非常規(guī)油氣資源發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵問(wèn)題

摘 要

摘要：我國(guó)非常規(guī)油氣資源非常豐富，加快對(duì)其的開(kāi)發(fā)利用對(duì)確保國(guó)家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。為此介紹了我國(guó)煤層氣、油砂、油頁(yè)巖、頁(yè)巖氣、天然氣水合物.、致密砂巖氣等非
摘要：我國(guó)非常規(guī)油氣資源非常豐富，加快對(duì)其的開(kāi)發(fā)利用對(duì)確保國(guó)家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。為此介紹了我國(guó)煤層氣、油砂、油頁(yè)巖、頁(yè)巖氣、天然氣水合物.、致密砂巖氣等非常規(guī)油氣的資源狀況，分析了國(guó)家對(duì)非常規(guī)油氣資源的戰(zhàn)略需求。結(jié)論指出，為加快我國(guó)非常規(guī)油氣資源開(kāi)發(fā)利用步伐，需對(duì)以下非常規(guī)油氣領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展攻關(guān)：油砂成礦規(guī)律及提高分離效率基礎(chǔ)研究、油頁(yè)巖成礦規(guī)律及原位開(kāi)采基礎(chǔ)研究、頁(yè)巖氣成藏機(jī)制及高效開(kāi)采基礎(chǔ)研究、致密砂巖氣成藏機(jī)理及開(kāi)采基礎(chǔ)研究、天然氣水合物成藏富集規(guī)律及開(kāi)采工藝基礎(chǔ)研究。
關(guān)鍵詞：中國(guó)；非常規(guī)油氣；勘探；開(kāi)發(fā)；現(xiàn)狀；需求；基礎(chǔ)研究
1 我國(guó)非常規(guī)油氣資源基礎(chǔ)
1.1 煤層氣
    據(jù)國(guó)土資源部新一輪全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果，我國(guó)42個(gè)主要含煤盆地煤層埋深2000m以淺的煤層氣地質(zhì)資源為36.8×108m3[1]。目前煤層氣的開(kāi)采方式主要有兩種：一種為地面開(kāi)采方式，通過(guò)地面鉆井方式進(jìn)行開(kāi)采，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成產(chǎn)能大約7.5×108m3/a；另一種為煤礦井下抽放開(kāi)采，2007年井下抽放產(chǎn)能大約為47×108m3/a。我國(guó)地質(zhì)構(gòu)造普遍比較復(fù)雜，受多期構(gòu)造活動(dòng)影響，煤層滲透率、儲(chǔ)層的壓力普遍偏低，給開(kāi)采帶來(lái)一定的技術(shù)難度，經(jīng)過(guò)近20a的發(fā)展，煤層氣勘探技術(shù)已經(jīng)比較成熟，開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)取得突破，煤層氣正處于快速發(fā)展的時(shí)期，就目前煤層氣產(chǎn)量與資源量比例關(guān)系來(lái)看，煤層氣還有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
1.2 油砂
    油砂又稱瀝青砂，通常是由砂、瀝青、礦物質(zhì)、黏土和水組成的混合物，一般將油砂油定義為在油層溫度條件下，黏度大于1×104mPa·s或相對(duì)密度大于0.95的原油[2]。我國(guó)地質(zhì)歷史構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，為油砂的形成提供基礎(chǔ)條件，幾乎各個(gè)含油氣盆地都有油砂分布。國(guó)土資源部新一輪全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明，我國(guó)陸地24個(gè)盆地埋深500m以淺油砂油地質(zhì)資源量為59.7×108t，可采資源量為22.58×108t，其中0～100m埋深油砂油地質(zhì)資源量為18.56×108t，100～500m埋深油砂油地質(zhì)資源量為41.14×108t，主要分布于西部和東部的盆地。準(zhǔn)噶爾、塔里木、羌塘、柴達(dá)木、松遼、四川和鄂爾多斯等7個(gè)盆地油砂油地質(zhì)資源量為52.92×108t，占全國(guó)總資源量的88.6%[2]。