文| 吴丽华
石油是工业的血液，在推动现代工业发展中发挥着不可替代的作用。随着油气需求量的不断增加及常规油气占比的逐渐降低，包括致密油（页岩油）、油砂油、致密气、页岩气、煤层气和天然气水合物等在内的非常规油气开发对于缓解我国油气供需矛盾、保障我国能源安全等意义越来越重大。
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面对世界油气工业向非常规跨越、我国常规油气开发已步入后半期，陆上油气新增储量以非常规为主的现实，油气勘探开发技术，亟待科技创新发展。
1 非常规油气重要性凸显
随着经济社会发展和改革开放不断深入，我国油气需求增长速度远大于油气产量的增长速度，目前已成为全世界最大的能源进口国，供需矛盾日益凸显。全国政协委员、中国科学院院士杨卫曾坦言，国产油气资源不足已经成为新时代我国发展的最大瓶颈，我国原油供应的对外依存度已经达到71%，成为随时可能被人卡住的命脉。
常规油气资源正面临新油田发现困难、资源品位不断下降背景下，寻找战略性接替能源成为我国缓解能源供需矛盾的重要途径。而随着油气勘探开发关键技术持续创新，非常规油气勘探开发取得了战略性突破，致密气、煤层气和页岩气相继实现规模有效开发，致密油与页岩油取得重要进展，非常规油气正在成为我国油气勘探和可持续增储上产的接替领域。
目前，非常规油气已在我国能源结构中扮演重要角色。
2021年，我国非常规油气产量占油气总产量的20%以上。据预测，到2035年，我国非常规石油产量将超过4000万吨，约占全国石油总产量的20%；非常规天然气产量有望达到1500亿立方米，约占全国天然气总产量的50%。
放眼全球，美国的成功案例也使我国发力非常规油气开发道路更加明确。
1973年为应对“石油危机”影响，美国政府提出“能源独立”战略，并在油气行业掀起科技浪潮，将一系列新技术引入到非常规油气规模开发中。在非常规油气产量快速增长的推动下，美国由2010年全球油气第一进口大国，2017年转变为天然气净出口国，2019年实现原油净出口，迅速实现了能源自给。
我国非常规油气资源储量与美国相当，但地质条件更为复杂，且开发技术与管理模式与其仍有一定的差距，由此造成我国非常规油气成本高于美国。
在产业发展的新阶段，通过颠覆性创新突破瓶颈技术、科技创新实现低成本发展成为非常规油气开发的必然趋势之一。
2 关键技术创新样本
近年来，我国能源企业积极推进页岩油、页岩气国家级示范区建设，突出陆地深层超深层、煤层气等非常规资源等领域方向，一批非常规油气开发的关键技术中创新成果应运而生。其中，由西安交通大学、中石油长庆油田、宝石丰泰联合研发的同步回转多相混输技术就是我国自主研发的非常规油气开发领域不可替代的核心基础技术。
中石油长庆油田陇东页岩油华H100平台。长庆油田供图
同步回转多相混输技术实现了油气全密闭冷输、油田伴生气的完全回收利用和零排放，提高了油田资源利用率和油田整体开发水平，对保障国家能源安全，促进非常规油气开发高质量发展具有重要意义。
目前，这一技术已经应用于中石油长庆油田陇东国家级页岩油示范区2个作业平台的示范工程，实现了高气油比油气全密闭冷输，起到了降低地面投资，提高油田数字化管理水平，创新页岩油开发地面模式，节能环保等多方面的作用。
首先，该技术可实现任意比例气液混输，适应频率不固定的气液两相流动状态。在油气开采特别是非常规油气开采过程中，往往伴随着一定量的天然气、水和固体颗粒。为了实现降低井口回压、增加原有产量、提高开发效益以及达到油气密闭输送目的，必须用油气输送泵对油气等多相混合介质增压输送。以目前应用最广泛的螺杆混输泵为代表，由于其排出孔口位置固定不变的工作原理，决定其无法适应含气率变化、压力变化的运行状况。螺杆泵可在较小的含气率工况下运行，频率较高的气液两相流动状态会造成进液控制系统的自动保护，从而会导致停机检修的状况。同步回转多相混输技术采用旋转式吸排孔口，则能既实现平稳进液，又实现无阻碍排液。
西安交通大学流体机械及压缩机国家工程研究中心屈宗长教授表示：“同步回转多相混输技术可实现任意比例气液混输，适应频率不固定的段塞流，与其他混输泵产品相比，处于世界领先地位，是目前油气混输领域不可替代的核心基础技术，未来有广阔的发展前景。”
