自主創新為我國頁巖氣開發提供支撐

　　頁巖氣開發產業鏈

　　 頁巖氣是蘊藏于頁巖層可供開采的天然氣資源，其形成和富集有著自身獨特的特點，往往分布在盆地內厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中。較常規天然氣相比，頁巖氣開發具有開采壽命長和生產周期長的優點，大部分產氣頁巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩定的速率產氣。

　　 當前，頁巖氣經濟有效開發很大程度上依賴于以水平井鉆完井及分段壓裂為主體的工程技術。與北美相比，我國頁巖氣地表特征、儲層埋深和儲層復雜程度有很大的區別，勘探開發難度更大，美國頁巖氣工程技術不能簡單復制，急需形成適合我國頁巖氣特點的工程技術體系。

　　 從2011年起，按照中國石化集團公司“在頁巖油氣開發上，中國石化要成為中國的代表，技術和評價要走在最前面”戰略要求，中國石化石油工程技術研究院（下稱工程院）作出重大決策，將頁巖油氣工程技術列入核心技術，依靠相關技術領域的多年積淀，投入優勢研究力量，承擔起中國石化大量頁巖氣關鍵工程技術的攻關任務。在多項核心技術上取得突破，申請ZL150余項，基本形成了具有水平井段長2000米的鉆完井及20段壓裂能力的頁巖氣工程配套技術，為中國石化頁巖氣開發走在國內最前列作出重要貢獻。

　　 我國頁巖氣可采儲量居世界前列

　　 研究顯示，新常態下的中國經濟反映在能源消費和能源結構上，天然氣將成為近中期調整能源結構的主力。到2030年，中國天然氣需求量將超過5500億方，由于國內常規天然氣開發潛力有限，這就為煤層氣、頁巖氣等非常規天然氣的發展帶來了契機。根據國家十二五規劃的要求，中國天然氣開采量在2015年將達到65億立方米。中石化預計2015年將開采天然氣達100億立方米，中石油預計2015年將開采天然氣達26億立方米。加上其他天然氣開采公司的開采量，我國將會在2015年100%超額完成“十二五”規劃的要求。

　　 以中國石化為代表，目前我國頁巖氣開采已進入自主技術階段，初步形成了長水平井優快鉆井技術及壓裂試氣工程技術等一系列自主技術和規范。技術的逐步成熟，將為我國頁巖氣的商用開采拉開廣闊藍圖，也意味著中國成為繼美國和加拿大后，第三個能夠使用自主技術裝備進行頁巖氣商用開采的國家。

　　 重點突破，為頁巖氣開發提供扎實的技術儲備

　　 2009年10月，國土資源部在重慶市綦江縣啟動了中國首個頁巖氣資源勘查項目。這標志著繼美國和加拿大之后，中國正式開始這一新型能源頁巖氣資源的勘探開發。對中國新型能源建設起到了積極的示范作用，在中國油氣領域具有里程碑意義。

　　 在頁巖油氣開發系列工程技術攻關過程中，中國石化工程院以中國石化涪陵地區頁巖氣開發工程技術突破為重點，把技術研發和現場服務緊密結合，為涪陵頁巖氣規模開發開辟了道路，并為其他地區頁巖氣開發提供了扎實可靠的技術儲備。

　　 工程院認真貫徹創新驅動發展戰略，圍繞頁巖氣勘探開發技術需求，承擔了中國石化約70%的頁巖油氣關鍵工程技術攻關任務。通過強化自主創新，突出協同攻關，形成了以一體化工程設計、水平井優快鉆井、油基鉆井液、彈塑性水泥漿、滑溜水壓裂液、壓裂工具、網絡壓裂及產能評價等為主要內容的、具有自主知識產權的配套技術鏈，已經具備了2000m水平井鉆完井及20段以上的分段壓裂技術支持與服務能力，打造了具有自主知識產權的頁巖氣工程技術鏈，為中國石化頁巖油氣勘探開發做出了積極貢獻，闖出了一條成功之路。

　　 協同攻關，使頁巖氣勘探開發始終領先成為可能

　　 在研發過程中，工程院通過深入分析需求，明確目標任務；成立專門組織，強化統籌管理；優化科技資源，組建強有力的研發團隊；加大科研投入，保證研發需要；加強國際合作，提高研發起點；強化技術驗證，加速成果轉化；構建特殊機制，推進技術發展等多項舉措，在頁巖氣工程技術上取得系列突破，使中國石化的頁巖氣勘探開發走在中國企業前面成為可能。

