深水油气勘探为什么这么难？

科普中国-科普融合创作与传播 2020-12-08 作者：知识就是力量

　　油气资源在世界能源结构中作为“第一能源”被广泛应用于各个领域，不仅是现代工业的“血液”和经济命脉，而且影响到能源安全和国家稳定，也是世界大国间政治和经济角逐的焦点之一。

　　随着陆地常规油气资源的枯竭，深海这一极具油气勘探潜力的区域逐渐得到重视。特别是2010年以来，全球深水油气勘探取得了一系列重大突破，深海油气已然成为最重要的能源接替领域。

　　据统计，全球海洋石油资源量占全球石油总量约34%，其中约60%分布在大陆架浅水区，而其余40%分布在深水和超深水区。因此，如果掌握了深水海洋石油资源勘探技术，将会给人类带来丰厚的回报。

　　当前我国的油气资源形势极其严峻，供需矛盾十分突出。据《中国油气产业发展分析和展望报告蓝皮书（2019-2020）》，2019年，我国石油对外依存度达70.8%，天然气对外依存度达43%，而深水油气勘探开发已成为保障国家能源安全的重要突破口之一。例如，2020年10月，南非在该国海域发现了一座深海油气田，该油气田很可能就结束了南非油气进口的历史。

　　那么，中国深水油气勘探的现状如何？深水油气勘探难在哪里？

　　中国深水油气勘探发展及分布状况

　　中国海域油气资源非常丰富，油气资源量超过850亿吨油当量，是东亚最大的含油气区，也是世界上最大的含油气区之一。

　　在中国渤海、黄海、东海和南海四大海域中，南海油气资源最为丰富，占中国海域油气地质资源量的比例超过75%。其次是渤海，油气地质资源量占14%左右。据评估，中国深水油气主要分布在南海南部，其资源量占南海总油气资源量近一半。

　　中国南海风光

　　图片来源：Veer图库

　　中国深水油气勘探历史较短，但发展十分迅速。20世纪70年代末期，中国在南海开始进行深水地震勘探（指利用人工激发的弹性波来观测推断地下岩层的性质和形态）。

　　进入21世纪后，中国在南海北部深水区陆续发现了一批大中型油气田。2005年以来，在南海北部深水区已发现14个大中型深水油气田，油气累计探明储量约3.9亿吨油当量。2019年，中国在琼东南盆地深水区成功测试永乐8-3-1探井，标志着该盆地深水勘探也取得重大突破。对于南海南部，中国也进行了系统的地震调查和综合评价，但还没有进行油气开发｡

　　总的来说，中国深水油气资源丰富、起点低、发展快、潜力巨大。但是，中国深水沉积盆地地震测线密度低、钻井少，相比墨西哥湾、北海等深水海域的勘探程度差距较大，因此，中国深水油气勘探，特别是南海南部，还需大力投入和推进。

　　深水油气勘探用的什么装备？

　　近10年来，全球深水油气勘探开发工程技术与装备制造能力大幅提升，目前全球约有400座各种类型深水油气生产装备在役。

　　这些深水油气开发装备主要包含用于深水油气钻探或者生产处理的平台或其他浮式装备，例如:顺应塔平台(CT)､半潜式生产平台(SEMIFPS)､张力腿平台(TLP)､深吃水单立柱平台(Spar平台)､浮式生产储油外输装置(FPSO)､浮式液化天然气生产储存外输装置(FLNG)､浮式钻井生产储油装置(FDPSO)等｡

　　全球主要的深水油气生产装备（据杜庆贵等, 2018）

　　值得一提的是，2017年，中国地质调查局广州海洋地质调查局自主设计建造的“海洋地质八号”三维地震调查船、“海洋地质九号”地球物理地质综合调查船、“海洋地质十号”综合地质调查船相继入列，与现有“海洋地质六号”、“海洋地质四号”等调查船一起，构成覆盖浅水、深水及超深水等全海域海洋地质调查装备及技术探测体系，深水油气勘探能力得到长足发展。

