小編為了閱讀量，做個標題黨，這期主要講頁巖氣開發和吃火鍋的關係。看看為了吃到頁巖氣煮的火鍋，我們都做了些啥。
1、什麼是頁巖和頁巖氣？
北京虎域自然風景區串嶺溝組硅質頁巖（自己拍的）
不同尺度下的頁巖（Li et al. 2017）
頁巖（shale）是由粒徑小於3.9μm的細粒碎屑、黏土、有機質等組成，具有書頁狀或薄片狀層理、易碎裂的一類細粒沉積巖，我國廣泛分佈海相、陸相和海陸過渡相頁巖。頁巖氣主要成分是輕質烷烴，以甲烷和乙烷為主，國外的頁巖氣概念由John B. Curtis提出，認為頁巖氣本質上就是連續生成的生物化學成因氣、熱成因氣或兩者的組合，以遊離或吸附狀態賦存於頁巖中。國內鄒才能院士等認為：頁巖氣是指從富有機質黑色頁巖中開採的天然氣，或自生自儲在頁巖納米級孔隙中連續聚集的天然氣。頁巖氣在世界範圍內分佈廣泛、儲量巨大，是目前最具開發潛力的非常規天然氣資源。
四川盆地龍馬溪組頁巖取芯（LMX-2-9）
頁巖巖心浸水冒出頁巖氣（昭通國家級頁巖氣示範區海壩背斜YS203井區龍馬溪組第一次巖心浸水實驗）
中石油西南油氣田公司頁巖氣井瀘208井測試獲日產26.59萬方高產工業氣流
（圖源西南油氣田公司官方微信平臺“西油記”）
2、為什麼要開發頁巖氣？
當然是為了冬天能在溫暖的家裡吃熱氣騰騰的火鍋！
冬天到了，想放假回家吃火鍋
正常情況下，以一個三口之家為例，1立方米天然氣平均可供一個三口之家做飯和洗澡1~2天；按照一個月平均30天計，每月15~30方左右。而在冬天的北方，取暖也是人們關心的話題，自2017年京津冀提出供暖煤改氣政策以來，不僅天更藍了，霧霾更少了，而且居民採暖支出不增反降，還沒有煤氣中毒的風險，得到了廣大居民的大力支持。
年初疫情期間武漢封城後，後勤物資能否及時供應牽動著全國人民的心，為助力武漢打贏這場沒有硝煙的戰爭，廣大油氣工作者也竭盡全力保障武漢人民用氣需求。
中石油西南油氣田全力保障武漢用氣（圖源人民網）
川渝頁巖氣融入全國管網（圖源西南油氣田公司官方微信平臺“西油記”）
（2020年9月18日，重慶市江津區先鋒鎮，第四條“川氣出川”通道——中國石油西南油氣田公司江納線增輸工程貫通投運，川渝頁巖氣首次增壓後上載中貴線，融入全國管網。未來單線日輸量將達到500萬立方米以上。）
言歸正傳，從國家能源安全角度說，作為一種潛力巨大的礦產資源，其在國民經濟、社會發展及國家能源戰略安全等方面重要性日益凸顯。美國藉助頁巖氣革命，已超過俄羅斯成為世界最大的天然氣生產國，根據BP《世界能源統計年鑑（2020）》，2019年美國生產天然氣9209億立方米，頁巖氣產量佔比已超過70%，年均增速約20%，預計美國將在2022年實現能源獨立。頁巖氣大規模商業化開採已深刻改變著世界能源格局，甚至一定程度上影響到政治格局。
美國主要頁巖氣產區分佈（EIA，2016）
中國石油生產量增長較為緩慢，主要油田的開採情況和石油勘探開發情況並不樂觀。石油產量基本維持在2億噸的水平，如無大的油田發現，未來有可能出現產量下滑的趨勢。2018年對外進口原油4.4億噸，原油對外依存度首次超過70%，已遠大於國際能源署（IEA）劃定的海外依存度的警戒線。
而國內天然氣消費增長迅速，自2007年起成為天然氣進口國，2018年中國超越日本成為世界上最大的天然氣進口國，對外依存度攀升至45.3%。根據IEA和BP預測，2030中國石油的對外依存度或將高達80%，而天然氣的海外依存度或將高達50%。