其次，同步回转多相混输技术可实现油气全密闭冷输。原先在冬天油气输送过程中需要凭借加热而提高输送速度，如今冷输避免了频繁巡检、调整加热炉温度的工作。以中石油长庆油田陇东国家级页岩油示范区华H21平台为例，每年可节省加热炉投资、运维等费用100万元，并明显降低加药清蜡、热洗扫线等工作量。具有分输站的华H102平台属于井站合建，实现油气全密闭冷输后的经济效益更加明显，可节省输油泵、输气压缩机、分离罐、加热炉、输气管线及基础建设等一次性总投资800万元。并且每天可节约加热炉燃烧的伴生气3800m³，这相当于每天多回收轻烃2.3吨，若以每吨轻烃0.4万元计，每年因回收可增加303万元的经济效益。而这仅仅是计算了伴生气中的轻烃部分，还有大量的干气效益未计入。最后，油田伴生气可完全回收利用，实现无污染零排放。在石油工业初期由于技术、经济的限制，伴生气及原油析出凝析气无法得到回收利用，无论是直接排放还是燃烧都会造成环境污染，增加温室效应。两害相权取其轻，通常会通过火炬将其燃烧。
同步回转混输装置在陇东页岩油示范区现场。宝石丰泰供图
中石油长庆油田设计院原副总工程师冯凯生说：“伴生气是很宝贵的油气资源，有效回收利用石油伴生气是中石油长庆油田为实现碳达峰、碳中和与绿色转型目标作出的积极探索，也是实现绿色长远发展的有益尝试。同步回转多相混输技术成功实现了油气全密闭冷输，进而实现了一级布站的集输模式，实现了长庆人几十年来致力追求却未曾达到的目标”。
3 应用前景可期
非常规油气开发重要性日渐凸显，同步回转多相混输技术在更大范围内的应用前景也更加值得期待。
中国科学院院士、国家油气重大专项技术总师贾承造表示，在石油工业中，需要大量的泵将油气从地下抽取出来，泵是石油工业最基本的机械装置，用途非常广泛。在油气开采到了非常规为主的阶段，很多情况下油气储藏是以水、油、气混合的形式存在，能够实现多相混输的泵对提高油气采收率、降低成本具有非常重要的意义。
我国有丰富的天然气资源，但是总体品质较差，以低渗透-致密储层为主的低品位资源所占比例较大。以鄂尔多斯盆地苏里格气田为例，这是我国最大的致密气田，年产气超过400亿方，共有生产气井超过16000口，气田仍有大量地质储量和增产潜力，但大部分井已进入生产中后期，气田单井产量低，采气速度低，采收率低，需要排水采气生产来解决大批产水气井提高效益问题和低品位储量有效动用的问题。
此时，以同步回转多相混输技术为基础的同步回转抽吸气举排水采气技术，可以避免液击的安全难题，大幅提高生产效率。同时，多相混输泵替代气体压缩机还可以大幅降低成本，与美国效果最好的往复压缩机分段气举技术相比，成本仅为其1/2，效果提升2-3倍。
同步回转排水采气装置在石油装备展。宝石丰泰供图
贾承造认为，这种泵适应性强、效率高、能耗少、成本低，如在致密气开采领域，迅速将该技术成果大规模应用替代老式泵，可大幅度提高产量，提高采收率。
目前苏里格气田同步回转抽吸气举排水采气技术共投产应用100多台装置，累计增产天然气超过1亿方，增产效果及经济效益显著。如全面推广应用该技术，可使低品位储量得到释放，进一步提高气田采收率。此种开发模式可在全国老气区进一步加以推广，将取得更大的效益。
贾承造表示，苏里格探明储量4万多亿方，目前年天然气产量相当于全国总产量约20%，大面积需要排水采气技术，多相混输泵应该是下一步发展很关键的一个技术，如迅速将该技术成果大规模应用可大幅度提高其天然气产量。
此外，油气混输对海上油气田开发具有重要意义，目前海洋油气混输泵及系统均由国外企业所垄断，国内尚未发现成功开发的油气混输泵产品。同步回转多相混输泵完全由国内自主原创及发展，有望打破这个技术封锁，以更优良的国产油气混输系统应用于我国海洋油气产业，替代现有的进口混输泵。
同步回转多相混输技术在变工况、段塞流、气液任意比例的条件下可实现高效可靠混输，在世界多相混输技术中是一次巨大的原创性突破，处于世界领先地位。
美国非常规油气开发规模巨大，目前所采用的分段气举效果不稳定及故障频繁，成本太高，也面临技术难题。采用该技术可同时进行“抽吸+气举”的双重工艺作用，实现油气井口抽吸增产，并可在保证气举效果的同时不存在气举阀等相关故障点，实现低成本高效连续气举助采，因此有很大的技术市场。如果着力开拓，可以形成大规模的机电装备出口新产业。
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