深水油氣勘探為什麼這麼難？

出品：科普中國

製作：鄢偉，張莉，雷振宇，劉建平（中國地質調查局廣州海洋地質調查局 《知識就是力量》微平臺）

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

油氣資源在世界能源結構中作為「第一能源」被廣泛應用於各個領域，不僅是現代工業的「血液」和經濟命脈，而且影響到能源安全和國家穩定，也是世界大國間政治和經濟角逐的焦點之一。

隨著陸地常規油氣資源的枯竭，深海這一極具油氣勘探潛力的區域逐漸得到重視。特別是2010年以來，全球深水油氣勘探取得了一系列重大突破，深海油氣已然成為最重要的能源接替領域。

據統計，全球海洋石油資源量佔全球石油總量約34%，其中約60%分布在大陸架淺水區，而其餘40%分布在深水和超深水區。因此，如果掌握了深水海洋石油資源勘探技術，將會給人類帶來豐厚的回報。

當前我國的油氣資源形勢極其嚴峻，供需矛盾十分突出。據《中國油氣產業發展分析和展望報告藍皮書（2019-2020）》，2019年，我國石油對外依存度達70.8%，天然氣對外依存度達43%，而深水油氣勘探開發已成為保障國家能源安全的重要突破口之一。例如，2020年10月，南非在該國海域發現了一座深海油氣田，該油氣田很可能就結束了南非油氣進口的歷史。

那麼，中國深水油氣勘探的現狀如何？深水油氣勘探難在哪裡？

中國深水油氣勘探發展及分布狀況

中國海域油氣資源非常豐富，油氣資源量超過850億噸油當量，是東亞最大的含油氣區，也是世界上最大的含油氣區之一。

在中國渤海、黃海、東海和南海四大海域中，南海油氣資源最為豐富，佔中國海域油氣地質資源量的比例超過75%。其次是渤海，油氣地質資源量佔14%左右。據評估，中國深水油氣主要分布在南海南部，其資源量佔南海總油氣資源量近一半。

△中國南海風光

圖片來源：Veer圖庫

中國深水油氣勘探歷史較短，但發展十分迅速。20世紀70年代末期，中國在南海開始進行深水地震勘探（指利用人工激發的彈性波來觀測推斷地下巖層的性質和形態）。

進入21世紀後，中國在南海北部深水區陸續發現了一批大中型油氣田。2005年以來，在南海北部深水區已發現14個大中型深水油氣田，油氣累計探明儲量約3.9億噸油當量。2019年，中國在瓊東南盆地深水區成功測試永樂8-3-1探井，標誌著該盆地深水勘探也取得重大突破。對於南海南部，中國也進行了系統的地震調查和綜合評價，但還沒有進行油氣開發｡

總的來說，中國深水油氣資源豐富、起點低、發展快、潛力巨大。但是，中國深水沉積盆地地震測線密度低、鑽井少，相比墨西哥灣、北海等深水海域的勘探程度差距較大，因此，中國深水油氣勘探，特別是南海南部，還需大力投入和推進。

深水油氣勘探用的什麼裝備？

近10年來，全球深水油氣勘探開發工程技術與裝備製造能力大幅提升，目前全球約有400座各種類型深水油氣生產裝備在役。

這些深水油氣開發裝備主要包含用於深水油氣鑽探或者生產處理的平臺或其他浮式裝備，例如:順應塔平臺(CT)､半潛式生產平臺(SEMIFPS)､張力腿平臺(TLP)､深吃水單立柱平臺(Spar平臺)､浮式生產儲油外輸裝置(FPSO)､浮式液化天然氣生產儲存外輸裝置(FLNG)､浮式鑽井生產儲油裝置(FDPSO)等｡

△全球主要的深水油氣生產裝備（據杜慶貴等, 2018）

值得一提的是，2017年，中國地質調查局廣州海洋地質調查局自主設計建造的「海洋地質八號」三維地震調查船、「海洋地質九號」地球物理地質綜合調查船、「海洋地質十號」綜合地質調查船相繼入列，與現有「海洋地質六號」、「海洋地質四號」等調查船一起，構成覆蓋淺水、深水及超深水等全海域海洋地質調查裝備及技術探測體系，深水油氣勘探能力得到長足發展。

