页岩油气的勘探开发

2026-09-28 17:37:00

在能源王国中,存在着一种与众不同的宝藏——页岩气。它不像常规天然气那般安逸地密封在宽敞的储层里,而是如同隐匿在海绵孔隙中的水滴,或游离、或吸附于页岩的细微之处。

页岩气的家,是那以纳米和微米计量的微小空间,页岩上密密麻麻的纳米级孔隙便是它的居所。我们要想寻找页岩气,首先需要知道它家里的成员有多少,它的家有多大,范围和边界又在哪里。为了探寻这个神秘的家园,科学家们犹如高明的医者,运用地球物理勘探技术,隔着千米厚的地层为页岩层“号脉”。他们通过研究页岩独特的密度、电磁波传递速度和导电性,试图揭开页岩气藏身之处的面纱。

当页岩气的赋存层位终于被找到,新的挑战却接踵而至。页岩的结构极为致密,页岩气被困在一个个小孔之中,彼此孤立,难以自由流动。想要让页岩气主动现身,几乎是天方夜谭。

若把开采常规油气比作从静脉采血,那么开采页岩气就如同在毛细血管中艰难采血。不过,人类的智慧总是能够攻克难题。水平井和水力压裂技术,便是打开页岩气宝藏之门的两把关键钥匙。水平井就像是深入地下的神奇通道,井眼竖着到达一定深度后,再朝着水平或接近水平的方向延伸。然而,仅靠通道还不够,还需要水力压裂技术这一强大的助力。

高压泵将携带着沙子的液体注入水平井,强大的力量将页岩挤压破碎,造就出无数的裂缝。沙子如同坚固的支柱,撑开裂缝,为页岩气开辟出通往自由的道路。页岩气顺着这些缝隙,欢快地涌入水平井管道,最终被成功抽到地面。

在美国页岩气发展的历史长河中,有一个名字不得不提,那就是乔治·米歇尔。

1901年,乔治·米歇尔的父亲,一位名叫萨瓦斯·帕拉斯科沃普洛斯的20岁文盲牧羊人,决心移民美国以摆脱贫困的生活。历经艰辛抵达得克萨斯州加尔维斯顿后,他改名为麦克·米歇尔。为了生计他开了一家洗衣店和擦鞋店,勉强维持家庭的开销。

乔治·米歇尔自幼勤奋好学,在大萧条时期,他就读于得克萨斯农工大学,为了支付学费,他在学校贩卖糖果和文具。他还担任了学校网球队队长,并在比赛中表现出色。

二战后,乔治决定自主创业,与众不同的是,他对天然气业务情有独钟,与合伙人在休斯敦开设了一家石油地质咨询办公室。到了20世纪70年代,他拥有了一家颇具规模的石油天然气公司——米歇尔能源公司。

大约在1972年,乔治偶然读到了《增长的极限》这本书,书中对人口爆炸导致全球自然资源耗尽的预测,让他对环境问题愈发关注,也使他坚信天然气不仅是生意,更是一项意义重大的事业,因为其燃烧相对煤炭和石油更为清洁。

20世纪70年代,米歇尔能源公司面临着一个严峻的问题,为芝加哥提供10%天然气供应量所依赖的地下天然气储量正在不断减少,公司急需切实可行的增储上产方案。

1981年,乔治阅读到一位地质学家的期刊论文草稿,其中提出的理论假设与传统的地质和石油工程学观念相悖,该理论认为可以从比混凝土更致密的岩石中提取商业气体。尽管当时业界普遍认为页岩由于过于致密,孔隙度和渗透率太低,无法进行商业开采,但为了保住芝加哥的供气合同,乔治毅然决定在页岩上进行尝试。

于是,先导测试区选在了巴奈特页岩。乔治的团队年复一年地辛苦工作,试图打破“页岩偏见”。他们的核心目标是在致密页岩中开辟微小通道,以便气体能流经岩石并进入井筒。为此,他们多次试验并运用了“水力压裂”技术,即利用水、沙子、凝胶和一些化学物质的混合物,在高压下注入岩石,使岩体裂开小孔从而释放出气体。虽然水力压裂技术早在20世纪40年代后期就已开发出来,并广泛用于常规油气开采,但米歇尔能源公司此次要面对的是致密页岩,而非常规油藏。

