小编为了阅读量，做个标题党，这期主要讲页岩气开发和吃火锅的关系。看看为了吃到页岩气煮的火锅，我们都做了些啥。
1、什么是页岩和页岩气？
北京虎域自然风景区串岭沟组硅质页岩（自己拍的）
不同尺度下的页岩（Li et al. 2017）
页岩（shale）是由粒径小于3.9μm的细粒碎屑、黏土、有机质等组成，具有书页状或薄片状层理、易碎裂的一类细粒沉积岩，我国广泛分布海相、陆相和海陆过渡相页岩。页岩气主要成分是轻质烷烃，以甲烷和乙烷为主，国外的页岩气概念由John B. Curtis提出，认为页岩气本质上就是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的组合，以游离或吸附状态赋存于页岩中。国内邹才能院士等认为：页岩气是指从富有机质黑色页岩中开采的天然气，或自生自储在页岩纳米级孔隙中连续聚集的天然气。页岩气在世界范围内分布广泛、储量巨大，是目前最具开发潜力的非常规天然气资源。
四川盆地龙马溪组页岩取芯（LMX-2-9）
页岩岩心浸水冒出页岩气（昭通国家级页岩气示范区海坝背斜YS203井区龙马溪组第一次岩心浸水实验）
中石油西南油气田公司页岩气井泸208井测试获日产26.59万方高产工业气流
（图源西南油气田公司官方微信平台“西油记”）
2、为什么要开发页岩气？
当然是为了冬天能在温暖的家里吃热气腾腾的火锅！
冬天到了，想放假回家吃火锅
正常情况下，以一个三口之家为例，1立方米天然气平均可供一个三口之家做饭和洗澡1~2天；按照一个月平均30天计，每月15~30方左右。而在冬天的北方，取暖也是人们关心的话题，自2017年京津冀提出供暖煤改气政策以来，不仅天更蓝了，雾霾更少了，而且居民采暖支出不增反降，还没有煤气中毒的风险，得到了广大居民的大力支持。
年初疫情期间武汉封城后，后勤物资能否及时供应牵动着全国人民的心，为助力武汉打赢这场没有硝烟的战争，广大油气工作者也竭尽全力保障武汉人民用气需求。
中石油西南油气田全力保障武汉用气（图源人民网）
川渝页岩气融入全国管网（图源西南油气田公司官方微信平台“西油记”）
（2020年9月18日，重庆市江津区先锋镇，第四条“川气出川”通道——中国石油西南油气田公司江纳线增输工程贯通投运，川渝页岩气首次增压后上载中贵线，融入全国管网。未来单线日输量将达到500万立方米以上。）
言归正传，从国家能源安全角度说，作为一种潜力巨大的矿产资源，其在国民经济、社会发展及国家能源战略安全等方面重要性日益凸显。美国借助页岩气革命，已超过俄罗斯成为世界最大的天然气生产国，根据BP《世界能源统计年鉴（2020）》，2019年美国生产天然气9209亿立方米，页岩气产量占比已超过70%，年均增速约20%，预计美国将在2022年实现能源独立。页岩气大规模商业化开采已深刻改变着世界能源格局，甚至一定程度上影响到政治格局。
美国主要页岩气产区分布（EIA，2016）
中国石油生产量增长较为缓慢，主要油田的开采情况和石油勘探开发情况并不乐观。石油产量基本维持在2亿吨的水平，如无大的油田发现，未来有可能出现产量下滑的趋势。2018年对外进口原油4.4亿吨，原油对外依存度首次超过70%，已远大于国际能源署（IEA）划定的海外依存度的警戒线。
而国内天然气消费增长迅速，自2007年起成为天然气进口国，2018年中国超越日本成为世界上最大的天然气进口国，对外依存度攀升至45.3%。根据IEA和BP预测，2030中国石油的对外依存度或将高达80%，而天然气的海外依存度或将高达50%。
1965—2018年中国石油产消差额与海外依存度演变（左）及1970—2017年中国天然气产销差额与海外依存度演变（右）
同时，天然气是优质高效的清洁能源，二氧化碳和氮氧化物的排放仅为煤炭的一半和五分之一左右，二氧化硫的排放几乎为零，作为一种清洁、高效的化石能源，其开发利用越来越受到世界各国的重视。而页岩气在我国范围分布广泛，资源量巨大，根据邹才能等人初步计算，技术可采资源量约为（10.0~36.1）×1012m3，因此我国大力开发页岩气势在必行。
近年来，国内页岩气勘探开发取得重要突破，尤其在南方海相页岩开发中成果颇丰，已设立涪陵、长宁—威远、富顺—永川和昭通等国家级页岩气开发示范区，根据国家能源局《中国天然气发展报告（2020）》统计，2019年年产页岩气量达154亿立方米，预计2020年产量超过200亿立方米，已实现规模化商业化开采。根据自然资源部《中国矿产资源报告（2020）》，四川盆地的长宁页岩气田、威远页岩气田、太阳页岩气田新增探明地质储量共计7409.7亿立方米，技术可采储量1784.45 亿立方米，累计探明地质储量10600 亿立方米，形成川南万亿立方米页岩气大气区。邹才能等（2016）提出有望在四川盆地建成0.5亿吨级油气当量的“西南大庆”（气大庆）。马新华（2017）认为在未来相当长的一段时间内，四川盆地天然气发展都将处于黄金时代。
中国陆上主要非常规油气有利区分布图
（邹才能等，2013）
3、如何有效开发页岩气？
1821年全球第一口商业页岩气井由William Hart完钻于纽约州的Fredonia小镇的泥盆纪页岩层位，完井深度8.23m，所产页岩气用于街道照明。时至今日，页岩气的开采已经有近200 年的历史, 其在近20年的井喷式发展主要依赖于水力压裂、水平钻井等关键技术的突破。
