許昕，侯宇光　(中國地質(zhì)大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074)

非常規(guī)油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀略述

許昕，侯宇光(中國地質(zhì)大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074)

[摘要]簡要介紹了非常規(guī)油氣的概念,重點論述中國致密油、致密砂巖氣、天然氣水合物、頁巖氣、煤層氣、油砂及油頁巖等非常規(guī)油氣資源的現(xiàn)狀,分析了一系列相應(yīng)的勘探開發(fā)技術(shù),提出勘探和開發(fā)非常規(guī)油氣資源需要重點注意的問題,并對其發(fā)展前景進行總結(jié)和展望。

[關(guān)鍵詞]非常規(guī)油氣;勘探技術(shù);開發(fā)技術(shù)

能源是一個國家生存和發(fā)展所必備的物質(zhì)基礎(chǔ)，油氣資源的勘探開發(fā)與國家能源安全、經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對油氣資源的需求也日益劇增，而目前常規(guī)油氣資源的勘探已基本見底。所以，非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)已成為解決當前供需矛盾的一個重要途徑。中國非常規(guī)油氣資源豐富，開發(fā)潛力很大。據(jù)不完全統(tǒng)計,非常規(guī)天然氣資源量為(188 ～196)×1012m3，可采資源量為45×1012m3以上，致密油可采資源量達15×108t以上[1]。

1非常規(guī)油氣研究內(nèi)涵

非常規(guī)油氣是指用傳統(tǒng)技術(shù)無法獲得自然工業(yè)產(chǎn)量、需用新技術(shù)改善儲層滲透率或流體黏度等才能經(jīng)濟開采、連續(xù)或準連續(xù)型聚集的石油和天然氣資源[2]。非常規(guī)石油資源的種類主要包括稠油、超重油和深層石油等，非常規(guī)天然氣資源的種類主要包括煤層氣、天然氣水合物、深層天然氣和無機成因油氣等。非常規(guī)油氣資源與常規(guī)油氣資源相比，其成藏機理、儲集狀態(tài)、分布規(guī)律及勘探開發(fā)方法等方面存在著很大差異性，開發(fā)難度大，投資費用高。中國的非常規(guī)油氣資源具有以下特點：①儲量極其豐富、分布面積廣泛；②非常規(guī)油氣儲層的非均質(zhì)性較強；③儲層物性較差，多為低孔低滲儲層。如東部的渤海灣海域盆地，中部的鄂爾多斯盆地、四川盆地以及西部的塔里木、準噶爾和吐哈盆地等。目前，中國投入或即將投入工業(yè)化勘探開發(fā)的非常規(guī)油氣資源主要有以下幾類：

1)致密油致密油的主要成藏空間有2種：一是源巖內(nèi)部的碳酸巖和碎屑巖的夾層；二是相鄰源巖的致密層[3]。中國致密油的分布廣泛，一般分為3種類型：陸相致密砂巖油藏(如鄂爾多斯盆地的延長組油藏)、湖相碳酸鹽巖油藏(如四川盆地川中地區(qū)的大安寨組油藏)以及泥灰?guī)r裂縫油藏(如酒泉盆地的青西凹陷油藏)。

2)油砂油砂的另一個名稱是瀝青砂，它是由石英砂、瀝青、黏土、礦物質(zhì)、水等所組成的混合體，瀝青的質(zhì)量分數(shù)為10%～18%，硫質(zhì)量分數(shù)可超過7%。這個極為復(fù)雜的烴類碳混合物可以綜合加工成油[4]。其在油層溫度條件下，相對密度要大于0.95。

油砂是非常規(guī)石油資源的主要組成部分，在世界能源格局中起著舉足輕重的作用。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)2004年的研究報告顯示，世界上油砂油的可采資源量大約為6510×108桶，占世界石油可采儲量的32% 。目前，世界各大石油公司均在加大對油砂的勘探開發(fā)投入。隨著技術(shù)的提高和升級，其占全球烴類能源的比例還會不斷加大。近幾年來，殼牌、BP、埃克森、美孚等各大石油巨頭都積極涉足油砂領(lǐng)域，紛紛加大了對油砂的勘探開發(fā)力度。以加拿大為代表，其油砂勘探已經(jīng)進入大規(guī)模商業(yè)開發(fā)，成為全球石油儲量僅次于沙特阿拉伯的第2大國[5]。中國的油砂資源量總體占比較小，分布區(qū)域主要位于西部的準噶爾、塔里木、柴達木、鄂爾多斯、松遼等盆地。在準噶爾盆地的西北緣風城地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了中國第一個大型油砂礦[6]。

