從2012年涪陵頁岩氣田發現,到2017年底累計探明儲量超過6008億立方米,年產氣60億立方米,累計產氣超過150億立方米,並建成年產能100億立方米,中國逐步成為與美國、加拿大鼎足而立的頁岩氣勘探開發大國,邁入世界三強。

鍛造打開頁岩氣寶藏的“理論之鑰”

頁岩氣是一種蘊藏廣泛且豐富的非常規清潔能源。新世紀以來,美國頁岩氣產業快速發展,改變了美國能源消費結構,降低了能源的對外依賴度。

中國的頁岩氣資源豐富,國家高度重視頁岩氣資源的勘探開發。同時,受美國頁岩氣革命鼓舞,2010年前后,國內掀起了第一輪頁岩氣開發熱潮,打了120多口岩氣井,但大多數沒有商業發現。到2012年初,懷疑和悲觀論調四起。

在中國石化集團公司黨組的統一部署下,勘探分公司這支在常規油氣勘探領域立下汗馬功勞的專業勘探隊伍,2009年開始成立頁岩氣勘探管理機構和研究室,抽調精兵強將挺進頁岩氣新領域。

長期工作在油氣勘探一線的勘探分公司總經理郭旭升特別重視基礎研究。他認為,我國特別是南方地區頁岩氣形成、富集、保存與北美差異大,北美地表平整如一個光滑的大盤子,而我國南方地質條件復雜,更像一個大盤子摔碎了還被踹了一腳,頁岩氣勘探開發照搬北美理論不切實際,必須從基礎研究做起,建立適合我國地質特點的頁岩氣勘探開發理論和技術。

郭旭升帶領的頁岩氣勘探團隊收集了9口已鑽井、6562千米二維地震和25條露頭剖面的老資料,開展了第一輪綜合研究。郭旭升領著科研團隊深入野外實測地質剖面。一年半的時間足跡遍布四川、重慶、貴州、廣西的山山嶺嶺,獲得了20萬米的露頭剖面資料。他們利用新老資料開展對比研究,發現深水陸棚相有機質含量高,硅質含量高,是優質頁岩發育的有利相帶,是有利勘探領域。海相頁岩氣勘探的大方向就此豁然開朗。

團隊覺察到當時國內論証頁岩氣井時忽視了“保存條件”這個關鍵要素。而后,以保存條件研究為重點,他們對國內外頁岩氣地質條件進行深入地對比研究,提出了一個新的認識:美國的頁岩氣地質構造相對簡單,富集和保存條件較好,而我國的地質活動強烈,地下構造破碎,富集和保存條件復雜,因此,在勘探過程中,必須把生成條件和后期散失條件結合考慮,而且要動態研究保存條件。

為了摸清深水陸棚相優質頁岩和動態保存條件這兩個要素在頁岩氣富集過程中的作用,郭旭升帶領團隊成員系統開展了南方海相構造運動史、海相頁岩層演化史研究,進行古地理地貌恢復,系統建立了南方不同頁岩層系基干剖面。

通過對比研究,他發現深水陸棚相有機碳含量高、有機孔發育、內生硅質礦物含量高、孔隙比表面積大、甲烷吸附量高,這些關鍵參數不僅比其它頁岩高出許多倍,而且相互之間具有正相關耦合關系。據此,他提出了深水陸棚相頁岩最有利於頁岩氣生成、儲集和壓裂改造,是“成烴控儲”的基礎的新認識。隨后,他們通過對早期優質頁岩區鑽探失利原因剖析,重建南方海相頁岩沉積構架,重塑頁岩氣生成、滯留、散失過程,進一步揭示了保存條件對頁岩氣富集的控制作用,提出了良好的保存條件是頁岩氣“成藏控產”的關鍵的新認識,並建立起了保存持續型、散失殘存型、散失破壞型等三類保存—散失模型和18項戰略選區參數。郭旭升將這一系列認識表述為“深水陸棚優質泥頁岩發育是頁岩氣‘成烴控儲’的基礎,良好的保存條件是頁岩氣‘成藏控產’的關鍵”,並將其命名為海相頁岩氣“二元富集”理論認識。

2012年6月,他在《中國工程科學》雜志上發表《中國南方頁岩氣勘探評價的幾點思考》,2014年7月,他在《地質學報》發表《南方海相頁岩氣“二元富集”規律》,兩篇論文相繼對這一理論認識進行了闡述。

挖出讓中國更美麗的“金娃娃”

涪陵焦石壩地處四川盆地邊緣,深藏於武陵山系西端的崇山峻嶺中,是不被常規油氣勘探看好的地區。

2009年,勘探分公司開始在這一地區開展系統的地質調查和基礎研究,並對原有地震資料進行了重新解釋。新的研究進一步發現,該地區雖然整體保存條件差,但海相龍馬溪組頁岩層穩定性好。

2011年9月,郭旭升和團隊成員利用“二元富集”理論優選出涪陵焦石壩龍馬溪組為最有利勘探目標,並論証和部署了焦1井。

2012年11月28日,當看到焦頁1井放噴測試呼啦啦的火苗越燃越烈、越躥越高時,當看到日產頁岩氣20.3萬立方米這個數字時,郭旭升有了更深切的體會:創新就是既要學習和借鑒別人的經驗,更要堅持走自己的路,才能找到符合自身實際的正確方向,並指導實踐取得成功。

