論頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要性

成都理工大學(xué)能源學(xué)院 洪成云 宋榮彩 伏美燕

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論頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要性

成都理工大學(xué)能源學(xué)院 洪成云 宋榮彩 伏美燕

摘 要：頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)服務(wù)于我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展，圍繞頁巖氣產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展對(duì)技術(shù)進(jìn)步及科技成果轉(zhuǎn)化的迫切需求，建設(shè)頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，以頁巖氣測試分析的基本原理、測試規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)、微孔鑒定與描述、微孔結(jié)構(gòu)表征、含氣性測試、儲(chǔ)集參數(shù)測試、流動(dòng)參數(shù)測試、頁巖加載過程中的斷—損模擬等關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)為主要方向，建設(shè)地質(zhì)評(píng)價(jià)、工程技術(shù)、環(huán)境評(píng)價(jià)等研發(fā)平臺(tái)。通過建立工程化研究、驗(yàn)證的設(shè)施和有利于技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化的機(jī)制，培育國家急需人才，提高全國產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力，搭建產(chǎn)業(yè)與科研之間的橋梁，加快科研成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：頁巖氣 研發(fā)平臺(tái) 成果轉(zhuǎn)化

我國高等院校需要向“應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)”轉(zhuǎn)型和發(fā)展，能否建設(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、人員穩(wěn)定的師資隊(duì)伍成為能否提高辦學(xué)質(zhì)量、提升競爭力的重要因素。同時(shí)，搭建科研教學(xué)平臺(tái)，建立產(chǎn)業(yè)與科研之間的橋梁是提高我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的保障，是實(shí)驗(yàn)科研成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。因此，從地質(zhì)石油類“應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)”大學(xué)建設(shè)角度出發(fā)，建立頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)室能為我國能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供保障。

一、國內(nèi)外頁巖氣工業(yè)發(fā)展的瓶頸制約

雖然早在1821年北美就實(shí)現(xiàn)了第一口商業(yè)化頁巖氣的鉆井工作，但真正取得突破也就是近十年的時(shí)間，因此頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為艱難，真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化受到眾多因素制約，本項(xiàng)目從實(shí)驗(yàn)測試的角度探討四個(gè)方面的瓶頸：

1.基礎(chǔ)理論研究嚴(yán)重滯后。頁巖氣作為非常規(guī)油氣，長期以來未受油氣勘探開發(fā)行業(yè)重視，《頁巖氣地質(zhì)學(xué)》的系統(tǒng)概念及科學(xué)體系還未建立，與頁巖氣相關(guān)的物質(zhì)基礎(chǔ)、發(fā)育沉積相模式、發(fā)育層序、與沉積盆地關(guān)系、地質(zhì)保存條件，天然氣的來源、成因、富集狀態(tài)、儲(chǔ)集空間描述、頁巖氣分布及富集規(guī)律、資源量評(píng)價(jià)參數(shù)均缺乏基礎(chǔ)理論支撐。目前，頁巖氣的勘探開發(fā)過程中普遍借用和照搬常規(guī)油氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論。油氣勘探實(shí)踐表明，基礎(chǔ)理論的進(jìn)步對(duì)于勘探突破有巨大影響。頁巖氣工業(yè)發(fā)展進(jìn)程取決于與之匹配的基礎(chǔ)理論進(jìn)展。

2.缺乏適合我國頁巖氣開發(fā)的技術(shù)方法。我國頁巖氣的勘探開發(fā)是在借鑒美國頁巖氣的基礎(chǔ)上開始的。頁巖氣分析測試、評(píng)價(jià)技術(shù)和開發(fā)技術(shù)往往照搬美國經(jīng)驗(yàn)。但實(shí)踐表明，這些技術(shù)手段在應(yīng)用到四川省埋藏深度大、熱演化程度高、施工環(huán)境復(fù)雜的頁巖氣開發(fā)中時(shí)明顯存在不適應(yīng)性。關(guān)鍵技術(shù)主要包括“甜點(diǎn)”識(shí)別——重、磁、電、震、測井、鉆完井技術(shù)、儲(chǔ)層改造技術(shù)、壓裂液無害化處理技術(shù)和實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)。這些技術(shù)方法在現(xiàn)階段制約了我國頁巖氣開發(fā)。

