非常規(guī)油氣發(fā)現(xiàn)獲得的理論突破
——訪著名石油地質(zhì)學(xué)家賈承造院士

■ 本刊特約記者 王大銳

專訪

非常規(guī)油氣發(fā)現(xiàn)獲得的理論突破
——訪著名石油地質(zhì)學(xué)家賈承造院士

■ 本刊特約記者 王大銳

近10年來，非常規(guī)油氣規(guī)模快速發(fā)展，已帶來全球能源行業(yè)資源供需格局、開采方式、技術(shù)創(chuàng)新等方面全方位的重大轉(zhuǎn)變，深入思考非常規(guī)油氣革命對(duì)傳統(tǒng)石油天然氣地質(zhì)學(xué)理論的革新，重新審視成藏要素地質(zhì)概念和油氣系統(tǒng)理論框架，賦予石油天然氣地質(zhì)學(xué)全新的學(xué)科內(nèi)涵，對(duì)于發(fā)展油氣地質(zhì)基礎(chǔ)理論，指導(dǎo)含油氣盆地常規(guī)-非常規(guī)一體化資源評(píng)價(jià)、區(qū)帶目標(biāo)優(yōu)選、提高勘探開發(fā)整體效益等方面均具有重要的理論和實(shí)踐意義。為了進(jìn)一步了解非常規(guī)油氣發(fā)現(xiàn)的重大經(jīng)濟(jì)與學(xué)術(shù)意義，特別是對(duì)經(jīng)典石油天然氣地質(zhì)理論的突破，我特意采訪了我國(guó)著名石油地質(zhì)學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士賈承造。

問：尊敬的賈院士，請(qǐng)問，近年來全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)有哪些重大進(jìn)展？

答：非常規(guī)油氣在全球油氣產(chǎn)量中的作用和地位不斷加強(qiáng)，繼油砂、致密氣和煤層氣等資源規(guī)模有效開發(fā)之后，近年來美國(guó)“非常規(guī)油氣革命”實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣、致密油產(chǎn)量的高速增長(zhǎng)，助推美國(guó)原油產(chǎn)量再創(chuàng)高峰，2000年致密油產(chǎn)量1 800×104t，2015年則達(dá)到2.1×108t，與2008年相比增長(zhǎng)了7.2倍。

非常規(guī)天然氣主要包括致密氣、煤層氣、頁(yè)巖氣和天然氣水合物等資源。2015年，全球非常規(guī)天然氣產(chǎn)量 8227×108m3，占天然氣總產(chǎn)量的23%。致密氣是最先實(shí)現(xiàn)規(guī)模開采的非常規(guī)天然氣，已進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展期。加拿大、中國(guó)等國(guó)家也實(shí)現(xiàn)了致密氣資源的有效開發(fā)，2015年全球致密氣產(chǎn)量達(dá)到2450×108m3。

煤層氣是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模有效開發(fā)的自生自儲(chǔ)式非常規(guī)油氣資源。2015年全球煤層氣產(chǎn)量為1000×108m3。頁(yè)巖氣有效開發(fā)具有革命性意義，推動(dòng)非常規(guī)油氣發(fā)展進(jìn)入全新階段。早在1821年美國(guó)陸上就鉆探了第1口頁(yè)巖氣井；1914年美國(guó)發(fā)現(xiàn)了第1個(gè)頁(yè)巖氣田——Big Sandy；頁(yè)巖氣作為一種天然氣資源日益受到重視；2000年美國(guó)的頁(yè)巖氣總產(chǎn)量達(dá)到230×108m3；加拿大、中國(guó)和巴西也實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣的商業(yè)開發(fā)，2015年全球頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到4693×108m3。

全球非常規(guī)油氣資源豐富，非常規(guī)油資源與常規(guī)油資源相當(dāng)，非常規(guī)氣則遠(yuǎn)大于常規(guī)氣。雖然目前的采出程度并不高，但具有巨大的增產(chǎn)潛力。據(jù)EIA預(yù)測(cè)，全球非常規(guī)氣產(chǎn)量將由2015年的8 227×108m3增至2040年的2.5×1012m3。因此，豐富的資源和不斷進(jìn)步的技術(shù)將支撐油氣工業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)，為人類社會(huì)的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。