时间不断流逝,资金投入甚巨,然而乔治及其团队却始终未能取得商业上的突破。公司内部的质疑和批评声也与日俱增,但每当有人当面提出质疑时,乔治总会坚定地说:“这就是我们要做的。”

进入20世纪90年代中期,公司的财务状况每况愈下,天然气价格持续走低。米歇尔能源公司不得不大幅削减开支并开始裁员,还以5.43亿美元的价格出售了乔治精心打造的“林地社区”。当手下将转让合同递给他审签时,他的神色无比黯然。

1998年,公司在巴奈特区块上的花费已高达25亿美元。当时,行业分析师在对美国未来的天然气供应量进行预测时,巴奈特甚至都未被列入潜在供应区。但乔治的坚定追随者之一——尼克·斯坦斯伯格,始终坚信必须找到全新的技术解决方案,才能实现页岩气的商业生产,同时还要全力降低钻井成本。

最终,在1998年,经过不懈的努力和坚持,他们首次利用水力压裂工艺从页岩储层中成功开采出了天然气。这一突破引发了美国的页岩气革命,许多行业专家现在相信巴奈特页岩可能是美国陆上最大的天然气田之一,页岩气资源储量极为丰富。

乔治·米歇尔因其在页岩气钻井和压裂技术方面的先驱贡献,被尊称为“页岩气之父”。他的独到眼光、对非常规油气的热情以及坚持不懈的信念,不仅为自己的公司带来了成功,也改变了美国乃至全球的能源格局。他的故事激励着后来者,让人们相信,只要有坚定的信念和持续的努力,就能够突破传统观念的束缚,实现看似不可能的目标。2010年6月,在阿姆斯特丹召开的“解放您的潜力——全球非常规天然气2010年会”上,90岁高龄的乔治·米歇尔被美国天然气技术研究所授予终身成就奖,以表彰他为页岩气发展所做出的卓越贡献。

“石油”一词最早见于宋代沈括所著的《梦溪笔谈》,是指从岩石中生出的油。地下的石油储存在哪里呢?其实,石油赋存于岩石的孔隙里。虽然地下的岩石看起来非常坚硬而致密,实际上其内部蕴藏着千千万万个孔隙。比如,当你把水滴到一块岩石上时,水滴会缓慢渗到岩石的内部,而油气便是存在于这些互相连通的岩石孔隙和微裂缝中,就好像海绵中的水一样。岩石的孔隙极小,用肉眼很难分辨,只能借助电子显微镜进行观察。

世界上的石油大部分产自砂岩、碳酸盐岩这两类有着较大孔隙和裂缝的岩石,通常称为“常规油”。而页岩油,顾名思义指的是在富有机质页岩层系中产出的石油资源,打个比喻,如果将椰汁比作常规石油,那椰肉里挤出来的汁就是非常规石油,页岩油就是从页岩中“挤”出来的。

20世纪三四十年代,科学家们真正确认了黑色页岩中富含大量能够生成石油的沉积有机质,于是富有机质黑色页岩便成了勘探家的“宠儿”,几乎所有的石油勘探工作都要从寻找黑色页岩开始。但是由于页岩内部的孔隙空间极小,孔隙直径一般小于100纳米,仅是一根头发丝的七百分之一,是常规砂岩孔径大小的几十分之一,因此并不能存储大量的石油。一直以来,页岩虽被认为是很好的生油岩,但不是优质的储油和产油层。直到21世纪初,美国成功在页岩层系中实现了大规模的石油开采,掀起了一场席卷全球的“页岩革命”。页岩油的成功开采,对于石油地质学理论是一个重大的突破,石油钻机开始从储油层向生油层进军。