3)油頁巖油頁巖亦可稱之為油母頁巖，是一種高灰分和低熱值的化石燃料，包含不溶于溶劑的有機質(zhì)，經(jīng)低溫干餾可以獲得頁巖油和頁巖半焦。據(jù)中國油頁巖資源評價結(jié)果表明，全國的油頁巖資源總量在世界上排第4位，其中可采頁巖油資源量約為119.79×1012m3，其分布層位主要是新生代、中生代，主要分布在東部區(qū)、青藏區(qū)和中部區(qū)[7]。

4)致密氣致密氣是指滲透率小于0.5mD的天然氣資源，主要賦存于低孔-低滲儲集層中，含氣飽和度低，包括致密砂巖氣、火山巖氣、碳酸鹽巖氣。致密砂巖氣藏存于世界各大洲的盆地中，資源量大，已被發(fā)現(xiàn)的致密氣盆地大約70個。在美國，該類氣藏又常被稱為低滲透氣藏[8]。致密砂巖氣藏在中國有著比較廣泛的分布，主要集中在鄂爾多斯、四川、松遼、渤海灣、柴達木、塔里木和準噶爾等盆地。鄂爾多斯盆地的致密砂巖氣開發(fā)規(guī)模良好，在盆地北部有蘇里格、榆林、長北、大牛地等致密砂巖氣田。特別是蘇里格氣田，是目前中國最大的氣田，開發(fā)潛力十分巨大，隨著開發(fā)力度的不斷加大，致密砂巖氣逐漸成為中國天然氣勘探生產(chǎn)的重要組成部分。

5)天然氣水合物天然氣水合物是指在一定條件下由水和天然氣所構(gòu)成的非化學計量的籠形結(jié)晶化合物，因其外觀如冰，且遇火可以燃燒，所以也被稱為可燃冰、固體瓦斯和氣冰等。它的主要成分為甲烷，甲烷水合物中的甲烷被困在晶格的冷凍水中，其自然狀態(tài)下是沒有甲烷和水之間的化學鍵[9]。能量密度高是天然氣水合物的主要特征，其單位體積的水合物分解可以釋放出多達160個單位體積的甲烷氣體，能量密度是常規(guī)天然氣的2～5倍。天然氣水合物的形成環(huán)境條件需要低溫和高壓，所以它一般分布在深水的海底沉積物中或寒冷的永凍土中。在中國，資源潛力最大的分布區(qū)域主要位于青藏高原、南海海域及高緯度區(qū)凍土帶中。從某種意義上來說，天然氣水合物是中國天然氣的后備資源庫，對中國未來的能源有著重要影響[10]。

6)頁巖氣頁巖氣是指以游離和吸附的形式存在于頁巖的微小孔隙、裂縫以及礦物、有機物表面的天然氣，其主要成分為甲烷，是一種高效清潔的能源資源，主要用于燃氣、供熱、發(fā)電、汽車燃料和化工生產(chǎn)等。其特點主要有4點：分布范圍廣、沉積厚度大、開采壽命長以及有機質(zhì)含量普遍較高。全球頁巖氣資源量達456×1012m3，與煤層氣和致密氣的總量相當，主要分布在北美、中亞、中東、北非等地區(qū)。中國頁巖氣資源的潛力很大，主要分布在海上和陸上的海相盆地。如塔里木盆地寒武-奧陶系的海相頁巖、準噶爾盆地南緣上二疊統(tǒng)湖相頁巖、松遼盆地白堊系湖相頁巖、鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)湖相頁巖、華北地區(qū)下古生界海相頁巖、南方古生界海相頁巖等，均具備頁巖氣成藏的地質(zhì)條件，其中又以川東南地區(qū)焦石壩背斜帶的龍馬溪組最為突出。其成為中國第1個頁巖氣勘探開發(fā)的示范區(qū)，2015年末將建成年產(chǎn)50×108m3的產(chǎn)能目標。

7)煤層氣煤層氣是指以吸附狀態(tài)儲集于煤層中的非常規(guī)天然氣，甲烷體積分數(shù)超過90%，是天然氣最重要、最現(xiàn)實的接替能源[11]。自20世紀80年代以來，中國就開始了煤層氣的勘探研究。作為全球除俄羅斯和加拿大以外第3大煤層氣儲量國，分布區(qū)以華北和西北為主，其次為華南，東北煤層氣資源量較低[12]。

2非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術(shù)

隨著對非常規(guī)油氣資源地質(zhì)理論認識的不斷加深和創(chuàng)新，為非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)提供了堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。近年，非常規(guī)油氣在資源勘探開發(fā)方面取得快速發(fā)展，主要取決于以下一些技術(shù)：

