智能化让油气开采更简单

——访中国工程院院士、中国石油大学（北京）副校长李根生

文／本刊记者  王伟

化石能源居主体  开发难度加大

《能源评论》：目前我国能源行业似乎正在十字路口，一方是快速增长的清洁绿色能源，另一方是仍在担当大任的煤炭、石油和天然气等化石能源，您对未来消费趋势怎么看？

李根生：当下，煤炭和石油、天然气仍长期是我国一次能源消费的主体。2017年，我国能源消费结构为：煤炭占比60.4%、石油和天然气合计占比26.0%。专家预测，2030年前后我国石油需求达到峰值，2035年前天然气需求快速增长。

未来，我国一次能源需求结构趋向清洁、低碳、绿色方向发展。研究显示，2035年，我国一次能源需求将从目前的30亿吨油当量增至40亿吨，其中石油占17%，约7亿吨，国内生产2亿吨，对外依存度达到70%；天然气占15%，需求量为6200亿立方米，国产2600亿～3000亿立方米，对外依存度可能达到55%。

 《能源评论》：对于我国能源行业而言，2亿吨国内石油产量的红线，有多么重要？

李根生：近两年，国内石油的生产量在1.91亿吨左右，对外依存度即将达到70%。有媒体报道说，国际能源署（IEA）发表的《石油市场报告2018》预测，中国到2030年石油消费量将达到8亿吨，如果按照到同期国内供给2亿吨的产能规模计算，对外依存度可能达到80%，这是非常严峻的形势。为此，国内石油行业需要力保2亿吨国内石油产量这个红线目标，任务非常艰巨。

 《能源评论》：中国一直以来被认为是一个贫油少气的国家，我国在资源开发方面，目前面临什么样的局势？

李根生：国内的老油田本来就没有像中东、美国那样的“肥肉”，目前比较好的油田也已经到了开采中后期，重点都在老油田挖潜改造方面。未来，我国油气勘探开发重点领域是老油田、非常规、低渗透、深层、海洋等油气田，面临着资源劣质化、勘探多元化、开发复杂化、环境恶劣苛刻等难题，在高效、优质、安全、经济、环保等方面存在很大挑战，迫切需要智能绿色安全高效开采。

《能源评论》：这是否意味着常规油气资源越来越难以经济高效开发，非常规油气资源能否挑起大梁，会面临哪些挑战？

李根生：这表明，Easy oil 时代已经结束。对于非常规油气资源的高效绿色开发，过去所说的开发手段“钻头不到，油气不冒”同样适用，所以钻完井面临的难题和挑战来自三个方面：

一是井型和轨迹设计更复杂，钻完井的成本高，风险大，提高采收率的难度大。原因就在于，对这种老、非、低、深海这样复杂的油气资源，其油层分布及一系列参数会更复杂，具有储层丰度低、厚度薄、连续性差，产能甜点区域分布不清等特点，同时常规直井、定向井等井型控制体积有限，轨迹优化设计困难，不像常规油气田那样容易开发。

二是对于这种极端环境、苛刻要求、技术复杂的资源，钻完井需要多学科、跨行业合作来进行融合研究，否则，难以满足油气资源新领域安全、经济、高效勘探开发需求。目前，钻完井成本占油气勘探开发总成本50%以上，西部地区7000～8000米的超深井，一口井的投资要几千万到上亿元，钻井周期大概需要半年到一年。非常规油气的水平井加压裂的成本，现在已经降到了5000万～6000万元，钻完井周期在40天以上，但也要依靠国家补贴才能够维持有效的经济生产。

三是提高采收率难度大。东部老油田已进入特高含水区，采出液含水量达93%以上，只有不到10%的油。要提高采收率，怎么样控水增油、优化完井生产参数、开发剩余油气资源就成为了未来发展的关键。同时，非常规、低渗油气产量初期产量虽然较高，但是其渗透率极低，控制面积有限，产量递减快，缺乏有效的提高采收率的技术。

