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2010年6月,世界各国能源领域的代表齐聚荷兰阿姆斯特丹,他们正在进行2010年非常规天然气年会。
会议上,美国天然气技术研究所当众宣布:授予米切尔能源发展公司的乔治·米歇尔终身成就奖。
当时的米歇尔已经是一位90多岁的老人,之所以能够获此殊荣,是因为他被称为“美国页岩气之父”。
要知道美国曾经的经济腾飞离不开对页岩油的开采,故而在此领域做出成绩者,自然要受到表彰。
但实际上,我国的页岩油与美国储量几乎相当。可近年来却鲜少听闻开采事宜。那么这是怎么回事呢?我们为何不能复制美国的成功,为自己的经济发展添加助力呢?
其实页岩油并非新鲜事物,15世纪时,欧洲许多国家都有将页岩油用于镇痛的记录,但彼时的人们并没有将其用作燃料。
而现代的页岩油工业则可以追溯到19世纪,甚至要早于传统石油工业的运用。一开始,法国、苏格兰等国家曾将其用作燃料,或从中提取石油。
但不久后,人们发现了一种更可靠的能源——石油。石油得到广泛应用,而页岩油则因为产量稀少、提取困难被抛弃。
在19世纪末至20世纪初的美国,石油工人还不知道页岩油是什么东西,但他们发现工作的油田附近往往存在着一些被石油渗透了的石头,这引起了石油大亨们的兴趣。
上世纪30年代,美国相关领域工作者对页岩油进行了定义。所谓页岩油,指的是页岩层系当中蕴藏的石油资源。
既包括页岩孔隙、裂缝中的石油,也包括页岩层之间包裹的石油。同样地,页岩气也可以理解为页岩层系当中蕴藏的天然气。
通常情况下,在某处发现了油田,也代表着这里储存着天然气,页岩油和页岩气也不例外,所以对它们的很多研究是同步进行的。
随后的20年间,美国石业和地质学界的专家们尝试了许多办法从页岩中提取石油,其中不乏成功者。但与19世纪那次短暂的发展一样,这些方法都无法实现大规模的工业运用!
于是绝大多数人认定:页岩油只是食之无味,弃之可惜的鸡肋能源,不值得被研究和开采。
1946年正是美国人对页岩油进行火热研究的时候,位于堪萨斯州的页岩油田捷报频传。乔治·米切尔看过资料后大受鼓舞,当年他就自己当起老板,成立了米歇尔能源开发公司。
开发页岩油的热情消散后,许多人选择放弃这项事业,及时止损,米歇尔却坚持在页岩油领域深耕细作。
在自己的老家德克萨斯州,米歇尔取得了巴奈特页岩区的开采权,但经过一段时间的开采后,油井运转便陷入停滞,因为以当时的技术能够开采的页岩油已经采完了。
他手下的工程师提醒他,做这种投资是徒劳无功的。但米歇尔本人则坚持进行研究,最终他的团队用一种新的技术成功提取到了页岩油。
这种新技术叫做水力压裂法,其原理是通过钻井向岩层内注入压裂液,当压裂液的注入速度大于岩层的吸收能力时,岩层便会裂解开,使岩层中的石油或天然气被释放出来,通过钻井吸收。
水力压裂法的重中之重便是压裂液,起初米歇尔能源开发公司尝试了各种压裂液,不是成果太少就是成本太高。
直到1987年,米歇尔才找到了符合预期的压裂液,他决定孤注一掷,在他的油井上进行尝试。
要知道这种尝试的成本非常高昂。他的亲友们劝他不要做傻事,而不相干的人则是对他冷嘲热讽,甚至连怎么处理破产后的米歇尔能源开发公司都替他想好了。
与此同时,米歇尔还首次使用了另一项新技术——水平井技术。时至今日,这两项技术仍然在美国乃至全世界广泛使用。
米歇尔公司如今已经发现了200个页岩油田和350个页岩气田,他本人则被称为“页岩气之父”。
而受到巴奈特油田成功开发的鼓舞,上世纪90年代,美国掀起了新一轮的页岩油勘探热潮。
不探不知道,一探吓一跳,经过这轮勘探,根据美国能源信息局发布的数据,美国的页岩油储量达到了580亿桶。
众所周知,美国是能源消费大国,不论是其高度发达的工业,还是令美国人为之痴迷的交通工具汽车,都需要巨量的石油作为支撑。
正因如此,美国需要付出巨额代价从海外进口石油,甚至美国在世纪之交接连发动的海湾战争、伊拉克战争也被打上了石油战争的烙印。
如今自己家地下就发现了规模惊人的石油,那还不赶紧行动起来?凭借着米歇尔的水力压裂法和水平井技术。
一座接一座的油井拔地而起,逐渐形成了巴肯、二叠盆地、鹰滩三大页岩油主产区。
2003年,美国进口的石油总量达到了6亿吨,而当年美国的页岩油产业尚且处于技术积累阶段。
仅仅15年后的2018年,美国页岩油产量就占到石油总产量的49%,突破了3亿吨大关,从石油进口国悄然变成石油出口国,与石油大户沙特阿拉伯的产量相比也不遑多让。
除此之外,页岩油产业的发展还为全美国提供了超过200万个工作岗位,有效地帮助美国政府解决了失业率问题。
可以这么说,页岩油对于美国的经济发展是立下大功的,如果没有页岩油,那么美国的经济将会遭受加大的打击,能源更是会被卡脖子。
可随着页岩油的开采,这些问题全部都被完美的解决了!那么既然美国凭借页岩油取得了这么完美的成功,作为同样拥有页岩油资源的我国能否效仿呢?