3.頁巖氣開發(fā)中的環(huán)境評(píng)價(jià)能力和水平不夠。開發(fā)頁巖氣資源對(duì)環(huán)境的壓力較大。頁巖氣的開采過程會(huì)導(dǎo)致地下水污染、甲烷泄露，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，并且頁巖氣開發(fā)需要的水力壓裂消耗大量水資源，這些都對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大破壞。可持續(xù)發(fā)展指導(dǎo)思路下，頁巖氣開發(fā)必須考慮環(huán)境因素。但是，目前來看，四川省在頁巖氣開發(fā)的環(huán)境評(píng)價(jià)和治理方面的水平還不足以保障大規(guī)模頁巖氣開發(fā)。相關(guān)環(huán)保能力和技術(shù)水平的提高才能保障頁巖氣合理、合法、可持續(xù)開采。

4.頁巖氣的開發(fā)成本較高。我國頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)程緩慢直接導(dǎo)致高投入、高成本、高風(fēng)險(xiǎn)、投資回收慢的特點(diǎn)。并且，四川省頁巖氣開發(fā)面臨的地表?xiàng)l件差、用地緊張、部分區(qū)域水資源匱乏、管網(wǎng)缺乏等問題嚴(yán)重制約頁巖氣的開發(fā)進(jìn)程。工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是省政府從政策上對(duì)頁巖氣開發(fā)的大力支持，集成多方面力量共同推動(dòng)頁巖氣開發(fā)，降低開發(fā)成本，共同解決面臨的困難。

二、亟待突破的關(guān)鍵核心技術(shù)

根據(jù)上述國內(nèi)外頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸制約，分析亟待突破的關(guān)鍵核心技術(shù)：

1.頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)方法和技術(shù)領(lǐng)域。我國四川盆地海相頁巖氣是在復(fù)雜構(gòu)造背景和高演化過程中形成的，其特征不同于北美，測試的系列和評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)也不同于北美，因此不能簡單借鑒北美經(jīng)驗(yàn)。目前，亟待建立一套適合于四川盆地頁巖氣地質(zhì)特征的測試分析評(píng)價(jià)體系，對(duì)頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)具有十分重要的意義，主要核心技術(shù)包括在測試分析評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上建立測試的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；頁巖微孔的鑒定、描述以及結(jié)構(gòu)的表征技術(shù)亟待突破；頁巖的儲(chǔ)集參數(shù)、頁巖氣流動(dòng)參數(shù)的測試技術(shù)亟待突破；頁巖含氣性的測試方法亟待突破。

2.頁巖氣富集規(guī)律評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。無論是海相、海陸過渡相還是陸相頁巖氣，天然氣的吸附態(tài)和游離態(tài)的比例決定了頁巖氣產(chǎn)能。四川盆地頁巖氣層位多，演化程度變化較大，陸相頁巖氣演化程度偏低，頁巖油和頁巖氣的賦存及分布規(guī)律不清。建設(shè)實(shí)驗(yàn)室通過開展頁巖氣富集模擬實(shí)驗(yàn)研究，從理論和技術(shù)兩方面揭示富集機(jī)理和建立適合于四川省頁巖的含氣量計(jì)算模型是將來攻關(guān)的方向。

3.頁巖氣保存條件評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。頁巖氣富集和保存條件的關(guān)鍵控制因素及其過程的評(píng)價(jià)技術(shù)是頁巖氣勘探中的核心技術(shù)。特別是過晚燕山—喜馬拉雅期強(qiáng)改造作用（強(qiáng)隆升、強(qiáng)剝蝕和強(qiáng)變形）后，四川盆地與盆外地區(qū)頁巖氣富集和保存條件的差異問題。其中，需要突破的核心技術(shù)還包括頁巖氣自封閉性形成機(jī)理、失效機(jī)理及其控制因素研究。頁巖氣是自生自儲(chǔ)自蓋（封閉）的連續(xù)性油氣聚集， 沒有圈閉和藏的概念，自生保存條件的破壞是漸變的，對(duì)頁巖氣富集的影響也是漸變的，而不是災(zāi)難性的。理論上講， 頁巖氣保存條件的好壞最重要的內(nèi)因是自身的封閉性。外因（蓋層、頂?shù)装濉兾g作用、變形作用等）是通過（地表）水的作用而影響頁巖的自封閉性。因此，我們需要突破頁巖氣自封閉性形成機(jī)理、失效機(jī)理及其控制因素研究技術(shù)。

