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自主创新为我国页岩气开发提供支撑

2015.7.02

　　页岩气开发产业链

　　页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，其形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。

　　当前，页岩气经济有效开发很大程度上依赖于以水平井钻完井及分段压裂为主体的工程技术。与北美相比，我国页岩气地表特征、储层埋深和储层复杂程度有很大的区别，勘探开发难度更大，美国页岩气工程技术不能简单复制，急需形成适合我国页岩气特点的工程技术体系。

　　从2011年起，按照中国石化集团公司“在页岩油气开发上，中国石化要成为中国的代表，技术和评价要走在最前面”战略要求，中国石化石油工程技术研究院（下称工程院）作出重大决策，将页岩油气工程技术列入核心技术，依靠相关技术领域的多年积淀，投入优势研究力量，承担起中国石化大量页岩气关键工程技术的攻关任务。在多项核心技术上取得突破，申请ZL150余项，基本形成了具有水平井段长2000米的钻完井及20段压裂能力的页岩气工程配套技术，为中国石化页岩气开发走在国内最前列作出重要贡献。

　　 我国页岩气可采储量居世界前列

　　研究显示，新常态下的中国经济反映在能源消费和能源结构上，天然气将成为近中期调整能源结构的主力。到2030年，中国天然气需求量将超过5500亿方，由于国内常规天然气开发潜力有限，这就为煤层气、页岩气等非常规天然气的发展带来了契机。根据国家十二五规划的要求，中国天然气开采量在2015年将达到65亿立方米。中石化预计2015年将开采天然气达100亿立方米，中石油预计2015年将开采天然气达26亿立方米。加上其他天然气开采公司的开采量，我国将会在2015年100%超额完成“十二五”规划的要求。

　　以中国石化为代表，目前我国页岩气开采已进入自主技术阶段，初步形成了长水平井优快钻井技术及压裂试气工程技术等一系列自主技术和规范。技术的逐步成熟，将为我国页岩气的商用开采拉开广阔蓝图，也意味着中国成为继美国和加拿大后，第三个能够使用自主技术装备进行页岩气商用开采的国家。

　　 重点突破，为页岩气开发提供扎实的技术储备

　　 2009年10月，国土资源部在重庆市綦江县启动了中国首个页岩气资源勘查项目。这标志着继美国和加拿大之后，中国正式开始这一新型能源页岩气资源的勘探开发。对中国新型能源建设起到了积极的示范作用，在中国油气领域具有里程碑意义。

　　在页岩油气开发系列工程技术攻关过程中，中国石化工程院以中国石化涪陵地区页岩气开发工程技术突破为重点，把技术研发和现场服务紧密结合，为涪陵页岩气规模开发开辟了道路，并为其他地区页岩气开发提供了扎实可靠的技术储备。

　　工程院认真贯彻创新驱动发展战略，围绕页岩气勘探开发技术需求，承担了中国石化约70%的页岩油气关键工程技术攻关任务。通过强化自主创新，突出协同攻关，形成了以一体化工程设计、水平井优快钻井、油基钻井液、弹塑性水泥浆、滑溜水压裂液、压裂工具、网络压裂及产能评价等为主要内容的、具有自主知识产权的配套技术链，已经具备了2000m水平井钻完井及20段以上的分段压裂技术支持与服务能力，打造了具有自主知识产权的页岩气工程技术链，为中国石化页岩油气勘探开发做出了积极贡献，闯出了一条成功之路。

　　 协同攻关，使页岩气勘探开发始终领先成为可能

　　在研发过程中，工程院通过深入分析需求，明确目标任务；成立专门组织，强化统筹管理；优化科技资源，组建强有力的研发团队；加大科研投入，保证研发需要；加强国际合作，提高研发起点；强化技术验证，加速成果转化；构建特殊机制，推进技术发展等多项举措，在页岩气工程技术上取得系列突破，使中国石化的页岩气勘探开发走在中国企业前面成为可能。

