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近年來，我國能源需求日益攀升，常規油氣資源快速消耗，油氣供需矛盾突出。搶抓非常規油氣資源發展新機遇，既是保障國家能源安全的需要，又是我國立足油氣資源稟賦的必然選擇。頁巖油氣作為非常規油氣的代表，已成為我國最具戰略性的接替能源之一，是未來油氣勘探開發的重要戰場。

美國頁巖油氣革命使其頁巖油氣產量顯著增長，而這其中最重要的就是采用了立體開發技術。目前頁巖油氣已經成為美國油氣產量增長的主體，對全球能源格局產生重大影響。我國頁巖油氣資源豐富，開發潛力大，應在充分借鑒美國等先行國家經驗的前提下，堅持走“自主創新”道路，制定與中國經濟發展實際和能源需求相匹配的戰略目標，大力推進中國頁巖油氣革命，推動頁巖油氣大規模、持續利用，增強油氣自給能力，實現中國油氣領域的新跨越。

●孫煥泉

立體開發是美國第二次頁巖革命成功的關鍵

頁巖革命起源于美國，該國依靠頁巖革命實現油氣產量快速增長，從石油進口國轉變為輸出國，實現了能源獨立。美國是世界上最主要的頁巖油氣生產國，2022年頁巖氣產量7950億立方米，占全球頁巖氣產量的95%，占全美天然氣產量的73%；2022年美國頁巖油產量3.8億噸，占全球頁巖油產量的92%，占美國原油總產量的50.9%。

頁巖革命推動全球頁巖油氣產量快速增加，改變了世界能源格局。2022年全球頁巖氣產量8400億立方米、頁巖油產量4.13億噸，頁巖油氣產量當量占全球油氣產量的13.65%。

美國已開發的頁巖油氣區帶，主要分布在東北部阿巴拉契亞盆地、北部威利斯頓盆地、墨西哥灣沿岸和西南部等地區，其中以馬塞勒斯、二疊紀盆地、海因斯維爾、鷹灘、巴肯等為代表的七大頁巖油氣主產區產量占美國頁巖油氣總產量的90%以上。

美國頁巖油氣開發始于2005年，共經歷了三個階段、兩次革命。

第一階段為2005~2010年，即第一次頁巖革命。第一次頁巖革命發起于巴內特頁巖氣產區，包括美國南部的鷹灘、海因斯維爾及東部的馬塞勒斯頁巖氣等主力產區，主體開發技術是“水平井+水力壓裂”。

第二階段為2011~2014年，頁巖革命推動美國本土天然氣產量快速增長，天然氣價格持續走低，借高油價契機，油氣作業者開始探索使用“水平井+水力壓裂”技術開采頁巖油，并率先對美國北部的威利斯頓盆地巴肯頁巖油開展先導性開發試驗和規模化工業開發，隨后擴展到對二疊紀盆地頁巖油的大規模開發。

第三階段為2015年至今，即第二次頁巖革命。2014年國際油價暴跌并持續低位運行，這期間，美國上百家頁巖油氣公司申請破產。但也有很多頁巖油氣公司加強內部運營管理，依靠技術革命性地降低開發成本、提高單井產量，這其中最重要的舉措就是立體開發。

通過立體開發能夠大幅降低開發成本，大幅提高單井評估的最終可采儲量（EUR）。同時，由于政府修訂破產法有效保護破產企業，疫情期間美國政府對企業進行稅收減免扶持，油氣生產企業經受住了低油價的沖擊，實現可持續發展，成為美國第二次頁巖革命取得成功的重要原因之一。

立體開發的核心是技術迭代創新

立體開發是一種全新的開發模式。在北美，加拿大能源公司（EnCana）最早提出立體開發概念。隨后，美國QEP資源公司提出“罐式開發”，西方石油公司稱為“優序開發”，本質上都是立體開發。

立體開發首先是理念上的突破創新，其次是技術和方法上的集成創新，其內涵就是：基于頁巖油氣的沉積特征、儲集特點和甜點分布，應用優快鉆井、體積壓裂技術，在多維空間改造形成“人工油氣藏”，實現頁巖油氣開發的儲量動用率、采收率、收益率（3R）最大化。

立體開發的核心是通過井網設計，將有效壓裂縫網由單井的局部尺度拓展到多井乃至整個油氣田開發的全局尺度，形成高效經濟的開發體系，進而提高頁巖油氣田的儲量動用程度、加速頁巖油氣資源動用和提高投資效率，最大限度獲取油氣資源。其中地質-工程甜點描述是基礎，縫網協同優化是關鍵，工程提速提效是保障。