1965—2018年中國石油產消差額與海外依存度演變（左）及1970—2017年中國天然氣產銷差額與海外依存度演變（右）
同時，天然氣是優質高效的清潔能源，二氧化碳和氮氧化物的排放僅為煤炭的一半和五分之一左右，二氧化硫的排放幾乎為零，作為一種清潔、高效的化石能源，其開發利用越來越受到世界各國的重視。而頁巖氣在我國範圍分佈廣泛，資源量巨大，根據鄒才能等人初步計算，技術可採資源量約為（10.0~36.1）×1012m3，因此我國大力開發頁巖氣勢在必行。
近年來，國內頁巖氣勘探開發取得重要突破，尤其在南方海相頁巖開發中成果頗豐，已設立涪陵、長寧—威遠、富順—永川和昭通等國家級頁巖氣開發示範區，根據國家能源局《中國天然氣發展報告（2020）》統計，2019年年產頁巖氣量達154億立方米，預計2020年產量超過200億立方米，已實現規模化商業化開採。根據自然資源部《中國礦產資源報告（2020）》，四川盆地的長寧頁巖氣田、威遠頁巖氣田、太陽頁巖氣田新增探明地質儲量共計7409.7億立方米，技術可採儲量1784.45 億立方米，累計探明地質儲量10600 億立方米，形成川南萬億立方米頁巖氣大氣區。鄒才能等（2016）提出有望在四川盆地建成0.5億噸級油氣當量的“西南大慶”（氣大慶）。馬新華（2017）認為在未來相當長的一段時間內，四川盆地天然氣發展都將處於黃金時代。
中國陸上主要非常規油氣有利區分佈圖
（鄒才能等，2013）
3、如何有效開發頁巖氣？
1821年全球第一口商業頁巖氣井由William Hart完鑽於紐約州的Fredonia小鎮的泥盆紀頁巖層位，完井深度8.23m，所產頁巖氣用於街道照明。時至今日，頁巖氣的開採已經有近200 年的歷史, 其在近20年的井噴式發展主要依賴於水力壓裂、水平鑽井等關鍵技術的突破。
頁巖氣開採的基本流程示意圖（劉曰武等，2019）
我國頁巖氣資源量巨大，但頁巖儲層地質年代老、埋深大、熱演化程度高、構造和地表條件複雜，頁巖氣勘探開發目前總體屬於探索起步階段，開發難度大、經濟成本高。目前技術條件下，頁巖氣勘探開發流程主要包括：頁巖氣甜點選區、高效布井、地質導向水平鑽井、大規模長段多簇密切割體積壓裂、精細控壓排採等。
下面以國內昭通國家級頁巖氣示範區太陽背斜區塊為例，結合地質工程一體化理念，對每個流程做相應介紹。
地質工程一體化開發頁巖氣研究示意圖（基於Schlumberger Petrel平臺）
（1）頁巖氣甜點選區
根據三維地震數據和構造地質信息，結合綜合測井資料、地質錄井、地質力學和巖心分析數據，綜合確定頁巖氣勘探開發有利區，初步確定核心區平面位置和地質層位。
昭通國家級頁巖氣示範區太陽背斜區Y103井地層綜合柱狀圖（改自樑興等，2020），紅框內為潛在頁巖氣甜點層位
區域構造及特徵分析用於確定擬開發區（甜點）
根據地質和工程甜點評價確定開發平面位置，結合現場踏勘落實井組位置
（2）高效布井
在富集高產甜點區優選的基礎上，以斷層分類為基礎，通過制定水平井施單元評價劃分標準，細化評價單元，以指導水平井井軌部署、支撐開發方案設計。
而在布井方式選擇上，從傳統的單一靶體，單井效益開發，轉變為井組、區域協同立體開發，縮小井距，增強平面和縱向上的儲層動用，能有效提高採收率和經濟效益。
太陽背斜區淺層頁巖氣水平井實施單元評價（樑興等，2020）
傳統單一水平井靶體示意圖
四川盆地及其周緣五峰組—龍馬溪組頁巖氣甜點區“立體開發”模式圖（焦方正等，2019）
（3）地質導向水平鑽井
