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高德利院士：人类已经进入石油天然气难开采时代

出品 | 网易新闻 采写 | 史文慧 都说“工欲善其事 ， 必先利其器” ， 对于石油、天然气的高效开采来说 ， 钻井技术就是其中不可或缺的基本手段或“重器” ， 中国的钻井技术究竟怎么样？在钻井技术和设备方面有哪些卡脖子技术？油气开采会引发地震吗？网易新闻采访了油气钻探与开采专家、中国科学院院士、中国石油大学教授高德利 。

高德利院士：人类已经进入石油天然气难开采时代

（一）只要经济和社会还在发展 ， 对能源的需求就会不断增加 网易新闻：对于一个国家来说 ， 怎样的石油天然气进口、自产比重是合理的？ 高德利院士：这也不是特别绝对的 ， 有人说超过60%就不得了 ， 那要看你的掌控能力 ， 看整个世界的和平稳定（程度） ， 包括国际贸易 ， 这些都有关系 ， 比如你想进口 ， 但人家不卖或运输通道受阻 ， 那就麻烦了 ， 所以这是相对而言的 。 当然 ， 现在我国超过70%靠进口 ， 如果世界安全形势出现不稳定 ， 或是国际贸易有障碍 ， 那就对我们不利了 ， 所以相关底线应根据实际情况来考量 。 网易新闻：造成中国石油天然气长期依赖进口的原因有哪些？ 高德利院士：油气资源量（和）把它开采出来形成产能、产量不是一回事 。 我国油气资源还是比较丰富的 ， 但要把地下的石油天然气资源探明还要不断做工作 ， 即使探明了 ， 也还有开采问题 ， 常规油气资源比较容易开采 ， 但更多的油气资源属于非常规、深层及海洋深水区等难开采油气储量 。 现在 ， 我们已经进入了难开采油气时代 ， 必须通过技术突破才能做到经济有效的开采 。 当然 ， 全球油气行业也基本如此 ， 普遍面临着难开采油气问题的困扰 。 另一方面 ， 我们经济社会发展了 ， 人民生活水平不断提高 ， 对能源消费就必然有相应的增加 。 随着经济的发展 ， 人民生活想要改善要提高 ， 就会增加能源消费 ， 比如你想要每天生活得好 ， 要讲卫生、冬天暖和点儿、夏天凉快点儿 ， 等等 ， 这些都要消费能源 。 毫无疑问 ， 我国未来能源消费仍保持有增无减的势头 。 （二）钻井技术就像体育比赛 ， 需要不断突破极限 网易新闻：国内开采油气使用的设备目前是国产的多还是进口的多？ 高德利院士：一般的钻采设备 ， 尤其是地面设备 ， 基本都国产化了 ， 甚至有些设备还出口了 ， 比如钻机、管材等 。 地面设备我们做的还是不错的 ， 但到了井下的破岩、测量、控制等设备我们仍面临着不少的技术瓶颈问题 。 网易新闻：钻井技术的发展有哪些挑战？ 高德利院士： 石油和天然气都是流体 ， 过去常规的石油和天然气 ， 我们即使打一口直井 ， 给它一个通道它就流出来了 ， 这类油气藏的储层压力高、渗透率也高 ， 地下的油气比较容易流到井里来 。 然而 ， 对于非常规油气资源而言 ， 就面临着难开采问题了 ， 如页岩油、页岩气等 ， 石油或天然气的流动性很差 ， 甚至难以流动 ， 必须要打水平井 ， 还要对水平井进行大规模的分段压裂 ， 也就是需要通过人为地工程改造让地下的油气流动起来 ， 这样的技术要求就高了 ， 工程作业的费用也高了 ， 甚至后续还要进行类似的重复改造作业 ， 这就增加了难度 。 通常说“上天”难 ， 其实“入地”更难 。 钻井 ， 一是要满足井眼轨迹的目标要求 ， 怎么把它打中、打成 ， 还能在它的生产使用过程中保持完整性 ， 技术要求是很高的；同时还要打得好 ， 能够大幅度提高油气田的单井产量及最终采收率 ， 把地下找到的石油和天然气最大限度地开采出来 ， 钻井是关键技术之一 。 同时 ， 还要打得远 ， 现在有些地方是生态核心保护区 ， 底下有丰富的石油天然气 ， 你怎么把它弄出来？在保护区那个地方是不允许工程作业的 ， 而那么多石油天然气又是我们所需要的 ， 怎么办？我们可以从距离保护区很远的地方（如10公里以外）进行钻采作业 ， 使保护区底下的油气资源也可以得到开发利用 ， 这就需要实施大位移钻井工程 ， 它是挑战定向钻井极限的前沿技术 。 在大位移钻井作业极限方面 ， 我国已超过8公里水平位移了 ， 国际上超过11公里了甚至更远了 。 