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郭旭升院士:以关键核心技术突破带动我国深层、超深层油气勘探开发突破

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2022-09-29  浏览次数:4899

习近平总书记强调,向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题。中国石化胸怀“国之大者”,牢记初心使命,多年积极探索,在深层、超深层油气富集机理、高效勘探开发基础理论和关键技术等方面取得重大突破,已在四川盆地深层天然气页岩气、塔里木顺北深层油气和胜利油田深层页岩油等领域取得一系列深层油气大发现,成为我国深地油气领域的主力军,切实肩负起保障国家能源安全的核心职责。


 

PART1

蓄势待发

我国深层油气勘探开发潜力巨大

随着中浅层油气勘探开发程度不断提高,油气发现难度日益加大,深层油气勘探开发越来越被广泛关注,全球深层油气的新增储量呈明显增长趋势。

根据全国油气资源动态评价(2015年),全国深层、超深层油气资源量671亿吨油气当量,占油气资源总量的34%。以塔里木盆地为例,仅埋深在6000至10000米的石油和天然气资源就分别占其总量的83.2%和63.9%。勘探开发盆地的深层油气资源,对老油气区(田)扩大储量、稳定产量有着非常重要的意义。

我国在深层、超深层油气资源勘探开发研究方面取得了多项进展,但由于其埋藏深、超高温、超高压的特点,受构造复杂、地震波场复杂、储量品位低、产能低等因素影响,深层、超深层领域的高效勘探和效益开发面临诸多挑战,唯有坚持问题导向、目标导向,坚定科技创新、埋头攻关,立足基础研究把关键核心技术搞清楚,以关键核心技术突破带动中国深层油气勘探开发突破。

PART2

潜心攻关

深层、超深层油气领域
自主创新关键核心技术

陆相油气理论支撑了我国近半个世纪石油工业,相继发现了大庆、胜利等油气田。然而,随着勘探开发程度的不断提高,陆相主力油气田已相继进入勘探开发的中后期,后备储量严重不足。

在中国海相盆地,中国石化开展了一系列重大项目攻关,以发现大型、特大型气田为目标,通过理论创新与技术攻关,取得油气勘探的重大发现,在深层、超深层碳酸盐岩规模储层发育机理、油气成藏富集机理、勘探开发技术、钻完井技术方面已形成一套国内领先的技术系列。推动中国海相碳酸盐岩油气勘探事业的发展。


 

一是创新发展海相地质理论,形成了海相深层高效勘探及关键技术系列。

在四川盆地川东北地区,重新建立了海相沉积模式,发现了普光优质礁滩相储层和元坝超深层大型生物礁带,形成了深层-超深层优质储层发育机理新认识。建立了“早滩晚礁、多期叠置、成排成带”的生物礁发育模式,明确了在5000m以下仍有优质储层发育,在纵向上拓展了勘探空间。

揭示了普光气田天然气来源和油气运聚复杂过程,建立了油气藏构造改造调整过程中,有效储层的空间分布和有效保存条件决定油气聚集最终定位的构造-岩性“复合控藏”模式;针对元坝气田超深弱变形区,建立了“近源富集、油气转化、持续保存”的成藏模式,揭示了超深层天然气富集规律。

创新形成了复杂山地超深层生物礁储层地震勘探技术系列,突破超深弱反射层地震采集处理技术瓶颈,有效提高超深层反射能量和分辨率,形成了礁滩储层综合预测技术,探井成功率达92.3%,在预测高产富集带上,实施的10口探井均获日产百万方高产气流。

依靠海相油气勘探理论和技术的创新,先后高效、安全地发现了国内首个海相整装大气田——普光气田和首个超深层生物礁大气田——元坝气田,实现了海相深层油气勘探重大突破与超深层高效勘探,整体提升了四川盆地勘探潜力。

按照2018年的数据,普光和元坝气田累计探明天然气地质储量6424亿方,生产天然气1200亿方,为川气东送提供了资源保障,惠及长江沿线8个省市、数千家企业以及2亿多居民。

