我國非常規(guī)油氣資源研究進(jìn)展

王 琨，楊慧壁

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安710069;2:長慶油田第五采油廠，陜西 西安750010)

油氣資源可分為常規(guī)資源、非常規(guī)資源兩種基本類型。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，全球油氣資源需求量日益增多，傳統(tǒng)油氣資源勘探困難，國際油價持續(xù)高位震蕩，以及環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的具體要求，非常規(guī)油氣資源展現(xiàn)出很大的資源潛力和發(fā)展空間，全球油氣勘探的目標(biāo)正顯現(xiàn)出從常規(guī)油氣資源逐漸向非常規(guī)油氣資源轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢。

事實上，由于非常規(guī)油氣資源充足，越來越多的非常規(guī)油氣資源已悄然占據(jù)世界油氣市場。截至2010年，全球常規(guī)石油源剩余探明儲量達(dá)188.8 Gt，天然氣剩余探明儲量達(dá)187 Tm3，其中非常規(guī)天然氣資源量占據(jù)極大比重［1］。

1 非常規(guī)油氣資源

據(jù)李景明等(2008)統(tǒng)計自美國能源部信息署數(shù)據(jù)，世界頁巖油資源量可達(dá)4 110×108t，比傳統(tǒng)石油資源量(2 710×108t)高出50%左右，主要分布于美國、中國、俄羅斯、加拿大等國家［2］。據(jù)賈承造(2007)統(tǒng)計自美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)數(shù)據(jù)，世界油砂可采資源量達(dá)6 510×108bbl(1 bbl=0.158 987 m3)，占世界石油可采總量(20 370×108bbl)32%，但分布不均，主要位于北美洲、俄羅斯、拉丁美洲區(qū)域，是世界石油資源的重要組成部分［3］。另據(jù)章柏洋等(2006)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球煤層氣資源量為256.3×1012m3，占常規(guī)天然氣資源量的50%;主要分布在俄羅斯、加拿大、中國、美國和澳大利亞5國(占全球總量的90%)。全球頁巖氣資源量為456.24×1012m3，主要分布在北美、中亞、西亞、拉美、北非等國家和地區(qū)。全球致密氣資源量為209.72×1012m3，主要分布區(qū)域與頁巖氣資源類似［4］。綜合以上數(shù)據(jù)不難看出，世界油氣資源量豐富，是常規(guī)油氣資源的有力補(bǔ)給。

自2010年起，我國石油工業(yè)正式開啟非常規(guī)油氣勘探開發(fā)工作［5］。致密氣年產(chǎn)量已達(dá)全國天然氣總產(chǎn)量的25%，并已在鄂爾多斯盆地、準(zhǔn)噶爾盆地等發(fā)現(xiàn) 億噸級儲量規(guī)模區(qū)，煤層氣方面已于沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣初步建立生產(chǎn)基地，頁巖氣方面已在四川南部形成工業(yè)化試驗區(qū)。

1.1 非常規(guī)油氣相關(guān)概念

通常認(rèn)為，非常規(guī)油氣資源是指不能用常規(guī)的方法和技術(shù)手段進(jìn)行勘探開發(fā)的一類資源［6］，其埋藏、賦存狀態(tài)與常規(guī)油氣資源差別大，開發(fā)成本較高。不同學(xué)者對非常規(guī)油氣資源有不同的定義。

Etherington等［7］指出，非常規(guī)油氣藏是指未經(jīng)大型增產(chǎn)措施或特殊開采過程而不能獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的油氣藏。Law等［8］認(rèn)為，常規(guī)天然氣與非常規(guī)天然氣 在其地質(zhì)意義上存在根本差別，常規(guī)天然氣受浮力驅(qū)動形成，其分布受構(gòu)造圈閉或巖性圈閉控制;而非常規(guī)天然氣非浮力驅(qū)動形成，其分布不受構(gòu)造圈閉或性圈閉控制。Dawson［9］認(rèn)為，常規(guī)儲層中油氣資源是由烴源巖生成并運移至儲層中的，其聚集需要有圈閉存在。而非常規(guī)儲層(不包括致密氣和碳酸鹽巖)既是烴源巖又是儲層，油氣原地生成(存在少量運移)，因此不一定需要圈閉，但一般需要蓋層;天然氣因壓力或儲層低滲透性而被保持在儲層中。鄒才能等［10］指出，非常規(guī)油氣資源規(guī)模大、儲層物性差，一般孔隙度小于10%，滲透率小于1×10－3μm2。

非常規(guī)油氣資源包括致密油(氣)、頁巖油(氣)、煤層氣、天然氣水合物、水溶氣、油頁巖、重油(超重油)、天然瀝青(油砂)等。結(jié)合以上學(xué)者對其定義的闡釋，我們不難看出，任何類型的非常規(guī)油氣，其共同特征均是在成藏機(jī)理與開采方式要求上有別于常規(guī)油氣。從經(jīng)濟(jì)角度或開采技術(shù)角度上看，非常規(guī)油氣是一個動態(tài)的概念，隨著勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，非常規(guī)油氣也可以轉(zhuǎn)變成為常規(guī)油氣資源。

