非常規(guī)油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展前景

黃 鑫 董秀成 肖春躍 鐘水清， 李克智

1.中國石油大學(xué)（北京），北京 102249 2.中國海洋石油總公司，北京 100010 3.中國石油西南油氣田公司，四川 成都 610051 4.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500

0 前言

隨著常規(guī)油氣資源的快速消耗，新增資源的勘探開發(fā)難度增大，全球油氣資源勘探開發(fā)正在由傳統(tǒng)的常規(guī)油氣為主轉(zhuǎn)為常規(guī)與非常規(guī)油氣并重的局面。近年來，非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)勢頭強(qiáng)勁，呈現(xiàn)出巨大潛力。除深水等新領(lǐng)域外，加強(qiáng)非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)已成全球趨勢。非常規(guī)油氣資源主要包括頁巖油、頁巖氣、煤層氣和致密氣。

1 油頁巖開發(fā)

全球油頁巖蘊(yùn)藏的頁巖油資源量約3662×108t，比傳統(tǒng)石油資源量多50%以上。我國油頁巖資源約7 199.37×108t，頁巖油資源約 476.44×108t，可采出頁巖油資源約 119.79×108t［1］，居世界第 4 位，僅次于美國、巴西和愛沙尼亞。許多國家和能源企業(yè)致力于從事油頁巖加工技術(shù)的發(fā)展和研究，持續(xù)開展從油頁巖中生產(chǎn)石油技術(shù)的研發(fā)、測試和先導(dǎo)性試驗。但由于常規(guī)石油資源的供需、價格波動及油頁巖生產(chǎn)礦場設(shè)計的經(jīng)濟(jì)不確定性，至今還未大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)油頁巖［2～3］。

1.1 開發(fā)現(xiàn)狀

隨著油價高，對油頁巖的開發(fā)利用日益活躍。2005年美國通過了發(fā)展非常規(guī)能源的法案，掀起了油頁巖干餾煉油的研發(fā)高潮。美國現(xiàn)有29家公司正開展油頁巖加工利用研究，其中14家研發(fā)地下干餾，11家研發(fā)地上干餾，2家研究頁巖油加氫制取輕質(zhì)油品，大多正處于實驗室、數(shù)學(xué)模擬或概念研究階段。另有幾家公司致力于干餾新技術(shù)的開發(fā)，或籌劃開展實地試驗，僅殼牌公司正在進(jìn)行現(xiàn)場地下干餾的中試。油頁巖工業(yè)在中國已有80多年歷史，20世紀(jì)50年代中國油頁巖開發(fā)利用進(jìn)入繁榮時期，頁巖油占中國原油產(chǎn)量的50%。20世紀(jì)90年代以后，對石油需求的增長促使油頁巖工業(yè)復(fù)蘇并迅速發(fā)展。2004年，我國相繼投入開發(fā)了遼寧撫順、廣東茂名、吉林樺甸、山東龍口、羅子溝等油頁巖礦區(qū)。2008年，中國油頁巖年產(chǎn)量為4.0×105t，主要來自于撫順礦業(yè)集團(tuán)，年產(chǎn)量達(dá)3.5×105t［4］。 多年來，我國在頁巖油加工方法和綜合利用研究方面經(jīng)歷了熱加工—酸堿精制、熱加工—加氫精制、全餾分固定床加氫精制和干餾分焦化—加氫精制等工藝流程。此外，廣東茂名在低熱值油頁巖的燃燒技術(shù)方面獲得了一定經(jīng)驗，但未能進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)［5］。

1.2 發(fā)展前景

油頁巖工業(yè)發(fā)展主要受經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和資源［6］三方面因素制約。2002年“全球油頁巖的利用與展望”會議的專家討論認(rèn)為，目前傳統(tǒng)油資源緊缺，當(dāng)污染小和效率更高的技術(shù)得到廣泛應(yīng)用后，頁巖油的開發(fā)利用前景大好。2020年后，頁巖油的產(chǎn)量會逐漸增大。

a）影響油頁巖競爭力的關(guān)鍵因素是相關(guān)條例和政策。沸騰爐技術(shù)的采用將推動愛沙尼亞400×104t規(guī)模油頁巖工廠建設(shè)規(guī)劃的實施，使頁巖油產(chǎn)量超過2 100×104t。 而 ATP 流程（Alberta Taciuk Processor）的成功商業(yè)化，使澳大利亞頁巖油的年產(chǎn)量由2006年的 55.6×104t增加到 2010～2013 年的 717×104t， 屆時年開采頁巖油約1.14×108t，預(yù)計到2020年世界頁巖油消費(fèi)量將達(dá)到1.3×108t。

b）國際能源機(jī)構(gòu)在“2002年世界能源展望”會議中認(rèn)為，2020年以后，增加的非傳統(tǒng)來源的石油供應(yīng)量很可能由部分頁巖油來滿足，這部分增量約占世界石油需求總量的8%。