問：非常規(guī)油氣的大量開發(fā)對(duì)經(jīng)典的石油天然氣地質(zhì)學(xué)的理論核心與發(fā)展有什么意義？

石油天然氣地質(zhì)學(xué)，是研究地殼中油氣成因、成藏的原理和油氣分布規(guī)律的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，是油氣勘探開發(fā)的理論基礎(chǔ)。石油天然氣地質(zhì)學(xué)作為石油與天然氣勘探開發(fā)的理論核心，是隨著人類大量的油氣勘探和開發(fā)實(shí)踐活動(dòng)，不斷積累有關(guān)油氣生成、聚集與分布規(guī)律等知識(shí)，逐漸形成的一門集理論性與應(yīng)用性于一體的學(xué)科。它既是人類在油氣勘探開發(fā)中對(duì)油氣形成、分布規(guī)律認(rèn)識(shí)的總結(jié)，又是指導(dǎo)人類進(jìn)行油氣勘探開發(fā)活動(dòng)的理論指南。

20世紀(jì)30年代McCollough與Leverson正式提出“圈閉學(xué)說”，成為常規(guī)油氣地質(zhì)理論的核心內(nèi)容；1956年A I Levorsen的《Geology of Petroleum》問世，實(shí)現(xiàn)了石油天然氣地質(zhì)學(xué)理論的系統(tǒng)化、科學(xué)化，推動(dòng)了世界石油工業(yè)的快速發(fā)展。石油天然氣地質(zhì)學(xué)歷經(jīng)百年歷史，其發(fā)展史深受石油工業(yè)勘探開發(fā)實(shí)踐、地質(zhì)學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科進(jìn)展和探測(cè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)。石油工業(yè)油氣勘探從背斜發(fā)展到巖性地層油氣藏；從陸地推進(jìn)到海洋，進(jìn)而到深水；從常規(guī)發(fā)展到非常規(guī)，都推動(dòng)了石油天然氣地質(zhì)學(xué)理論的重大突破和新理論、新概念的出現(xiàn)。而地學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科不斷出現(xiàn)的重大進(jìn)展，包括板塊構(gòu)造理論、層序地層學(xué)理論、有機(jī)質(zhì)生烴理論都被及時(shí)熔入石油天然氣地質(zhì)學(xué)核心理論之中。地震與測(cè)井等地球物理學(xué)勘探技術(shù)、地球化學(xué)分析技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了油氣勘探開發(fā)技術(shù)進(jìn)步，也推動(dòng)了石油天然氣地質(zhì)學(xué)理論的進(jìn)步與完善。

縱觀百年石油天然氣地質(zhì)學(xué)發(fā)展歷史，可以看到5個(gè)重要節(jié)點(diǎn)：（1）背斜與圈閉理論（1885-1930年代）；（2）有機(jī)質(zhì)生烴與油氣系統(tǒng)理論（1960-1970年代）；（3）陸相油氣地質(zhì)理論（1940-2000年代）；（4）海洋深水油氣地質(zhì)理論（1980-2000年代）；（5）連續(xù)型油氣聚集與非常規(guī)油氣地質(zhì)理論（自2000年至今）。

20世紀(jì)60年代，隨著有機(jī)地球化學(xué)的發(fā)展和現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，地球化學(xué)家們對(duì)油氣有機(jī)成因的認(rèn)識(shí)取得重要發(fā)展，形成了干酪根熱降解生油說。以B P Tissot為代表的干酪根熱降解生烴理論認(rèn)為，原始有機(jī)質(zhì)沉積以后，首先經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)作用和聚合縮合作用形成干酪根，干酪根在達(dá)到一定的埋藏深度后，在溫度的作用下發(fā)生熱降解作用逐漸生成石油，石油生成于一定的溫度范圍（稱為“液態(tài)石油窗”）。在干酪根熱降解生烴理論指導(dǎo)下，從有機(jī)地球化學(xué)和光學(xué)測(cè)定總結(jié)出了一套反映有機(jī)質(zhì)熱成熟度的參數(shù)，可直接應(yīng)用于判識(shí)干酪根類型、成熟度及生烴潛力等。有機(jī)質(zhì)成烴理論與分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，為定量評(píng)價(jià)烴源巖、計(jì)算生烴量奠定了理論基礎(chǔ)。隨著油氣工業(yè)的發(fā)展，石油地質(zhì)學(xué)家開始關(guān)注油氣從烴源巖到儲(chǔ)集層再到圈閉的成藏全過程。這一時(shí)期的板塊學(xué)說、含油氣盆地構(gòu)造學(xué)、沉積儲(chǔ)層學(xué)、層序地層學(xué)等相關(guān)學(xué)科所取得的重大進(jìn)展，以及干酪根熱降解生烴理論與油氣運(yùn)移的創(chuàng)新性理論，促進(jìn)了含油氣系統(tǒng)研究快速發(fā)展。