智能化开采是方向  应用五大领域

《能源评论》：在油气开采步入非常规时代，有哪些新型解决方案，需要什么样的技术支撑？

李根生：解决方案就是智能化，其关键技术来自三个方面：

一是连续管智能钻井技术。针对复杂油气钻井成本高、风险大的难题，可以利用连续管的数据双向传输优势，实现智能监控和闭环钻井，提升经济高效。美国能源部称其为21世纪高效、低成本前沿钻井技术，其优势表现在：有利于保护油气层、提高钻速、占地少、污染小、成本低、效率高，同时有利于提高单井产量和难动油挖潜，预计可降低勘探钻井成本1/3，降低开发钻井成本1/2，降低海上钻井成本59%。因此，应用地面智能钻机、井下智能机构和智能监控与决策系统等，可以实现油气钻井的超前探测、闭环调控、精准制导、智能决策。

二是智能完井与生产动态控制。针对复杂油气资源提高采收率的难题，利用井下智能完井管柱实现分层段/分井眼的生产调控，可以提高单井产量和采收率。

三是智能监测与决策系统。智能监测系统可以通过实时监测井下参数，进行效率和风险智能预测；智能决策系统可以通过井下和地面形成数据闭环控制，根据钻完井工程数据，进行钻井参数和完井参数的实时智能决策，最终实现智能钻机一体控制、智能钻杆数据传输、智能导向精确定位、智能控压安全钻进、智能监测风险评估、智能决策闭环控制。

 《能源评论》：现在似乎是在步入人工智能时代的前夜，在全球科技正向着数字化、信息化、智能化方向发展的趋势下，油气行业有何作为？

李根生：人工智能正在深入不同的垂直行业。2016年10月，美国发布《为人工智能的未来做好准备》与《国家人工智能研究与发展战略规划》。2017年7月，中国发布了《新一代人工智能发展规划》。2018年4月，欧洲25国共同签署了《人工智能合作宣言》。2018年4月，道达尔宣布将与谷歌云联合发展人工智能技术。

复杂油气资源钻完井智能化是油气行业发展趋势。面对越来越难开采的油气资源，油气行业应该向信息化、集成化、自动化、智能化方向发展：向降低“吨油”成本、实现油气开发效益最大化方向发展；向全方位满足勘探发现、增储上产和提高采收率方向发展；向更加注重QHSE（质量(Quality)、 健康(Health)、安全(Safety)和环境(Environmental)）方向发展；最终做到更深层、更高效、更智能、更安全、更环保。

大数据、云计算、人工智能、功能材料等领域蓬勃兴起，必将推动复杂油气智能钻完井理论与技术的快速发展。智能钻完井技术可提高效率、降低成本、提高产量和采收率，可为油气和地热的安全经济高效开发提供有力支撑。智能钻完井技术的发展将促进石油工业智能油田的建设进程，推动我国石油和天然气资源的绿色智能精准开发。

 《能源评论》：既然智能钻完井技术具有广阔的应用前景，那您认为应如何推进，未来会有哪些具体应用领域？

李根生：通过协同创新联合优势资源，有望形成智能钻完井基础理论和技术的研发团队和平台，促进油气井工程学科和实践发展，在老油田挖潜增产提高采收率、深层超深层安全高效钻完井、海洋深水高效低成本开发等领域具有广阔的应用前景。在非常规油气经济有效开发方面也具有良好的应用潜力，具体应用如下：

一是煤层气高效开发。我国煤层气储量丰富，资源条件复杂，但产量低、经济性差。智能钻完井一体化可以通过连续管钻井+多分支井眼+压裂完井改造实现，最终提升作业效率，降低成本。 

二是页岩气高效开发。采用井工厂+智能钻完井，通过井网优化、井型轨迹设计、完井调控，有望提高页岩气单井产量和采收率，降低成本，高效开发。

三是天然气水合物开发。可燃冰即天然气水合物开采面临地层坍塌、甲烷泄露等风险，具有单井产量低的特点，可以通过连续管智能钻井、完井和开采一体化作业，监控地层数据和井下信息，对参数实现闭环控制，以提高产量，实现安全经济高效开发。

四是油页岩高效开发。油页岩是重要战略资源，原位热裂解技术是发展趋势，但也面临加热时间长、薄层开发效果差、井间距小，产量低、成本高等问题。通过多分支智能钻完井和开采一体化技术可增加储层加热面积，提高原位加热效率，提高油页岩的单井产量和采收率。

五是地热资源高效开发。全球5千米以浅的地热资源约4900万亿吨标煤，中国储量占比约为1/6。地热开发面临钻完井效率低、成本高难题，制约规模发展，可以利用智能钻完井实现多分支井、双水平井等新井型，以提高单井取热量，实现取热不取水、地热资源的可持续开发。