2 頁巖氣勘探開發(fā)

頁巖氣是非常規(guī)天然氣資源中最重要的資源之一，即主體位于暗色或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)存在的天然氣。頁巖是典型的自生自儲連續(xù)型氣藏，既是烴源巖又是儲層。頁巖氣儲層致密，突出特征是低孔、低滲，在開發(fā)上主要表現(xiàn)為常規(guī)試氣產(chǎn)能低或無產(chǎn)能。因此，常規(guī)氣藏的開發(fā)技術(shù)無法適應(yīng)其高效開發(fā)。我國頁巖氣資源潛力大且地質(zhì)條件優(yōu)越，總資源量達(dá)100×1012m3，相當(dāng)于常規(guī)天然氣量的2倍。但目前我國還處于頁巖氣勘探開發(fā)的前期探索階段，面臨資源狀況不詳，缺乏核心技術(shù)及政策支持，投資主體單一，管網(wǎng)設(shè)施不足等問題。鑒于我國含氣頁巖的特殊性，需著力解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題：客觀評價我國頁巖氣資源及其富集特點；頁巖氣勘探開發(fā)評價及選區(qū)技術(shù)；頁巖氣工業(yè)化勘探開發(fā)的經(jīng)濟(jì)界限問題；頁巖氣低成本開發(fā)技術(shù)等，大力推動我國頁巖氣開發(fā)利用進(jìn)程［7～10］。

2.1 開發(fā)現(xiàn)狀

從世界范圍看，頁巖氣主要分布在北美、中亞、中國、中東及北非等地，資源量巨大，約 456×1012m3，相當(dāng)于常規(guī)天然氣的 1.4倍［11］，見表 1。

表1 全球非常規(guī)天然氣資源量

我國各地質(zhì)時期頁巖分布廣泛，頁巖氣資源十分豐富，可采資源量約為26×1012m3，經(jīng)濟(jì)價值巨大。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，我國頁巖氣成藏機(jī)理條件和地質(zhì)條件與美國相似，頁巖氣資源前景及開發(fā)潛力與美國大致相同。頁巖氣富集地質(zhì)條件優(yōu)越，除分布在四川、鄂爾多斯、渤海灣、松遼、江漢、吐哈、塔里木和準(zhǔn)噶爾等含油氣盆地外，在海相頁巖地層、海陸交互相頁巖地層及陸相煤系地層也有廣泛分布。我國頁巖氣勘探最有潛力的地區(qū)為海相的揚(yáng)子克拉通地區(qū)，普遍發(fā)育黑色富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖，有機(jī)碳含量最高達(dá) 12%［12～13］。 我國頁巖氣資源的勘探開發(fā)尚處于初級階段，距離頁巖氣資源的規(guī)模開發(fā)還需較長時間。我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)和美國相比存在以下差異：氣藏地表條件復(fù)雜，儲層埋藏深；管網(wǎng)設(shè)施不完善；開發(fā)技術(shù)不成熟，缺乏關(guān)鍵核心技術(shù)；缺乏專門支持頁巖氣勘探開發(fā)的稅收優(yōu)惠和補(bǔ)貼等財政稅收政策［14］。