20世紀(jì)20至30年代，中國(guó)地質(zhì)學(xué)家通過野外露頭石油地質(zhì)調(diào)查，先后發(fā)現(xiàn)了酒泉盆地老君廟油田和陜西省北部延長(zhǎng)油田，打破了“非海相沉積不能生油”的禁錮。提出石油也能夠來自淡水沉積物、陸相地層可以形成具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的油田、陸相生油多期多層含油、新華夏構(gòu)造體系三個(gè)沉降帶找油遠(yuǎn)景等認(rèn)識(shí)，明確了中國(guó)陸相沉積生油特征。自1960年以來，中國(guó)地質(zhì)學(xué)家深入研究陸相生油層的形成和陸相生油的基本條件，系統(tǒng)建立陸相烴源巖和石油地球化學(xué)系列指標(biāo)和參數(shù)；建立了煤成烴、未熟—低熟油、超壓盆地生烴動(dòng)力學(xué)等重要理論。1950—1960年代，中國(guó)石油地質(zhì)學(xué)家總結(jié)了松遼盆地生油區(qū)控制油氣田分布的規(guī)律，提出“源控論”，強(qiáng)調(diào)勘探要尋找主力烴源巖中心和層系，尋找生油氣范圍內(nèi)的有利目標(biāo)；同時(shí)發(fā)展了針對(duì)陸相砂巖油田開發(fā)的“高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)注水開發(fā)”、“化學(xué)驅(qū)”等針對(duì)性技術(shù)，支撐大慶油田特大型砂巖油田持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

在1960—1970年間，以渤海灣斷陷盆地為重點(diǎn)，提出復(fù)式油氣聚集帶（區(qū)）理論，指出陸相層序背斜構(gòu)造、斷塊圈閉及巖性地層圈閉，形成了不同層系、不同圈閉類型相互疊置的復(fù)式油氣聚集帶（區(qū)），有效指導(dǎo)了油氣勘探，在中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)最為困難的時(shí)期，石油工業(yè)做出了杰出貢獻(xiàn)。

20世紀(jì)80年代以來，中國(guó)加強(qiáng)了中西部陸相前陸盆地與疊合盆地、東部陸相成熟探區(qū)巖性地層油氣藏油氣勘探，取得重大進(jìn)展，形成了陸相前陸盆地及沖斷帶控油氣、陸相巖性地層油氣藏大面積成藏、富油氣凹陷滿凹含油等重要地質(zhì)理論。

海洋深水油氣勘探近30年取得重大發(fā)現(xiàn)，已成為儲(chǔ)量增長(zhǎng)主力。深水勘探開發(fā)揭示了大量新證據(jù)，推動(dòng)了深水油氣地質(zhì)理論創(chuàng)新，目前仍在發(fā)展中。

問：經(jīng)過連續(xù)數(shù)年的勘探開發(fā)，非常規(guī)油氣理論有哪些進(jìn)展？

答：隨著非常規(guī)油氣勘探開發(fā)快速發(fā)展，非常規(guī)油氣地質(zhì)已成為石油天然氣地質(zhì)學(xué)科前沿，非常規(guī)油氣地質(zhì)理論研究已全面展開，并展示出新的發(fā)展趨勢(shì)。1995年Schmoker等提出的“連續(xù)型油氣聚集”觀點(diǎn)是非常規(guī)油氣理論開啟的里程碑，呈現(xiàn)良好的發(fā)展前景。在生烴研究、儲(chǔ)集層研究、油氣成因機(jī)制研究、油氣運(yùn)移動(dòng)力研究、油氣聚集研究、資源分布研究等方面均取得了一定進(jìn)展。