中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院從2003年開(kāi)始系統(tǒng)開(kāi)展了新疆油砂野外地質(zhì)調(diào)查和油砂資源評(píng)價(jià)工作，基本查明了新疆油砂礦的分布和資源量；優(yōu)選出準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的6個(gè)油砂開(kāi)采有利區(qū)塊，摸清重點(diǎn)區(qū)塊油砂礦體的空間展布、含油率變化及分布規(guī)律；在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣風(fēng)城地區(qū)發(fā)現(xiàn)了我國(guó)首個(gè)大型油砂礦，建立了年處理1×104t油砂的水洗分離基地，顯示了該地區(qū)良好的開(kāi)發(fā)前景。
1.3 油頁(yè)巖
    油頁(yè)巖又稱油母頁(yè)巖，是一種高灰分、低熱值的化石燃料，含不溶于溶劑的有機(jī)質(zhì)，經(jīng)低溫干餾可得到頁(yè)巖油、干餾氣和頁(yè)巖半焦。我國(guó)油頁(yè)巖資源十分豐富，全國(guó)油頁(yè)巖資源量7199×108t。頁(yè)巖油資源量476×108t，位居世界第二，主要集中在東部、青藏和中部地區(qū)。其中含油率為5%～10%的頁(yè)巖油資源量占182×108t，含油率大于10%的頁(yè)巖油資源量占140×108t，遠(yuǎn)比國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然石油的儲(chǔ)量要多。頁(yè)巖油探明程度較低，全國(guó)頁(yè)巖油探明儲(chǔ)量約20×108t，主要分布在吉林、廣東、遼寧等省[3]。我國(guó)油頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)利用有70多年歷史，主要用于提煉頁(yè)巖油和發(fā)電。2006年頁(yè)巖油產(chǎn)量超過(guò)20×104t，生產(chǎn)地區(qū)有遼寧省撫順、廣東省茂名、吉林省樺甸、汪清、山東龍口和甘肅省炭山嶺等。
1.4 頁(yè)巖氣
    頁(yè)巖氣也是一種自生自儲(chǔ)型非常規(guī)天然氣，與煤層氣具有一定的相似性，其儲(chǔ)層主要是頁(yè)巖和泥巖，其中吸附氣含量一般為20%～80%。我國(guó)南方古生界海相頁(yè)巖、華北地區(qū)下古生界海相頁(yè)巖、塔里木盆地寒武-奧陶系海相頁(yè)巖、松遼盆地白堊系湖相頁(yè)巖、準(zhǔn)噶爾盆地南緣上二疊統(tǒng)、中-下侏羅統(tǒng)湖相頁(yè)巖和鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)湖相頁(yè)巖等具有分布范圍廣、厚度大、成熟度高等特點(diǎn)，具有頁(yè)巖氣成藏的基本地質(zhì)條件。筆者通過(guò)與美國(guó)頁(yè)巖氣成藏條件對(duì)比，采用類比法初步估算我國(guó)頁(yè)巖氣資源總量約為30.7×1012m3。通過(guò)對(duì)已有油氣井資料井下復(fù)查與解釋，四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)具有頁(yè)巖氣成藏的有利條件，是目前頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的現(xiàn)實(shí)有利區(qū)[4]。
1.5 天然氣水合物
    天然氣水合物俗稱“可燃冰”，1m3的天然氣水合物可釋放出164m3的甲烷氣和0.8m3的水。天然氣水合物的形成需要低溫和高壓的環(huán)境條件，所以一般分布于深水的海底沉積物中或寒冷的永凍土中。據(jù)能源專家估算，全球天然氣水合物中蘊(yùn)藏的天然氣總量為1.8×1012～2.1×1012m3[5]。但是天然氣水合物的開(kāi)采是一項(xiàng)世界性的難題，海底天然氣水合物開(kāi)采方式和控制方法不當(dāng)，可能導(dǎo)致海底失穩(wěn)，大量天然氣水合物釋放到大氣之中，引起強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，將使全球氣候發(fā)生災(zāi)難性的改變。
1.6 致密砂巖氣