近年來，立體開發在美國被廣泛采用。從早期的單層開發，到2015年開始的兩層開發，到近年的三層開發，已經在二疊紀盆地多處試驗了小井距4至5層立體開發，單平臺16口井成為常態，二疊紀盆地超級井工廠達5層/64口井。多層樓立體開發占比持續增加，以二疊紀盆地米德蘭次級盆地為例，2014年單層開發占72%，到2017年兩層開發占50%、三層開發占8%，到2021年兩層開發占55%、三層開發占比增加到23%。

立體開發助力頁巖油氣開發提速提效

美國頁巖油氣立體開發模式分為三種，即共同開發、獨立開發和聯合開發。

共同開發是指針對相鄰甜點層被灰巖或砂巖夾層分隔，但總厚度小于人工裂縫縱向擴展高度的頁巖層系，布井時將多個儲層視為一層，使用一套井網進行改造的開發模式，其典型代表是馬塞勒斯頁巖。

獨立開發是指針對不同甜點層縱向距離大于人工裂縫縱向擴展高度的頁巖儲層，布井方式為不同層單獨布井、單獨改造的開發模式，其典型代表是海因斯維爾頁巖。

聯合開發是指針對相鄰甜點層總厚度大，單獨改造一層時裂縫僅能部分擴展到相鄰層，布井方式宜采用交錯布井的開發模式，其典型代表是二疊紀盆地沃夫坎組頁巖、鷹灘頁巖和巴肯頁巖。

從地質上來講，雖然美國沉積環境、地質構造穩定、分布面積十分廣闊，但實際的甜點區卻小得多。美國油氣公司為充分開發甜點區資源，普遍采用立體開發，建立“立體開發+超級井工廠”的模式，這種模式由于施工作業規模巨大，被稱為頁巖油氣開發模式中的“猛犸象”。其優勢主要在于通過“一次布井、一次完井、立體壓裂”，充分利用人工能量，盡可能實現縱向、橫向儲量全動用，提高采收率。通過提高土地利用率、工廠化作業、集約化地面集輸模式，實現全流程降本。

埃克森美孚公司通過采用立體開發并提高鉆井效率，能夠將剛購買的先鋒公司的二疊紀盆地米德蘭次級盆地頁巖儲層開發成本降低15%，并額外采出10億桶油當量。“立體開發+超級井工廠”模式下鉆完井技術持續迭代，打出了一批“三超一強”水平井（超長水平段、超級一趟鉆、超級井工廠、強化鉆井參數），效率、效果、技術經濟指標大大提升。美國頁巖油3000米水平段水平井鉆井周期由2011年的34天降至15天，壓裂效率達到3~5天/口井，新井1~3個月后就可以轉為生產井，頁巖油單井EUR由1.8萬噸上升至5.2萬噸，桶油完全成本由98美元降低至33美元，實現了效益開發。2019年美國頁巖油氣主要產區鉆機數僅為2014年的一半，但新井投產數量沒變、產量變為2.1倍。立體開發實現了頁巖油氣開發提速提效提產降本，已經成為頁巖油氣開發的主要發展方向。

我國已成功實現頁巖氣立體開發

我國頁巖油氣開發起步晚，但發展較快，目前已經成為戰略接替領域，先后設立了長寧-威遠、涪陵、昭通三個頁巖氣國家級示范區和新疆吉木薩爾、大慶古龍、勝利濟陽三個頁巖油國家級示范區。2023年我國頁巖氣產量250億立方米，頁巖油產量突破400萬噸。

與北美海相頁巖油氣地質條件不同，我國海相頁巖氣地質年代老、埋深大、構造復雜，應力復雜，儲層無明顯隔層，分層立體開發難度大；陸相頁巖油沉積厚度大，韻律發育，縱向和橫向上巖性、含油性、隔層變化快，演化程度低，立體開發面臨諸多難題。

中國石化在國內首個實現商業開發的大型海相厚層整裝頁巖氣田——涪陵頁巖氣田，率先開展兩層開發滾動建產、三層開發評價試驗，自主創新建立了頁巖氣儲層精細描述與建模、立體開發技術政策優化、密織井網高效鉆井和精準壓裂與實時調控等技術，顯著提高了頁巖氣田儲量動用率、采收率、收益率，成功實現了頁巖氣立體開發。

