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贾承造:中国油气重大基础研究 27个973项目及其成果

2019-06-15    来源:中国节能网
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[ 导读 ]:石油与天然气是人类最重要的能源,半个世纪以来油气在一次能源消费结构中占比?#36158;?#20445;持在56%~60%。2015 年,全球一次能源消费总量130 亿t 油当量,其中石油占31%、天然气占27%。据多家权威机构预测,2035 年一次能源消费总量162 亿t,油气占比仍将在60% 左右;随着全球性碳减排趋势加快,天然气消费总量和结构性占比将逐年增加,2040 年天然气有望超过原油成为主要一次消费能?#30784;?/div>

 
石油与天然气是人类最重要的能源,半个世纪以来油气在一次能源消费结构中占比?#36158;?#20445;持在56%~60%。2015 年,全球一次能源消费总量130 亿t 油当量,其中石油占31%、天然气占27%。据多家权威机构预测,2035 年一次能源消费总量162 亿t,油气占比仍将在60% 左右;随着全球性碳减排趋势加快,天然气消费总量和结构性占比将逐年增加,2040 年天然气有望超过原油成为主要一次消费能?#30784;?/div>
 
根据以美国地质调查局(USGS)为代表的多?#19968;?#26500;预测,全球油气资源丰富,足以支持以油气为核心的全球能源经济在21 世纪保持?#20013;比佟SGS 研究结果表明:全球常规石油可采储量4878 亿t,已采出1623 亿t,剩余探明可采储量2358 亿t,剩余待发现资源897 亿t;全球常规天然气可采资源量471 万亿m³,已采出95.8 万亿m³,剩余探明可采储量187.3 万亿m³,剩余待发现资源187.9 万亿m³。近年来美国成功开发了新的油气资源——非常规油气,据多?#19968;?#26500;评估全球非常规油可采资源量5100 亿t,非常规气可采资源量2000 万亿m³,油气资源将大幅增加,全球油气资源枯竭的威胁彻底消除。与此同?#20445;?#20840;球油气资源变化的另一个趋势是资源劣质化,油气经济开发将要求更新、更复杂的技术,以及更低的生产成本。油气资源的大幅增加和劣质化已成为影响石油工业发展的重大因素,并将长期起作用。
 
石油工业的历史就是一部石油地质学与勘探开发技术发展史
 
石油工业的?#27604;?#20381;赖于油气资?#30784;?#25216;术、市场和政治、经济、社会环?#22330;?#22312;一定的资源条件下,理论技术是最活跃、最具潜力的变量,石油工业的历史就是一部石油地质学与勘探开发技术发展史。非常规油气依靠水平井和体积压裂技术进?#38477;?#20197;成功开发,揭示了全球石油工业未来油气资源大幅?#20173;?#21152;和大幅度劣质化的资源前景,?#27493;?#31034;了理论技术创新的巨大威力和理论技术未来发展的无限可能性。所以回顾历史、展望未来,石油工业前景一定是?#20013;?#21457;展和前景辉煌的,也一定是更高度依赖石油地?#19990;?#35770;和勘探开发技术进步的。
 
石油天然气地质学(geology of petroleum),是研究地壳中油气成因、成藏的原理和油气分布规律的应用基础学科,是油气勘探开发的理论基础。人类认识和利用油气的历史由来已久,但现代油气勘探开发一般以1859 年美国成功钻探的世界上第一口工业油井作为标志。1917 年, 美国石油地质学家协会(AAPG)成立,并出版了《美国石油地质学家协会通报》(AAPG Bulletin)。1921 年,Emmons 出版Geology of Petroleum,标志着石油天然气地质学成为一门独立的学科。20 世纪30 年代,McCollough 与Leverson正式提出“圈闭学说”,成为常规油气地?#19990;?#35770;的核心内容。1956 年,Levorsen 的Geology of Petroleum问世,实现了石油天然气地质学理论的?#20302;?#21270;和科学化,建立了完善的圈闭分类体系,将圈闭划分为构造、地层和复合圈闭,指出储集层、盖层和遮挡条件是油气藏形成的必要条件,圈闭油气成藏是常规油气聚集机理的理论核心。经典的石油天然气地质学的理论核心包括盆地沉降增温增压、有机质干酪根生烃与油气?#20302;?#29702;论;由岩石骨架、有效孔隙及充注?#30446;?#21160;流体构成的油气储集层理论;含油气盆地、区带、圈闭与油气藏的油气分布理论;能量与物质守恒,由人工干预形成油气储集层不同部位流体压差,从而形成产生和控制流动的油气开发理论。
 