　　广州海洋地质调查局“海洋地质十号”，可实现全球无限航区开展海洋地质调查工作。

　　图片来源：广州海洋地质调查局

　　广州海洋地质调查局“海洋地质八号”，高精度短道距地震电缆三维物探船，可实现全球无限航区开展海洋地质调查工作。

　　图片来源：广州海洋地质调查局

　　“海洋地质六号”在南海北部深夜浅钻

　　图片来源：广州海洋地质调查局

　　搭乘在“海洋地质六号”的“海马号”无人深潜器，最大水深4500米

　　图片来源：广州海洋地质调查局

　　经过多年努力探索，中国已初步形成海上大中型油气田勘探地质理论与开发技术体系，掌握了300m水深油气田开发工程成套技术，基本实现了1500m水深条件下的油气田自主开发。

　　2017年，“蓝鲸1号”和“蓝鲸2号”超深水半潜式钻井平台相继入列，标志着中国深水钻探装备走在世界前列，深水油气勘探开发能力迈上新台阶。

　　“蓝鲸一号”-全球最先进的超深水双钻塔半潜式钻井平台，最大作业水深3658米，最大钻井深度15249米。

　　图片来源：广州海洋地质调查局

　　深水油气勘探究竟难在哪？

　　首先是经济方面的挑战。

　　相对于陆地或者浅水，深水油气勘探开发成本较高，属于高投入、高风险的投资，能否具有“经济性”是石油公司决策深水油气项目是否实施的重要参考，也是影响深水油气勘探中长期发展的重要因素。

　　国内外多数石油公司只有在国际油价高于60美元/桶时，才能实现财政收支平衡，而近年供应过剩导致油价走低，使得石油公司考虑深水油气开发项目更加谨慎。

　　2020年，新冠肺炎肆虐全球，全球石油需求骤降，经济增长乏力，目前一直在40美元/桶左右。低油价导致大量企业处于亏损状态，甚至破产。其中，5大国际石油巨头出现“集体亏损”，而壳牌和BP亏损均超百亿美元。这种情况下，如何运用组织和管理手段优化运营，提升勘探开发效率，降低成本是石油公司推进深水油气项目需要解决的问题。

　　疫情以来油价下跌

　　图片来源：Veer图库

　　其次是技术方面。

　　虽然陆地油气勘探方法和技术在海上可以使用，但由于受到恶劣海洋地理和海水环境的影响，许多方法与技术受到限制。

　　例如，地面地质调查法能在陆地使用，在海上则很难大规模展开；重力勘探，磁力勘探，电法勘探到海上需转到勘探船上进行，且测量结果易受到海水环境的影响；深水钻井需要面临海底低温高压、压力窗口窄、浅层地质风险大等外部环境问题，因此对勘探开发相关技术组合和材料提出更高要求。

　　除此以外，深水高精度和复杂海况地震采集技术和装备、深水资料处理解释技术、深水少井/无井储层及油气预测技术等核心技术仍需要攻关解决。

　　另外，安全方面也非常关键。海上勘探不仅要考虑水深、风浪、潮汐、海流等自然地理环境影响，还要考虑地基泥层冲刷、材料老化、构件缺陷等各种风险因素的影响，而且海上事故抢险和救援比陆地困难很多，因此，海洋勘探面临的安全挑战更大，稍有疏忽可能会遭遇“灭顶之灾”。

　　2014年4月，BP公司墨西哥湾的“深水地平线（deepwater Horizon）漏油事件”导致11人死亡，约300万桶原油泄漏，并对该海域生态造成了毁灭性的破坏，最终BP公司在事故罚款、赔偿等后续处理上的花费超过400亿美元，数年后才恢复过来。

　　高精度三维地震成像技术

　　图片来源：埃克森美孚,2019

　　随着油气勘探开发新技术、新装备以及新材料的应用，今后深水油气勘探也必然迈向可视化、数字化、智能化发展方向。

　　20世纪，地震勘探经历了从二维-三维-高精度三维的技术变革，21世纪则发展为三维可视化（VR）和四维地震技术，能让我们进入虚拟地下世界探寻矿藏。

　　人工智能和增强现实技术将在油气勘探开发过程中的数据采集、处理、地质解释以及油气识别等方面带来革新。区块链技术，也被称为分布式记账技术，从油气出井到消费终端，中间每个交易环节可利用该技术进行跟踪、确认和执行，大幅优化贸易流程从而提高油气公司运作效率。智能机器人技术、智能材料能够实现钻井、油气生产少人化、无人化、远程化操控，大幅度提升钻井效率、质量和安全性。