非常規(guī)能源開發(fā)利用現(xiàn)狀及趨勢

王淑玲，張 煒，張桂平，孫張濤

（中國地質(zhì)圖書館，北京100083）

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著常規(guī)能源的大量消耗，在全球能源資源分布不平衡以及國際投機(jī)資本炒作等因素的共同作用下，國際能源供需形勢日趨緊張。世界主要國家從能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度考慮，竭盡全力尋找各類可替代的能源。尤其是美國成功的開發(fā)頁巖氣，進(jìn)一步促進(jìn)各國對非常規(guī)能源的關(guān)注，并陸續(xù)加大科技投入，勘查開發(fā)本國的非常規(guī)能源資源。

1 世界非常規(guī)能源資源豐富，潛力巨大

這里的非常規(guī)能源，是指不能用常規(guī)的方法和技術(shù)手段進(jìn)行勘探開發(fā)的另一類能源資源，其埋藏、賦存狀態(tài)與常規(guī)能源有較大的差別，開發(fā)難度大、費用高。主要指油頁巖、油砂礦、煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣、天然氣水合物、干熱巖等。在上述非常規(guī)能源中，除了潛力巨大的天然氣水合物因生產(chǎn)技術(shù)尚處于研發(fā)階段外，其他幾類資源的勘查與開發(fā)活動非?；钴S，與此相關(guān)的新技術(shù)研發(fā)在其中起了關(guān)鍵作用［1］（圖1）。

據(jù)2010年中國首次非常規(guī)油氣資源國際研討會資料，權(quán)威專家估算的全球非常規(guī)天然氣資源量為2338.2萬億m3，約為世界常規(guī)天然氣資源量的4.6倍［2］。

1.1 頁巖油

油頁巖廣泛產(chǎn)于寒武系至第三系，主要分布在美國、扎伊爾、巴西、意大利、摩洛哥、約旦、澳大利亞、中國和加拿大。世界頁巖油資源量約為4539億t，超過了目前世界石油儲量。其中，美國就有3000多億t，美國西部的綠河頁巖油資源量約為2055億t，東部泥盆系黑色頁巖油約259億t。中國排名第二位，頁巖油資源量為476億t［3］。但是，世界上大多數(shù)國家的油頁巖地質(zhì)勘探程度不夠，研究程度很低，目前只有美國、中國、澳大利亞、瑞典、愛沙尼亞、約旦、法國、德國、巴西和俄羅斯等國的部分油頁巖礦床做了詳細(xì)勘探和評價工作，查明的油頁巖資源儲量還只占整個資源量的一小部分。

1.2 油砂

全球油砂資源量巨大。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計，世界油砂可采資源量約為1035億m3［4］，占世界石油可采總量的30%以上，主要分布于中生代、新生代的環(huán)太平洋構(gòu)造帶和阿爾卑斯構(gòu)造帶，主要油砂資源國有加拿大、俄羅斯、委內(nèi)瑞拉、尼日利亞和美國。據(jù)加拿大阿爾伯達(dá)省能源局估計，其油砂油遠(yuǎn)景資源量約有2200億t，其中可采資源量約有410億t。美國油砂資源也較豐富，主要富集于阿拉斯加州和猶他州，依美國能源部估計，目前已知美國油砂油資源量約有110億t。

圖1 常規(guī)能源與非常規(guī)能源分類圖

1.3 煤層氣

全球煤層氣資源量為256.3萬億m3，約為常規(guī)天然氣資源量的50%；其中俄羅斯、加拿大、中國、美國和澳大利亞5國的煤層氣資源量占到了全球總量的90%［4］。

1.4 致密砂巖氣

美國能源信息署（IEA）評估表明，世界致密氣資源量超過209.7萬億m3，而有些估算超過了850萬億m3，技術(shù)可采的致密氣儲量介于10.5萬～24萬億m3，而實際可生產(chǎn)天然氣的比例將取決于關(guān)鍵技術(shù)（三維地震、水平鉆井和水力壓裂）的可用性、凈成本和氣體價格。美國的技術(shù)可采致密氣資源量接近8.8萬億m3［4］。在美國，有著長期生產(chǎn)史的多個致密砂巖氣項目正在進(jìn)行［5］。而其他國家的致密砂巖氣區(qū)塊正處于試驗和開發(fā)階段，包括加拿大（西加拿大沉積盆地）；澳大利亞［帕斯（Perth）、吉普斯蘭（Gippsland）和庫珀（Cooper）盆地］；中國（鄂爾多斯盆地）和烏克蘭［頓涅茨克－第聶伯（Donetsk－Dnepr）盆地］。