石油天然气地质学历经百年历史,其发展史深受石油工业勘探开发?#23548;?#22320;质学相关基础学?#24179;?#23637;和探测与计算机技术发展的推动。石油工业油气勘探从?#25215;比?#38381;油气藏发展到岩性地层油气藏;从?#38477;贗平?#21040;海洋,进而到深水;从常规发展到非常规,这些?#32426;?#21160;了石油天然气地质学理论的重大突破和新理论、新概念的出现。而地质学基础学科不断出现的重大进展,包括板块构造理论、层序地层学理论、有机质生烃理论都被及?#27604;?#20837;石油天然气地质学核心理论之中。地震与测井等地球物理学勘探技术、地球化学分析技术与计算机技术的飞速发展推动了油气勘探开发技术进步,也推动了石油天然气地质学理论的进步与完善。
 
纵观百年石油天然气地质学发展历史,可以看到五个重要节点:①?#25215;?#19982;圈闭理论(19 世纪80 年代~20 世纪30 年代);②有机质生烃与油气?#20302;?#29702;论(20 世纪60~70 年代);③陆相油气地?#19990;?#35770;(20 世纪40 年代~21 世纪初);④海洋深水油气地?#19990;?#35770;(20 世纪80 年代~21 世纪初);⑤连续型油气聚集与非常规油气地?#19990;?#35770;(2000 年至今)。
 
近年来,随着全球油气产量增长和勘探开发规模不断扩大,勘探领域主要转向?#38477;?#28145;层、海洋深水和非常规油气。新?#30446;碧交?#21160;不断揭示了新的地质现象和新的油气分布规律,许多是我们前所未知的,如?#38477;?#28145;层8000m 的油气砂岩和碳酸盐岩储层、海洋深水陆棚的规模砂体分布、非常规油气的“连续性分布”成藏规律,?#32426;?#30772;了传统的石油地质学、沉积学认识,揭示了基础理论的突?#39057;?#21644;新理论的生长点,石油地?#19990;?#35770;正面临着巨大变革的前景和机遇。
 
深层、深水、非常规勘?#38477;?#36136;领域的发展同时也对地球物理和钻井等工?#30899;?#26415;提出了更高、更难的技术需求和挑战,?#30899;?#30707;油工业工?#30899;?#26415;加速技术创新和发展。与此同?#20445;?#20840;球材料、电子、信息和工程制造等学科快速发展,极大地推动了工?#30899;?#26415;和装备的更新。地球物理勘探的?#38477;?#21644;海洋反射地震三维技术,钻井工程的深井、水平井钻井和体积压裂技术,3000m 水深的海洋深水开发作业能力,以人工智能为特征的信息化技术等都是近年工?#30899;?#26415;创新发展的重点和亮点。预期工?#30899;?#26415;发展方兴未艾,随着科技创新受到极大重视和科技研发投入?#20013;?#22686;加,工程理论技术必将进入快速发展期,基础理论与基础技术已受到关注,也将进入发展黄金期。
 
我国石油工业历经六十余年快速发展,形成了独立自主的石油工业体系和强大?#30446;?#25216;创新能力,油气勘探技术水平已进入全球行业前列。2015 年我国原油产量2.15 亿t,世界排名第四位,天然气产量1333 亿m³,世界排名第六位。
 
目前,我国油气勘探开发理论技术水平已经总体达到国际先进水平,其中陆相油气地?#19990;?#35770;一?#26412;?#22269;际领先地位,在陆上复杂地区的油气勘探技术领域,我国处于领?#20154;?#24179;;我国发展了古老海相碳酸盐岩成藏地?#19990;?#35770;与勘探配套技术,在四川盆地发现安岳气田,是我国地层最古老、规模最大的海相特大型气田,累计探明地质储量8500 亿m³;发展了前陆冲断带深层天然气成藏理论,复杂?#38477;?#30416;下深层宽线大组合地震采集和叠前深度偏移、超深层复杂地层钻完井提速等勘探配套技术,油气勘探深度从4000m 拓展到8000m,在塔里木盆地库车深层发现5 个千亿立方米大气田,形成万亿立方米规模大气区;在油气田开发提高采收?#22987;?#26415;领域,大庆油田发展的二次、三次采油提高采收?#22987;?#26415;,在全球原油开发技术界一直处于国际领先地位。
 
