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山沟里的守望页岩气技术攻坚队0-【新闻】

发布时间:2021-05-28 09:51:57 阅读: 来源:电动泵厂家

山沟里的守望:页岩气技术攻坚队

中国页岩气网讯:在中国矿业大学北京校区第11栋教学楼的门口,挂着一块黄底红字的牌匾。因为这块牌匾,两年时间里,这幢淹没在周边普通楼宇间极不显眼的老楼成了一波又一波人慕名造访的地方。

这块书写着“页岩气研究基地”的牌匾由国土资源部油气资源战略中心2011年4月授权而挂,登门拜访的人除了海内外的诸多能源学者外,还包括来自中石油、中石化、华电集团等能源央企的核心高管,以及其他试图探水这一领域的公司负责人。

吸引这些人先后来到此地的理由如出一辙,他们都试图在这里获得足以在未来撬动上千亿财富巨矿的技术杠杆,以及见到一个人——张金川。

张是中国矿业大学的一名普通教授,虽无显赫职称,但这个中年男人已经声名远播。在页岩气圈子里,张被公认为“目前国内对页岩气研究开发最早也是最深的人”。而现在,张还有了另外一个头衔——国家发改委页岩气首席科学家。

张金川的办公室在教学楼的第三层,仅有几平米的房间里杂乱无序,随时待命的行李、尚未清洗的衣服、随处置放的岩石样本,以及堆积如山的学术资料,这些东西见缝插针地抢夺着仅有的空间。

办公桌上两台液晶显示器并排而放,厚重的尘土几乎覆盖了整个键盘。一个老旧的沙发是房间中唯一开辟出来的空间,张金川称其为接待“宾客”的场地,同时,也是他多年来和衣而睡的床。

对于张金川个人来说,十余年时间里,除了少有人烟的野外,这一间逼仄的办公室便是他的第二活动场所。但对于页岩气这一如今深受众人追捧的能源“新贵”而言,这里也正是其得以推演至今日的技术研发起源。

“我这里条件有限,副部级的领导来也只能坐在你现在的位置,所以这个沙发现在很值钱的。”三个小时的等待后,刚从环保部召开的一场会议现场赶回来的张金川,以幽默的调侃开始了与本报记者的对话。

页岩气“中国简史”序幕

2008年,某部委领导打电话给张金川问道:“页岩气shale gas到底是谁翻译过来的?”

时至今日,张金川这三个汉字已开始频繁出现在关于页岩气的诸多高端研讨会议的嘉宾名单中,但在2009年之前,张金川的身份只不过是中国地质大学能源学院的一个普通教授。

今年48岁的张金川1999年从中国石油(8.97,0.06,0.67%)大学博士毕业后,开始在中国矿业大学任教,彼时,属于他的除了一个三尺讲台外,还有一个由读博期间的研究方向延续而来的学术课题。

“现在回过头看,要感谢当时我的博士导师——中国石油大学校长张一伟和现在中石化研究院的院长金之钧,他们给我定的研究方向就是非常规油气研究。”张金川说。

在张金川攻读博士学位之际,当时还是中国石油大学副校长的金之钧也正试图在国内石油工业界推广非常规油气的开发技术研究,张金川作为其得意门生被委以重任,负责收集国外非常规油气的信息、调研资料和项目研究。

彼时金之钧抛出这一议题的另一时代背景是,中国石油系统的改革正值蛰伏前夜,绝大多数石油人都认为,中国本土的常规油气资源已然充足,开发非常规油气属超前之举。

但直到十三年前,张金川的研究方向还并未具体到页岩气,而是同属于非常规能源的致密砂岩气。只是作为依存度极高的两种化石燃料,在诸多有关致密砂岩气的学术研究中,“页岩气”这一名称被反复提及,“当时在研究致密砂岩时,经常看到页岩气这个词语,但到底是什么也搞不清楚,由于在不同的资料中经常出现,所以引起我注意”。

在当时国内非常规油气的学术界中,针对页岩气的细分研究仍是空白,除了寥寥几篇论文中有所点缀,关于这一矿种的深层次认识几乎无人知晓。

张金川在博士毕业后对页岩气的关注并未就此消退,他开始大量查阅有关页岩气的各类资料和文献,并完成了前期的基础理论研究。

遗憾的是,在当时的学术环境中,张金川并未找到与其趣味相投的志同道合者,除了他,没有人再相信,地表之下的页岩中还储藏着如此一种能源,“没有人支持,也有很多磕磕绊绊”。