    致密砂巖氣藏存在于世界許多盆地中，資源量巨大，其開(kāi)發(fā)活動(dòng)主要集中于美國(guó)、加拿大等國(guó)家。以致密砂巖氣開(kāi)采最為成功的美國(guó)為例，其非常規(guī)天然氣產(chǎn)量占天然氣總產(chǎn)量比重逐年增加，而致密砂巖氣產(chǎn)量居非常規(guī)天然氣產(chǎn)量首位，2008年致密砂巖氣產(chǎn)量占美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的24.1%，已成為美國(guó)天然氣產(chǎn)量的重要組成部分。致密砂巖氣藏幾乎在世界范圍內(nèi)各個(gè)產(chǎn)氣盆地的低滲透含氣層中都存在，加拿大、澳大利亞、墨西哥、委內(nèi)瑞拉、阿根廷、印度尼西亞、俄羅斯、埃及、沙特阿拉伯在過(guò)去的10a中已經(jīng)對(duì)致密砂巖氣藏進(jìn)行了開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。1970年以后我國(guó)根據(jù)北美的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合我國(guó)含氣盆地的地質(zhì)條件，開(kāi)展了致密砂巖氣藏的研究和勘探工作，隨著蘇里格大氣田的開(kāi)發(fā)，致密砂巖氣逐漸成為我國(guó)天然氣勘探生產(chǎn)的重要組成部分。
2 國(guó)家對(duì)油氣能源的戰(zhàn)略需求
    我國(guó)常規(guī)石油資源的勘探開(kāi)發(fā)已經(jīng)處于中期階段，預(yù)測(cè)2020年達(dá)到產(chǎn)量峰值(約為2×108t)[6]，之后中國(guó)的石油產(chǎn)量將不斷下降；常規(guī)天然氣資源開(kāi)發(fā)處于快速發(fā)展階段，市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)2020年缺口將達(dá)到800×108m3。我國(guó)非常規(guī)油氣資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力大，大力開(kāi)發(fā)利用非常規(guī)油氣資源是我國(guó)能源領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略決策。
2.1 發(fā)展非常規(guī)油氣是國(guó)家能源安全的需要
    我國(guó)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期保持較快速度發(fā)展對(duì)油氣資源的需求日益加大，油氣供需矛盾日益突出。2008年原油產(chǎn)量超過(guò)1.89×108t，部分老油田的開(kāi)發(fā)進(jìn)入了“雙高階段”，其主力油田綜合含水高達(dá)90%，油田可采儲(chǔ)量的采出程度高達(dá)80%，開(kāi)發(fā)難度越來(lái)越大。1993年我國(guó)成為石油凈進(jìn)口國(guó)，2008年石油進(jìn)口量近2×108t，對(duì)外依存度達(dá)到47%。天然氣產(chǎn)量同樣不能滿足需求，2008年產(chǎn)量超過(guò)770×108m3，預(yù)計(jì)2020年中國(guó)天然氣需求量將達(dá)1200×108m3，缺口將達(dá)800×108m3[7]。開(kāi)發(fā)豐富的非常規(guī)油氣資源可以緩解我國(guó)日益嚴(yán)峻的能源壓力，在能源安全方面具有重要的意義。我國(guó)應(yīng)借鑒國(guó)外非常規(guī)油氣發(fā)展的技術(shù)理論以及產(chǎn)業(yè)化模式盡快實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣的規(guī)模開(kāi)發(fā)。同時(shí)加大非常規(guī)油氣理論創(chuàng)新，研發(fā)適用于我國(guó)地質(zhì)特點(diǎn)的技術(shù)設(shè)備，促進(jìn)非常規(guī)油氣有效開(kāi)發(fā)，緩解油氣短缺的局面[8～9]。
2.2 加快非常規(guī)油資源開(kāi)發(fā)利用，可以提高石油的自給水平
2.2.1加快油砂開(kāi)發(fā)利用