在海洋油气勘探开发和工?#30899;?#26415;领域,我国在近海油气勘探开发方面处于同?#35748;?#36827;水平;在深水油气方面,我们已获得重大突破,但在深水工?#30899;?#26415;和装备方面,与全球海洋工程强国相比仍有重大差距;在新兴的非常规油气开采技术领域,我国石油工业界起步迅速,已经基本掌握了页岩气、煤层气开采技术,成功开发了四川盆地志留系龙马溪组页岩气田。
 
在油气勘探开发专业服务技术及装备领域,我国近年快速发展,在常规专业技术和装备方面已经全面实现了国产化,高端技术服务和装备已初步具有独立研发先进、新型、高端装备的能力。在技术进步助推下,中国石油集团东?#38477;?#29699;物理勘探有限责任公司已成为全球最大物探技术服务公司。
 
但我国石油科技界油气勘探开发面临重大挑战:深层油气成藏富集规律与科学问题;低渗透- 致密油气提高采收?#22987;?#26415;与理论问题?#29615;?#24120;规油气(页岩气、致密油气、煤层气)勘探生产先进技术与科学问题;海洋及深水油气勘探生产重大科学问题;勘?#38477;?#29699;物理、测井、钻井压?#30740;?#25216;术与科学问题等。我们也清?#35757;?#30475;到我国要成为真正的石油工业技术强国依然任重道远,我们要正视差距、继续努力,特别是要大力加强基础理论和基础技术。
 
27 个973 项目及其成果
 
1997 年3 月,我国政府高度重视科学技术,确定了建立“创新型国家”的战略方向,采纳科学家的建议,决定开展国家重点基础研究发展计划(973 计划)。973 计划是具有明确国家目标、对国家的发展和科学技术的进步具有全?#20013;?#21644;带动性的基础研究发展计划,旨在解决国家战略需求中的重大科学问题,以及对人类认识世界将会起到重要作用?#30446;?#23398;前沿问题,提升我国基础研究自主创新能力,为国民经济和社会可?#20013;?#21457;展提供科学基础,为未来高新技术的形成提供源头创新。这是我国加强基础研究、提升自主创新能力的重大战?#36291;?#25514;。自1998 年实施以来,973 计划围绕农业、能?#30784;?#20449;息、资源环?#22330;?#20154;口与健康、材料、综合交叉与重要科学前沿等领域进行战略部署,2006年?#21046;?#21160;了蛋白质研究、量子调控研究、纳米研究、发育与生殖研究四个重大科学研究计划。十几年来,973 计划的实施显著提升了中国基础研究创新能力和研究水平,带动了我国基础科学的发展,培养和锻?#35835;?#19968;支优秀的基础研究队伍,形成了一批高水平的研究基地,为经济建设、社会可?#20013;?#21457;展提供了科学支撑。
 
自973 计划设立以来,能源领域油气行业?#37319;?#32622;27 项(表1),对推动油气地?#19990;?#35770;的研究与应用起到了至关重要的作用,带动了我国油气行业?#30446;?#36895;发展。
 
表1 国家973 计划油气行业立项清单
 

 
这27 个项目选题涵盖了我国石油工业上游和石油地质基础理论、基础技术方面的重大科学问题,既是石油工业当前发展面临的重大挑战,也是石油地质基础理论和基础技术未来的发展方向。这批重大科学问题的研究解决,必将大大推动我国石油天然气勘探开发储量产量的增长,保障国家油气供应安全和社会经济增长的能源需求;同时支持我国石油地质科学技术的进步与深入发展,推动基础研究进入新的阶段。
 
这27 个项目现在已基本完成计划合同规定的研究内容,取得丰硕的成果,相当部分研究成果已经被中国石油天然气集团有限公司、中国石油化工集团有限公司和中国海洋石油集团有限公司应用于勘探生产,取得了巨大的经济效益;在科学理论方面的成果也在逐渐显现,我国石油地质学?#20197;?#38750;常规油气地?#19990;?#35770;方面已逐渐赶上国?#26159;?#27839;,先进理论技术进步渗透石油界与科学界,未来将进一步发挥其效能,显现其深远影响。
 
这27 个973 项目及其成果主要集中在以下几个方面:
 
▌1)大幅度提高采收?#22987;?#26415;(2 个项目),在大型砂岩油田化学驱提高石油采收率基础理论技术研究方面取得了国际领先的成果,并成功应用于大庆油田。
 