针对塔里木盆地顺北超深层油气田勘探开发难点,创新集成了超深层碳酸盐岩走滑断裂及缝洞体立体成像、走滑断裂带精细解析、断控缝洞体雕刻与量化描述、断控缝洞型圈闭描述与目标优选等技术系列,实现了顺北超深层断控缝洞型油气藏的系列发现与高效拓展。

截至2021年,顺北油气田已累计提交探明储量超2亿吨油当量,建成百万吨产能阵地。估算顺北油气田范围内沿18条主干走滑断裂带分布的油气资源量达17亿吨油当量。

二是形成深层高含硫气藏和缝洞型油藏的高效开发理论技术。

针对高含硫气藏埋藏深,储层非均质性强,气水关系复杂,安全高效开发难度大的难题,创新形成了复杂礁滩储层精细描述技术系列、高含硫边底水气高效开发及稳产技术系列,支撑在国内首次建成特大型高含硫气田——普光气田,首次建成7000m超深生物礁底水高含硫气田——元坝气田,建立了我国高含硫气田安全开发的标准体系,基本实现了采气、集输、净化系统关键装备国产化,使我国成为世界上少数几个掌握开发特大型超深高含硫气田核心技术的国家之一。

针对深层、超深层碳酸盐岩缝洞型油藏,揭示了岩溶缝洞储集体形成机制与多尺度复合介质高效开发机理,研发了地球物理高精度成像、多尺度分类检测及多元约束岩溶相控建模技术,形成了基于缝洞空间结构的差异性水驱和注氮气洞顶驱提高采收率技术,支撑了我国首个深层特大型缝洞型油藏——塔河油田的规模开发与持续高产稳产。

三是形成复杂深层、超深层钻完井技术系列。

聚焦塔里木和四川盆地深层、超深层工程技术需求,创新形成超深层地震采集、安全钻井、超深高温高压井试油试气等10项技术,攻克超深层安全快速钻井等世界级技术难题,形成了以工艺、工具和材料为核心的深层、超深层油气藏勘探开发工程配套技术系列,具备了9000m复杂地层井工程设计、施工和工程技术服务能力。该技术广泛应用于塔里木盆地、四川盆地,部署50余口8000m以上的高难度重点井,创高指标、新纪录56项,12次打破亚洲及世界纪录,形成技术标准规范18项,助推超深井工程技术水平迈向世界领先行列,有效支撑了塔里木盆地超深油气田产能建设和四川盆地深层勘探开发。其中,川科1井,完钻井深7566m,是探索海相油藏的第一口超深井。塔深5井,完钻井深9017m,为国内首口超过9000m 的特深井,刷新了亚洲陆上最深井纪录。

PART3

突破重围

实现由“打不成”
到“打得快、打得准”
的重大跨越

8月10日,中国石化在油气勘探开发领域实施的“深地工程”获得突破,位于塔里木盆地的顺北803斜井完成钻井深度8110米,成为顺北油气田超深层第15口“千吨井”。当日,中国石化命名顺北油气田为中国石化“深地工程”顺北油气田基地,顺北油气田基地被誉为“深地一号”。

顺北深层油气田位于塔里木盆地中西部,油藏具有超深、高温、高压等特点,储层平均埋藏深度超过8000米。面对顺北极限地质条件,中国石化不断深化地质理论创新,率先突破了8000米超深层油气勘探“死亡线”,创新提出了“低地温、大埋深、高压力”条件下海相烃源岩抑制生烃模式、超深断控缝洞型储集体成储机制和油气成藏模式,形成超深层断控缝洞型油气成藏理论,丰富和发展了海相油气成藏理论。

技术突破也至关重要,犹如站在珠穆朗玛峰顶、看清雅鲁藏布江上的游船,需突破“认不准、控不住、钻不成、沟不通”四大技术瓶颈。

一是认不准。顺北油气田地表被沙漠区覆盖、目的层埋深大、地震信号弱、断控规模储集体成“板状”特征,导致断控储集体精细描述难度大,需要攻克8000米超深地层找断控储集体的“认不准”难题。