页岩气开采的基本流程示意图（刘曰武等，2019）
我国页岩气资源量巨大，但页岩储层地质年代老、埋深大、热演化程度高、构造和地表条件复杂，页岩气勘探开发目前总体属于探索起步阶段，开发难度大、经济成本高。目前技术条件下，页岩气勘探开发流程主要包括：页岩气甜点选区、高效布井、地质导向水平钻井、大规模长段多簇密切割体积压裂、精细控压排采等。
下面以国内昭通国家级页岩气示范区太阳背斜区块为例，结合地质工程一体化理念，对每个流程做相应介绍。
地质工程一体化开发页岩气研究示意图（基于Schlumberger Petrel平台）
（1）页岩气甜点选区
根据三维地震数据和构造地质信息，结合综合测井资料、地质录井、地质力学和岩心分析数据，综合确定页岩气勘探开发有利区，初步确定核心区平面位置和地质层位。
昭通国家级页岩气示范区太阳背斜区Y103井地层综合柱状图（改自梁兴等，2020），红框内为潜在页岩气甜点层位
区域构造及特征分析用于确定拟开发区（甜点）
根据地质和工程甜点评价确定开发平面位置，结合现场踏勘落实井组位置
（2）高效布井
在富集高产甜点区优选的基础上，以断层分类为基础，通过制定水平井施单元评价划分标准，细化评价单元，以指导水平井井轨部署、支撑开发方案设计。
而在布井方式选择上，从传统的单一靶体，单井效益开发，转变为井组、区域协同立体开发，缩小井距，增强平面和纵向上的储层动用，能有效提高采收率和经济效益。
太阳背斜区浅层页岩气水平井实施单元评价（梁兴等，2020）
传统单一水平井靶体示意图
四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组页岩气甜点区“立体开发”模式图（焦方正等，2019）
（3）地质导向水平钻井
以地球物理资料为基石，充分挖掘地震信息，并融入实时钻井信息，构建控制点，经井－震实时结合，通过动态分析，采用层控（宏观趋势）＋点控（具体值域）互动的推进方法，迭代更新三维速度场进而修正地震地质模型，逐渐逼近地下真实构造与地层情况；再依据模型发挥水平井靶体预估、趋势预判和风险预警作用，引导水平井在箱体内平稳钻进，最大限度降低钻井风险，同时保证井筒光滑和箱体钻遇率。
xx井页岩气水平钻井地震地质导向剖面（梁兴等，2020）
xx井实钻水平井轨迹
丛式水平井组示意图
（4）大规模长段多簇密切割体积压裂
多级分段体积压裂技术使原本低产或无气流的页岩气井重新获得工业价值成为可能，极大地延伸了页岩气在横向与纵向的开采范围，是目前页岩气藏实现工业化生产的关键技术之一。
水平井多级分段压裂技术
不同簇间距下裂缝形态模拟
数据显示单段70米4~6簇（10~15m）情况下获得的产能最高，簇间距过小易产生较强的簇间应力干扰，导致部分簇的裂缝不能完全打开，高产井的簇间距基本在10~15m之间，符合密切割认识。
xx平台体积压裂复杂缝网效果示意图（基于Schlumberger Petrel 2018平台）
利用微地震监测大规模长段多簇密切割体积压裂效果（梁兴等，2020）
模拟压裂后地层压力降和产能预测指标（基于Schlumberger Petrel 2018平台）
压裂中的四维地质力学模拟
水力压裂对最小水平应力影响主要集中于压裂缝网附近，以水力裂缝端头应力增大最显著，压裂后最小水平主应力增加10~20 MPa。
（5）精细控压排采
压裂结束后，需要对压裂液进行返排后生产，需要根据地层压力、产能指标及压裂情况等综合制定针对单井和井组的最佳排采制度，从而最大限度延长气井寿命，提升产气量。
不同生产制度设计方案压力降低和产能预测指标
合理的排采制度能有效提升气井长期产能和寿命
以上各个环节，都是紧密联系，缺一不可，只有从井组设计开始，以最后产能为导向，综合研究，一体化实施，才能有效提高页岩气井开发生产效果。
Schlumberger DELFI数字化平台（图源Schlumberger）
在大数据和人工智能时代的背景下，2017年9月，Schlumberger推出DELFI勘探开发数字化平台，环境的搭建完全继承了斯伦贝谢原有的技术产品和服务内容，从技术应用角度将统一兼容各专业的计算引擎，也包含勘探开发领域的全部云原生应用，包含地质勘探、油藏建模、工程设计、施工、生产等各个领域，每个云原生应用都基于已整合的数据源形成了完整有效的工作闭环。同时在一体化的工作模式下，由于各子系统内的巨量数据导致子系统之间越发需要增强数据利用的协同。在DELFI环境下，项目团队的所有用户都可以自由访问软件应用和工作流，团队成员也可以在专有信息界限的基础上，为数据、模型和解释建立公共工作空间。也就是说，DELFI环境可以将人、工作流、技术流和知识库联系起来，以实现真的一体化和价值最大化。
总体来说，我国油气生产时间紧，任务重，开发难度大，但为了能源安全和人民安居乐业，实现冬天暖屋内吃火锅的朴素愿望，我们油气人责无旁贷，为祖国加油，为民族争气，我们仍将上下求索，以应数字化和智能化发展大势。
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美编：黄紫薇
校对：覃华清
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