近年，我國在對外合作方面已取得一定成果。2007年10月，中國石油天然氣集團(tuán)公司與美國新田石油公司以四川省威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖氣資源勘探開發(fā)前景綜合評價為研究內(nèi)容，簽署了“威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖氣聯(lián)合研究”協(xié)議，成為我國頁巖氣開發(fā)對外合作簽署的首個協(xié)議。2008年11月26日中國石油勘探開發(fā)研究院在四川省宜賓市實施了我國首口頁巖氣200m淺井全井段完鉆取心，并全面分析了頁巖吸附氣含量等多項數(shù)據(jù)。2009年11月10日，隨著中國石油天然氣集團(tuán)公司與殼牌公司在京簽訂 “四川盆地富順—永川區(qū)塊頁巖氣聯(lián)合評價協(xié)議”，標(biāo)志著我國首個頁巖氣合作開發(fā)項目正式進(jìn)入實施階段［14］。我國頁巖氣資源豐富，頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)對中國未來的能源供應(yīng)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)和開發(fā)格局產(chǎn)生戰(zhàn)略性影響，能緩和中國對石油的急劇需求，減緩我國經(jīng)濟(jì)受全球高企油價的影響，同時減少煤炭的開采和燃燒，減少環(huán)境污染及其蔓延，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化也會減輕交通運(yùn)輸壓力［15～16］。

2.2 發(fā)展前景

根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)中長期規(guī)劃和國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的要求，堅持常規(guī)與非常規(guī)天然氣并重，加強(qiáng)宏觀協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查、勘探開發(fā)和市場培育，積極采取措施給予產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)，促進(jìn)頁巖氣產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，使之成為可供長遠(yuǎn)利用的清潔能源［17～18］。

在極富挑戰(zhàn)性的背景下，我國頁巖氣研究與勘探開發(fā)具有以下發(fā)展趨勢：

a）未來一個時期的主要研究內(nèi)容將是頁巖氣地質(zhì)理論及資源評價理論和方法。

b）頁巖氣地質(zhì)基礎(chǔ)研究工作受到重視。

c）開展試井及增產(chǎn)開發(fā)措施研究。

d）四川盆地具有成為中國第一個頁巖氣勘探開發(fā)先導(dǎo)性試驗建設(shè)基地。

e）爭取政策扶植和基金資助，開展多種合作，增進(jìn)學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)人才培養(yǎng)。

3 煤層氣勘探開發(fā)

煤層氣又稱煤層瓦斯，煤層甲烷，是成煤過程中經(jīng)過生物化學(xué)熱解作用以吸附或游離狀態(tài)賦存于煤層及固巖的自儲式天然氣體，屬于非常規(guī)天然氣，1m3純煤層氣的熱值相當(dāng)于1.13 kg汽油、1.21 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，與天然氣相當(dāng)，可與天然氣混輸混用，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是優(yōu)質(zhì)的化工和能源原料。

3.1 開發(fā)現(xiàn)狀

煤層氣是煤層自生自儲式的非常規(guī)天然氣，全球有74個國家有煤層氣資源，埋深淺于2 000m的約240×1012m3，是常規(guī)天然氣探明儲量的2倍多。世界主要產(chǎn)煤國都非常重視煤層氣開發(fā)，英國、俄羅斯、美國等國的生產(chǎn)方式為煤炭開采前抽放或采空區(qū)封閉抽放方式，產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為成熟。美國是目前世界上煤層氣商業(yè)化開發(fā)最成功的國家，20世紀(jì)80年代初煤層氣地面鉆井開采技術(shù)取得突破性進(jìn)展，將世界煤層氣開發(fā)帶入了新階段［19］。中國煤層氣資源豐富，居世界第三位，我國埋深1 500m以內(nèi)的煤層氣可采資源量約10.9×1012m3，2 000 m以內(nèi)的煤層氣地質(zhì)資源量約36.8×1012m3。全國95%的煤層氣資源分布在新疆、晉陜內(nèi)蒙古、云貴川渝和冀豫皖等四個含氣區(qū)，其中晉陜內(nèi)蒙古含氣區(qū)煤層氣資源量最大，為17.25×1012m3，占我國煤層氣總資源量的50%左右。煤層氣的開發(fā)利用具有提高瓦斯事故防范水平、有效減排溫室氣體、提供商業(yè)化的高效和潔凈能源的功效，具有安全、環(huán)保和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 發(fā)展前景

