说到油气开采,我们不妨把岩石的孔缝想象成一座迷宫,迷宫中有许多储存油气的“房间”,连接“房间”的是分布复杂、方便油气运输的“长廊”。这些“房间”和“长廊”就是岩石的孔缝系统。
常规油气大多储存在孔隙较大的砂岩和碳酸盐岩的“房间”中。人们利用油比水轻这一原理,往砂岩和碳酸盐岩的“迷宫”中注水,从而将其中的油“顶”出来,这就是最基础的常规油气开采手段。
而页岩作为生成油气的地层,孔隙极小,直径介于几纳米至几微米之间,比头发丝还要细。占据这些孔隙的原油分子、页岩气(甲烷)分子也都特别小,直径通常小于一纳米,我们只有在电子显微镜下才能看得到。这使页岩油气的开采变得更加困难。
但是,面对页岩里丰富的油气资源,工程师们怎么会望而却步呢!
页岩油气被卡在里面不能动弹,那我们就给它们多“修路”。工程师们通过在石头上制造无数道裂缝,改善其在地下的流动环境。这些裂缝就好似岩层里的一条条高速公路,四通八达,从任何方向来的油气,都可以通过裂缝到达井筒,被开采出来。这就是石油行业中著名的人工压裂法。
不过,依靠人工压裂法开采的油气量远远不够,为了提高开采效率,工程师们又发明了另外一项技术——水平钻井技术。油井刺穿储集层后进而转变方向,平行或斜穿多个储集层,像“串糖葫芦”一样,把分散的资源点串联起来,大大提高了页岩油气的采集量,开采费用也大大降低。
压裂技术与水平钻井技术推动了页岩油气革命的进程。从页岩油气革命开始,大批中国科学家投身于页岩油气开采技术革新,“贪吃蛇”开采法就是一项特别值得称道的新技术。
“贪吃蛇”是随钻测井及旋转导向钻井的组合应用技术,利用“贪吃蛇”技术,地面上的工程师可以控制地下的钻头,一边旋转钻井,一边根据需要调整路线,正如“贪吃蛇”一样蜿蜒穿行,把地下的油气“吃”得干干净净。
这项技术由“全国劳动模范”尚捷带领团队经过多年攻关研发而成,打破了西方国家的技术垄断,使我国成为世界上第二个拥有“贪吃蛇”技术的国家。
今天,一批又一批的科学家们仍在继续攻关,希望能研发出自动化和智能化水平更高的油气钻机设备,为中国的石油工程事业贡献自己的力量。
(作者系石油地质学家、中国科学院院士。本文摘编自《院士解锁中国科技:藏起来的“能源之王”》)