　　 據介紹，工程院在中國石化集團公司黨組的統一領導和各油田企業的大力支持與幫助下，充分利用集團公司勘探開發與工程服務一體化優勢，攻堅克難，一步一個腳印，實現了頁巖氣工程技術的快速發展。工程院把非常規油氣工程技術作為“十二五”期間著力培育的5項核心技術的重中之重，經過刻苦攻關，打破了國外的技術壟斷。

　　 應該說，中國石化充足的投資保證和下屬各油田企業的大力支持是頁巖氣工程技術發展的保障。持續加大科研經費、設備配套和人才引進等扶持力度，為科技攻關提供了保證。油田企業、石油工程地區分公司等兄弟單位積極配合，加快了技術成果的驗證和轉化。

　　 敢于擔當、組織得力、高效運行的科技創新管理是頁巖氣工程技術創新發展的關鍵。工程院以服務勘探開發、推進石油工程技術進步為己任，承擔了集團公司75%以上的頁巖氣工程技術攻關任務。他們構建了上下聯動的科技攻關機制，激發了創新熱情，推進了科技創新，提升了創新質量。

　　 自主創新、優化資源、協同攻關是實現頁巖氣工程技術快速發展的強勁推動力。在充分發揮自身優勢的同時，他們及時跟蹤世界技術前沿，充分利用社會科技資源，與國內外知名院校、研發機構建立協同創新聯盟，加快了自主創新步伐，保證了創新成果的先進性和理論方法的提升。

　　 近四年來，工程院累計承擔各類頁巖氣工程技術科研項目36項，通過持續攻關，突破了一批關鍵技術難題，申請了國家ZL151件，登記軟件著作權5套，發表論文150余篇，編制集團公司標準9項、規范6項。形成了全井筒技術鏈的技術系列，具備了2000m水平段水平井鉆完井及20段以上分段壓裂技術支持能力，整體達到國際先進水平，為中國石化頁巖油氣勘探開發提供了支撐。

　　 突破難題，為頁巖油氣勘探開發提供支撐

　　 （一）關鍵工具與助劑實現了工業化

　　 一是自主研制的多級滑套、泵送橋塞、水力噴射、裸眼封隔器等分段壓裂配套工具，實現了工業化、系列化，應用成功率100%，成本較國外同類產品降低三分之一以上。二是研制的油基鉆井液體系性能優于國外同類產品先進水平。三是開發的彈塑性水泥漿體系，水泥石彈塑性提高1倍以上。四是研發的滑溜水壓裂液體系，降阻率達到70%以上，成本較國外同類產品降低40%以上。

　　 （二）打造完整的頁巖氣工程技術鏈

　　 工程院持續開展了頁巖氣工程技術系列攻關，形成了從頁巖工程地質評價、優快鉆井、井工廠、油基鉆井液、彈塑性水泥漿、壓裂工具、壓裂液、網絡壓裂設計、裂縫監測及壓后評估和產能評價等配套技術鏈。

　　 2014年以來，為進一步滿足深層頁巖氣的勘探開發需求，工程院又開展了深層（垂深≥3500m）頁巖氣勘探開發工程探索，開展了“甜點”評價、優快鉆井與“井工廠”技術、低油水比油基鉆井液、泡沫水泥漿固井、新型滑套工具、低成本高效滑溜水體系、精細化網絡壓裂工藝、產能評價與測試等關鍵技術研究攻關，完善了泡沫定向、長水平段一趟鉆鉆井、低油水比油基鉆井液、彈韌性水泥漿和分段壓裂等技術，攻克了隨鉆地層評價與地質導向、井工廠優快鉆完井、頁巖水基鉆井液、頁巖氣產液剖面測試和壓裂液返排利用等關鍵技術難題，研制成功了第二代滑溜水壓裂液和固井滑套，進一步完善了3500米以淺頁巖氣工程技術鏈。