以地球物理資料為基石，充分挖掘地震信息，並融入實時鑽井信息，構建控制點，經井－震實時結合，通過動態分析，採用層控（宏觀趨勢）＋點控（具體值域）互動的推進方法，迭代更新三維速度場進而修正地震地質模型，逐漸逼近地下真實構造與地層情況；再依據模型發揮水平井靶體預估、趨勢預判和風險預警作用，引導水平井在箱體內平穩鑽進，最大限度降低鑽井風險，同時保證井筒光滑和箱體鑽遇率。
xx井頁巖氣水平鑽井地震地質導向剖面（樑興等，2020）
xx井實鑽水平井軌跡
叢式水平井組示意圖
（4）大規模長段多簇密切割體積壓裂
多級分段體積壓裂技術使原本低產或無氣流的頁巖氣井重新獲得工業價值成為可能，極大地延伸了頁巖氣在橫向與縱向的開採範圍，是目前頁巖氣藏實現工業化生產的關鍵技術之一。
水平井多級分段壓裂技術
不同簇間距下裂縫形態模擬
數據顯示單段70米4~6簇（10~15m）情況下獲得的產能最高，簇間距過小易產生較強的簇間應力幹擾，導致部分簇的裂縫不能完全打開，高產井的簇間距基本在10~15m之間，符合密切割認識。
xx平臺體積壓裂複雜縫網效果示意圖（基於Schlumberger Petrel 2018平臺）
利用微地震監測大規模長段多簇密切割體積壓裂效果（樑興等，2020）
模擬壓裂後地層壓力降和產能預測指標（基於Schlumberger Petrel 2018平臺）
壓裂中的四維地質力學模擬
水力壓裂對最小水平應力影響主要集中於壓裂縫網附近，以水力裂縫端頭應力增大最顯著，壓裂後最小水平主應力增加10~20 MPa。
（5）精細控壓排採
壓裂結束後，需要對壓裂液進行返排後生產，需要根據地層壓力、產能指標及壓裂情況等綜合制定針對單井和井組的最佳排採製度，從而最大限度延長氣井壽命，提升產氣量。
不同生產製度設計方案壓力降低和產能預測指標
合理的排採製度能有效提升氣井長期產能和壽命
以上各個環節，都是緊密聯繫，缺一不可，只有從井組設計開始，以最後產能為導向，綜合研究，一體化實施，才能有效提高頁巖氣井開發生產效果。
Schlumberger DELFI數字化平臺（圖源Schlumberger）
在大數據和人工智能時代的背景下，2017年9月，Schlumberger推出DELFI勘探開發數字化平臺，環境的搭建完全繼承了斯倫貝謝原有的技術產品和服務內容，從技術應用角度將統一兼容各專業的計算引擎，也包含勘探開發領域的全部雲原生應用，包含地質勘探、油藏建模、工程設計、施工、生產等各個領域，每個雲原生應用都基於已整合的數據源形成了完整有效的工作閉環。同時在一體化的工作模式下，由於各子系統內的巨量數據導致子系統之間越發需要增強數據利用的協同。在DELFI環境下，項目團隊的所有用戶都可以自由訪問軟件應用和工作流，團隊成員也可以在專有信息界限的基礎上，為數據、模型和解釋建立公共工作空間。也就是說，DELFI環境可以將人、工作流、技術流和知識庫聯繫起來，以實現真的一體化和價值最大化。
總體來說，我國油氣生產時間緊，任務重，開發難度大，但為了能源安全和人民安居樂業，實現冬天暖屋內吃火鍋的樸素願望，我們油氣人責無旁貸，為祖國加油，為民族爭氣，我們仍將上下求索，以應數字化和智能化發展大勢。
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美編：黃紫薇
校對：覃華清
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