焦頁1井的戰略突破,為國內低迷的頁岩氣勘探展示了良好前景,成為我國頁岩氣勘探開發的轉折點。2012年12月,中國石化召開四川盆地及周緣地區頁岩油氣研討會,決定部署甩開評價焦石壩的3口探井及三維地震600平方千米。自此,涪陵頁岩氣田勘探開發全面高效推進。

在開展地質理論創新的同時,郭旭升和團隊成員緊密結合勘探實踐開展技術攻關。一是首創加水墊樁激發技術,創新全方位強耦合採集設計、擬真地表數據重構和成像技術,突破了川南碳酸鹽岩山地地震採集處理技術瓶頸。與老資料相比,信噪比提高1.5倍,有效頻寬由8至60Hz拓展到4至90Hz,主頻提高了17Hz。二是突破波阻抗反演有機碳含量及Rickman方法的局限,創新形成以有機碳含量、脆性指數和含氣性疊前地震定量預測為核心的“甜點”預測技術體系,預測精度大幅提高。有機碳含量預測相對誤差小於2%﹔脆性指數預測相對誤差由13%降低到3%。預測涪陵焦石壩高產富集帶面積326平方千米,部署的探井成功率100%,216口開發井中,204口獲日產10萬立方米以上高產。三是創新形成以混合變骨架密度計算孔隙度、密度測井多次方計算含氣飽和度為核心的“六性”測井評價技術,解決了傳統方法計算誤差大的難題。孔隙度相對誤差小於8%,含氣飽和度絕對誤差小於3%。

針對頁岩井水平井鑽探和壓裂改造難題,勘探分公司技術團隊通過攻關,創新形成了頁岩氣水平井高效鑽井及壓裂關鍵技術。用一隻PDC鑽頭能完成1500米的水平段施工。應用集成研發的低摩阻、低傷害、好造縫、好水化、好返排、好配制的“兩低四好”新型高效滑溜水和活性膠液體系以及“3343”壓裂模式,頁岩氣水平井壓裂測試成功率100%。

這一系列成果成功打破了國外在頁岩氣勘探開發領域的技術壟斷,支撐了涪陵頁岩氣田高效勘探開發。

從2014年7月第一次提交探明儲量到2017年7月第三次提交探明儲量,目前,涪陵氣田累計探明含氣面積575.92平方千米,累計探明地質儲量達到6008.14億立方米,佔國內頁岩氣探明儲量的78%。

涪陵頁岩氣田勘探過程中形成系列理論技術得到國內外同行的高度認可。2014年11月5日,在美國達拉斯舉行的第五屆世界頁岩油氣峰會上,涪陵頁岩氣田發現被授予“頁岩油氣國際先鋒獎”。

2015年2月,中國地質學會公布了2014年度十大地質找礦成果獎和十大地質科技進展獎評選結果,中國石化勘探分公司完成的“涪陵地區頁岩氣勘探項目”和“頁岩油氣資源評價及選區研究”分別榮獲十大地質找礦成果獎和十大地質科技進展獎。勘探分公司成為全國唯一一家同時榮獲兩項大獎的單位。

2015年10月,郭旭升牽頭完成的“南方海相頁岩氣形成富集機理、勘探技術與涪陵頁岩氣田的發現”科研項目,獲得中國石化科技進步特等獎。

涪陵頁岩氣田目前日銷售頁岩氣1670萬立方米,可滿足3340萬戶居民的生活用氣需求,成為“氣化長江帶”的重要資源基礎。

為美麗中國貢獻更多清潔能源

國土資源部油氣儲量評審專家組在審查涪陵頁岩氣田探明儲量時給予高度評價:涪陵頁岩氣田的成功開發是國內頁岩氣產業發展的新開端、轉折點,標志著我國頁岩氣產業提前加速進入大規模商業化發展階段。中國石化在資源評價體系、工藝技術體系和壓裂裝備研發制造等方面取得的理論和技術成果,在涪陵頁岩氣田得到成功實踐,並將推動頁岩氣產業的快速發展。

郭旭升和勘探分公司這個充滿傳奇色彩的團隊也正朝著新的目標邁進。

他們已經按中國石化的要求確定了立足南方、放眼全國的勘探發展新思路,並制定了“十三五”油氣勘探規劃。明確5年內要發現10至15個千億方級目標。提出用5年左右的時間,通過深化和完善現有勘探理論和技術,建立相對成熟的、成體系的、適應南方頁岩氣地質特點的勘探理論和技術。

距離焦石壩150公裡的丁山地區,地跨重慶綦江和貴州習水,是分公司確定的第二個海相頁岩氣勘探突破區。前期完井的丁頁2HF井和丁頁1HF井已相繼在海相優質頁岩中試獲工業氣流。2017年8月15日,丁頁4井試獲工業氣流,2018年2月27日,丁頁5井試獲工業氣流,突破了埋深超過4000米的頁岩氣勘探技術瓶頸。

肩負著為美麗中國貢獻更多清潔能源的責任和使命,郭旭升帶領勘探團隊正以更加堅定的意志開拓頁岩氣勘探新領域。

(責編:初梓瑞、庄紅韜)