非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)的建立與實(shí)踐

趙景錕 曹中宗

摘 要：在全球能源需求逐年上漲，油氣資源消費(fèi)總量占能源總量的一半以上，而油氣儲(chǔ)量產(chǎn)能增長速度逐漸放緩的大背景下，非常規(guī)油氣因其豐富的儲(chǔ)量逐漸走入人們視野。科技的進(jìn)步使得非常規(guī)油氣的經(jīng)濟(jì)化、工業(yè)化開采變?yōu)榭赡?。為此，非常?guī)油氣地質(zhì)學(xué)作為其指導(dǎo)學(xué)科，緊密結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況與工業(yè)需求，形成了系統(tǒng)科學(xué)的理論。本文將從非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生背景，研究內(nèi)容與發(fā)展現(xiàn)狀三個(gè)方面進(jìn)行簡要敘述。

關(guān)鍵詞：非常規(guī)油氣;地質(zhì)學(xué);細(xì)粒沉積

引言：近年來，人們對環(huán)境保護(hù)，低碳生活的呼聲越來越高，對能源可持續(xù)發(fā)展的重視程度逐年加深，尋求新的能源發(fā)展方向成為必然趨勢。其中，非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)量巨大，合理的研究開發(fā)有利于促進(jìn)全球能源儲(chǔ)量持續(xù)增長，穩(wěn)定國際油價(jià)。因此，在傳統(tǒng)的油氣地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)上，建立發(fā)展非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)，在世界范圍內(nèi)都具有極大的科學(xué)意義與經(jīng)濟(jì)效益。

一、誕生背景

上個(gè)世紀(jì)三十年代，國外科學(xué)家通過研究油氣藏分布特征與規(guī)律，預(yù)測了一種儲(chǔ)源共生的油氣資源，即非常規(guī)油氣的存在。但是當(dāng)時(shí)受科技水平限制，且對油氣資源的需求沒有今天這么急迫，認(rèn)為該種油氣藏?zé)o法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的經(jīng)濟(jì)開采。后來，直至二十世紀(jì)九十年代，美國科學(xué)家施莫克根據(jù)頁巖層、煤巖層油氣成藏的特點(diǎn)，提出了“連續(xù)型油氣聚集”，這是非常規(guī)油氣的首次概念化，是非常規(guī)尤其地質(zhì)學(xué)理論誕生的標(biāo)志。

如今，全球油氣資源可采儲(chǔ)量雖然每年都有增長，但其增速已明顯放緩，2019年其年均增長速度為0.6%，而在二十一世紀(jì)第一個(gè)十年中，年均增長可達(dá)2.6%。同時(shí)，國際整體原油天然氣價(jià)格也成上升趨勢，而對于局部地區(qū)頁巖氣、致密氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)程度較高的，其油氣價(jià)格上漲速度得到有效抑制，對全球整體油氣供需情況都有極大影響。

此外，近年來全球開始了一場“非常規(guī)油氣勘探革命”，頁巖油、致密油，煤層氣等勘探可采儲(chǔ)量飛速上升。至2017年，非常規(guī)石油產(chǎn)量占全球石油總產(chǎn)量的14%，非常規(guī)天然氣產(chǎn)量占全球天然氣總產(chǎn)量的25%。

此外，人們對非常規(guī)油氣的認(rèn)識不斷發(fā)展深入。非常規(guī)油氣指的是使用傳統(tǒng)手段無法進(jìn)行工業(yè)化經(jīng)濟(jì)開采，要通過改善儲(chǔ)集地質(zhì)才能加以利用的連續(xù)性油氣聚集。與傳統(tǒng)油氣資源不同，它具有一些新的特征：儲(chǔ)源共生，油氣藏成大面積連續(xù)分布，無明顯的圈閉界限;孔隙可達(dá)微-納米級別，能量損失與滲流速度之間關(guān)系不明顯。這兩大特征突破了傳統(tǒng)油氣地質(zhì)學(xué)的理論認(rèn)識，對其進(jìn)行了擴(kuò)充與深化。同時(shí)，傳統(tǒng)油氣地質(zhì)學(xué)也為新理論的誕生奠定了框架與基礎(chǔ)。

二、研究內(nèi)容與方法

油氣地質(zhì)學(xué)是為探勘油氣分布，評估油氣資源質(zhì)量，知道油氣開采方式服務(wù)的，非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)也是如此。對于該學(xué)科，其主要研究內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：

（一）“含油氣系統(tǒng)”的更新完善

上個(gè)世紀(jì)七十年代，“含油氣系統(tǒng)”理論的提出對知道油氣探勘開采意義重大，但是非常規(guī)油氣其獨(dú)有的一系列特點(diǎn)，使得我們必須對“含油氣系統(tǒng)”理論進(jìn)行更新再認(rèn)識。將研究對象由圈閉轉(zhuǎn)為烴源，將含油氣系統(tǒng)的概念擴(kuò)大到烴源巖系，近源的致密砂巖與灰?guī)r系等等。

非常規(guī)油氣的成藏原理也是該學(xué)科研究的一大重點(diǎn)。在傳統(tǒng)的認(rèn)知中，致密儲(chǔ)層中是不會(huì)有油氣儲(chǔ)存的，而對于非常規(guī)油氣，烴源層中有機(jī)孔的大量發(fā)育，生烴過程中對致密層產(chǎn)生的溶蝕增空，都使得非常規(guī)油氣存儲(chǔ)層顯得更加特殊。