▌2)我国天然气地?#19990;?#35770;(3 个项目),针对我国复杂地质条件?#23576;埃?#22312;形成高丰度构造型气藏和低丰度大面积岩性地层型气藏的成藏机理、富集规律及开发理论技术方面取得重大进展,支撑我国天然气快速增长。
 
▌3)海相碳酸盐岩油气地?#19990;?#35770;(4 个项目),针对我国古老层系海相碳酸盐岩多期演化与高热演化成熟度特点,在古老碳酸盐?#39029;?#31215;层序?#25351;础?#21476;老油气?#20302;?#28436;化、储层分布规律及成藏特征等重大地质基础理论,以及深层复杂气藏勘探开发技术方面取得重大进展。
 
▌4)我国西部叠合盆地构造与油气成藏理论(3 个项目),在我国西部塔里木等盆地“叠合”特征分析、盆地构造演化解析及多源油气?#20302;?#38271;期演化的规律研究中,在盆地构造学和石油地质学基础理论方面取得重大进展。
 
▌5)非常规油气地质(8 个项目,包括煤层气、致密油气、页岩油气、天然气水合物),非常规油气是近年出现的新油气资源,其成功开发既表现出巨大的经济意义,?#27493;?#31034;了非常规油气地质是一个全新的理论技术领域,是石油地质基础理论和技术新突破和取得重大进展的良好机遇,因此973 计划给予了重点部署。这批成果包括建立了独具特色的高煤阶煤层气地?#19990;?#35770;与开发技术;在古老海相页岩气地?#19990;?#35770;和技术上取得重大进展,支持四川盆地志留系龙马溪组页岩气成功大规模开发;在陆相致密油和页岩油地?#19990;?#35770;取得重大进展,发展了我国陆相非常规油气地?#19990;?#35770;;在天然气水合物地质上取得进展。这批成果追踪和接近国?#26159;?#27839;,显示了我国科学家的学术水平和创造力,未来有进一步扩大的潜力。
 
▌6)深井、深水钻井与地球物理勘探理论技术(5 个项目),针对油气勘探转向深层、深水与非常规,在深井、深水钻井和地球物理反射地震勘探基础理论技术方面取得重大进展,从工?#30899;?#26415;上支撑了我国近年油气勘探开发。
 
▌7)南海深水石油天然气地?#19990;?#35770;(1 个项目),在南海构造沉积演化与深水油气富集规律理论领域取得重大成果。
 
▌8)沉积盆地多种能源矿产共存机理(1 个项目),在沉积盆地中油气、煤与?#35828;?#30719;产共存富集机理方面取得重大成果。
 
石油作为人类社会最重要的能源战略资源,将在一段相当长的时期内发挥无?#21830;?#20195;的作用,石油工业仍然是最强大和最具生产力的工业部门。科学技术是石油工业生存发展的永恒动力,基础理论和基础技术创新是动力的不竭源泉,相信石油科技未来必将有更伟大的创新发现,推动石油工业走向更辉煌的未?#30784;?/div>
 
我本人有?#20197;?007~2015 年期间成为973 计划第四、五届专家顾?#39318;?#25104;?#20445;?#24182;担任能源组召集人,亲身经历了这一段石油地质科学蓬勃发展的珍贵时光。回顾历史,十分感慨。?#34892;?#31185;学技术部关注石油工业科技发展,设立27 个973 计划项目,?#20302;?#24320;展石油地质基础理论研究,有效推动了我国油气勘探开发理论技术创新,促进了油气行业?#30446;?#36895;发展;?#34892;?#36825;批973 计划项目首席科学家及相关研究人员立足岗位、积极奉献,为我国石油科技进步做出了突出贡献;?#34892;?#21508;承担单位在项目研究过程中给予的支持,保障项目顺利实施。“科学技术是第一生产力”,希望我们广大石油地质工作者能够立足行业重大科学问题,持之以恒、开拓进取,不断?#24179;?#30707;油地质基础理论研究,为我国油气勘探开发提供不竭的动力。
 
“中国油气重大基础研究丛书”是对973 计划油气领域27 个项目在基础理论和基础技术方面攻关成果的总结,将陆续出版。相信本套丛书的出版,将会促进研究成果交流,推动我国石油地?#19990;?#35770;领域发展。
 
 
          贾承造
   中国科学院院士
 
      2018 年12 月
 
 
关键词: 贾承造 油气 基础研究
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