“页岩油”和我们平日里所说的“常规油”有什么区别呢?传统的石油成藏理论认为,生油岩和储油岩往往并不是同一个层系。生油岩孔隙较小,早期生成的油气可以容纳在自身的“小房子”里,但随着生成的油气越来越多,“小房子”变得十分拥挤,这会导致孔隙流体压力急剧增加。当达到岩石的破裂极限时,岩石会发生破裂而产生微裂缝,从而打开了油气流动的通道,之后油气便开始了前途莫测的“漫漫旅途”。储油岩的“房子”很大,油气分子可以找到一个能容纳它们的“大房子”安家。有的油气分子只走了几十米就驻足不前,有的则要旅行几十千米才能安顿下来。我们将经过“长途旅行”并在储油岩中“安家”的石油称为“常规油”。

页岩中的有机质在生成石油之后,有一小部分会排出、运聚,从而形成常规油,但是大部分油气受毛细管力、黏滞力等作用的束缚,并不能进行“长途跋涉”,而是原地滞留在页岩微米—纳米级的孔隙和裂缝中形成页岩油,我们将这种聚集方式称为“原位成藏”。如果说常规油是“嫁出去的女儿”在外安家,那么页岩油就是“大胖小子生在家里”。虽然我们说页岩油是“原位成藏”,但这并不代表它们并未发生“旅行”,只是“旅行”的距离相对较短,通常只在富有机质页岩层系内部。古龙页岩油就是一个很好的例子,它的突破引起了科学界对原位成藏型页岩油的广泛关注,表现为地层整体含油、几十千米广泛连续分布,具有巨大的勘探开发潜力。

在重庆涪陵的广袤大地之下,隐藏着一种宝贵的能源——页岩气。多年以前,这里的人们或许从未想过,这片土地将成为我国页岩气勘探开发的重要战场。

时间回到2009年,国家为寻求更多的能源资源,在全国范围内展开了大规模的地质勘探。在涪陵地区的一次勘探中,地质学家们有了一个惊人的发现——这里蕴含着丰富的页岩气资源,储量超过了1000亿立方米!

页岩气作为一种清洁高效的天然气资源,其开发和利用不仅能有效缓解我国的能源紧张局面,提高能源自给率,还能带动当地经济发展,帮助当地人民脱贫致富。但要实现页岩气的成功开发,并非易事,前方有着诸多困难等待着人们去克服,其中技术难题首当其冲。

为了解决这些问题,当地政府和相关部门积极行动起来,大力引进外资和技术,以推动页岩气产业的快速发展。许多石油工人和科研人员也纷纷投身到这场能源探索的征程中。在最初的日子里,面临的挑战是巨大的。涪陵地区的地质条件复杂,页岩气深藏于地下,开采难度极大。但他们并没有退缩,他们凭借着坚定的信念和顽强的毅力,不断摸索和尝试。

在页岩气勘探过程中,有一项关键技术——水平井和水力压裂技术,这被称为页岩气开采的“命门”。科研人员们日夜钻研,努力攻克技术难关。他们借鉴国外经验,同时结合涪陵当地的实际情况,进行了无数次的实验和改进。

经过不懈努力,他们逐渐掌握了适合涪陵页岩气田的开采技术。比如,涪陵页岩气田首创了适应复杂山地环境的“井工厂”钻井作业模式,能在一条近百米的轨道上同时钻探四口井,实现了流水线作业,大大提高了钻井效率,钻井周期由最初的90多天下降到40多天,最短钻井周期仅24.12天,钻井液用量也减少了41.5%。

为了提高储量动用率和页岩气产量,他们还创新形成了国内首个页岩气多层开发模式,通过立体开发、加密调整的方式,使气田采收率大幅提高。

同时,我国在关键装备工具方面也实现了国产化。自主研制的压裂机组、全电动压裂成套装备等在全国广泛推广应用,部分产品还走向了国际市场。

在这个过程中,涪陵页岩气田也十分注重环境保护。针对当地人口密集、水网密布、喀斯特地貌、地质条件复杂等特点,创新形成了以井筒瘦身为核心的井身结构优化技术,减少了钻井废弃物的产生;应用浅岩溶地层的清水钻井技术,降低了对岩溶地层水资源的污染风险;利用工业电网作为钻井动力,减少了碳排放量,还降低了井场噪声。

就这样,经过多年的努力,涪陵页岩气田的勘探开发取得了显著成果。从2012年第一口页岩气井试气成功,到如今成为全球除北美之外最大的页岩气田,涪陵页岩气田不断创造着奇迹。