直到2002年,单打独斗的张金川开始将其手下的研究生陆续拉入课题研究,十余名科研学生的加入让张一时间如有三头六臂。也正是当年,张金川在历经三年的系统梳理后向国家自然资源基金委员会(以下简称“自然基金委”)申报了其第一个也是国内第一个页岩气专项项目,为此,他也获得了由自然基金委拨发的6万元研发资金。

2003年,国内第一篇关于页岩气的论文在业内权威刊物《天然气工业》杂志发表,这也是张金川及其由学生组成的团队对页岩气这一新兴能源的首次发声。

由此开始,张金川对页岩气的学术研究开始日渐深入,并于2003年和2005年,又分别两次获得了自然基金委的专项项目批复。

此后的几年时间内,张金川带着一群不谙世事的研究生陆陆续续发表论文,在业内权威刊物的推波助澜下,“页岩气”这个名词开始日渐被业内所熟悉。但为证明其真实存在,很长一段时间,张金川的主要工作之一便是提着一个笔记本电脑奔波在石油公司、各大科研机构、高校,以及诸多学术会议之间。

然而,长达几年的“推介”之旅并不顺利,张金川所到之处除了质疑外,剩下的则只有规劝。

“因为国内此前没有开采页岩气的经验,别人质疑的首要理由就是,你说有页岩气,那么气呢?很多关心我的人也劝我搞了这么多年,干脆别搞了。”张金川笑着说。

直到2006年,张金川的漫长等待终于迎来了另一扇为他开启的大门。

“当时,国土(资源)部为响应党中央、国务院的号召,实现国土资源创新,要求在土地资源、矿产资源、海洋资源等各个领域加快技术攻关,而在油气领域的求新中,页岩气是其中一部分。”国土资源部一名官员对本报记者说。

彼时,对页岩气研究已积累颇深的张金川无疑成为了国土资源部油气资源战略研究中心的“座上宾”,该中心甚至为其拨发了10万元的研究经费。

一年后,在国内页岩气前期研究已经微起波澜之际,张金川与页岩气的故事也终于迎来的一个临界点。

2007年,自然基金委通过了张金川上报的题为《页岩气成藏机理与分布规律》的科研项目,相比此前,这一次张金川得到的是一笔38万的科研经费。“本来我申请的费用并不多,但后来专家在审议通过后多批了一部分资金。”

即便如此,张金川的研究之路仍未解决核心问题——中国到底有没有页岩气?其中一个有趣的细节是,直到2008年,某部委领导打电话给张金川问道:“页岩气shale gas到底是谁翻译过来的?”

为寻获答案,张金川带着手头仅有的研究生助手开始了翻山越岭的旅途,并号召学生在野外勘察时留意当地钻井队的现场作业。

2008年7月一天,一个学生难掩激动打来电话,告知张金川重庆一个作业钻井打出黑色页岩。张金川一跃而起,回复道:“你赶紧给我去买个脸盆,装满水,将黑页岩从钻头里取出来放进水里,看有没有冒泡,用手机拍下来。”

虽然当时的手机摄像镜头并不十分清晰,但这一简短的珍贵视频仍成为了攻破外界质疑的有力证据。“冒泡就证明有气,我在视频中选取了几帧相对清楚的画面寄给了《天然气工业》杂志,并以杂志编辑部名义发表。”

这篇名为《我国首次发现页岩气证据》的简短文章也标志着对页岩气的研究开始真正进入了实质性阶段。同年,国土资源部再度给张金川团队拨出12万研究经费,中国页岩气的开发序幕也由此真正拉开。而为翻过这一页序幕,张金川用了整整9年。

赌博“渝页1井”

如今再回忆起当年,很多画面都让张金川唏嘘不已,甚至声音哽咽

在回答完中国究竟有没有页岩气后,张金川迎来的第二个问题便是,中国的页岩气到底在哪里?

