非常規油氣勘探開發現狀及發展前景

黃 鑫 董秀成 肖春躍 鐘水清， 李克智

1.中國石油大學（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，四川 成都 610500

0 前言

隨著常規油氣資源的快速消耗，新增資源的勘探開發難度增大，全球油氣資源勘探開發正在由傳統的常規油氣為主轉為常規與非常規油氣并重的局面。近年來，非常規油氣資源的勘探開發勢頭強勁，呈現出巨大潛力。除深水等新領域外，加強非常規油氣資源勘探開發已成全球趨勢。非常規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

全球油頁巖蘊藏的頁巖油資源量約3662×108t，比傳統石油資源量多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致力于從事油頁巖加工技術的發展和研究，持續開展從油頁巖中生產石油技術的研發、測試和先導性試驗。但由于常規石油資源的供需、價格波動及油頁巖生產礦場設計的經濟不確定性，至今還未大規模工業化生產油頁巖［2～3］。

1.1 開發現狀

隨著油價高，對油頁巖的開發利用日益活躍。2005年美國通過了發展非常規能源的法案，掀起了油頁巖干餾煉油的研發高潮。美國現有29家公司正開展油頁巖加工利用研究，其中14家研發地下干餾，11家研發地上干餾，2家研究頁巖油加氫制取輕質油品，大多正處于實驗室、數學模擬或概念研究階段。另有幾家公司致力于干餾新技術的開發，或籌劃開展實地試驗，僅殼牌公司正在進行現場地下干餾的中試。油頁巖工業在中國已有80多年歷史，20世紀50年代中國油頁巖開發利用進入繁榮時期，頁巖油占中國原油產量的50%。20世紀90年代以后，對石油需求的增長促使油頁巖工業復蘇并迅速發展。2004年，我國相繼投入開發了遼寧撫順、廣東茂名、吉林樺甸、山東龍口、羅子溝等油頁巖礦區。2008年，中國油頁巖年產量為4.0×105t，主要來自于撫順礦業集團，年產量達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方面獲得了一定經驗，但未能進入正常運轉［5］。

1.2 發展前景

油頁巖工業發展主要受經濟、環保和資源［6］三方面因素制約。2002年“全球油頁巖的利用與展望”會議的專家討論認為，目前傳統油資源緊缺，當污染小和效率更高的技術得到廣泛應用后，頁巖油的開發利用前景大好。2020年后，頁巖油的產量會逐漸增大。

a）影響油頁巖競爭力的關鍵因素是相關條例和政策。沸騰爐技術的采用將推動愛沙尼亞400×104t規模油頁巖工廠建設規劃的實施，使頁巖油產量超過2 100×104t。 而 ATP 流程（Alberta Taciuk Processor）的成功商業化，使澳大利亞頁巖油的年產量由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，預計到2020年世界頁巖油消費量將達到1.3×108t。

b）國際能源機構在“2002年世界能源展望”會議中認為，2020年以后，增加的非傳統來源的石油供應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

頁巖氣是非常規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，以吸附或游離狀態存在的天然氣。頁巖是典型的自生自儲連續型氣藏，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，在開發上主要表現為常規試氣產能低或無產能。因此，常規氣藏的開發技術無法適應其高效開發。我國頁巖氣資源潛力大且地質條件優越，總資源量達100×1012m3，相當于常規天然氣量的2倍。但目前我國還處于頁巖氣勘探開發的前期探索階段，面臨資源狀況不詳，缺乏核心技術及政策支持，投資主體單一，管網設施不足等問題。鑒于我國含氣頁巖的特殊性，需著力解決以下關鍵技術問題：客觀評價我國頁巖氣資源及其富集特點；頁巖氣勘探開發評價及選區技術；頁巖氣工業化勘探開發的經濟界限問題；頁巖氣低成本開發技術等，大力推動我國頁巖氣開發利用進程［7～10］。

2.1 開發現狀

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，相當于常規天然氣的 1.4倍［11］，見表 1。

表1 全球非常規天然氣資源量

我國各地質時期頁巖分布廣泛，頁巖氣資源十分豐富，可采資源量約為26×1012m3，經濟價值巨大。經對比發現，我國頁巖氣成藏機理條件和地質條件與美國相似，頁巖氣資源前景及開發潛力與美國大致相同。頁巖氣富集地質條件優越，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為海相的揚子克拉通地區，普遍發育黑色富含有機質泥頁巖，有機碳含量最高達 12%［12～13］。 我國頁巖氣資源的勘探開發尚處于初級階段，距離頁巖氣資源的規模開發還需較長時間。我國頁巖氣產業和美國相比存在以下差異：氣藏地表條件復雜，儲層埋藏深；管網設施不完善；開發技術不成熟，缺乏關鍵核心技術；缺乏專門支持頁巖氣勘探開發的稅收優惠和補貼等財政稅收政策［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公司與美國新田石油公司以四川省威遠地區頁巖氣資源勘探開發前景綜合評價為研究內容，簽署了“威遠地區頁巖氣聯合研究”協議，成為我國頁巖氣開發對外合作簽署的首個協議。2008年11月26日中國石油勘探開發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據。2009年11月10日，隨著中國石油天然氣集團公司與殼牌公司在京簽訂 “四川盆地富順—永川區塊頁巖氣聯合評價協議”，標志著我國首個頁巖氣合作開發項目正式進入實施階段［14］。我國頁巖氣資源豐富，頁巖氣的大規模開發對中國未來的能源供應、消費結構和開發格局產生戰略性影響，能緩和中國對石油的急劇需求，減緩我國經濟受全球高企油價的影響，同時減少煤炭的開采和燃燒，減少環境污染及其蔓延，能源消費結構的變化也會減輕交通運輸壓力［15～16］。