美国能源信息局在公布美国页岩油储量的同时,也对中国、阿根廷、俄罗斯等页岩油大国的页岩油储量作了估算,其中中国的页岩油储量为320亿桶。
而在中国国家能源局公布的数据中,我国页岩油资源储量为1500亿吨,其中现阶段具备较高开采价值的有30至60亿吨。
2022年,中国石油进口量有5亿吨,而此时大洋彼岸的美国已经实现了能源净出口。为何我们明明脚下蕴藏着丰富的资源却不加以利用呢?
实际上我国对页岩油的研究早已展开,只是页岩油开发困难重重,非一日之功。而最大的挑战是在地质结构上。
页岩层系分为海相与陆相,它们的区别在于岩层是在海里形成还是在陆地上形成。由于形成环境不同,两者在各方面都会存在差异。
海中的生物总量相比陆地上更多,这就意味着海相岩层中蕴含的石油资源更多、更集中。
其次,海洋中环境更加稳定,而陆地上的环境变化频繁,前者形成的岩层质地就会比后者单一、稳定,利于开采。
而且由于海底地势稳定,可供有机物沉积的面积更大,因此海相岩层的范围也会更大。
这些差别意味着,海相岩层具有更高的开采价值,而陆相岩层则需要更高的成本、更复杂的技术。
而我国正好与之相反,目前已探明的页岩油田,如渤海湾、四川、准噶尔等都处在各大盆地中,由深水湖泊沉积而成,属于陆相岩层。
这意味着,即使我们掌握了美国的技术,也不一定能实现页岩油工业化开采,即使能够开采,经济效益也将大打折扣。
美国人发现页岩油已经是百余年前的事了,但真正实现大规模工业化开采也不过距今几年而已,其间的百十年都走在技术研发的道路上。
反观我们,现在刚刚越过起跑线,页岩油一词都算是个新名词,更遑论技术积累。
所以目前我国的页岩油开采实践中,每开采一桶需要50美元以上的成本,比直接从俄罗斯进口还要贵。
而在美国,一般油井运行初期才会到达50美元,一旦稳定产出,成本会立即下降至37美元以下。
有了合适的技术,才能有效降低成本,而我国页岩油开采成本如此之高,便是技术匮乏的一种体现。
最后,美国在页岩油开采过程中也并非尽善尽美,他们走的弯路也值得我们注意。
米歇尔推广开来的水力压裂法,在页岩油增产方面取得了巨大的成功,但同时它也会对环境造成惊人的破坏。
这种技术往往伴随着水资源的大量使用,而我国北方和西北根本承担不起这种消耗,并且压裂液中的各种物质会从地表深处破坏环境。
更可怕的是,这种压裂的方法会造成地壳运动,如果日复一日地重复,很有可能导致地震等地质灾害发生。
虽然每桶37美元的成本与我国相比已经很低了,但与中东的传统产油国家相比,这一成本仍然十分高昂。
如此一来,要与中东国家竞争,美国石油企业就没有利益可言。同时还要不断扩大生产规模探索新的油田,这就需要向银行借钱。
所以这种企业的抗风险能力很差,每当国际油价风吹草动时,美国总有一批能源企业倒闭。所以有人直接将页岩油气革命斥为“经济泡沫、庞氏骗局。”
尽管我们不能走美国的老路,但这并不意味着对于页岩油我们无法加以利用!因为纵使困难重重,我国科研人员也没有停下脚步。
由于水力压裂法对环境的影响和我国陆相岩层的特殊性,这种技术有时在我国并不适用,这就需要找到一种适合我们的技术。
所以“二氧化碳压裂法”就进入了我国科研人员的视野,这种方法也是源自美国,但由于绝大多数油井都选择了水力压裂法,所以对这种方法他们并没有太过深入的研究。
二氧化碳压裂法原理上与水力压裂法有相似之处,不过采用二氧化碳等气体代替了液体压裂液。
我国科研人员之所以青睐这项技术,是因为它有诸多优点。由于不需要使用压裂液,这种方法对环境没有影响,同时也不需要消耗大量的水资源。
而且气体与液体的区别使得这种方法对地质结构基本没有负面影响,避免了地震等地质灾害的发生。