2008年下半年至2009年上半年,在事实证明中国已经存在页岩气后,国土资源部也提出了这一课题,并为此划拨了一笔200万的专项科研经费。这笔费用被一分为三,国土资源部自留40万,中石油勘探开发研究院和张金川团队各占80万。

但张金川分得的这80万背后则任务艰巨,他需要对中国南方的十几个省份悉数进行调研考察、选样,最后选择最佳区域进行实验,为下一步国土资源部的页岩气摸底调查作出前期铺垫。

“国土资源部交给了我四个任务,一是完成对南方十来个省份的实地考察,二是选出有利区域,三是钻一口井,四是完成分析报告。”张金川说。

2009年,张金川和他身后的三十余名研究生组成的项目组开始分批南下,沿着地图将包括四川、湖南等省份跑了一圈,几番分析、调研、推理后,张金川等人的搜寻范围逐渐缩小,最终将目标锁定为重庆。

张金川选择重庆的关键理由,源自于对毗邻之省四川的参考。作为此前四川省的一部分,张金川有理由相信除了此前在行政管理上的“血脉”关联之外,两个地区的地质结构也应存在诸多相似之处,而四川作为国内的天然气储藏大省,早已有据为证。

但此时已经拉开架势的张金川仍然面临着来自不同声音的压力,张金川知道,这一路南行的结局究竟如何自己也难以预料。

与张私交甚笃的朋友们说,抛开沿途十几个省份的车马开支,单就钻一口井的成本就足以让其得不偿失,而且还得保证钻井位置准确,若判断失误,一旦开钻打出废井,所有努力也将付诸东流。

“除了我的学生,没人支持我干,虽然很多人都劝我别冒险,但我们整个团队还是顶住了压力。”张金川说。

一个个区域的选样排查后,张金川在重庆又将钻井位置缩小到了渝中南地区,并最终将钻井位置定在了渝中南彭水县七曜山东部一个在地图上尚未标识、难以找寻的荒野之地。

由于没有该地区的地震材料,张金川选择这一地点唯一可借鉴参考的筹码仅是地质结构的脉络延伸——从地表看地下。而当地方圆十公里内一马平川,虽适合钻井作业,但可选样研究的样本则到了十余公里以外才隆起的山头。

“我们顺着岩石层在十几公里以外的山包上取样进行了勘察,虽然基于此前的理论研究有一定把握,但最多也只有七成信心。”张金川称至今回想起来仍有后怕,“这口井万一打歪了,我不敢设想后果。”

为了最大限度地精确钻井位置,张金川一边忙着大学里的授课任务,另一边则挤时间带着其团队往返于北京与重庆之间,先后四次,每次一周前往当地反复论证。

“那年的国庆节我们一批人是在山沟里度过的。”师从张金川,此后成为中国第一个页岩气博士的聂海宽说。

2009年11月底,被命名为“渝页1井”的钻井在由担任合同甲方的当地钻井队负责施工开钻,对于张金川团队而言,这一天颇具意义。当天,张金川的手机屡屡响起,但声波传达而至的大多不是祝贺:“钻井当天还有很多人在劝我别干了,太冒险。”

按照此前设计的方案,这一口实验钻井最初钻探深度仅为80米。但现场作业的结果却让张金川等人大为惊喜。

当钻头持续下探打至223米时,地表以下的黑页岩却仍未打透,且岩石结构越来越好。这意味着,这一区域的页岩气储量远高于张金川此前的预料。

带着难掩的兴奋,张金川回到了北京。

直到2009年12月的一日凌晨,睡梦中的张金川被一阵电话铃吵醒,留守在当地的学生在凌晨三点向他紧急汇报,钻井井架开始出现严重摇晃。张金川听毕翻身而起,大声喊道:“赶紧给我停!”

由于钻井最初设计时的预钻深度仅为80米,其地表井架的固井设备也仅能承受一定支撑,当钻井打入地下 223米深度时,摇晃的井架大有倒塌风险。“这个时候即使没打完,也必须叫停,如果井架倒了就不仅是项目失败,这已经是安全事故。”

关键之时,听闻此事的国土资源部又对钻井项目追加了投入,从其此前自留的40万经费中划出一半予以支援,最终,这一口原本只承担着单纯实验性功能的钻井的实际钻探深度达325.8米,仅钻井费用就花费70余万元。

消息一出业内顿时为之哗然。由专家、媒体、石油公司组成的考察团开始一波接着一波地闻讯而来,这一个原本无人问津、尚未登记的空白区块也随即被中石化迅速收归麾下。

而在看完钻井及现场环境后,来到此地的诸多前辈专家则忍不住破口大骂:“谁这么胆大敢把井打在这里?为什么不测井,不打透?”