4.頁巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)優(yōu)選及工程技術(shù)領(lǐng)域。在核心技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，頁巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)的優(yōu)選技術(shù)是向生產(chǎn)應(yīng)用轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)。南方海陸過渡相和陸相頁巖（氣）與海相頁巖（氣）特征的異同性需要集中攻關(guān)。四川盆地為典型代表的中上揚(yáng)子地區(qū)海相、海陸過渡相和陸相頁巖層系具有明顯不同的構(gòu)造背景、沉積學(xué)和巖石學(xué)特征等，它們的頁巖（氣）屬性上的異同性是指導(dǎo)有利區(qū)優(yōu)選的關(guān)鍵。這些異同性對(duì)于頁巖氣富集和保存規(guī)律都有指導(dǎo)意義。

其次，頁巖可壓性是有利區(qū)優(yōu)選的另一關(guān)鍵問題。壓裂技術(shù)是頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，壓裂的目的是要在含氣頁巖層系中形成體積縫，而形成這種體積縫的破裂過程和力學(xué)機(jī)理至關(guān)重要，是指導(dǎo)壓裂施工及工藝的基礎(chǔ)。因此，建設(shè)頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)頁巖可壓性評(píng)價(jià)中的核心技術(shù)是頁巖加載后的斷—損機(jī)理模擬進(jìn)一步突破。

三、項(xiàng)目建設(shè)的意義和作用

為建立完善《頁巖氣地質(zhì)學(xué)》的科學(xué)體系，占領(lǐng)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新基礎(chǔ)研究學(xué)術(shù)高點(diǎn)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研充分結(jié)合，建設(shè)頁巖氣勘探開發(fā)工程實(shí)驗(yàn)室，對(duì)于推動(dòng)全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推進(jìn)頁巖氣勘探開發(fā)水平、突破頁巖氣分析測試技術(shù)瓶頸具有重要意義，主要包括以下幾方面：

1.頁巖氣勘探開發(fā)是一項(xiàng)關(guān)系我國能源戰(zhàn)略的重要工作，而頁巖氣的勘探開發(fā)實(shí)踐必須具有可靠的實(shí)驗(yàn)技術(shù)支撐，獲取可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為決策提供依據(jù)，減少風(fēng)險(xiǎn)，因此設(shè)立頁巖氣勘探開發(fā)工程實(shí)驗(yàn)室具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.通過本項(xiàng)目產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的實(shí)施過程，進(jìn)一步把握頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)踐工作中相配套的實(shí)驗(yàn)測試分析現(xiàn)實(shí)需求，實(shí)現(xiàn)我國頁巖氣勘探開發(fā)測試分析技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)和制造，實(shí)現(xiàn)以實(shí)際需求促進(jìn)研發(fā)的這一基本規(guī)律。通過實(shí)現(xiàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測試研究、現(xiàn)場驗(yàn)證的融合促進(jìn)測試分析儀器改進(jìn)、技術(shù)創(chuàng)新以及成果轉(zhuǎn)化。

3.通過對(duì)頁巖氣測試基礎(chǔ)原理的研究、對(duì)關(guān)鍵測試設(shè)備及技術(shù)的研發(fā)彌補(bǔ)目前頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)測試方面的不足和空缺。本項(xiàng)目的實(shí)施將完善適合于我省頁巖氣勘探開發(fā)的測試分析系統(tǒng)和評(píng)價(jià)體系并逐漸統(tǒng)一行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，加速科技成果的轉(zhuǎn)化。

4.組織各類項(xiàng)目促進(jìn)研發(fā)和制造水平，培養(yǎng)一批具有一定實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的頁巖氣實(shí)驗(yàn)測試分析及研發(fā)隊(duì)伍。

5.頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)實(shí)施將推動(dòng)四川盆地頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為頁巖氣勘探開發(fā)提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)頁巖氣測試分析、實(shí)驗(yàn)研究等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)突破。

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文章編號(hào)：ISSN2095-6711/Z01-2016-01-0229