1.5 頁巖氣

美國能源信息署評估表明，截至2010年1月1日，全球頁巖氣資源量為456.2萬億m3，頁巖氣技術(shù)可采資源量為187.5萬億m3，主要分布在中國、美國、阿根廷、墨西哥、南非、澳大利亞、加拿大、利比亞、阿爾及利亞和巴西。頁巖氣的特點是：①分布范圍廣，主要分布在海相地層；②沉積厚度大，一般厚度介于300～500m，單層厚度大于50m；③有機(jī)質(zhì)含量普遍在2%以上，成熟度（Ro）處于1.4%～3.0%區(qū)間；④開采壽命長，一般為30～50a，預(yù)測有些最高可達(dá)100a［6－7］。

1.6 天然氣水合物

據(jù)美國、俄羅斯、日本等的研究結(jié)果，全球陸地天然氣水合物總資源量為2830萬億m3，海洋為85000萬億m3，相當(dāng)于已探明化石燃料總含碳量的2倍多，資源量巨大［4］，可采年限大于1000年［8］。天然氣水合物資源主要存在于世界范圍內(nèi)的溝盆體系、陸坡體系、邊緣海盆陸緣，尤其是與泥火山、熱水活動、鹽泥底辟及大型斷裂構(gòu)造有關(guān)的深海盆地中。另外，還包括擴(kuò)張盆地和北極地區(qū)的永久凍土區(qū)。

1.7 干熱巖

全球干熱巖蘊(yùn)藏的熱能十分豐富，比蒸汽型、熱水型和地壓型地?zé)豳Y源大得多，比煤炭、石油、天然氣的熱能總和還要大。在較淺層的干熱巖資源中，蘊(yùn)藏的熱能等同于100億夸特（1夸特相當(dāng)于18000萬桶石油，而美國2001年能源消耗總量是90夸特）。干熱巖的分布幾乎遍及全球，世界各大陸地下都有干熱巖。不過，干熱巖開發(fā)潛力最大的地方，還是那些新的火山活動區(qū)，或地殼已經(jīng)變薄的全球板塊或構(gòu)造地體的邊緣地區(qū)。

2 世界非常規(guī)能源開發(fā)利用現(xiàn)狀

近年來，石油資源短缺已成為制約全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的共同難題，世界各國都掀起了非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的熱潮，開發(fā)非常規(guī)油氣及油氣替代品已成為各國非常規(guī)油氣勘探開發(fā)研究的主要課題。非常規(guī)油產(chǎn)量超過7500萬t／a，非常規(guī)天然氣產(chǎn)量超過1800萬 m3／a［10］。其中，美國非常規(guī)能源勘查開發(fā)居世界領(lǐng)先地位，是最早成功開發(fā)煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣的國家。2011年，美國致密氣占天然氣總產(chǎn)量的29.6%，頁巖氣占28%，煤層氣占8.2%，常規(guī)氣占34.2%。

2.1 頁巖油

目前，世界年利用油頁巖礦石2810萬t，其中的69%用于發(fā)電、供熱，25%用于提煉頁巖油，6%用于建筑、農(nóng)業(yè)等方面［4］。世界從事油頁巖燃燒發(fā)電的國家主要有愛沙尼亞、中國、德國等，年發(fā)電量達(dá)2452MW，其中愛沙尼亞的油頁巖發(fā)電量占本國電消費量的95%；世界從事油頁巖干餾煉油生產(chǎn)的國家主要有愛沙尼亞、中國、巴西等，2000年全球頁巖油產(chǎn)量50萬t，2010年達(dá)120萬t。

2.2 油砂

加拿大首先突破油砂油高產(chǎn)技術(shù)，是目前世界上唯一實現(xiàn)油砂商業(yè)化開采的國家，其油砂油產(chǎn)量增長迅速。1997年，加拿大油砂油產(chǎn)量占石油總產(chǎn)量約20%；2003年占其當(dāng)年原油總產(chǎn)量的60%左右；2010年超過0.7億t。油砂開采與提煉成本的大幅度下降和國際石油價格的持續(xù)上漲，使加拿大巨大的油砂資源成為國際石油大亨們競相搶占的市場。

2.3 煤層氣

煤層氣是世界主要產(chǎn)煤國家積極致力開發(fā)利用的非常規(guī)氣資源。目前，世界煤層氣產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到700億m3左右。已有29個國家開展了煤層氣的研究、勘探和開發(fā)活動。尤其是，美國、澳大利亞、加拿大、英國、俄羅斯、捷克、印度等國家正大力開展了煤層氣的勘探、開發(fā)或規(guī)模性試驗活動。美國是開發(fā)煤層氣最早最成功、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模最大的國家。其煤層氣工業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，大規(guī)模開發(fā)始于20世紀(jì)80年代，此后煤層氣產(chǎn)量呈直線上升，2009年為542億m3，2010年為550億m3。加拿大、澳大利亞初步實現(xiàn)了煤層氣產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，2010年產(chǎn)量規(guī)模分別達(dá)到50.2億m3和84億m3。其他國家都還沒有形成大規(guī)模的商業(yè)化開發(fā)，大部分處于探索和研究階段。