近年來的勘探實(shí)踐發(fā)現(xiàn)非常規(guī)油氣具有與常規(guī)油氣不同的地質(zhì)與空間分布特征。進(jìn)一步的地質(zhì)研究初步形成了連續(xù)性油氣聚集與非常規(guī)油氣地質(zhì)理論，核心內(nèi)容包括：①非常規(guī)油氣連續(xù)型聚集，大面積分布，只有“甜點(diǎn)區(qū)”和非“甜點(diǎn)區(qū)”之分，沒有明顯圈閉邊界；②儲(chǔ)集層致密（孔隙度4%～12%，滲透率小于1×10-3μm2），微—納米級(jí)孔喉系統(tǒng)發(fā)育，需水平井和壓裂技術(shù)改造才能產(chǎn)出，是一種“人工油氣藏”；③多種相態(tài)共存（固、液、氣相及游離態(tài)、吸附態(tài)等）；④“近源”或“源內(nèi)”成藏，源儲(chǔ)一體，油氣受層系控制、分布穩(wěn)定、資源規(guī)模大；⑤具有特殊的成藏機(jī)理和油氣藏流動(dòng)機(jī)理。

中國(guó)學(xué)者結(jié)合本國(guó)特殊地質(zhì)條件，創(chuàng)新研發(fā)非常規(guī)油氣地質(zhì)理論和方法技術(shù)，在非常規(guī)油氣基礎(chǔ)地質(zhì)理論方面，取得了一批居于國(guó)際學(xué)科前沿的重要研究成果：①在中國(guó)首先發(fā)現(xiàn)和表征致密儲(chǔ)集層中納米級(jí)孔喉系統(tǒng)，建立油氣聚集微納米孔喉結(jié)構(gòu)模式，突破了頁(yè)巖、致密砂巖無儲(chǔ)集空間的局限認(rèn)識(shí)；②揭示非常規(guī)油氣“連續(xù)型”聚集規(guī)律，提出其與常規(guī)圈閉油氣10個(gè)特征差異，并創(chuàng)新提出含油氣盆地常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”規(guī)律；③揭示非常規(guī)油氣成藏中“非浮力作用”起主導(dǎo)作用，并提出非浮力作用機(jī)理，指出該作用的頂?shù)咨疃冉缦蓿虎芙㈥懴嗪璐笮蜏\水三角洲與砂質(zhì)碎屑流及富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖細(xì)粒沉積等分布模式，揭示了陸相致密油氣、頁(yè)巖油氣富集的層序特征與分布規(guī)律。在中國(guó)非常規(guī)油氣勘探評(píng)價(jià)與地質(zhì)規(guī)律方面：①煤層氣：在具有中國(guó)特點(diǎn)的高煤階煤層氣吸附特征、賦存條件和成藏模式、構(gòu)造演化和水動(dòng)力控藏作用、高豐度富集區(qū)形成機(jī)理等方面取得了創(chuàng)新性成果，構(gòu)建了高煤階煤層氣地質(zhì)理論體系。②頁(yè)巖氣：重點(diǎn)針對(duì)華南地區(qū)五峰—龍馬溪組和筇竹寺組海相地層頁(yè)巖氣，頁(yè)巖儲(chǔ)集空間表征、賦存特征及富集機(jī)理、資源評(píng)價(jià)及選區(qū)選段、“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)等方面取得重大進(jìn)展，初步形成了中國(guó)高演化程度海相頁(yè)巖氣地質(zhì)理論體系。③致密油：在致密油基本特征及形成條件、致密儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間表征、聚集機(jī)理及成藏模式、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及資源評(píng)價(jià)等方面取得重要進(jìn)展，初步構(gòu)建了中國(guó)陸相致密油地質(zhì)理論框架。④致密氣：在致密砂巖氣地球化學(xué)組成特征及氣源、生烴動(dòng)力學(xué)研究、致密砂巖成因及儲(chǔ)集空間表征、運(yùn)聚動(dòng)力及成藏機(jī)理、評(píng)價(jià)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)、富集區(qū)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)等方面取得顯著進(jìn)展，認(rèn)為中國(guó)致密砂巖氣均為煤成氣，提出發(fā)育“連續(xù)型”和“圈閉型”兩類致密砂巖氣藏，建立了中國(guó)致密砂巖氣地質(zhì)理論體系。

問：非常規(guī)油氣理論對(duì)經(jīng)典石油天然氣地質(zhì)學(xué)的重大突破表現(xiàn)在哪里?

