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賈承造:中國油氣重大基礎研究 27個973項目及其成果

2019-06-15    來源:中國節能網
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[ 導讀 ]:石油與天然氣是人類最重要的能源,半個世紀以來油氣在一次能源消費結構中占比始終保持在56%~60%。2015 年,全球一次能源消費總量130 億t 油當量,其中石油占31%、天然氣占27%。據多家權威機構預測,2035 年一次能源消費總量162 億t,油氣占比仍將在60% 左右;隨著全球性碳減排趨勢加快,天然氣消費總量和結構性占比將逐年增加,2040 年天然氣有望超過原油成為主要一次消費能源。

 
石油與天然氣是人類最重要的能源,半個世紀以來油氣在一次能源消費結構中占比始終保持在56%~60%。2015 年,全球一次能源消費總量130 億t 油當量,其中石油占31%、天然氣占27%。據多家權威機構預測,2035 年一次能源消費總量162 億t,油氣占比仍將在60% 左右;隨著全球性碳減排趨勢加快,天然氣消費總量和結構性占比將逐年增加,2040 年天然氣有望超過原油成為主要一次消費能源。
 
根據以美國地質調查局(USGS)為代表的多家機構預測,全球油氣資源豐富,足以支持以油氣為核心的全球能源經濟在21 世紀保持持續繁榮。USGS 研究結果表明:全球常規石油可采儲量4878 億t,已采出1623 億t,剩余探明可采儲量2358 億t,剩余待發現資源897 億t;全球常規天然氣可采資源量471 萬億m³,已采出95.8 萬億m³,剩余探明可采儲量187.3 萬億m³,剩余待發現資源187.9 萬億m³。近年來美國成功開發了新的油氣資源——非常規油氣,據多家機構評估全球非常規油可采資源量5100 億t,非常規氣可采資源量2000 萬億m³,油氣資源將大幅增加,全球油氣資源枯竭的威脅徹底消除。與此同時,全球油氣資源變化的另一個趨勢是資源劣質化,油氣經濟開發將要求更新、更復雜的技術,以及更低的生產成本。油氣資源的大幅增加和劣質化已成為影響石油工業發展的重大因素,并將長期起作用。
 
石油工業的歷史就是一部石油地質學與勘探開發技術發展史
 
石油工業的繁榮依賴于油氣資源、技術、市場和政治、經濟、社會環境。在一定的資源條件下,理論技術是最活躍、最具潛力的變量,石油工業的歷史就是一部石油地質學與勘探開發技術發展史。非常規油氣依靠水平井和體積壓裂技術進步得以成功開發,揭示了全球石油工業未來油氣資源大幅度增加和大幅度劣質化的資源前景,也揭示了理論技術創新的巨大威力和理論技術未來發展的無限可能性。所以回顧歷史、展望未來,石油工業前景一定是持續發展和前景輝煌的,也一定是更高度依賴石油地質理論和勘探開發技術進步的。
 
石油天然氣地質學(geology of petroleum),是研究地殼中油氣成因、成藏的原理和油氣分布規律的應用基礎學科,是油氣勘探開發的理論基礎。人類認識和利用油氣的歷史由來已久,但現代油氣勘探開發一般以1859 年美國成功鉆探的世界上第一口工業油井作為標志。1917 年, 美國石油地質學家協會(AAPG)成立,并出版了《美國石油地質學家協會通報》(AAPG Bulletin)。1921 年,Emmons 出版Geology of Petroleum,標志著石油天然氣地質學成為一門獨立的學科。20 世紀30 年代,McCollough 與Leverson正式提出“圈閉學說”,成為常規油氣地質理論的核心內容。1956 年,Levorsen 的Geology of Petroleum問世,實現了石油天然氣地質學理論的系統化和科學化,建立了完善的圈閉分類體系,將圈閉劃分為構造、地層和復合圈閉,指出儲集層、蓋層和遮擋條件是油氣藏形成的必要條件,圈閉油氣成藏是常規油氣聚集機理的理論核心。經典的石油天然氣地質學的理論核心包括盆地沉降增溫增壓、有機質干酪根生烴與油氣系統理論;由巖石骨架、有效孔隙及充注的可動流體構成的油氣儲集層理論;含油氣盆地、區帶、圈閉與油氣藏的油氣分布理論;能量與物質守恒,由人工干預形成油氣儲集層不同部位流體壓差,從而形成產生和控制流動的油氣開發理論。
 