起初美国等科学家曾经尝试使用氮气、二氧化碳等气体对页岩进行压裂,但留下了大量的技术空白。
而我国的科研人员对此进行了大量研究和实践,填补了许多空白,使得二氧化碳压裂法越来越接近实用。
2014年以来,川庆钻探与长庆油田进行了深度合作,将该企业旗下的二氧化碳压裂增产研究室打造成重点实验室。
这里的科研人员用二氧化碳干法加砂压裂技术在14口井上进行技术试验,攻克了二氧化碳密闭混砂、大排量平稳供液等难题,建立了完善的施工流程。
针对我国页岩层系结构复杂的特点,科研人员进行了大量研究,创建了一套行之有效的水平井优快钻井技术。
通过尖圆混合布齿和牙轮高低差设计的配合,增加了钻井效率,开创了包裹举沙、水冷式泥浆冷却系统等技术,解决了因摩阻过大、温度升高等原因导致的钻井速度下降问题。
由于中美页岩油田环境的不同,两国科研人员发展的方向也截然不同,我国在很多关键技术上甚至是领先世界的。
2011年,我国在新疆油田多个不同的区块进行了页岩油气开采的尝试,并且取得了成功,这标志着我们的页岩油气时代已经开启。
“工业学大庆”发生在上世纪60年代,它代表着我国一段自力更生、艰苦奋斗的历史,如今的大庆已经是全国最大的油田。
进入页岩油气时代后,大庆石油人秉承着老一辈的创新精神,在页岩油气当年作出了诸多尝试。
2021年中国石油召开新闻发布会,专门介绍了大庆油田在页岩油气方面取得的重大成果。
在大庆地区建设的古页油平1井、英页1H井、古页2HC井等重点探井实现了稳定高产,单口油井日均产油达到了30方以上。
其中古页油平1井更是一马当先,稳定生产超过500天,累计油气产量已经突破万吨大关。
大庆油田曾经维持了27年5000万吨稳产14年4000万吨稳产,6年3000万吨稳产,这在全世界范围内都是最长寿的油田了。
如今页岩油项目的开发,对帮助大庆油田维持3000万吨的产量起到了巨大的支撑作用。
除了大庆,新疆吉木萨尔已经有204口水平井投入生产,增加了171万吨的年产能;济阳坳陷已经完成的水平井有95口,预计达到100万吨的年产能;苏北页岩油田也已经进入规划阶段……
目前大庆古龙、胜利济阳、新疆吉木萨尔已经被建设成国家级页岩油示范区。2021年,全国人大通过了十四五计划纲要,其中就包含了多项页岩油发展相关议题。
中国石油提出在十四五期间,打造多个整装规模效益建产示范区;中国石化致力于将胜利油田页岩油产量再提升100万吨。
同时加快江苏花庄页岩油先导示范区的建设,中海油则在2022年一年间探明了12亿吨的海上页岩油储存。在“三桶油”的齐心协力之下,中国的页岩油气革命已经到来。
美国的经验告诉我们,为了应对能源危机,页岩油开发是一种行之有效的手段。我国的页岩油储备十分丰富,这将对我国的可持续发展产生积极影响。
但开发页岩油道阻且长,由于技术储备的缺失和我国陆相页岩层系的复杂性,我们势必要经历漫长的起步阶段。
这就要求我们不仅有乔治·米歇尔的魄力和前瞻性,还要有大量科研人员的默默付出。如今在许多页岩油相关领域,我们已经实现了突破,中国页岩油气革命助力经济发展更是指日可待!
黎茂稳, 马晓潇, 蒋启贵等. 北美海相页岩油形成条件、富集特征与启示[J]. 油气地质与采收率, 2019, 第26卷(1):13-28.
金之钧, 朱如凯, 梁新平等. 当前陆相页岩油勘探开发值得关注的几个问题[J]. 石油勘探与开发, 2021, 第48卷(6):1276-1287.
张锦宏. 中国石化页岩油工程技术新进展[J]. 油气藏评价与开发, 2023, (1)编辑:不吃鸡责编:ZXT