（二）細(xì)粒沉積

非常規(guī)油氣評價(jià)體系的建立，離不開對細(xì)粒沉積與致密相帶的研究。首先，要從結(jié)構(gòu)、組成、環(huán)境等方面建立起細(xì)粒沉積模型，對致密相帶進(jìn)行研究。其次，研究該模型中源-儲(chǔ)的配置關(guān)系，對聚油氣模式進(jìn)行研究，總結(jié)其中規(guī)律，識別最有可能富有非常規(guī)油氣資源的細(xì)粒沉積巖系。致密油就是非常規(guī)油氣中研究細(xì)粒沉積體系的代表。

（三）微-納米級孔隙與流體相態(tài)

納米級孔喉是非常規(guī)油氣存儲(chǔ)的主要系統(tǒng)，通過對微-納米級孔隙的發(fā)育分布情況、其對油氣的吸附存儲(chǔ)能力、其中流體相態(tài)、存儲(chǔ)吸附油氣的機(jī)理等方面的研究，可以確定其內(nèi)部油氣存儲(chǔ)量，并進(jìn)行可動(dòng)性評價(jià)。在微米級別的孔隙中，流體流動(dòng)受到毛細(xì)管阻力的影響，發(fā)生滲流現(xiàn)象，其能量損失與滲流速度之間的關(guān)系服從達(dá)西定律;而在納米級別的孔隙中，因分子直接存在較強(qiáng)的作用力，流體與介質(zhì)之間存在粘滯力，此時(shí)就不符合達(dá)西定律，油氣被吸附在礦物與干酪根表面，甚至擴(kuò)散至有機(jī)質(zhì)內(nèi)部。

（四）分布規(guī)律與價(jià)值評價(jià)

受科學(xué)技術(shù)限制，即使在今天，也并不是所有的非常規(guī)油氣都值得開采。通過研究其富集狀況與分布規(guī)律，對油氣藏進(jìn)行評價(jià)，可有效提高勘探采集的經(jīng)濟(jì)效益。一般來說，在對一處非常規(guī)油氣資源進(jìn)行評價(jià)時(shí)，要綜合考慮以下幾點(diǎn)：①EUR，即可采資源的客觀評價(jià)，需要綜合實(shí)際產(chǎn)能。②結(jié)合原型盆地，烴巖源集中發(fā)育區(qū)，儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及地表施工條件進(jìn)行評價(jià)。③對富集段與甜點(diǎn)區(qū)進(jìn)行評選。此外，對于不同的非常規(guī)油氣資源，要選擇合適的評價(jià)方法，例如針對煤層氣、油頁巖、天然水合物等，常常采用體積法;而對致密油氣、頁巖氣等，常使用類比法與統(tǒng)計(jì)法。

三、發(fā)展現(xiàn)狀與實(shí)踐

由于非常規(guī)油氣地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且傳統(tǒng)的勘探手段與開采技術(shù)并不完全適用，所以目前非常規(guī)油氣的開發(fā)還處在起步階段。

從國際上來看，以色列一直專注于油頁巖中液體石油的勘探與開發(fā)利用，并取得了一定成果，其原油生產(chǎn)量大大提升，進(jìn)口量只在原有的百分之六十。近年來，美國將重點(diǎn)放于了阿拉斯加北部的天然水合物，其儲(chǔ)量之巨大，若能成功開采有望大大降低全美的天然氣費(fèi)用。油砂的開發(fā)技術(shù)在加拿大取得了重大突破，其通過油砂獲取的原油已經(jīng)超過常規(guī)油。成為全球第二大儲(chǔ)油國。

就國內(nèi)而言，我國各地區(qū)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)成果是十分顯著的。致密油的勘探開發(fā)在鄂爾多斯、松遼、準(zhǔn)噶爾三個(gè)盆地中都取得了重大突破。在開發(fā)方面，2018年非常規(guī)油氣的產(chǎn)量上了一個(gè)新的臺(tái)階。數(shù)據(jù)顯示，2018年中國非常規(guī)天然氣產(chǎn)量達(dá)到507億立方米，占該年天然氣總產(chǎn)量（1603億立方米）的三分之一。其中，致密氣產(chǎn)量為345億立方米，頁巖氣為108億立方米，煤層氣為54億立方米。

四、結(jié)語

非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)如今尚處于起步階段，許多理論與技術(shù)還不完善，想要深入完善理論結(jié)構(gòu)，切實(shí)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，還需要國家政府的高度重視與投入，需要業(yè)界科研人員的不斷努力，同時(shí)，在解決開發(fā)技術(shù)相關(guān)難題的同時(shí)，也應(yīng)該注重非常規(guī)油氣開發(fā)過程中的三廢排放問題，加強(qiáng)環(huán)境管理，助推綠色發(fā)展，將可持續(xù)發(fā)展落在實(shí)處。

參考文獻(xiàn)：

[1]張琳.淺談國內(nèi)外非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用[J].化工管理，2020（14）：4-5.

[2]吳西順，孫張濤，楊添天，王淑玲，張煒.全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)進(jìn)展及資源潛力[J].海洋地質(zhì)前沿，2020，36（04）：1-17.

[3]李國欣，朱如凱.中國石油非常規(guī)油氣發(fā)展現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與關(guān)注問題[J].中國石油勘探，2020，25（02）：1-13.

[4]李志華，周紹琴.非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)建立及實(shí)踐[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（11）：131-132.