非常規油氣地質學的建立與實踐

趙景錕 曹中宗

摘 要：在全球能源需求逐年上漲，油氣資源消費總量占能源總量的一半以上，而油氣儲量產能增長速度逐漸放緩的大背景下，非常規油氣因其豐富的儲量逐漸走入人們視野。科技的進步使得非常規油氣的經濟化、工業化開采變為可能。為此，非常規油氣地質學作為其指導學科，緊密結合實際地質情況與工業需求，形成了系統科學的理論。本文將從非常規油氣地質學的產生背景，研究內容與發展現狀三個方面進行簡要敘述。

關鍵詞：非常規油氣;地質學;細粒沉積

引言：近年來，人們對環境保護，低碳生活的呼聲越來越高，對能源可持續發展的重視程度逐年加深，尋求新的能源發展方向成為必然趨勢。其中，非常規油氣資源儲量巨大，合理的研究開發有利于促進全球能源儲量持續增長，穩定國際油價。因此，在傳統的油氣地質學基礎上，建立發展非常規油氣地質學，在世界范圍內都具有極大的科學意義與經濟效益。

一、誕生背景

上個世紀三十年代，國外科學家通過研究油氣藏分布特征與規律，預測了一種儲源共生的油氣資源，即非常規油氣的存在。但是當時受科技水平限制，且對油氣資源的需求沒有今天這么急迫，認為該種油氣藏無法實現工業化的經濟開采。后來，直至二十世紀九十年代，美國科學家施莫克根據頁巖層、煤巖層油氣成藏的特點，提出了“連續型油氣聚集”，這是非常規油氣的首次概念化，是非常規尤其地質學理論誕生的標志。

如今，全球油氣資源可采儲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%，而在二十一世紀第一個十年中，年均增長可達2.6%。同時，國際整體原油天然氣價格也成上升趨勢，而對于局部地區頁巖氣、致密氣等非常規油氣資源開發程度較高的，其油氣價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“非常規油氣勘探革命”，頁巖油、致密油，煤層氣等勘探可采儲量飛速上升。至2017年，非常規石油產量占全球石油總產量的14%，非常規天然氣產量占全球天然氣總產量的25%。

此外，人們對非常規油氣的認識不斷發展深入。非常規油氣指的是使用傳統手段無法進行工業化經濟開采，要通過改善儲集地質才能加以利用的連續性油氣聚集。與傳統油氣資源不同，它具有一些新的特征：儲源共生，油氣藏成大面積連續分布，無明顯的圈閉界限;孔隙可達微-納米級別，能量損失與滲流速度之間關系不明顯。這兩大特征突破了傳統油氣地質學的理論認識，對其進行了擴充與深化。同時，傳統油氣地質學也為新理論的誕生奠定了框架與基礎。

二、研究內容與方法

油氣地質學是為探勘油氣分布，評估油氣資源質量，知道油氣開采方式服務的，非常規油氣地質學也是如此。對于該學科，其主要研究內容包括以下幾點：

（一）“含油氣系統”的更新完善

上個世紀七十年代，“含油氣系統”理論的提出對知道油氣探勘開采意義重大，但是非常規油氣其獨有的一系列特點，使得我們必須對“含油氣系統”理論進行更新再認識。將研究對象由圈閉轉為烴源，將含油氣系統的概念擴大到烴源巖系，近源的致密砂巖與灰巖系等等。

非常規油氣的成藏原理也是該學科研究的一大重點。在傳統的認知中，致密儲層中是不會有油氣儲存的，而對于非常規油氣，烴源層中有機孔的大量發育，生烴過程中對致密層產生的溶蝕增空，都使得非常規油氣存儲層顯得更加特殊。

（二）細粒沉積

非常規油氣評價體系的建立，離不開對細粒沉積與致密相帶的研究。首先，要從結構、組成、環境等方面建立起細粒沉積模型，對致密相帶進行研究。其次，研究該模型中源-儲的配置關系，對聚油氣模式進行研究，總結其中規律，識別最有可能富有非常規油氣資源的細粒沉積巖系。致密油就是非常規油氣中研究細粒沉積體系的代表。

（三）微-納米級孔隙與流體相態

納米級孔喉是非常規油氣存儲的主要系統，通過對微-納米級孔隙的發育分布情況、其對油氣的吸附存儲能力、其中流體相態、存儲吸附油氣的機理等方面的研究，可以確定其內部油氣存儲量，并進行可動性評價。在微米級別的孔隙中，流體流動受到毛細管阻力的影響，發生滲流現象，其能量損失與滲流速度之間的關系服從達西定律;而在納米級別的孔隙中，因分子直接存在較強的作用力，流體與介質之間存在粘滯力，此時就不符合達西定律，油氣被吸附在礦物與干酪根表面，甚至擴散至有機質內部。

（四）分布規律與價值評價

受科學技術限制，即使在今天，也并不是所有的非常規油氣都值得開采。通過研究其富集狀況與分布規律，對油氣藏進行評價，可有效提高勘探采集的經濟效益。一般來說，在對一處非常規油氣資源進行評價時，要綜合考慮以下幾點：①EUR，即可采資源的客觀評價，需要綜合實際產能。②結合原型盆地，烴巖源集中發育區，儲存結構的穩定性以及地表施工條件進行評價。③對富集段與甜點區進行評選。此外，對于不同的非常規油氣資源，要選擇合適的評價方法，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，常使用類比法與統計法。

三、發展現狀與實踐

由于非常規油氣地質結構復雜，且傳統的勘探手段與開采技術并不完全適用，所以目前非常規油氣的開發還處在起步階段。

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利用，并取得了一定成果，其原油生產量大大提升，進口量只在原有的百分之六十。近年來，美國將重點放于了阿拉斯加北部的天然水合物，其儲量之巨大，若能成功開采有望大大降低全美的天然氣費用。油砂的開發技術在加拿大取得了重大突破，其通過油砂獲取的原油已經超過常規油。成為全球第二大儲油國。

就國內而言，我國各地區非常規油氣勘探開發成果是十分顯著的。致密油的勘探開發在鄂爾多斯、松遼、準噶爾三個盆地中都取得了重大突破。在開發方面，2018年非常規油氣的產量上了一個新的臺階。數據顯示，2018年中國非常規天然氣產量達到507億立方米，占該年天然氣總產量（1603億立方米）的三分之一。其中，致密氣產量為345億立方米，頁巖氣為108億立方米，煤層氣為54億立方米。

四、結語

非常規油氣地質學如今尚處于起步階段，許多理論與技術還不完善，想要深入完善理論結構，切實指導實際生產，還需要國家政府的高度重視與投入，需要業界科研人員的不斷努力，同時，在解決開發技術相關難題的同時，也應該注重非常規油氣開發過程中的三廢排放問題，加強環境管理，助推綠色發展，將可持續發展落在實處。

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