2.2 發展前景

根據國民經濟中長期規劃和國家能源發展戰略的要求，堅持常規與非常規天然氣并重，加強宏觀協調，統籌頁巖氣資源戰略調查、勘探開發和市場培育，積極采取措施給予產業引導，促進頁巖氣產業的健康發展，使之成為可供長遠利用的清潔能源［17～18］。

在極富挑戰性的背景下，我國頁巖氣研究與勘探開發具有以下發展趨勢：

a）未來一個時期的主要研究內容將是頁巖氣地質理論及資源評價理論和方法。

b）頁巖氣地質基礎研究工作受到重視。

c）開展試井及增產開發措施研究。

d）四川盆地具有成為中國第一個頁巖氣勘探開發先導性試驗建設基地。

e）爭取政策扶植和基金資助，開展多種合作，增進學術交流，促進人才培養。

3 煤層氣勘探開發

煤層氣又稱煤層瓦斯，煤層甲烷，是成煤過程中經過生物化學熱解作用以吸附或游離狀態賦存于煤層及固巖的自儲式天然氣體，屬于非常規天然氣，1m3純煤層氣的熱值相當于1.13 kg汽油、1.21 kg標準煤，與天然氣相當，可與天然氣混輸混用，燃燒后幾乎不產生任何廢氣，是優質的化工和能源原料。

3.1 開發現狀

煤層氣是煤層自生自儲式的非常規天然氣，全球有74個國家有煤層氣資源，埋深淺于2 000m的約240×1012m3，是常規天然氣探明儲量的2倍多。世界主要產煤國都非常重視煤層氣開發，英國、俄羅斯、美國等國的生產方式為煤炭開采前抽放或采空區封閉抽放方式，產業發展較為成熟。美國是目前世界上煤層氣商業化開發最成功的國家，20世紀80年代初煤層氣地面鉆井開采技術取得突破性進展，將世界煤層氣開發帶入了新階段［19］。中國煤層氣資源豐富，居世界第三位，我國埋深1 500m以內的煤層氣可采資源量約10.9×1012m3，2 000 m以內的煤層氣地質資源量約36.8×1012m3。全國95%的煤層氣資源分布在新疆、晉陜內蒙古、云貴川渝和冀豫皖等四個含氣區，其中晉陜內蒙古含氣區煤層氣資源量最大，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、提供商業化的高效和潔凈能源的功效，具有安全、環保和巨大的經濟效益。

3.2 發展前景

目前國外煤層氣的勘探開發具有以下發展趨勢：

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

b）不壓裂水平井單井產量比直井壓裂井高4倍。因此，煤層氣的水平鉆井井數將增加。

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

針對目前我國煤層氣開發利用中存在的科研投入和技術創新不足、煤炭與煤層氣礦業權重疊、相關政策落實不到位影響企業積極性、煤層氣抽采難度大、利用率偏低等現實問題，實行資源先行、上游開發與下游利用相結合，煤層氣開發利用與煤礦安全、環境保護相結合，煤層氣開發利用與天然氣相結合，按照先淺后深、先富后貧的順序積極推進，把煤層氣開發利用打造成我國新的支柱產業。

4 致密氣藏開發

目前，對致密氣藏無統一的標準和界限，取決于每個國家的石油資源狀況和技術經濟條件，隨著對致密氣認識程度的提高而不斷發展完善。按照我國的標準，有效滲透率≤0.1×10-3μm2、孔隙度≤10%的氣藏為致密氣藏。

4.1 開發現狀

致密氣藏最早被稱為隱蔽油氣藏，發現于1927年的美國圣胡安盆地，于20世紀50年代初投入工業開發，是非常規天然氣資源中勘探開發最為成熟的氣源。由于致密氣藏和煤層甲烷的擴大開發，美國非常規天然氣產量由1970年的283×108m3增至1997年的1 132×108m3。據估算，目前世界上尚未全面開發的非常規天然氣資源量有 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］。以現今技術可開采的非常規天然氣而論，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世紀最現實的重要能源。

4.2 發展前景

致密氣藏的評估、開發和生產技術有40多年的發展歷史。我國致密氣藏資源豐富、潛力巨大，要實現致密氣藏資源向產量的轉化，緩解常規天然氣開發壓力，急需突破地質認識與工藝技術的瓶頸。

目前部分致密氣藏正在作為低滲氣藏被勘探開發，需開展致密氣藏資源潛力評價，拓寬勘探領域，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構、滲流特征等，應深入研究其開發機理、井型井網優化、合理的配產等開發技術政策，為致密氣藏規模有效開發做好技術儲備。

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

5 結論

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

b）我國非常規油氣資源勘探開發利用程度差異較大。煤層氣開發已取得進展，致密氣藏開發需要進一步擴大開發領域，頁巖氣開發正在起步，頁巖油開發處于探索階段，油頁巖規?；_發還需新技術研究作為支撐。

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