在海上油气田 ， 或陆地上也有越来越多的油气田（如四川盆地的页岩气田） ， 必须放射性地打丛式井 ， 使基于同一个作业平台的油气田开发控制面积不断扩大；还可以采用多目标的复杂结构井 ， 如多分支井等 ， 也就是只有一个主井筒 ， 而到了油气藏可以有多个分支井（就像多弹头导弹一样） 。 所有这些复杂油气井工程 ， 都对大位移钻井技术提出了越来越多的重大需求 。 然而 ， 我们要实现这种随心所欲的大位移钻井设计控制目标 ， 还得继续努力 ， 相应的技术难度很大 。 因为地下的钻井目标看不见摸不着 ， 实际打成的所有井都看不见 ， 我们看到的井眼轨迹图线都是通过测量与计算画出来的 ， 具有不确定性 ， 都存在测量和计算的误差 ， 实际上入地工程的信息化与智能化是比较难的 。 我经常对搞机器人的专家学者调侃 ， 你们什么时候能够搞出钻井机器人来就不得了 ， 钻井机器人可能是工业机器人、应用机器人里最难的 ， 因为要求它在一个狭小的地下井眼空间里工作 ， 而井眼里还充满着复杂的多相流体甚至高温高压 ， 井下工况很复杂 ， 如振动、冲击、腐蚀等 ， 周围又是不稳定岩石 ， 狭长井眼……你想是什么概念？就是一个无底深渊 ， 甚至是地狱 ， 别说人掉下去 ， 掉个东西进去再弄出来都很难 。 因此 ， 要搞出适应井下工况的钻井机器人是很难的 。 另一方面 ， 我们为了破碎各种岩石 ， 人们已经把超硬耐磨的优质材料用在钻头上了 。 现在使用的大多数钻头是PDC钻头 ， 采用聚晶复合片材料（简称PDC）制作切削齿 ， 是一种仿金刚石的特种材料 ， 因此钻井使用的钻头是比较昂贵的 。 而且我们希望一只钻头下到井里以后能够把一个井眼打完 ， 但目前的技术现状 ， 一只钻头只能打一部分井眼 ， 通常打一口井要使用多只钻头 ， 这样一来钻进作业就间断了 ， 需要通过起下钻作业更换钻头 ， 把旧钻头取出来 ， 换一只新钻头再下到井里去 ， 你的钻井周期就必然延长了 ， 而工程费用也就增加了 。 所以 ， 降本增效是衡量钻井工程优劣的重要技术经济目标 ， 现在很讲究“一趟钻”作业技术 ， 一个井筒有多层井身结构 ， 上大下小 ， 每个尺寸的井眼最好“一趟钻”打完 ， 也就是用一只钻头钻成这个井眼 ， 但做到这一点并非易事 。 这些都是人类挑战钻井极限的问题 ， 需要通过不断创新研究与实践加以解决 ， 就像体育比赛一样 ， 不断创造新的世界纪录 。 （三）地震每天都在大量发生 ， 与油气开采关系不大 网易新闻：现在的钻井技术对开采地周围环境会不会有什么影响？ 高德利院士：钻井就是围绕井的建设与测量而实施的技术和资金密集型工程 ， 就是通过驱动钻头破碎各种地下岩石形成井眼 ， 井下岩石破碎会产生岩屑或钻屑 ， 必须随着钻进被清理出来 ， 国内外都是通过钻井液循环洗井把它清洗出来的 。 到了页岩（油）气 ， 目标水平段都超过上千米甚至更长 ， 打这个水平段时需要采用油基钻井液进行洗井和保持井眼稳定 。 油基钻井液是以油作为基液调制的 ， 因而具有污染性 ， 也就是说水平段的钻屑被油污了 ， 必须进行环保处理 。 油污钻屑环保处理要花不少钱 ， 每口页岩气水平井甚至因此要花费几百万 。 网易新闻：中国目前处理钻井液这块儿的技术怎么样？ 高德利院士：这个应该是没问题的 ， 就是成本相对比较高 。 在勘探开发、工程作业里都要有环保措施 ， 都要对流体的和固体的废弃物进行环保达标处理 ， 这不是什么新鲜事 ， 但现在面临的挑战更大了 。 网易新闻：页岩油气的开采会引发地震吗？ 高德利院士：应该说是有一些关系 ， 但是并不大 。 钻井行为总体来说是释放地应力的 ， 压裂也是把储层岩石破裂甚至压碎 ， 相应的压裂能量也随之耗散了 ， 从北美的“页岩革命”来看好像无大碍 。 有些地区的地应力本来就高 ， 甚至还在年年不断增大 ， 一旦地应力增大到使地下断层扛不住了就可能自发地震了 。 地应力不断增大也与地球板块运动有关 ， 有的地方没有压裂、没有打井不也发生地震了嘛 。 地震是每天大量发生的 ， 大多使人没有震感 ， 有的比较厉害了就有感觉了 ， 特别厉害的就有危害了 。 总之 ， 地震很复杂 ， 目前还难以精确预测 。


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