答：非常規(guī)油氣突破對(duì)石油天然氣地質(zhì)學(xué)創(chuàng)新和世界石油工業(yè)發(fā)展均具有重大戰(zhàn)略影響。以發(fā)現(xiàn)致密儲(chǔ)集層納米孔喉系統(tǒng)、建立“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)新“連續(xù)型”油氣聚集、提出“人工油氣藏”開發(fā)等為核心的非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)理論的建立，是對(duì)經(jīng)典石油天然氣地質(zhì)學(xué)的重大突破，也為我國(guó)乃至世界油氣從常規(guī)向非常規(guī)戰(zhàn)略發(fā)展提供了理論指導(dǎo)，有重大的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

非常規(guī)油氣突破了經(jīng)典石油天然氣地質(zhì)學(xué)中的許多認(rèn)識(shí)局限，包括傳統(tǒng)的含油氣系統(tǒng)理論受到巨大沖擊，主要體現(xiàn)在5個(gè)方面：①連續(xù)型油氣聚集理論，層狀儲(chǔ)集體可儲(chǔ)存油氣，大面積連續(xù)分布，沒有明顯的圈閉界限，突破了儲(chǔ)集層界限，也打破了傳統(tǒng)圈閉成藏的概念；②致密儲(chǔ)集層中發(fā)現(xiàn)納米級(jí)孔喉系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)的儲(chǔ)集層界限，打破了頁(yè)巖、致密砂巖“磨刀石”基本無儲(chǔ)集空間的局限認(rèn)識(shí)，開辟致密砂巖、致密碳酸鹽巖和頁(yè)巖等非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層新類型；③非常規(guī)油氣藏源儲(chǔ)一體，致密儲(chǔ)集層、泥頁(yè)巖本身具有蓋層功能，不需要蓋層封堵；④非常規(guī)油氣聚集，其運(yùn)聚動(dòng)力少數(shù)為浮力作用、多數(shù)為非浮力作用，油氣運(yùn)聚并不遵循傳統(tǒng)的生烴灶、運(yùn)聚系統(tǒng)、匯聚域的油氣系統(tǒng)模式，源內(nèi)成藏表明殘留烴也可成為有效資源；⑤非常規(guī)油氣生烴層系，控制油氣大面積分布。

問：您對(duì)石油天然氣地質(zhì)學(xué)的未來有哪些看法？

答：非常規(guī)油氣突破是世界石油工業(yè)的重大變化，為石油天然氣地質(zhì)學(xué)創(chuàng)新帶來了全新的發(fā)展機(jī)遇。未來石油天然氣地質(zhì)學(xué)應(yīng)是一個(gè)新的經(jīng)過重大改造的理論體系，涵蓋常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣，吸收勘探發(fā)現(xiàn)與科學(xué)研究的最新進(jìn)展，著眼于油氣全過程規(guī)模效益發(fā)現(xiàn)，重新定義生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保等關(guān)鍵地質(zhì)要素內(nèi)涵，系統(tǒng)總結(jié)常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣在分布特征、儲(chǔ)集層特征、源儲(chǔ)組合、聚集單元、運(yùn)移方式、聚集機(jī)理、滲流特征、流體特征、資源特征等方面的顯著區(qū)別，推動(dòng)常規(guī)—非常規(guī)油氣整體研究、整體開發(fā)。

未來石油天然氣地質(zhì)學(xué)，應(yīng)是一個(gè)新的全油氣系統(tǒng)理論模型，不局限于“從烴源巖到圈閉”的視角，而是從“源儲(chǔ)耦合、有序聚集”的新視角，包括長(zhǎng)距離運(yùn)移烴、近距離運(yùn)移烴、滯留烴，包括常規(guī)與非常規(guī)油氣兩種資源，從烴類生-排-運(yùn)-聚全過程定量化研究的4個(gè)關(guān)鍵問題出發(fā)，分析常規(guī)-非常規(guī)油氣聚集機(jī)理，實(shí)現(xiàn)油氣生運(yùn)聚全過程分析，油氣資源全類型發(fā)現(xiàn)，勘探、開發(fā)、工程、集輸全板塊整合，整體研究評(píng)價(jià)，立體勘探開發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)含油氣單元內(nèi)常規(guī)—非常規(guī)油氣最大限度的經(jīng)濟(jì)性采出。

非常規(guī)油氣具有連續(xù)分布、儲(chǔ)集層致密、多相態(tài)共存、近源或源內(nèi)聚集、特殊成藏機(jī)理等5個(gè)不同于常規(guī)油氣的全新特征，對(duì)傳統(tǒng)油氣地質(zhì)理論帶來重大挑戰(zhàn)。非常規(guī)油氣革命不僅具有油氣資源大幅增加的經(jīng)濟(jì)意義，對(duì)石油天然氣地質(zhì)學(xué)理論革新也具有重要的科學(xué)意義。