論頁巖氣勘探開發(fā)實驗室建設(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

?

論頁巖氣勘探開發(fā)實驗室建設(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)實驗室建設(shè)服務(wù)于我國經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展，圍繞頁巖氣產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展對技術(shù)進步及科技成果轉(zhuǎn)化的迫切需求，建設(shè)頁巖氣勘探開發(fā)實驗室，以頁巖氣測試分析的基本原理、測試規(guī)范及標準、微孔鑒定與描述、微孔結(jié)構(gòu)表征、含氣性測試、儲集參數(shù)測試、流動參數(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)評價、工程技術(shù)、環(huán)境評價等研發(fā)平臺。通過建立工程化研究、驗證的設(shè)施和有利于技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化的機制，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)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：頁巖氣 研發(fā)平臺 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，搭建科研教學(xué)平臺，建立產(chǎn)業(yè)與科研之間的橋梁是提高我國經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的保障，是實驗科研成果向現(xiàn)實生產(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)實驗室能為我國能源產(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間，因此頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為艱難，真正實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化受到眾多因素制約，本項目從實驗測試的角度探討四個方面的瓶頸：

1.基礎(chǔ)理論研究嚴重滯后。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)、儲集空間描述、頁巖氣分布及富集規(guī)律、資源量評價參數(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。油氣勘探實踐表明，基礎(chǔ)理論的進步對于勘探突破有巨大影響。頁巖氣工業(yè)發(fā)展進程取決于與之匹配的基礎(chǔ)理論進展。

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、評價技術(shù)和開發(fā)技術(shù)往往照搬美國經(jīng)驗。但實踐表明，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)中時明顯存在不適應(yīng)性。關(guān)鍵技術(shù)主要包括“甜點”識別——重、磁、電、震、測井、鉆完井技術(shù)、儲層改造技術(shù)、壓裂液無害化處理技術(shù)和實驗測試技術(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)境評價能力和水平不夠。開發(fā)頁巖氣資源對環(huán)境的壓力較大。頁巖氣的開采過程會導(dǎo)致地下水污染、甲烷泄露，對生態(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)境評價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)進程緩慢直接導(dǎo)致高投入、高成本、高風(fēng)險、投資回收慢的特點。并且，四川省頁巖氣開發(fā)面臨的地表條件差、用地緊張、部分區(qū)域水資源匱乏、管網(wǎng)缺乏等問題嚴重制約頁巖氣的開發(fā)進程。工程實驗室的建設(shè)是省政府從政策上對頁巖氣開發(fā)的大力支持，集成多方面力量共同推動頁巖氣開發(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.頁巖氣資源潛力評價方法和技術(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，測試的系列和評價的標準也不同于北美，因此不能簡單借鑒北美經(jīng)驗。目前，亟待建立一套適合于四川盆地頁巖氣地質(zhì)特征的測試分析評價體系，對頁巖氣資源潛力評價具有十分重要的意義，主要核心技術(shù)包括在測試分析評價體系的基礎(chǔ)上建立測試的規(guī)范和標準；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；頁巖的儲集參數(shù)、頁巖氣流動參數(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)律評價技術(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)實驗室通過開展頁巖氣富集模擬實驗研究，從理論和技術(shù)兩方面揭示富集機理和建立適合于四川省頁巖的含氣量計算模型是將來攻關(guān)的方向。

3.頁巖氣保存條件評價技術(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價技術(shù)是頁巖氣勘探中的核心技術(shù)。特別是過晚燕山—喜馬拉雅期強改造作用（強隆升、強剝蝕和強變形）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理、失效機理及其控制因素研究。頁巖氣是自生自儲自蓋（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理、失效機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)實驗室針對頁巖可壓性評價中的核心技術(shù)是頁巖加載后的斷—損機理模擬進一步突破。

三、項目建設(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)動創(chuàng)新基礎(chǔ)研究學(xué)術(shù)高點，促進產(chǎn)學(xué)研充分結(jié)合，建設(shè)頁巖氣勘探開發(fā)工程實驗室，對于推動全國經(jīng)濟發(fā)展、推進頁巖氣勘探開發(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)實踐必須具有可靠的實驗技術(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，因此設(shè)立頁巖氣勘探開發(fā)工程實驗室具有重要的現(xiàn)實意義。

2.通過本項目產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的實施過程，進一步把握頁巖氣勘探開發(fā)實踐工作中相配套的實驗測試分析現(xiàn)實需求，實現(xiàn)我國頁巖氣勘探開發(fā)測試分析技術(shù)的進一步研發(fā)和制造，實現(xiàn)以實際需求促進研發(fā)的這一基本規(guī)律。通過實現(xiàn)室內(nèi)實驗測試研究、現(xiàn)場驗證的融合促進測試分析儀器改進、技術(shù)創(chuàng)新以及成果轉(zhuǎn)化。

3.通過對頁巖氣測試基礎(chǔ)原理的研究、對關(guān)鍵測試設(shè)備及技術(shù)的研發(fā)彌補目前頁巖氣勘探開發(fā)實驗測試方面的不足和空缺。本項目的實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)和評價體系并逐漸統(tǒng)一行業(yè)規(guī)范和標準，加速科技成果的轉(zhuǎn)化。

4.組織各類項目促進研發(fā)和制造水平，培養(yǎng)一批具有一定實踐能力和創(chuàng)新意識的頁巖氣實驗測試分析及研發(fā)隊伍。

5.頁巖氣勘探開發(fā)實驗室的建設(shè)實施將推動四川盆地頁巖氣產(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，推動頁巖氣測試分析、實驗研究等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)突破。

參考文獻：

［1］潘仁芳，黃曉松.頁巖氣及國內(nèi)勘探前景展望［J］.中國石油勘探，2009

［2］左鐵鏞.高等學(xué)校實驗室建設(shè)的作用與思考［J］.實驗室研究與探索，2011

［3］熊宏齊，戴玉蓉，鄭家茂.實驗教學(xué)改革與實驗室建設(shè)規(guī)劃的研究與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2008

［4］謝再新.關(guān)于理工類院校創(chuàng)新實驗室建設(shè)的探索與實踐［J］.當(dāng)代教育實踐與教育研究，2015

［5］陳 恒.實驗室文化建設(shè)的思路與實施［J］.當(dāng)代教育實踐與教育研究，2015

文章編號：ISSN2095-6711/Z01-2016-01-0229