石油天然氣地質學歷經百年歷史,其發展史深受石油工業勘探開發實踐、地質學相關基礎學科進展和探測與計算機技術發展的推動。石油工業油氣勘探從背斜圈閉油氣藏發展到巖性地層油氣藏;從陸地推進到海洋,進而到深水;從常規發展到非常規,這些都推動了石油天然氣地質學理論的重大突破和新理論、新概念的出現。而地質學基礎學科不斷出現的重大進展,包括板塊構造理論、層序地層學理論、有機質生烴理論都被及時融入石油天然氣地質學核心理論之中。地震與測井等地球物理學勘探技術、地球化學分析技術與計算機技術的飛速發展推動了油氣勘探開發技術進步,也推動了石油天然氣地質學理論的進步與完善。
 
縱觀百年石油天然氣地質學發展歷史,可以看到五個重要節點:①背斜與圈閉理論(19 世紀80 年代~20 世紀30 年代);②有機質生烴與油氣系統理論(20 世紀60~70 年代);③陸相油氣地質理論(20 世紀40 年代~21 世紀初);④海洋深水油氣地質理論(20 世紀80 年代~21 世紀初);⑤連續型油氣聚集與非常規油氣地質理論(2000 年至今)。
 
近年來,隨著全球油氣產量增長和勘探開發規模不斷擴大,勘探領域主要轉向陸地深層、海洋深水和非常規油氣。新的勘探活動不斷揭示了新的地質現象和新的油氣分布規律,許多是我們前所未知的,如陸地深層8000m 的油氣砂巖和碳酸鹽巖儲層、海洋深水陸棚的規模砂體分布、非常規油氣的“連續性分布”成藏規律,都突破了傳統的石油地質學、沉積學認識,揭示了基礎理論的突破點和新理論的生長點,石油地質理論正面臨著巨大變革的前景和機遇。
 
深層、深水、非常規勘探地質領域的發展同時也對地球物理和鉆井等工程技術提出了更高、更難的技術需求和挑戰,刺激石油工業工程技術加速技術創新和發展。與此同時,全球材料、電子、信息和工程制造等學科快速發展,極大地推動了工程技術和裝備的更新。地球物理勘探的陸地和海洋反射地震三維技術,鉆井工程的深井、水平井鉆井和體積壓裂技術,3000m 水深的海洋深水開發作業能力,以人工智能為特征的信息化技術等都是近年工程技術創新發展的重點和亮點。預期工程技術發展方興未艾,隨著科技創新受到極大重視和科技研發投入持續增加,工程理論技術必將進入快速發展期,基礎理論與基礎技術已受到關注,也將進入發展黃金期。
 
我國石油工業歷經六十余年快速發展,形成了獨立自主的石油工業體系和強大的科技創新能力,油氣勘探技術水平已進入全球行業前列。2015 年我國原油產量2.15 億t,世界排名第四位,天然氣產量1333 億m³,世界排名第六位。
 
目前,我國油氣勘探開發理論技術水平已經總體達到國際先進水平,其中陸相油氣地質理論一直居國際領先地位,在陸上復雜地區的油氣勘探技術領域,我國處于領先水平;我國發展了古老海相碳酸鹽巖成藏地質理論與勘探配套技術,在四川盆地發現安岳氣田,是我國地層最古老、規模最大的海相特大型氣田,累計探明地質儲量8500 億m³;發展了前陸沖斷帶深層天然氣成藏理論,復雜山地鹽下深層寬線大組合地震采集和疊前深度偏移、超深層復雜地層鉆完井提速等勘探配套技術,油氣勘探深度從4000m 拓展到8000m,在塔里木盆地庫車深層發現5 個千億立方米大氣田,形成萬億立方米規模大氣區;在油氣田開發提高采收率技術領域,大慶油田發展的二次、三次采油提高采收率技術,在全球原油開發技術界一直處于國際領先地位。
 