△廣州海洋地質調查局「海洋地質十號」，可實現全球無限航區開展海洋地質調查工作。

圖片來源：廣州海洋地質調查局

△廣州海洋地質調查局「海洋地質八號」，高精度短道距地震電纜三維物探船，可實現全球無限航區開展海洋地質調查工作。

圖片來源：廣州海洋地質調查局

△「海洋地質六號」在南海北部深夜淺鑽

圖片來源：廣州海洋地質調查局

△搭乘在「海洋地質六號」的「海馬號」無人深潛器，最大水深4500米

圖片來源：廣州海洋地質調查局

經過多年努力探索，中國已初步形成海上大中型油氣田勘探地質理論與開發技術體系，掌握了300m水深油氣田開發工程成套技術，基本實現了1500m水深條件下的油氣田自主開發。

2017年，「藍鯨1號」和「藍鯨2號」超深水半潛式鑽井平臺相繼入列，標誌著中國深水鑽探裝備走在世界前列，深水油氣勘探開發能力邁上新臺階。

△「藍鯨一號」-全球最先進的超深水雙鑽塔半潛式鑽井平臺，最大作業水深3658米，最大鑽井深度15249米。

圖片來源：廣州海洋地質調查局

深水油氣勘探究竟難在哪？

首先是經濟方面的挑戰。

相對於陸地或者淺水，深水油氣勘探開發成本較高，屬於高投入、高風險的投資，能否具有「經濟性」是石油公司決策深水油氣項目是否實施的重要參考，也是影響深水油氣勘探中長期發展的重要因素。

國內外多數石油公司只有在國際油價高於60美元/桶時，才能實現財政收支平衡，而近年供應過剩導致油價走低，使得石油公司考慮深水油氣開發項目更加謹慎。

2020年，新冠肺炎肆虐全球，全球石油需求驟降，經濟增長乏力，目前一直在40美元/桶左右。低油價導致大量企業處於虧損狀態，甚至破產。其中，5大國際石油巨頭出現「集體虧損」，而殼牌和BP虧損均超百億美元。這種情況下，如何運用組織和管理手段優化運營，提升勘探開發效率，降低成本是石油公司推進深水油氣項目需要解決的問題。

△疫情以來油價下跌

圖片來源：Veer圖庫

其次是技術方面。

雖然陸地油氣勘探方法和技術在海上可以使用，但由於受到惡劣海洋地理和海水環境的影響，許多方法與技術受到限制。

例如，地面地質調查法能在陸地使用，在海上則很難大規模展開；重力勘探，磁力勘探，電法勘探到海上需轉到勘探船上進行，且測量結果易受到海水環境的影響；深水鑽井需要面臨海底低溫高壓、壓力窗口窄、淺層地質風險大等外部環境問題，因此對勘探開發相關技術組合和材料提出更高要求。

除此以外，深水高精度和複雜海況地震採集技術和裝備、深水資料處理解釋技術、深水少井/無井儲層及油氣預測技術等核心技術仍需要攻關解決。

另外，安全方面也非常關鍵。海上勘探不僅要考慮水深、風浪、潮汐、海流等自然地理環境影響，還要考慮地基泥層衝刷、材料老化、構件缺陷等各種風險因素的影響，而且海上事故搶險和救援比陸地困難很多，因此，海洋勘探面臨的安全挑戰更大，稍有疏忽可能會遭遇「滅頂之災」。

2014年4月，BP公司墨西哥灣的「深水地平線（deepwater Horizon）漏油事件」導致11人死亡，約300萬桶原油洩漏，並對該海域生態造成了毀滅性的破壞，最終BP公司在事故罰款、賠償等後續處理上的花費超過400億美元，數年後才恢復過來。

△高精度三維地震成像技術

圖片來源：埃克森美孚,2019

隨著油氣勘探開發新技術、新裝備以及新材料的應用，今後深水油氣勘探也必然邁向可視化、數位化、智能化發展方向。

20世紀，地震勘探經歷了從二維-三維-高精度三維的技術變革，21世紀則發展為三維可視化（VR）和四維地震技術，能讓我們進入虛擬地下世界探尋礦藏。

人工智慧和增強現實技術將在油氣勘探開發過程中的數據採集、處理、地質解釋以及油氣識別等方面帶來革新。區塊鏈技術，也被稱為分布式記帳技術，從油氣出井到消費終端，中間每個交易環節可利用該技術進行跟蹤、確認和執行，大幅優化貿易流程從而提高油氣公司運作效率。智慧機器人技術、智能材料能夠實現鑽井、油氣生產少人化、無人化、遠程化操控，大幅度提升鑽井效率、質量和安全性。

△先進的鑽探模擬器，模擬深水鑽探環境和過程

圖片來源：埃克森美孚，2020

△智能海底工廠示意圖

圖片來源：中石油，2019

這些新技術的應用必然會給傳統石油行業帶來一次全方位的革命，推動油氣勘探向更「深」處邁進。