1.2 非常規(guī)油氣資源類型

根據(jù)非常規(guī)油氣的不同性質(zhì)，可從成因、相態(tài)、儲層類型、圈閉類型等方面對其進(jìn)行分類。

從成因來看，非常規(guī)油氣資源主要包括原生型和次生型兩類。原生型即成藏時形成非常規(guī)油氣藏，無后期改造作用影響，主要包括煤層氣、頁巖油(氣)、及部分致密油(氣);次生型即成藏時形成常規(guī)油氣藏或不連續(xù)油氣藏，受后期改造作用破壞形成非常規(guī)油氣藏，主要包括油砂、重質(zhì)油、及部分致密油(氣)。

從油氣賦存相態(tài)來看，可將非常規(guī)油氣資源劃分為氣、液、固三態(tài)。氣態(tài)資源包括致密氣、頁巖氣、煤層氣等，其成分組成與常規(guī)天然氣資源相似，賦存狀態(tài)不同;液態(tài)資源包括致密油、頁巖油、重質(zhì)油等，其中，致密油與頁巖油成分組成與常規(guī)石油資源相似，賦存狀態(tài)不同，重質(zhì)油(超重油)密度均大于0.94 g/cm2;固態(tài)資源包括油砂、油頁巖等。

從儲層類型上看，可將非常規(guī)油氣資源主要劃分為致密型、頁巖型、及煤層型三類。致密型儲層主要包括致密砂巖與致密碳酸鹽巖兩類，該類型的非常規(guī)油氣資源均為源外成藏;頁巖型儲層主要的油氣藏類型為頁巖油和頁巖氣，油氣自生自儲;煤層中儲集的油氣資源即自生自儲的煤層氣。

從圈閉類型上看，主要包括連續(xù)型圈閉、準(zhǔn)連續(xù)型圈閉、及不連續(xù)型圈閉三類。連續(xù)型圈閉儲層物性差，油氣藏呈大面積連續(xù)分布狀態(tài)，無明顯圈閉或為非常規(guī)動力圈閉。油氣資源主要為煤層氣、頁巖氣等，多為源內(nèi)成藏，自生自儲。準(zhǔn)連續(xù)型圈閉儲層物性較差，油氣藏呈大面積準(zhǔn)連續(xù)分布狀態(tài)，圈閉形態(tài)不明顯，或介于物理圈閉和非常規(guī)動力圈閉之間。油氣資源主要為致密型油氣，以源外成藏，近源聚集為主。不連續(xù)圈閉儲層主要為常規(guī)油氣儲層，圈閉形態(tài)明顯，油氣聚集受常規(guī)構(gòu)造、地層—巖性圈閉及復(fù)合圈閉控制。油氣資源主要為重油、油砂等，多為遠(yuǎn)源聚集。

2 我國非常規(guī)油氣資源研究現(xiàn)狀

2.1 我國非常規(guī)油氣資源潛力

致密油(氣)資源:我國致密油(氣)資源分布范圍較廣。致密油雖儲層物性較差，但由于其近源或源儲一體的特點，含油條件較好。目前主要存在于鄂爾多斯盆地延長組陸相儲層、渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷泥灰?guī)r裂縫儲層、及渤海灣盆地岐口凹陷湖相碳酸鹽巖儲層等儲集層中。致密氣已成為目前我國主要的增儲上產(chǎn)資源。其中鄂爾多斯盆地上古生界與四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組(T3X)已成為重要的致密氣資源潛力區(qū)之一。據(jù)賈承造，鄭民等(2012)［11］統(tǒng)計:中國致密氣地質(zhì)資源量為 17.4×1012～25.1×1012m3，可采資源量8.8×1012～12.1×1012m3;致密油有利勘探面積為 18×104km2，地質(zhì)資源量為 74×108～80×108t，可采資源量為 13×108～14 ×108t。

頁巖油(氣)資源:我國頁巖油資源豐富，據(jù)2010年國家油氣重大專項對頁巖油資源重新評價，油頁巖地質(zhì)資源量為11 602×108t，可回收頁巖油資源量達(dá) 160×108t。我國發(fā)育海相、海陸過渡相和陸相泥頁巖，其中海相、海陸過渡相泥頁巖資源發(fā)展前景最好，分布面積廣泛。主要位于塔里木盆地、松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地、柴達(dá)木盆地等區(qū)域［12］。賈承造，鄭民等(2012)采用資源豐度類比法初步評價了全國頁巖氣資源潛力，其中，頁巖氣地質(zhì)資源量為 86×1012～166×1012m3可采資源量為 15×1012～25×1012m3。