在海洋油氣勘探開發和工程技術領域,我國在近海油氣勘探開發方面處于同等先進水平;在深水油氣方面,我們已獲得重大突破,但在深水工程技術和裝備方面,與全球海洋工程強國相比仍有重大差距;在新興的非常規油氣開采技術領域,我國石油工業界起步迅速,已經基本掌握了頁巖氣、煤層氣開采技術,成功開發了四川盆地志留系龍馬溪組頁巖氣田。
 
在油氣勘探開發專業服務技術及裝備領域,我國近年快速發展,在常規專業技術和裝備方面已經全面實現了國產化,高端技術服務和裝備已初步具有獨立研發先進、新型、高端裝備的能力。在技術進步助推下,中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司已成為全球最大物探技術服務公司。
 
但我國石油科技界油氣勘探開發面臨重大挑戰:深層油氣成藏富集規律與科學問題;低滲透- 致密油氣提高采收率技術與理論問題;非常規油氣(頁巖氣、致密油氣、煤層氣)勘探生產先進技術與科學問題;海洋及深水油氣勘探生產重大科學問題;勘探地球物理、測井、鉆井壓裂新技術與科學問題等。我們也清醒地看到我國要成為真正的石油工業技術強國依然任重道遠,我們要正視差距、繼續努力,特別是要大力加強基礎理論和基礎技術。
 
27 個973 項目及其成果
 
1997 年3 月,我國政府高度重視科學技術,確定了建立“創新型國家”的戰略方向,采納科學家的建議,決定開展國家重點基礎研究發展計劃(973 計劃)。973 計劃是具有明確國家目標、對國家的發展和科學技術的進步具有全局性和帶動性的基礎研究發展計劃,旨在解決國家戰略需求中的重大科學問題,以及對人類認識世界將會起到重要作用的科學前沿問題,提升我國基礎研究自主創新能力,為國民經濟和社會可持續發展提供科學基礎,為未來高新技術的形成提供源頭創新。這是我國加強基礎研究、提升自主創新能力的重大戰略舉措。自1998 年實施以來,973 計劃圍繞農業、能源、信息、資源環境、人口與健康、材料、綜合交叉與重要科學前沿等領域進行戰略部署,2006年又啟動了蛋白質研究、量子調控研究、納米研究、發育與生殖研究四個重大科學研究計劃。十幾年來,973 計劃的實施顯著提升了中國基礎研究創新能力和研究水平,帶動了我國基礎科學的發展,培養和鍛煉了一支優秀的基礎研究隊伍,形成了一批高水平的研究基地,為經濟建設、社會可持續發展提供了科學支撐。
 
自973 計劃設立以來,能源領域油氣行業共設置27 項(表1),對推動油氣地質理論的研究與應用起到了至關重要的作用,帶動了我國油氣行業的快速發展。
 
表1 國家973 計劃油氣行業立項清單
 

 
這27 個項目選題涵蓋了我國石油工業上游和石油地質基礎理論、基礎技術方面的重大科學問題,既是石油工業當前發展面臨的重大挑戰,也是石油地質基礎理論和基礎技術未來的發展方向。這批重大科學問題的研究解決,必將大大推動我國石油天然氣勘探開發儲量產量的增長,保障國家油氣供應安全和社會經濟增長的能源需求;同時支持我國石油地質科學技術的進步與深入發展,推動基礎研究進入新的階段。
 
這27 個項目現在已基本完成計劃合同規定的研究內容,取得豐碩的成果,相當部分研究成果已經被中國石油天然氣集團有限公司、中國石油化工集團有限公司和中國海洋石油集團有限公司應用于勘探生產,取得了巨大的經濟效益;在科學理論方面的成果也在逐漸顯現,我國石油地質學家在非常規油氣地質理論方面已逐漸趕上國際前沿,先進理論技術進步滲透石油界與科學界,未來將進一步發揮其效能,顯現其深遠影響。
 
這27 個973 項目及其成果主要集中在以下幾個方面:
 