涪陵頁巖氣田立體開發井日產氣量占氣田總產量的52.1%，整體采收率從12.6%提高到23.3%，實現采收率翻番。三層立體開發井組達到44.6%，達到國際領先水平，支撐涪陵頁巖氣田持續上產至85億立方米/年。中國石油在四川盆地南部瀘州區塊深層進行頁巖氣立體開發目標優選、立體開發井組試驗，認為立體開發可實現儲量良好動用，在威遠區塊威202井區開展了立體開發探索，在原井網基礎上加密部署3口水平井，對比老井測試產量和EUR得到顯著提升。立體開發在涪陵頁巖氣田的成功實踐和威遠頁巖氣田的有效探索，為高效開發頁巖氣積累了寶貴經驗，并展示出良好的應用前景，為中國頁巖油氣立體開發提供了有益借鑒。

我國頁巖油立體開發尚處于開發試驗階段

目前，國內主要頁巖油產區也在加快推進立體開發試驗。勝利濟陽陸相斷陷湖盆頁巖油國家級示范區開展立體開發試驗，實現了從單井到井組，從博興洼陷3層樓到牛莊洼陷5層樓、再到民豐洼陷7層樓立體開發的突破，建成中國石化第一個十萬噸級立體開發試驗井組——博興洼陷樊頁平1井組，日產水平達到313噸/日，已累計產油15.4萬噸。

大慶古龍頁巖油國家級示范區部署了5個開發先導試驗井組和一批控面井，正在試驗2層及2層以上的立體開發布井方式。新疆吉木薩爾頁巖油國家級示范區也正探索立體井網工廠化布井，平臺井數達到3~12口。長慶鄂爾多斯長7段頁巖油采取“大井叢、多層系、立體式”布井方式，建成國內陸上最大水平井平臺——長慶油田華H100平臺，開展兩層立體開發試驗，部署井位31口。蘇北盆地溱潼凹陷頁巖油目前也正在進行立體開發試驗。

借鑒美國頁巖油氣和國內頁巖氣立體開發的成功經驗，國內頁巖油開發伊始就將立體開發作為提高效益、降低成本的核心技術，頁巖油立體開發展現了良好前景，但由于國內陸相頁巖油地質條件的復雜性，立體開發目前尚處于開發試驗階段，大規模工業化應用還需要持續迭代創新。

我國頁巖油氣立體開發必須走自主創新之路

近年來，我國能源需求日益攀升，油氣對外依存度高。頁巖油氣作為非常規油氣的代表，是我國最具戰略意義的接替能源之一，也是未來油氣勘探開發的重要戰場。據美國能源信息署（EIA）估算，我國頁巖油技術可開采量約43.93億噸，居世界第三；據自然資源部評價結果，我國頁巖氣技術可采資源量21.8萬億立方米，位居世界前列。高效開發頁巖油氣資源對于增強國內油氣供應能力、保障國家能源安全具有重大意義。

基于我國頁巖油氣的地質特點和開發難點，我們不能完全照搬美國的立體開發模式，必須走自主創新之路。

在研究上，要樹立立體開發的非常規思維，持續深化立體開發基礎研究。加強頁巖精細描述，研究壓力場、應力場、滲流場、飽和度場“四場”動態變化，加強建模數模一體化，支撐全過程開發優化。通過地質、油氣藏、工程的基礎研究，創新理念與認識，催生技術創新和產業引領。

在開發策略上，向整體立體開發方向發展。涪陵頁巖氣田壓裂后取心證實，由于受到下部和中部氣層開發后引起的低應力區干擾，三層立體開發的上部氣層水力裂縫密度低于中部和下部，上部氣層裂縫以簡單縫為主，改造效果受到影響。通過整體立體開發井網設計，能夠將有效壓裂縫網由單井拓展到多井乃至整個氣田，實現頁巖油氣儲量動用率、采收率、收益率最大化。

在技術創新上，要推進技術迭代升級。對比北美，目前國內超長水平段鉆井作業效率、關鍵工具儀器及技術指標仍存在差距，壓裂技術參數和質量效益技術還處于學跑、跟跑階段，需要加強技術創新，加大分支井鉆完井技術以及智能壓裂、動態監測、提高采收率等技術的應用力度，持續優化開發效果。

在組織管理上，要推進立體開發中的工程管理變革。強化立體開發的逆向設計，加強實時調控，建立學習曲線，完善非常規工程技術指標體系，攻關基于人工智能的頁巖油氣甜點識別技術、基于地震協同導向智能鉆完井技術、新一代智能采氣技術，建立智能云平臺，實現實時共享、智能決策。