煤層氣資源:我國含煤盆地分布廣泛，煤層氣資源量較大。據(jù)2010年國土資源評價［13］顯示，我國含煤層系主要發(fā)育在華北地區(qū)石炭系—二疊系和華南地區(qū)二疊系煤盆地、西部侏羅系含煤泛盆沉積和東北部侏羅系含煤斷陷;煤層氣有利勘探面積約為 37.5×104km2，地質(zhì)資源量為 36.8×1012m3，可采資源量為 10.9 ×1012m3。

油砂資源:油砂資源可利用資源量較少，含油量小，分布分散，開采難度較大。

2.2 我國非常規(guī)油氣開發(fā)技術(shù)

非常規(guī)油氣藏由于其特殊性，儲層條件差，開發(fā)難度大，因此在勘探開發(fā)過程中不僅需要對油氣藏進(jìn)行精確描述，更需要有別于常規(guī)油氣藏勘探開發(fā)的新技術(shù)。

致密氣與頁巖氣由于其特征具有相似性，其儲層物性差，孔隙度、滲透率極低，因此多采用水平井及水力壓裂方式進(jìn)行開采。頁巖氣方面，以中國石油天然氣集團(tuán)公司在上揚子地區(qū)古生界海相頁巖氣勘探為例，目前推廣的大規(guī)模水力壓裂技術(shù)、微地震監(jiān)測技術(shù)等已在開發(fā)井獲得工業(yè)氣流，效果顯著。致密氣方面，以鄂爾多斯盆地上古生界致密氣開發(fā)為例，目前所推廣采用的全數(shù)字地震勘探技術(shù)、感應(yīng)－側(cè)向聯(lián)測測井技術(shù)、不動管柱分層壓裂合采技術(shù)等，也大大提高了薄氣層的辨識能力以及儲層的動用程度。

煤層氣賦存模式與常規(guī)油氣相似，因此其開采方式也與常規(guī)油氣開發(fā)有相似之處。但當(dāng)煤層埋深較深，或煤層壓力較大時，將采用非常規(guī)開采方式。目前針對煤層氣增產(chǎn)采取的相對有效的措施有多元氣驅(qū)技術(shù)、水力壓裂及采煤采氣一體化等。

致密油與頁巖油開采開發(fā)方式與頁巖氣相似，以鄂爾多斯盆地超低滲油藏開發(fā)為例，由于儲層物性極差，因此在常規(guī)開發(fā)基礎(chǔ)上，對水平井進(jìn)行分簇多段壓裂，大幅提升超低滲油藏改造效果。

油頁巖、油砂、重(超重)油的開采與增產(chǎn)技術(shù)具有特殊性。油頁巖由于其所含干酪根尚未成熟，因此需要人工手段加速其成熟，因此多以熱采方式為主。而除埋深較淺的油砂外，埋深較深的油砂和重油則多以水平井或注入蒸汽輔助重力泄油的方式進(jìn)行開采。

3 討論

(1)非常規(guī)油氣資源在世界范圍內(nèi)分布廣泛，儲量豐富，具有很大的開采價值。隨著技術(shù)的進(jìn)步，將會繼續(xù)為全球能源供應(yīng)提供來源。

(2)非常規(guī)油氣資源主要包括致密油(氣)、煤層氣、頁巖油(氣)、重(超重)油、油砂等，但到目前為止對于非常規(guī)油氣藏的定義因機(jī)構(gòu)和個人而各不相同?？偨Y(jié)來說國內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)為非常規(guī)儲層一般孔隙度小于10%，滲透率小于1×10－3μm2，雖資源量大，但儲層物性極差，非均質(zhì)性強(qiáng)，開發(fā)難度大。

(3)目前我國非常規(guī)油氣資源雖發(fā)展前景可觀，但其但其勘探開發(fā)尚處于初級階段，開采到目前為止還比較有限，新的技術(shù)還需進(jìn)一步研究，而且開采過程中所面臨的儲層損害和環(huán)境問題也有待解決。并且開發(fā)模式一定程度上仍依賴于常規(guī)油氣的經(jīng)驗，系統(tǒng)認(rèn)識欠缺，技術(shù)還不完備。

4 結(jié)語

非常規(guī)資源潛力巨大，但在占據(jù)世界油氣市場的同時也存在一定問題。因此在加強(qiáng)儲層預(yù)測的精確性，完善勘探開發(fā)方案，發(fā)展創(chuàng)新產(chǎn)能評價、增產(chǎn)、儲層保護(hù)等相關(guān)技術(shù)方面，仍需要一定的研究工作。雖然面臨著許多問題，但是非常規(guī)油氣資源的潛力是毋庸質(zhì)疑的，它必將成為未來能源譜圖中重要的組成部分，必將為人類社會做出巨大貢獻(xiàn)。

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