二是控不住。断控缝洞型油气藏内部非均质性极强,精细控储实现高产的难度极高,需要解决复杂破碎带内“控不住”难题。

三是钻不成。顺北深层断控缝洞型储集体地层破碎、坍塌和漏失风险大,深层温压条件下钻井定向难度大,造成钻井成井率低、储层伤害率高、中靶偏移率高,需要攻克“钻不成”难题。

四是沟不通。由于常规液体在高地温背景下有效时间短,沟通距离小、高效沟通储集系统培育高产井的难度极高,需要攻克“沟不通”难题。


 

经过数年攻关,中国石化创新形成超深层储层立体成像技术和缝洞体精细雕刻技术,相当于给地球深部做CT扫描,断裂识别精度从30米提高至15米。该技术已经应用在顺北1.4万平方千米的地震资料处理中。目前,根据该技术形成的地震资料部署井位达80余口,建成产能超百万吨。中国石化目前已掌握超深层油气优快钻井技术,攻克了超高强度套管、钻杆、钻井液、测控仪器、完测工具等关键技术,探索形成了一套具有顺北特色的8000米级复杂超深层井身结构设计及配套技术和标准规范,实现了由“打不成”到“打得快、打得准”的重大跨越。

PART4

成果辈出

中国石化深层、超深层
油气勘探开发成效显著

从发展历程看,中国石化深层、超深层油气勘探开发大致经历了重点突破和规模发现两个阶段。重点突破阶段以20世纪90年代塔里木盆地海相突破为标志。1984年,塔里木盆地沙参2井实现古生界海相油气重大突破,1997年,中国石化发现了我国第一个古生界海相亿吨级大油田——塔河油田,并于2001年实现塔河油田主体区基本探明,之后在外围实现多点突破。截至2018年底,塔河油田探明石油地质储量13.5亿吨,建成产能700万吨/年。

2000年以来,中国石化深层、超深层油气勘探开发进入规模发现阶段,在四川盆地、塔里木盆地深层海相碳酸盐岩常规天然气、四川盆地深层页岩气和济阳深层页岩油领域均获突破。

2003年以来,中国石化在四川盆地二叠系—三叠系礁滩、三叠系雷口坡组、志留系深层页岩先后发现并开发了普光、元坝、川西和威荣4个深层海相千亿立方米大气田。目前,普光气田有深度超6000米的井40口,元坝气田有深度超7000米的井57口,目前正钻的元深1井设计井深8680米,川西气田有深度超6000米的井18口。当前,中国石化深层海相碳酸盐岩常规天然气年产量超过120亿立方米。

在深层页岩气和页岩油领域,中国石化在四川盆地矿权区内拥有深层页岩气资源量6.3万亿立方米,是页岩气未来增储上产的重要领域。该区域投入商业开发的页岩气埋藏深度是目前我国乃至世界之最,2022年实现4200米深层页岩气攻关新突破。济阳深层页岩油项目位于中国石化胜利油田,具有“低、深、厚、高”的特征:演化程度低、埋藏深、页岩厚度大、异常高温、高压。初步估算,该区域页岩油资源量41亿吨,区域深度是当前国内页岩油领域之最。

在塔里木盆地顺北地区,2015年中国石化部署的顺北1-1H井侧钻获高产,2016年部署的6口评价井连获高产,拉开了顺北油气田增储上产的序幕。截至2022年,中国石化在顺北油气田钻探垂直深度超过8000米的油气井达41口,已落实四个亿吨级油气区,标志着顺北油气田被成功勘探开发。

PART5

展望未来

保障国家能源安全与助力“双碳”目标并进

“十四五”期间,中国石化将努力实现陆上油气勘探开发技术突破与重大发现,预计累计新增石油探明储量9.6亿吨、天然气探明储量1.16万亿方,将为实现中国石化上游可持续高质量发展,切实保障国家能源安全提供重要的资源基础。此外,在“双碳”领域,中国石化正在开展CCUS专项科技攻关,并成立了中国石化CCUS重点实验室。

8月29日,中国最大的碳捕集利用与封存(CCUS)全产业链示范基地、国内首个百万吨级CCUS项目——齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS项目正式注气运行,标志着我国CCUS产业开始进入成熟的商业化营运,该项目每年可减排二氧化碳100万吨,相当于植树约900万棵。

 
 
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