▌1)大幅度提高采收率技術(2 個項目),在大型砂巖油田化學驅提高石油采收率基礎理論技術研究方面取得了國際領先的成果,并成功應用于大慶油田。
 
▌2)我國天然氣地質理論(3 個項目),針對我國復雜地質條件背景,在形成高豐度構造型氣藏和低豐度大面積巖性地層型氣藏的成藏機理、富集規律及開發理論技術方面取得重大進展,支撐我國天然氣快速增長。
 
▌3)海相碳酸鹽巖油氣地質理論(4 個項目),針對我國古老層系海相碳酸鹽巖多期演化與高熱演化成熟度特點,在古老碳酸鹽巖沉積層序恢復、古老油氣系統演化、儲層分布規律及成藏特征等重大地質基礎理論,以及深層復雜氣藏勘探開發技術方面取得重大進展。
 
▌4)我國西部疊合盆地構造與油氣成藏理論(3 個項目),在我國西部塔里木等盆地“疊合”特征分析、盆地構造演化解析及多源油氣系統長期演化的規律研究中,在盆地構造學和石油地質學基礎理論方面取得重大進展。
 
▌5)非常規油氣地質(8 個項目,包括煤層氣、致密油氣、頁巖油氣、天然氣水合物),非常規油氣是近年出現的新油氣資源,其成功開發既表現出巨大的經濟意義,也揭示了非常規油氣地質是一個全新的理論技術領域,是石油地質基礎理論和技術新突破和取得重大進展的良好機遇,因此973 計劃給予了重點部署。這批成果包括建立了獨具特色的高煤階煤層氣地質理論與開發技術;在古老海相頁巖氣地質理論和技術上取得重大進展,支持四川盆地志留系龍馬溪組頁巖氣成功大規模開發;在陸相致密油和頁巖油地質理論取得重大進展,發展了我國陸相非常規油氣地質理論;在天然氣水合物地質上取得進展。這批成果追蹤和接近國際前沿,顯示了我國科學家的學術水平和創造力,未來有進一步擴大的潛力。
 
▌6)深井、深水鉆井與地球物理勘探理論技術(5 個項目),針對油氣勘探轉向深層、深水與非常規,在深井、深水鉆井和地球物理反射地震勘探基礎理論技術方面取得重大進展,從工程技術上支撐了我國近年油氣勘探開發。
 
▌7)南海深水石油天然氣地質理論(1 個項目),在南海構造沉積演化與深水油氣富集規律理論領域取得重大成果。
 
▌8)沉積盆地多種能源礦產共存機理(1 個項目),在沉積盆地中油氣、煤與鈾等礦產共存富集機理方面取得重大成果。
 
石油作為人類社會最重要的能源戰略資源,將在一段相當長的時期內發揮無可替代的作用,石油工業仍然是最強大和最具生產力的工業部門。科學技術是石油工業生存發展的永恒動力,基礎理論和基礎技術創新是動力的不竭源泉,相信石油科技未來必將有更偉大的創新發現,推動石油工業走向更輝煌的未來。
 
我本人有幸在2007~2015 年期間成為973 計劃第四、五屆專家顧問組成員,并擔任能源組召集人,親身經歷了這一段石油地質科學蓬勃發展的珍貴時光。回顧歷史,十分感慨。感謝科學技術部關注石油工業科技發展,設立27 個973 計劃項目,系統開展石油地質基礎理論研究,有效推動了我國油氣勘探開發理論技術創新,促進了油氣行業的快速發展;感謝這批973 計劃項目首席科學家及相關研究人員立足崗位、積極奉獻,為我國石油科技進步做出了突出貢獻;感謝各承擔單位在項目研究過程中給予的支持,保障項目順利實施。“科學技術是第一生產力”,希望我們廣大石油地質工作者能夠立足行業重大科學問題,持之以恒、開拓進取,不斷推進石油地質基礎理論研究,為我國油氣勘探開發提供不竭的動力。
 
“中國油氣重大基礎研究叢書”是對973 計劃油氣領域27 個項目在基礎理論和基礎技術方面攻關成果的總結,將陸續出版。相信本套叢書的出版,將會促進研究成果交流,推動我國石油地質理論領域發展。
 
 
          賈承造
   中國科學院院士
 
      2018 年12 月
 
 
關鍵詞: 賈承造 油氣 基礎研究
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