[科学技术]引领中国页岩气迈入世界三强——记我国首个大型页岩气田涪陵气田

中国石化勘探分公司总经理郭(左三)在油气勘探第一线

■聚焦

这是一个传奇的创新团队。在中国油气勘探史上，他们又一次创造了新纪录，引起了人们的关注。2018年1月，中石化勘探分公司牵头的“涪陵大型海相页岩气高效勘探开发”项目获国家科技进步一等奖。此前，2015年1月，他们牵头的“元坝超深礁大气田高效勘探”项目获得国家科技进步奖一等奖。

与以往不同，在全球能源领域页岩气革命的关键时期，勘探分支迅速从常规油气勘探转向页岩气勘探，发现并探明了涪陵页岩气田。从2012年发现涪陵页岩气田开始，到2017年底累计探明储量超过6008亿立方米，年产气量60亿立方米，累计产气量150亿立方米，建成年生产能力100亿立方米。中国已与美国、加拿大一起逐渐成为页岩气勘探开发大国，进入世界前三。

锻造“理论钥匙”开启页岩气宝藏

页岩气是一种储量广泛且丰富的非常规清洁能源。新世纪以来，美国页岩气产业发展迅速，改变了美国的能源消费结构，降低了对外对能源的依赖。

中国页岩气资源丰富，国家高度重视页岩气资源的勘探开发。与此同时，受美国页岩气革命的启发，2010年左右，中国启动了第一轮页岩气开发热潮，钻了120多口岩气井，但大部分没有在商业上发现。到2012年初，怀疑主义和悲观主义盛行。

在中石化党组的统一部署下，勘探分公司这支在常规油气勘探领域做出巨大贡献的专业勘探队伍，于2009年开始组建页岩气勘探管理机构和研究室，并派出精锐士兵挺进页岩气新领域。

勘探分公司总经理郭长期在油气勘探一线工作，特别注重基础研究。他认为，中国特别是南方页岩气的形成、富集和保存与北美有很大不同。北美的地表平坦的像一个光滑的大板块，而华南的地质条件复杂，更像一个被打碎踢过的大板块。页岩气勘探开发照搬北美理论不切实际。要从基础研究入手，建立适合中国地质特点的页岩气勘探开发理论和技术。

以郭为首的页岩气勘探团队收集了9口钻井、6562 km二维地震和25条露头剖面的老资料，进行了第一轮综合研究。郭带领科研小组深入野外测量地质剖面。在一年半的时间里，足迹遍布四川、重庆、贵州、广西等地的山地和山地，获得了20万米的露头剖面资料。他们利用新旧资料进行对比研究，发现深水棚相有机质含量高，硅质含量高，是优质页岩发育的有利相带和有利勘探领域。海相页岩气勘探的大方向一下子明朗了。

该团队注意到，当时在中国演示页岩气井时，忽略了“保存条件”这一关键要素。然后，围绕保存条件的研究，他们对国内外页岩气地质条件进行了深入的对比研究，提出了新的认识:美国页岩气地质构造相对简单，富集保存条件较好，而我国地质活动强烈，地下构造破碎，富集保存条件复杂。因此，在勘探过程中，必须同时考虑生成条件和后期损失条件，并动态研究保存条件。

为了探明优质页岩在深水陆棚相的作用和页岩气富集过程中的动态保存条件，郭带领团队成员系统研究了华南地区的海洋构造运动和海相页岩演化史，恢复了古地理和地貌，系统建立了华南地区不同页岩系列的骨干剖面。

通过对比研究，他发现深水陆架相有机碳含量高，有机孔隙发育，内生硅质矿物含量高，孔隙比表面积大，甲烷吸附能力强。这些关键参数不仅比其他页岩高许多倍，而且相互之间存在正相关耦合关系。基于此，他提出了深水棚页岩最有利于页岩气生成、储集和压裂的新认识，是“生烃储集控制”的基础。然后，通过对早期优质页岩区钻井失败原因的分析，重建了南部海相页岩的沉积框架，重塑了页岩气的生成、滞留和散失过程，进一步揭示了保存条件对页岩气富集的控制作用，提出了良好的保存条件是页岩气“成藏与产出控制”的关键这一新认识，建立了保存持续型、损失剩余型和损失损害型三种类型的保存损失模型和18个战略选择参数。郭将这一系列认识描述为“深水棚优质页岩的开发是页岩气‘生烃控储’的基础，良好的保存条件是页岩气‘生储控产’的关键”，并称之为海相页岩气‘二元富集’的理论认识。

2012年6月在《中国工程科学》发表《关于华南页岩气勘探评价的一些思考》，2014年7月在《地质》发表《华南海相页岩气双重富集规律》。两篇论文先后阐述了这一理论认识。

挖出让中国更美丽的“黄金娃娃”

涪陵尸佼大坝位于四川盆地边缘，深藏于武陵山系西端的群山之中。对于常规油气勘探来说，这不是一个有希望的领域。

2009年，勘探分公司开始在该地区进行系统的地质调查和基础研究，并对原始地震资料进行了重新解释。新的研究进一步发现，虽然该区整体保存条件较差，但海相龙马溪组页岩具有良好的稳定性。