面对蜂拥而至的人群,张金川,以及他那群稚气未脱的学生心头悬挂日久的大石则在无人关注时轰然着地,这场被他自称为赌博的惊心动魄之旅也就此画上了句号。

“我发自肺腑地讲,我很感谢我的学生们,在那么艰苦的条件下完全凭借着对这个东西的兴趣坚持下来,很不容易。”如今再回忆起当年,很多画面都让张金川唏嘘不已,甚至声音哽咽。

而在倍显艰苦的条件下,为犒劳这些“初生牛犊不怕虎的孩子们”,张金川也绞尽脑汁地给予“奖励”。

张金川的学生中有一个女生名为荆铁亚,在实地勘察时,她的主要活动区域便是一条在地图上都没有命名的山沟。三个月下来,张金川大手一挥说:“这条山沟没有名字,以后就叫铁亚沟了。”

事实上,对于参与到“渝页1井”项目的所有人而言,那一段经历言语难以描述。国土资源部油气资源战略研究中心研究员李玉喜便是其中之一。

由于张金川在跟踪钻井进度时还需同时兼顾授课任务,李玉喜则顶替其留守现场,“山里没法洗澡,几个星期下来身上都臭了”。

而一场野外“战地”情义之后,张金川、李玉喜,以及国土资源部矿产储量评审中心主任张大伟也被业内人士冠以了一个江湖式的称号——“页岩气三剑客”。

国家行动

对于中国页岩气来说,香山科技会议无疑具有划时代的意义

“渝页1井”的成功如同一剂催化剂,中石化在率先抢得这一区块时,中石油勘探开发研究院也随即启动了对页岩气的研究,而国内两大石油巨头的连环举动也无疑让针对页岩气的开发全面提速。

2009年底,由国土资源部牵头,并联合中石油、中石化两大集团,以及张金川科研团队、重庆地质矿产研究院、成都地矿所等数家单位开始了对以渝中南地区为核心,并辐射四川、贵州等地区的“先导实验区”的大规模勘察研究,目的是要彻底摸清这一区域的页岩气发育情况。

而作为张金川研究项目此前的立项单位,国土资源部在目睹“渝页1井”的成功后随即扩大了研究范围,越来越多的人也被拉入了这个队伍。

在各参与方争相吹响开发页岩气的号角时,作为国家能源领域的主管部门,国家能源局也随即采取了行动,并于2009年举办了一期页岩气研发技术培训班,除此以外,还与美国地质调查局进行了前期沟通,寻求技术合作。

但国家能源局主导的这场中美页岩气对话并未完成实质性的结果。美方要求针对中国发育较好的盆地内区块展开研究,但中方则认为应挑选以辽河盆地为代表的难度较大的区块进行技术探讨。几番拉锯后,美国以辽河盆地不属于海相油气地质扬长而去。

“美国本土的页岩气属于海相,所以他们认为辽河盆地没有页岩气,最后放弃了研究。”中石油勘探开发研究院一位此前参与中美技术讨论的研究员对本报记者说。

但中美两国提前结束的技术对话并未影响到国内的页岩气研究热潮。

2010年,国土资源部在通过专家评审后再度立项,一口气为中国地质大学拨付了780万元的页岩气专项资金,而交由张金川科研团队的任务则是进一步摸底南方十几个省份的页岩气资源评估、规范制定、综合研究、有利选区等诸多任务。

与此同时,张金川的母校中国石油大学也于当年开始了对页岩气的研究,而所有参与方也开始以课题组的方式展开技术交流,“到这个时候,国内对页岩气的研究才真正铺开了”。

但很大程度上,这一轮研发热浪的来临仍仅局限于学术界,真正将页岩气的开发推至国家行为层面的是2010年6月1日至3日在北京香山召开的科技会议。

作为中国自然科学最高端严肃的学术会议,香山科技会议是由国家科技部(前国家科委)发起,与中国科学院于1993年正式举办延续至今,并相继联合了自然基金委、中国科学院学部、中国工程院、国家教育部、解放军总装备部和原国防科工委等八个国务院直属部委共同举行。

对于中国页岩气来说,这场国内科技界以探索前沿科学为目标的高层会议无疑具有划时代的意义。

此次会议,张金川作为国内钻研页岩气最具权威性的人士进行了参会申请并获得通过,而在此之前的半年,张金川就已经开始在为这场会议做周密准备,因为他需要面对的,是国内油气地质研究的泰斗级人物。

2010年6月1日,常年奔波野外不修边幅的张金川换上了正装,与业内耆宿中科院兼俄罗斯科学院院士赵鹏大、年过七旬的中科院院士戴金星以及中科院院士贾承造等四位名望之人并排而坐,并做了题为《中国页岩气——资源基础及勘探开发基础问题》的长达2万多字、39页幻灯片的学术报告。