    根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS，2003)的研究，世界上油砂油可采資源量約為6507×108bbl(1bbl=0.159m3)，約占世界石油資源可采總量的32%[1]。目前，世界各國(guó)均在加速進(jìn)行對(duì)油砂的研究和開(kāi)發(fā)，隨著勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的提高，油砂占全球烴類能源的比重也在不斷增大，加拿大油砂利用已進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)階段。中國(guó)油砂資源豐富，具有點(diǎn)多、面廣、類型復(fù)雜的特點(diǎn)，油砂成礦理論尚不系統(tǒng)，油砂資源研究處于起步階段，怎樣尋找高豐度的油砂區(qū)塊是油砂勘探面臨的最主要難題，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了我國(guó)油砂礦的勘探及開(kāi)發(fā)。
2.2.2加快油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)利用
    世界油頁(yè)巖資源量巨大，隨著油價(jià)高位運(yùn)行，大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)發(fā)油頁(yè)巖資源已成為可能，并成為世界大石油(能源)公司新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。近幾年，埃克森美孚公司、英荷殼牌公司集團(tuán)、BP公司、雪佛龍公司、德士古公司等大油公司積極投資油頁(yè)巖領(lǐng)域，加大對(duì)油頁(yè)巖的勘探開(kāi)發(fā)力度，2005年世界頁(yè)巖油產(chǎn)量超過(guò)100×104t。中國(guó)應(yīng)適應(yīng)國(guó)內(nèi)外能源發(fā)展形勢(shì)，滿足國(guó)家能源需求，加大油頁(yè)巖勘探開(kāi)發(fā)的投資力度，通過(guò)研發(fā)和引進(jìn)，掌握和使用先進(jìn)技術(shù)，加快油頁(yè)巖產(chǎn)業(yè)化步伐，以保障我國(guó)國(guó)家能源安全。
2.3 加快開(kāi)發(fā)非常規(guī)天然氣，補(bǔ)充常規(guī)天然氣長(zhǎng)遠(yuǎn)資源量的不足
2.3.1加快煤層氣勘探開(kāi)發(fā)
    我國(guó)具有豐富的煤層氣資源，目前我國(guó)已探明煤層氣儲(chǔ)量為1043×108m3，控制儲(chǔ)量超過(guò)3000×108m3，已經(jīng)在沁水盆地南部鉆井2000多口，形成年生產(chǎn)能力近7.5×108m3。因此，煤層氣是除常規(guī)天然氣以外，資源量最大、最為現(xiàn)實(shí)的潔凈能源，勘探開(kāi)發(fā)煤層氣是國(guó)家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略最為現(xiàn)實(shí)的選擇之一。
2.3.2加快頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)
    我國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，筆者認(rèn)為四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)的九老洞組頁(yè)巖和瀘州地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖兩個(gè)地層的頁(yè)巖氣資源潛力達(dá)(5.0～8.0)×1012m3，相當(dāng)于四川盆地的常規(guī)天然氣資源總量。我國(guó)黑色頁(yè)巖分布十分廣泛，南方、鄂爾多斯、吐哈等地區(qū)的頁(yè)巖，都富含有機(jī)質(zhì)，具有形成頁(yè)巖氣的良好基礎(chǔ)與條件。但頁(yè)巖氣成藏、富集機(jī)理相關(guān)研究還相當(dāng)欠缺，對(duì)頁(yè)巖氣地球物理探測(cè)技術(shù)、壓裂增產(chǎn)技術(shù)、排采技術(shù)等缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)理論支撐。因此十分有必要加強(qiáng)對(duì)頁(yè)巖氣的理論基礎(chǔ)研究。
2.3.3加快其他非常規(guī)天然氣的勘探開(kāi)發(fā)
    我國(guó)致密砂巖氣資源潛力巨大，在我國(guó)能源需求不斷增長(zhǎng)和傳統(tǒng)化石能源儲(chǔ)量有限的情況下，它可以作為一個(gè)穩(wěn)定的接替能源來(lái)滿足我國(guó)不斷增長(zhǎng)的能源需求。對(duì)致密砂巖氣藏類型、成藏條件、成藏機(jī)理、成藏模式、分布規(guī)律和開(kāi)采技術(shù)的研究具有重要的能源戰(zhàn)略意義。我國(guó)海域遼闊，初步調(diào)查表明天然氣水合物資源潛力巨大，其廣闊的資源前景引起了我國(guó)政府的高度重視。