目前國外煤層氣的勘探開發(fā)具有以下發(fā)展趨勢：

a）試驗性、示范性和商業(yè)性的煤層氣勘探開發(fā)規(guī)模增大；甲烷的熟化特性隨煤層埋深的增加而更加優(yōu)越，煤層氣井深將隨之增加。

b）不壓裂水平井單井產(chǎn)量比直井壓裂井高4倍。因此，煤層氣的水平鉆井井?dāng)?shù)將增加。

c）煤層氣井壓裂工藝技術(shù)不斷進(jìn)步，例如美國能源部和礦業(yè)局研究、實施了一種名為“幻”的具有顯著增產(chǎn)效果的壓裂法。

針對目前我國煤層氣開發(fā)利用中存在的科研投入和技術(shù)創(chuàng)新不足、煤炭與煤層氣礦業(yè)權(quán)重疊、相關(guān)政策落實不到位影響企業(yè)積極性、煤層氣抽采難度大、利用率偏低等現(xiàn)實問題，實行資源先行、上游開發(fā)與下游利用相結(jié)合，煤層氣開發(fā)利用與煤礦安全、環(huán)境保護(hù)相結(jié)合，煤層氣開發(fā)利用與天然氣相結(jié)合，按照先淺后深、先富后貧的順序積極推進(jìn)，把煤層氣開發(fā)利用打造成我國新的支柱產(chǎn)業(yè)。

4 致密氣藏開發(fā)

目前，對致密氣藏?zé)o統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和界限，取決于每個國家的石油資源狀況和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，隨著對致密氣認(rèn)識程度的提高而不斷發(fā)展完善。按照我國的標(biāo)準(zhǔn)，有效滲透率≤0.1×10-3μm2、孔隙度≤10%的氣藏為致密氣藏。

4.1 開發(fā)現(xiàn)狀

致密氣藏最早被稱為隱蔽油氣藏，發(fā)現(xiàn)于1927年的美國圣胡安盆地，于20世紀(jì)50年代初投入工業(yè)開發(fā)，是非常規(guī)天然氣資源中勘探開發(fā)最為成熟的氣源。由于致密氣藏和煤層甲烷的擴(kuò)大開發(fā)，美國非常規(guī)天然氣產(chǎn)量由1970年的283×108m3增至1997年的1 132×108m3。據(jù)估算，目前世界上尚未全面開發(fā)的非常規(guī)天然氣資源量有 800×1012～1 000×1012m3，其中致密氣藏資源量為 75×1012～l00×1012m3， 僅次于天然氣水合物［19］。以現(xiàn)今技術(shù)可開采的非常規(guī)天然氣而論，則以致密氣藏居首，儲量為 10.5×1012～24.0×1012m3。 因此，致密氣藏是21世紀(jì)最現(xiàn)實的重要能源。

4.2 發(fā)展前景

致密氣藏的評估、開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)有40多年的發(fā)展歷史。我國致密氣藏資源豐富、潛力巨大，要實現(xiàn)致密氣藏資源向產(chǎn)量的轉(zhuǎn)化，緩解常規(guī)天然氣開發(fā)壓力，急需突破地質(zhì)認(rèn)識與工藝技術(shù)的瓶頸。

目前部分致密氣藏正在作為低滲氣藏被勘探開發(fā)，需開展致密氣藏資源潛力評價，拓寬勘探領(lǐng)域，降低儲層下限，落實致密氣藏的儲量。

致密氣藏具有不同于低滲氣藏的孔隙結(jié)構(gòu)、滲流特征等，應(yīng)深入研究其開發(fā)機(jī)理、井型井網(wǎng)優(yōu)化、合理的配產(chǎn)等開發(fā)技術(shù)政策，為致密氣藏規(guī)模有效開發(fā)做好技術(shù)儲備。

致密氣藏開發(fā)的主體工藝技術(shù)包括直井分層壓裂 （尤其是一次分壓10段以上的直井壓裂技術(shù)）、大型壓裂、水平井分段壓裂技術(shù)等，需繼續(xù)強(qiáng)化工藝技術(shù)攻關(guān)，盡快形成低成本的配套工藝技術(shù)［20～22］。

5 結(jié)論

a）隨著天然氣資源量需求不斷增加和常規(guī)天然氣儲量日益減少的矛盾日益凸顯，非常規(guī)油氣資源作為重要的后備資源而備受關(guān)注。頁巖油、頁巖氣、煤層氣、致密氣等非常規(guī)天然油氣資源在一些國家（如美國、加拿大）已實現(xiàn)規(guī)?；_發(fā)，并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

b）我國非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)利用程度差異較大。煤層氣開發(fā)已取得進(jìn)展，致密氣藏開發(fā)需要進(jìn)一步擴(kuò)大開發(fā)領(lǐng)域，頁巖氣開發(fā)正在起步，頁巖油開發(fā)處于探索階段，油頁巖規(guī)?；_發(fā)還需新技術(shù)研究作為支撐。

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