当人们一提到革命,首先想到的就是颠覆式的、突破性的重大变革。21世纪初,在油气能源领域发生了一场改变世界能源格局的革命,那就是页岩气革命,这场革命发生在以美国为代表的北美地区。对于“坐在汽车轮子上”并以消耗传统化石能源为主的美国而言,无疑是一支长效而持久的兴奋剂。
页岩气革命的标志主要表现在三个方面:革命性的技术、超前的管理理念和创新的能源政策。
页岩气开采根本不可能像常规油气一样,在地面钻一口井,井筒周围的油气就会涌过来。开采实践表明,要想得到足够数量的页岩气,只能沿着水平方向,在地下的页岩层横向钻探,把页岩一点点弄裂,释放出页岩气。这就间接催生了“水平井钻井”和“水平井分段压裂”这两项革命性技术。
水平井钻井就是利用钻井设备,从地面垂直向下打钻一段距离,到达某一深度后开始倾斜钻进并继续延伸,以井眼轨迹几乎水平进入储层,并沿着储层穿行一定距离。随着水平井钻井设备、钻井液体系、固井技术等技术的突破,水平段从以往的几百米突破到上千米,并向万米大关挺进,真正实现了钻井工艺“指哪打哪”的技术创新,使水平井成为开采非常规油气的主角。
水平井分段压裂技术,采用分段压裂工具,将水平段分成若干小段,并在每小段上进行射孔,再利用体积压裂技术,形成裂缝。随着可钻桥塞分段压裂工具、分簇射孔技术、滑溜水技术等关键技术和三维微地震裂缝监测技术的突破,水平井的分段压裂形成的裂缝会垂直井筒延伸出去近百米,组成一个裂缝网络,大幅度扩大水平井的控制体积和波及范围,实现页岩气的大幅增产。
页岩气产量较常规油气低,开采成本高。为了提高效率和降低成本,在通过技术提高产量的情况下,也通过管理创新降低成本。最典型的管理理念就是采用工厂化作业模式。工厂化作业最早是美国人移植大机器生产的流水作业线方式,为了降低成本、提高劳动生产率,现被用于石油开采、特别是非常规油气资源的发现和开发。通过批量化、标准化钻井提高钻井作业的进度和缩短钻井作业的周期,从以往的几十天完钻一口水平井缩短到十几天甚至几天完钻。再就是水平井压裂,在各种原材料连续供应和避免扰民措施的保障下,采用24小时不间断作业和拉链式工厂化作业方式,将压裂从以往一天作业几段,提高到一天作业十几段,节省了设备待机和人力怠工时间,大大提高了作业的效率,大幅降低了压裂成本。
创新的能源政策:美国油气法律中有一项“捕获原则”,即只要在你的地里开采出的石油和天然气就归属于你,不管这地是你买的还是租的,也不管油气是不是从旁边地下流过来的,这条原则激励了各个油公司研究新技术,想尽办法抢先把页岩气开采出来,从而也促进了页岩气革命。美国页岩气区块大多地势平坦、道路基础设施好,页岩气开发所对应的设备运输、生活补给成本较低。此外,美国很早就建设了全世界最发达的油气管网,可以大幅度降低页岩气的运输成本。美国政府还在20世纪80年代颁布了一系列法律法规、税收、补贴等优惠政策,金融市场也积极推动,极大地鼓励了中小独立油气企业参与到页岩油气资源的开发中。
北美地区的页岩气革命震惊了世界,页岩气已成为美国油气勘探开发的主体,同时推动了世界非常规油气开发的发展进程,使全球页岩气开发规模不断扩大。
我国拥有丰富的页岩气资源,但勘探开发起步较晚,早期的传统认识也制约了对页岩气开采工艺的研发。北美的页岩气革命给了我们很多启示,天然气工业的发展也为我国页岩气带来了机遇。2008年,我国在四川盆地长宁构造钻探了国内第一口页岩气资料井——长芯1井,钻遇地层为下志留统龙马溪组底部和上奥陶统五峰组、宝塔组,厚度大于150米。通过对岩心实验分析,发现岩石类型以泥页岩为主,有机质含量大于2%,确定了四川盆地五峰组—龙马溪组为页岩气开采的主力层系。通过长芯1井的成功钻探和系统研究,也坚定了我们进行页岩气开采的信心。
经过对取心井的分析以及对四川盆地的整体解剖,确定了我国页岩气开发主力区就在四川盆地。通过科学论证,陆续钻探了威201井、威201-H1井、威201-H3井、宁201-H1井等井,拉开了我国页岩气规模开发的序幕。这里最重要的井就是我国第一口具有工业意义上的页岩气井——威201井。
威远气矿有50多年的开发历史,是我国重要的早期产气区之一,1958年3月27日,毛泽东同志曾经视察这个气矿,当时被称为隆昌气矿。
2009年,在四川盆地威远地区,钻探部署了我国第一口页岩气井——威201井,设计井深2800米,在龙马溪组页岩段压裂获得页岩气测试产量(0.3~1.7)万立方米/天,回答了威远地区有无页岩气的地质问题。威201井的投产标志着中国页岩气开发迈出了实质性步伐,掀开了我国页岩气开发自主探索阶段的序幕。
威201井的成功,带动了威远地区页岩气的快速上产,也使这一地区成功入选国家级页岩气示范区。
四川盆地作为我国页岩气勘探开发的主战场,在泸州诞生了国内首个深层万亿立方米页岩气大气田,这是继长宁、威远浅层万亿立方米页岩气大气田以来,再次获得勘探突破。