3 非常規(guī)油氣領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題
3.1 油砂成礦規(guī)律及提高分離效率基礎(chǔ)研究
    通過(guò)對(duì)典型含油砂盆地進(jìn)行剖析，建立油砂成礦理論，剖析不同類型油砂成礦特點(diǎn)，開(kāi)展油砂資源成礦條件研究，總結(jié)其富集分布規(guī)律，建立不同類型油砂的成礦模式。開(kāi)展油砂分離微觀機(jī)理研究，搞清油、砂分離機(jī)制，研制油砂分離藥劑，發(fā)展低成本分離技術(shù)。
3.2 油頁(yè)巖成礦規(guī)律及原位開(kāi)采基礎(chǔ)研究
    剖析不同類型盆地油頁(yè)巖成礦特點(diǎn)，劃分不同盆地油頁(yè)巖的成因類型，建立不同類型油頁(yè)巖的成礦模式，指出不同盆地油頁(yè)巖富集的主要控制因素以及富集條件，總結(jié)其富集分布規(guī)律，指出其有利勘探方向。開(kāi)展頁(yè)巖油原位開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)和小顆粒地面干餾技術(shù)攻關(guān)，形成頁(yè)巖油綜合利用技術(shù)。
3.3 中周頁(yè)巖氣成藏機(jī)制及高效開(kāi)采基礎(chǔ)研究
    針對(duì)頁(yè)巖氣藏的特殊性和復(fù)雜性，開(kāi)展頁(yè)巖氣成藏機(jī)理和富集主控因素研究，建立頁(yè)巖氣富集成藏規(guī)律，豐富我國(guó)非常規(guī)油氣地質(zhì)理論，為頁(yè)巖氣資源的勘探評(píng)價(jià)以及相關(guān)技術(shù)研發(fā)提供理論依據(jù)。針對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)集的特殊性和儲(chǔ)層低孔、低滲的特點(diǎn)，開(kāi)展頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中滲流機(jī)理及增產(chǎn)改造機(jī)理研究，形成頁(yè)巖氣的開(kāi)采理論和頁(yè)巖氣增產(chǎn)理論，為頁(yè)巖氣排采工藝、開(kāi)采設(shè)備和增產(chǎn)技術(shù)研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。
3.4 致密砂巖氣成藏機(jī)理及開(kāi)采基礎(chǔ)研究
    開(kāi)展全國(guó)致密砂巖氣藏資源潛力評(píng)價(jià)，確立我國(guó)致密砂巖成藏理論，對(duì)致密砂巖氣藏類型、成藏條件、成藏機(jī)理、成藏模式、分布規(guī)律做出系統(tǒng)的科學(xué)闡述。完善致密砂巖氣藏地質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)、地球物理探測(cè)技術(shù)、致密砂巖氣藏儲(chǔ)層改造技術(shù)等系列勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)系列，形成針對(duì)致密砂巖氣藏從勘探到開(kāi)發(fā)的技術(shù)體系。
3.5 天然氣水合物成藏富集規(guī)律及開(kāi)采工藝基礎(chǔ)研究
    開(kāi)展我國(guó)陸上永凍土區(qū)和海域天然氣水合物成藏機(jī)理、控制因素研究，建立天然氣水合物富集成藏規(guī)律和分布規(guī)律，為天然氣水合物資源的勘探評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。針對(duì)天然氣水合物成藏、賦存的特點(diǎn)，開(kāi)展天然氣水合物穩(wěn)定開(kāi)采機(jī)理、增產(chǎn)機(jī)理研究，形成天然氣水合物的陸上和海域富集區(qū)帶開(kāi)采理論，為天然氣水合物開(kāi)采工藝和增產(chǎn)技術(shù)研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。
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(本文作者：劉洪林1，2 王紅巖2 劉人和2 趙群2 張曉偉2 雍洪3 1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司國(guó)際事業(yè)部)