　　 （三）工程技術實現了規范化標準化

　　 形成了以頁巖氣水平井鉆完井和分段壓裂為主體的頁巖氣工程技術系列。一是研發的頁巖氣工程一體化設計技術，現場鉆完井成功率100%、壓裂符合率90%以上。二是形成的復雜地形“井工廠”優快鉆井技術，有效降低了鉆井成本。三是開發的網絡壓裂技術應用28口井，作業成功率100%。四是建立了頁巖氣水平井產能評價方法，試驗井應用誤差在10%以內。五是牽頭制定了中國石化頁巖氣工程技術標準9項，編制作業規范6項推進了中國石化頁巖氣工程技術的發展。

　　 （四）建成了國內一流的頁巖氣工程技術實驗室

　　 高水平的實驗室是技術研發的基礎和保障，工程院一直重視頁巖油氣鉆完井及壓裂實驗室方面的建設。經過近年的建設，已基本建成了“設施先進，人才完備，重點突出，特色鮮明”、在國內具有領先水平的頁巖油氣鉆完井及壓裂實驗室。2015年1月30日，工程院作為核心成員單位之一參與了“國家能源頁巖油研發中心”申報工作并獲得批準，具體負責工程技術研發工作。2015年5月底，工程院參與申報的“頁巖油氣富集機理與有效開發國家重點實驗室”，目前已經通過答辯。

　　 （五）支撐了中國石化頁巖氣勘探開發和產能建設

　　 在集團總部的統一組織下，工程院與中國石化勘探分公司、江漢油田、華東分公司等油田企業及地區石油工程公司通力合作，通過應用自主頁巖氣工程技術、成立技術支持小組，開展了井工廠、低油水比油基鉆井液、隨鉆地層評價、體積壓裂、產能評價以及日常技術支撐等一體化技術支持與服務。全面支撐了涪陵、丁山、彭水、南川等地區頁巖氣勘探開發和涪陵焦石壩I期50億方天然氣產能建設，為集團公司頁巖氣的勘探突破、產能建設及業務發展提供了全面的工程技術支撐。

　　 截至2014年底，涪陵頁巖氣田累計開鉆頁巖氣水平井170余口井，平均鉆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%。單井投產費用由2012年的9500萬元降為2014年7600萬元，降低20%左右。其中焦頁 1HF 井初產20萬方，實現了頁巖氣勘探的重大突破，被評為“中國頁巖氣功勛井”。焦頁30號平臺試驗應用“井工廠”技術效果顯著，平均鉆井周期縮短30.5%，正在6個平臺20口井進行推廣。

　　 隨著深層頁巖氣的開發進程不斷推進，工程院集中優勢兵力，開展了技術攻關，為多口深層頁巖氣井提供全面技術支持，實現了深層頁巖氣工程技術突破。丁頁2HF井創2013年當年頁巖氣井壓裂單段規模最大，完鉆井深最大（垂深4416m；井深5667m）紀錄，壓后初期產氣量達10.5萬方/天，首次實現了我國深層頁巖氣重大勘探突破。南頁1HF井鉆完井和壓裂，完鉆井深5820m（垂深4627m），壓裂15段，為當時最深頁巖氣井，創造了國內深層頁巖氣層分段壓裂施工多項記錄 ，金頁HF1井在寒武系筇竹寺組也喜獲工業氣流。

　　 頁巖氣工程技術系列成果得到了國內業界的的充分肯定。中石化集團領導曾這樣評價工程院：“你們在頁巖氣工程技術上的系列突破，使得中國石化勘探發現的頁巖氣儲量得以經濟有效開發，使中國石化大規模開發成為可能，使中國石化在頁巖氣勘探開發走在中國企業前面成為可能……”國內油氣領域的院士和專家評價說：“中國石化工程院在頁巖氣水平井鉆完井與分段壓裂關鍵技術上有重大創新，成果形成了完整的技術鏈并實現產業化，在焦石壩等區塊推廣應用，為實現該地區頁巖氣重大突破及涪陵I期50億方天然氣產能建設提供了主導工藝技術，對推動頁巖氣勘探開發有重要借鑒意義，使得中國石化的頁巖氣工程技術走在中國的前列。”美國能源領域院士和專家也評價說：“中國石化在頁巖氣工程技術研究方面做了大量的開創性的工作，在川東南海相頁巖氣勘探開發技術是一流的，無論是頁巖氣綜合評價技術，還是水平井鉆井，以及分段壓裂試氣技術，都已經走在世界前列。”