截至2024年6月,重庆涪陵页岩气田累计产量已突破650亿立方米;2024年1至6月,投产新井63口,累计产气35.785亿立方米、产油15575吨,同比分别增长3500万立方米、4125吨,其中兴页L9井试采站成功投产,开启了打造亿吨级页岩油气资源阵地的新篇章。

涪陵页岩气的成功勘探开发,不仅为当地带来了经济的繁荣,让昔日的小县城逐渐发展成为现代化的工业城市,也为中国的能源安全和可持续发展做出了重要贡献。它是中国能源领域变革与突破的一个生动例证,展现了中国在页岩气勘探开发方面的实力和决心。而这背后,是无数科研人员、石油工人的辛勤付出和智慧结晶,他们用青春和汗水,唤醒了沉睡的气藏,书写了涪陵页岩气的辉煌篇章。

页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源,其中包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油,也包括泥页岩层系中的致密碳酸盐岩或碎屑岩邻层和夹层中的石油资源。

在广袤的东北大地,松辽盆地犹如一座沉睡的宝藏库,承载着亿万年地质变迁的记忆,孕育着神秘而宝贵的资源——古龙页岩油。

很久很久以前,这片土地经历了无数次惊心动魄的造山运动,大古湖在岁月的长河中不断变迁。时光回溯到300多年前,古鲁驿站悄然设立,仿佛是这片土地与外界连接的一道桥梁。65年前,松基三井喷油,大庆油田如同一颗璀璨的明星横空出世,累计产油25亿吨,这是一段令人骄傲的历史。

如今,在古龙地区,钻塔林立,仿佛是大地之上的钢铁巨人。古龙页岩油国家示范区的落户,让这里成为一场新时代夺油大战的主战场。

2020年4月的一个清晨,黑龙江大庆的气温还带着些许寒意,地面上的水泡子依然结着冰。一架即将抵达大庆萨尔图机场的飞机朝东北方向飞行。在飞机缓缓下降的过程中,乘客们有幸从空中俯瞰到了松花江流域肇源县古龙镇的独特风貌。曲流河蜿蜒流淌,水泡子如明珠般散落,浅洼子宁静而深邃,黑土地广袤无垠,这一幅美丽的图景就像一幅天然的画卷。中国工程院院士孙龙德也在这架飞机上,他被眼前的景象深深吸引,急忙用手机抓拍下来。仔细端详后,他越看越兴奋,因为那画面恰似一条舞动的巨龙,这便是古龙地区神奇的地形新貌。

要说起古龙的神奇,那得从亿万年前的地质变迁讲起。古龙镇坐落在大庆市西南120千米处,这里在清代曾是古驿站,最初叫古鲁站,后来慢慢演变成了现在的名字。这里是古生代晚期形成的山系,历经侏罗纪末的大规模造山运动,产生系列大断裂,松辽盆地下陷,逐渐形成小断陷盆地。随着时间推移,湖泊出现、扩大,气候温暖潮湿,生物大量繁殖,为石油生成提供了物质条件。亿万年的风雨洗礼,有机质堆积、地壳沉降与抬升,造就了如今的松嫩平原。

页岩油作为蕴藏在特殊页岩层系中的石油资源,其形成历经漫长岁月。古龙页岩油为页岩型页岩油,勘探与开发极具挑战性。但凭借高精度三维地震和多参数测井评价等先进技术,我们能更精准地把握其赋存位置和规模。通过水力压裂等技术,让原本深藏地下的石油得以释放。同时,绿色低碳开采工艺的研发,实现了经济与环境效益的双赢。

从1958年松辽平原有石油的初步发现,到1959年松基三井喷出工业油流,再到2020年古页油平1井的战略突破,古龙页岩油逐渐崭露头角。2021年,其勘探取得重大发现,资源量达60.58亿吨。国家能源局批准设立大庆古龙陆相页岩油国家级示范区,标志着古龙页岩油开发的里程碑,也将引领中国陆相页岩油革命。

古龙页岩油的成功开发意义深远。它不仅是大庆油田未来发展的新希望,为建设百年油田提供重要依托,更是中国能源自给的有力支撑,为经济社会发展注入强大动力。

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