2011年9月，郭一行利用“二元富集”理论，选择涪陵焦石坝龙马溪组作为最有利的勘探目标，对焦1井进行了论证部署。

2012年11月28日，郭看到胶1井井喷试验的火焰越烧越旺，看到日产页岩气20.3万立方米，有了更深刻的认识，他说:创新，不仅仅是学习别人的经验，更是坚持自己的道路，找到符合自己实际的正确方向，指导自己的实践走向成功。

焦叶1井的战略突破为我国页岩气勘探展示了良好前景，成为我国页岩气勘探开发的转折点。2012年12月，中石化在四川盆地及周边地区召开页岩气研讨会，决定在不评价尸佼大坝的情况下，部署3口探井和600平方公里的三维地震。自此，涪陵页岩气勘探开发全面高效推进。

在进行地质理论创新的同时，郭一行紧密结合勘探实践，攻克了关键技术难题。一是首创垫层桩加水激发技术，创新全方位强耦合采集设计，模拟地表数据重建成像技术，突破川南碳酸盐岩山区地震采集处理技术瓶颈。与旧数据相比，信噪比提高了1.5倍，有效带宽从8 ~ 60hz扩展到4 ~ 90hz，主频提高了17hz。二是突破有机碳含量波阻抗反演和里克曼方法的局限，创新形成以有机碳含量、脆性指数和含气叠前地震定量预测为核心的“甜点”预测技术体系，大大提高预测精度。有机碳含量预测的相对误差小于2%；脆性指数预测的相对误差从13%降低到3%。预计涪陵焦石坝高产富集区面积326平方公里，部署探井成功率100%，216口开发井中有204口日产10万立方米以上高产。再次，创新了以混合变骨架密度计算孔隙度和多次密度测井计算含气饱和度为核心的“六性”测井评价技术，解决了传统方法计算误差大的问题。孔隙度相对误差小于8%，含气饱和度绝对误差小于3%。

针对页岩气水平井钻井压裂难度大的问题，勘探分公司技术团队创新形成了页岩气水平井高效钻井压裂关键技术。一个pdc钻头可以完成1500m水平段的施工。通过低摩阻、低伤害、造缝好、水化好、返排好、准备好的“两低四好”新型高效滑溜水和活性凝胶液体系及“3343”压裂模式的综合研发，页岩气水平井压裂试验成功率为100%。

这一系列成果成功打破了国外页岩气勘探开发的技术垄断，支撑了涪陵页岩气的高效勘探开发。

从2014年7月第一次提交探明储量到2017年7月第三次提交，目前涪陵气田累计探明含气面积575.92平方公里，累计探明地质储量达6008.14亿立方米，占全国已探明页岩气储量的78%。

涪陵页岩气勘探过程中形成的一系列理论和技术得到了国内外同行的高度认可。2014年11月5日，在美国达拉斯举行的第五届世界页岩气峰会上，涪陵页岩气发现获“国际页岩气先锋奖”。

2015年2月，中国地质学会公布了2014年十大地质勘查成果奖和十大地质科技进步奖评选结果。中国石化勘探公司完成的涪陵地区页岩气勘探项目和页岩气资源评价筛选研究分别获得十大地质勘探成果奖和十大地质科技进步奖。勘探分公司成为中国唯一一家同时获得两项大奖的公司。

2015年10月，郭主持科研项目“华南海相页岩气形成富集机理、勘探技术及涪陵页岩气发现”，获中石化科技进步奖特别奖。

涪陵页岩气田目前日产页岩气1670万立方米，可满足3340万居民的生活用气需求，成为“气化长江带”的重要资源基地。

为美丽的中国贡献更多清洁能源

国土资源部油气储量评估专家组在回顾涪陵页岩气田探明储量时给予了高度评价:涪陵页岩气田的成功开发是国内页岩气产业发展的新起点和转折点，标志着中国页岩气产业提前加速进入大规模商业化发展阶段。中国石化在资源评价体系、工艺技术体系和压裂设备R&D及制造方面的理论和技术成果已在涪陵页岩气领域成功实践，并将推动页岩气产业的快速发展。

郭和勘探分公司传奇团队也在朝着新的目标迈进。

根据中石化的要求，他们确定了立足南方、放眼全国的勘探开发新思路，制定了油气勘探“十三五”规划。很明显，100到150亿美元的目标应该在5年内被发现。建议通过对现有勘探理论和技术的深化和完善，在5年左右的时间内建立起相对成熟、系统、适应我国南方页岩气地质特征的勘探理论和技术。

丁山地区距焦石坝150公里，横跨重庆綦江和贵州习水，是分公司确定的第二个海相页岩气勘探突破区。前期完成的叶丁2hf井和叶丁1hf井，相继获得了海相优质页岩中的工业气流。2017年8月15日从叶丁4井获得工业气流，2018年2月27日从叶丁5井获得工业气流，突破了埋深超过4000米的页岩气勘探技术瓶颈。

带着为美丽中国贡献更多清洁能源的责任和使命，郭带领勘探团队以更加坚定的意志开拓页岩气勘探新领域。