　　据介绍，工程院在中国石化集团公司党组的统一领导和各油田企业的大力支持与帮助下，充分利用集团公司勘探开发与工程服务一体化优势，攻坚克难，一步一个脚印，实现了页岩气工程技术的快速发展。工程院把非常规油气工程技术作为“十二五”期间着力培育的5项核心技术的重中之重，经过刻苦攻关，打破了国外的技术垄断。

　　应该说，中国石化充足的投资保证和下属各油田企业的大力支持是页岩气工程技术发展的保障。持续加大科研经费、设备配套和人才引进等扶持力度，为科技攻关提供了保证。油田企业、石油工程地区分公司等兄弟单位积极配合，加快了技术成果的验证和转化。

　　敢于担当、组织得力、高效运行的科技创新管理是页岩气工程技术创新发展的关键。工程院以服务勘探开发、推进石油工程技术进步为己任，承担了集团公司75%以上的页岩气工程技术攻关任务。他们构建了上下联动的科技攻关机制，激发了创新热情，推进了科技创新，提升了创新质量。

　　自主创新、优化资源、协同攻关是实现页岩气工程技术快速发展的强劲推动力。在充分发挥自身优势的同时，他们及时跟踪世界技术前沿，充分利用社会科技资源，与国内外知名院校、研发机构建立协同创新联盟，加快了自主创新步伐，保证了创新成果的先进性和理论方法的提升。

　　近四年来，工程院累计承担各类页岩气工程技术科研项目36项，通过持续攻关，突破了一批关键技术难题，申请了国家ZL151件，登记软件著作权5套，发表论文150余篇，编制集团公司标准9项、规范6项。形成了全井筒技术链的技术系列，具备了2000m水平段水平井钻完井及20段以上分段压裂技术支持能力，整体达到国际先进水平，为中国石化页岩油气勘探开发提供了支撑。

　　 突破难题，为页岩油气勘探开发提供支撑

　　（一）关键工具与助剂实现了工业化

　　一是自主研制的多级滑套、泵送桥塞、水力喷射、裸眼封隔器等分段压裂配套工具，实现了工业化、系列化，应用成功率100%，成本较国外同类产品降低三分之一以上。二是研制的油基钻井液体系性能优于国外同类产品先进水平。三是开发的弹塑性水泥浆体系，水泥石弹塑性提高1倍以上。四是研发的滑溜水压裂液体系，降阻率达到70%以上，成本较国外同类产品降低40%以上。

　　（二）打造完整的页岩气工程技术链

　　工程院持续开展了页岩气工程技术系列攻关，形成了从页岩工程地质评价、优快钻井、井工厂、油基钻井液、弹塑性水泥浆、压裂工具、压裂液、网络压裂设计、裂缝监测及压后评估和产能评价等配套技术链。

　　 2014年以来，为进一步满足深层页岩气的勘探开发需求，工程院又开展了深层（垂深≥3500m）页岩气勘探开发工程探索，开展了“甜点”评价、优快钻井与“井工厂”技术、低油水比油基钻井液、泡沫水泥浆固井、新型滑套工具、低成本高效滑溜水体系、精细化网络压裂工艺、产能评价与测试等关键技术研究攻关，完善了泡沫定向、长水平段一趟钻钻井、低油水比油基钻井液、弹韧性水泥浆和分段压裂等技术，攻克了随钻地层评价与地质导向、井工厂优快钻完井、页岩水基钻井液、页岩气产液剖面测试和压裂液返排利用等关键技术难题，研制成功了第二代滑溜水压裂液和固井滑套，进一步完善了3500米以浅页岩气工程技术链。