2.4 致密氣

致密氣開發(fā)最成功的國家仍然是美國，其次是中國。美國900個氣田中致密砂巖氣生產(chǎn)井4萬口。2008年，美國致密氣年產(chǎn)量為1757萬億m3，約占其天然氣總產(chǎn)量的30%［3］，2011年美國致密氣占29.6%。2009年，中國致密氣年產(chǎn)量約150萬億m3，主要是近幾年發(fā)展較快。

2.5 頁巖氣

目前，全球已有30多個國家積極開展頁巖氣研究和勘查開發(fā)工作。美國是世界上最早卓有成效開發(fā)頁巖氣的國家，迄今已有190多年的頁巖氣勘探開發(fā)歷史。2009年，美國頁巖氣勘探開發(fā)更是取得了驚人的發(fā)展速度，發(fā)生了革命性的變化，頁巖氣生產(chǎn)井?dāng)?shù)達(dá)98590口，產(chǎn)量878億m3，占美國天然氣總產(chǎn)量的13%，其中僅Barnett頁巖的產(chǎn)量就達(dá)到了560億m3。美國已取代俄羅斯成為世界最大的天然氣生產(chǎn)國，2011年產(chǎn)量1720億m3，占其天然氣年總產(chǎn)量的28%。

加拿大西部與美國西部地質(zhì)條件相近，黑色頁巖廣布，近年來也開展了頁巖氣的勘探及實驗研究，2009年頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到72億m3。此外，澳大利亞、德國、法國、瑞典、波蘭等30多個國家也開始了頁巖氣研究和勘探開發(fā)。歐洲有多個盆地正在開展頁巖氣勘查。中國頁巖氣勘探開發(fā)工作仍處于起步階段。

2.6 天然氣水合物

目前全球有30多個國家都在研究天然氣水合物的開采和利用等相關(guān)問題。雖然全世界天然氣水合物資源量非?？捎^，但除了小型現(xiàn)場試驗之外，目前唯一實現(xiàn)開采的只有俄羅斯的麥索亞哈天然氣水合物氣田，全球未來的天然氣水合物產(chǎn)量尚不確定。

2.7 干熱巖

目前，人們對干熱巖的開發(fā)利用，主要是發(fā)電。通過國際合作和各國不斷努力，美國、日本、英國、法國、德國、澳大利亞、瑞士、瑞典等國家在過去30年相繼進(jìn)行了有關(guān)方面的實驗，基本掌握了干熱巖發(fā)電各個環(huán)節(jié)的技術(shù)。隨著技術(shù)的熟練，試驗電廠的發(fā)電量也逐漸由300萬W增大到1100萬W，更加接近商業(yè)開發(fā)的規(guī)模。

3 世界非常規(guī)能源發(fā)展趨勢

3.1 非常規(guī)能源勘查開發(fā)越來越受到世界各國的重視

隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的不斷增加，常規(guī)能源資源已不能滿足經(jīng)濟(jì)社會需求的快速增長，人們紛紛把目光轉(zhuǎn)向非常規(guī)能源。非常規(guī)能源以其儲量大、分布集中、開發(fā)技術(shù)不斷進(jìn)步等特點成為世界能源市場的新寵。

3.2 頁巖氣作為油氣勘探的一個新領(lǐng)域越來越受到各國的重視

由于環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動了天然氣需求的快速增長，低氣價助推了天然氣的需求增長，技術(shù)發(fā)展提高了頁巖氣生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，加之政府的激勵政策和措施，未來全球頁巖氣市場發(fā)展前景廣闊［10］。美國頁巖氣的成功開發(fā)在世界范圍內(nèi)掀起了一場頁巖氣革命。頁巖氣已成為一些發(fā)達(dá)國家大力開發(fā)的非常規(guī)能源。美國2011年度能源遠(yuǎn)景報告指出，預(yù)計到2035年美國頁巖氣生產(chǎn)量幾乎較2009年翻了四番，約占美國天然氣生產(chǎn)總量的47%。

3.3 天然氣水化物

天然氣水合物資源勘探備受世界矚目，將成為21世紀(jì)石油天然氣的理想替代資源，據(jù)近年試驗性開采成果和技術(shù)進(jìn)步，2015～2020年發(fā)達(dá)國家實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模開采天然氣水合物在技術(shù)上是可行的，但實現(xiàn)商業(yè)開采則值得探討。

3.4 干熱巖前景無限

隨著全球化石燃料總量的減少及其開發(fā)利用帶來的環(huán)境惡化程度加劇，開發(fā)利用無污染且少受諸如氣候等外界條件變化干擾的新能源——干熱巖，成了很多發(fā)達(dá)國家積極開展試驗研究的新課題。干熱巖這種能源取之不盡、用之不竭，被證明是對人類十分友好的未來潔凈新能源。目前，國際上干熱巖的開發(fā)利用還處于試驗階段。不過，科學(xué)家預(yù)測，2030年左右人類可以利用干熱巖大規(guī)模發(fā)電，開發(fā)利用前景十分誘人。而在我國的干熱巖尚是沉睡的寶貝，對其研究尚處初級階段。

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