会议期间,80多岁的赵鹏大屡次向张金川询问有关中国页岩气的细节,彼时46岁的张金川也如同一个学生般一一详细作答。

“在此之前,我从没想过能和赵老师这些学术界的大师们交流问题,那一天和他们坐在一起彻底满足了我的虚荣心。”张金川自嘲地说。

也正是因为这场堪称国内最尖端科技研究的会议,“页岩气”这个名词开始上升到国家战略高度。

而香山会议之后,“页岩气”三个字开始频繁出现在温家宝总理和李克强副总理主持召开的工作会议之中。

任重道远

2011年,国土资源部组建了一个达426人的页岩气技术攻坚队

2011年底,国务院批准页岩气为新的独立矿种,页岩气因此成为我国发现的第172种矿产,页岩气迎来了史无前例的关注。

但投资开发必须逾越技术困境,注定需要如张金川般的技术研究者,继续匍匐在漫长的研究探索中寻找光明。

如今的张金川已身兼多职,他的精力、时间也被分割成了很多部分,摆在他面前的是一系列难以绕过的新一轮难题。

“现在研究经费充裕了,但是时间很紧缺,我除了担任国土资源部的首席(专家)外,还同时在中石油、石油大学等其他单位有科研项目,这些都是必须完成的。”张金川说。

事实上,张金川尚未完成的任务也正是目前中国页岩气遭遇且必须解决的系统难题,这包括对我国页岩气资源储量的系统掌握、页岩气水平井分段压裂等核心技术的突破、资源管理机制的规范制定等等。

而在所有杂乱如麻的现实瓶颈中,技术无疑是制约这场资源盛宴的关键所在,但截至目前,中国油气公司中,仍未有人敢为此夸下海口。

“非常规油气大多属于低品位难开采的资源,而目前,国内还没有形成从技术到设备再到施工的完整链条,开发页岩气难免成本高见效慢。”中石化勘探开发研究院咨询委员会副主任张抗对本报记者说。

摸索、实验、失败、重新摸索,如此周而复始的过程还在继续。

在张金川办公桌的一侧,并排放着三个高度不足半米,形同热水瓶般大小的不锈钢圆柱体,这个改良过的钻井设备配件是张金川灵光一现的“作品”。

“这个是测气用的,原来的设备误差很大,我进行了无管化改进。”张金川说,“这是我在做梦时想到的。”

对技术研究已经“走火入魔”的张金川,多年来都保持着一个习惯,“带着问题入睡”。在此前的一个深夜,熟睡的张金川迷糊之间突然一跃而起,紧缩眉头思考片刻后随即扭开床头的台灯,抓起笔飞速在草稿纸上画下了这个“圆柱体”的内部初步结构。

“其实人睡觉的时候,大脑仍然在工作,带着睡前的问题睡觉,无意识间也能找到答案,你也可以试试。”张金川笑着说。

如此经历并非偶然,在张金川办公室那张待客、睡觉双重功能的沙发旁,摆放着一个堆满技术研究资料和画满各类外人难以看懂的图案草稿。“我睡觉时,旁边永远都会放着一支笔和草稿纸,想到什么我就会立马记下来。”

一名外资石油技术工程师对本报记者说,油气钻井的设备构成自成系统,“牵一发而动全身”,而真正决定页岩气钻井水平的是水平井的工艺技术,这也是目前中美在页岩气开发上差距悬殊的最为关键的原因。

“在美国,一口水平井日均产气量是垂直井的3倍至5倍,成本却仅为垂直井的25%至50%,另固井完井技术也是重要环节,这直接影响到后期的压裂技术运用。”上述外资石油工程师说。

事实上,压裂技术不过是页岩气全套钻井工艺中的环节之一。张金川说,页岩气的开发大体分为三个阶段,其一为勘探,其二是钻采开发,第三是商业化应用。而从目前国内的行业来看,能同时满足这三个条件的公司几乎为零。

“国家石油公司在勘探上已经和国际水平相差无几,现在的主要核心问题是第二步和第三步。”张金川说。

一个鲜为人知的事实是,2011年,国土资源部联合了国内27家单位,组建了一个参与人数达426人的页岩气技术攻坚队。在这其中,多年来师从张金川,如今已各自独当一面的毕业生悉数位列其中。

“中国的页岩气开发还有很长的路要走,到现在越来越多的问题开始暴露出来,我还有10年退休,我希望我还能继续为这个我感兴趣的东西做出一点力所能及的贡献。”张金川点上烟盒里的最后一支烟,随手将烟盒丢进了一旁的垃圾桶,垃圾桶旁静放着一个沾满泥土的野外勘察工具箱。

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