　　（三）工程技术实现了规范化标准化

　　形成了以页岩气水平井钻完井和分段压裂为主体的页岩气工程技术系列。一是研发的页岩气工程一体化设计技术，现场钻完井成功率100%、压裂符合率90%以上。二是形成的复杂地形“井工厂”优快钻井技术，有效降低了钻井成本。三是开发的网络压裂技术应用28口井，作业成功率100%。四是建立了页岩气水平井产能评价方法，试验井应用误差在10%以内。五是牵头制定了中国石化页岩气工程技术标准9项，编制作业规范6项推进了中国石化页岩气工程技术的发展。

　　（四）建成了国内一流的页岩气工程技术实验室

　　高水平的实验室是技术研发的基础和保障，工程院一直重视页岩油气钻完井及压裂实验室方面的建设。经过近年的建设，已基本建成了“设施先进，人才完备，重点突出，特色鲜明”、在国内具有领先水平的页岩油气钻完井及压裂实验室。2015年1月30日，工程院作为核心成员单位之一参与了“国家能源页岩油研发中心”申报工作并获得批准，具体负责工程技术研发工作。2015年5月底，工程院参与申报的“页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室”，目前已经通过答辩。

　　（五）支撑了中国石化页岩气勘探开发和产能建设

　　在集团总部的统一组织下，工程院与中国石化勘探分公司、江汉油田、华东分公司等油田企业及地区石油工程公司通力合作，通过应用自主页岩气工程技术、成立技术支持小组，开展了井工厂、低油水比油基钻井液、随钻地层评价、体积压裂、产能评价以及日常技术支撑等一体化技术支持与服务。全面支撑了涪陵、丁山、彭水、南川等地区页岩气勘探开发和涪陵焦石坝I期50亿方天然气产能建设，为集团公司页岩气的勘探突破、产能建设及业务发展提供了全面的工程技术支撑。

　　截至2014年底，涪陵页岩气田累计开钻页岩气水平井170余口井，平均钻井周期逐年大幅度降低，由2012年的151天降到2014年的58.1天，降低了61.52%。单井投产费用由2012年的9500万元降为2014年7600万元，降低20%左右。其中焦页 1HF 井初产20万方，实现了页岩气勘探的重大突破，被评为“中国页岩气功勋井”。焦页30号平台试验应用“井工厂”技术效果显著，平均钻井周期缩短30.5%，正在6个平台20口井进行推广。

　　随着深层页岩气的开发进程不断推进，工程院集中优势兵力，开展了技术攻关，为多口深层页岩气井提供全面技术支持，实现了深层页岩气工程技术突破。丁页2HF井创2013年当年页岩气井压裂单段规模最大，完钻井深最大（垂深4416m；井深5667m）纪录，压后初期产气量达10.5万方/天，首次实现了我国深层页岩气重大勘探突破。南页1HF井钻完井和压裂，完钻井深5820m（垂深4627m），压裂15段，为当时最深页岩气井，创造了国内深层页岩气层分段压裂施工多项记录，金页HF1井在寒武系筇竹寺组也喜获工业气流。

　　页岩气工程技术系列成果得到了国内业界的的充分肯定。中石化集团领导曾这样评价工程院：“你们在页岩气工程技术上的系列突破，使得中国石化勘探发现的页岩气储量得以经济有效开发，使中国石化大规模开发成为可能，使中国石化在页岩气勘探开发走在中国企业前面成为可能……”国内油气领域的院士和专家评价说：“中国石化工程院在页岩气水平井钻完井与分段压裂关键技术上有重大创新，成果形成了完整的技术链并实现产业化，在焦石坝等区块推广应用，为实现该地区页岩气重大突破及涪陵I期50亿方天然气产能建设提供了主导工艺技术，对推动页岩气勘探开发有重要借鉴意义，使得中国石化的页岩气工程技术走在中国的前列。”美国能源领域院士和专家也评价说：“中国石化在页岩气工程技术研究方面做了大量的开创性的工作，在川东南海相页岩气勘探开发技术是一流的，无论是页岩气综合评价技术，还是水平井钻井，以及分段压裂试气技术，都已经走在世界前列。”

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周锦帆