1)油砂開采技術(shù)目前，中國對油砂的開采技術(shù)比較成熟，露天開采和原地開采是油砂礦的2種主要開采方法。其中露天開采技術(shù)成熟、費用低廉、瀝青回收率高，但要求油砂層厚度大、埋深不超過100m、含油率大于8%。而原地開采法則可以適用于埋藏較深的油砂礦，但其開采成本較高。此外，由于在開采油砂礦的過程中需要大量的水，所以在開采后會形成相當量的廢砂和污水，而目前對環(huán)境保護的要求越來越高，其處理技術(shù)和方法須進一步改進[13，14]。

2)油頁巖開采技術(shù)世界上開采油頁巖的歷史己近200年，技術(shù)非常成熟，主要手段是通過地面干餾、地下干餾的方法。應(yīng)用地面干餾技術(shù)開采的油頁巖，一般要求其埋深不超過100m，采用露天開采和礦井開采2種方式。地下干餾技術(shù)則用于埋深超過100m的頁巖油。

3)致密氣開采技術(shù)對致密氣的開采手段比較豐富，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：致密氣地震勘探開發(fā)技術(shù)，致密砂巖氣藏精細描述技術(shù)，叢式井、水平井、羽狀水平井鉆井工藝技術(shù)，多井、多層壓裂改造增產(chǎn)工藝技術(shù)，高精度三維地震技術(shù)，地面不加熱、低壓集氣、混相計量技術(shù)。上述技術(shù)的綜合運用能夠很好地改善儲層結(jié)構(gòu)，提高采收率，增加產(chǎn)氣量。

4)天然氣水合物開采技術(shù) 目前，對天然氣水合物的大規(guī)模開采技術(shù)還處于試驗研究階段。主要方法是利用溫差解吸的原理，把溫度高的水注入甲烷水合物的儲集部位，使甲烷解析出來。對凍土層之下的甲烷水合物的開采技術(shù)相對成熟，而對洋底甲烷水合物的開采技術(shù)則尚處于探索之中。

5)頁巖氣開采技術(shù)當前，對頁巖氣的開采主要采用“定向水平井”和“水力壓裂法”技術(shù)[15]，可以有效地提高頁巖氣單井產(chǎn)量，大大推動了頁巖氣的開發(fā)與生產(chǎn)，使得缺乏裂縫通道的頁巖氣藏得到了有效的開發(fā)，提高了頁巖氣的單井產(chǎn)量。

6)煤層氣開采技術(shù)煤層氣的開采方法大致有2種:一種是在沒有采煤的煤田中采用與常規(guī)天然氣田相同的方法開采，即通過采氣井，如直井、水平井、多分支水平井等，利用儲層和井下壓力差抽采煤層氣，也可以采用壓裂、注CO2等增產(chǎn)措施來提高產(chǎn)量;另一種是利用煤炭生產(chǎn)礦區(qū)與回風巷道相結(jié)合后來抽取采煤區(qū)的煤層氣。由于中國地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，受多期構(gòu)造活動影響，煤層滲透率和地層壓力較低，開采難度較大。經(jīng)過發(fā)展，中國煤層氣的勘探技術(shù)日益成熟，開采技術(shù)也已經(jīng)取得突破，如羽狀水平井開發(fā)技術(shù)和注氮氣、CO2開采增產(chǎn)技術(shù)。

3總結(jié)與展望

隨著非常規(guī)油氣開采技術(shù)的愈發(fā)成熟，其勘探開發(fā)將逐步占據(jù)油氣生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，為此，要在技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)境保護、人才儲備3個方面給予重視：

1)中國油氣資源的相對缺乏，需要大力加強非常規(guī)油氣開發(fā)，不斷積極地開展國際間的交流合作，充分吸收國際上的先進技術(shù)和方法，做到取人之長、補己之短，在較短時間內(nèi)形成適合中國地質(zhì)特點的非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術(shù)，為下一步大規(guī)模的開發(fā)鋪平道路。

2)非常規(guī)油氣資源在開發(fā)利用過程中，存在著成本高、環(huán)境污染等問題，對其可持續(xù)性開發(fā)有較大的影響，需要利用大量的技術(shù)創(chuàng)新保證其健康有序發(fā)展。

3)應(yīng)該加強對非常規(guī)油氣資源開發(fā)的調(diào)控工作，制定科學的發(fā)展規(guī)劃，有序開發(fā)利用，建立和規(guī)劃所需人才隊伍培養(yǎng)體系，形成由研究者和技術(shù)專家等構(gòu)成的人才組織，從而保證非常規(guī)油氣資源的合理發(fā)展。

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[編輯]鄧磊

[引著格式]許昕，侯宇光.非常規(guī)油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀評述[J].長江大學學報(自科版) ,2015,12(26):12~14.

[中圖分類號]TE132.2

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)26-0012-03

[作者簡介]許昕(1990-)，女，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣地質(zhì)、管理學方面的學習與研究，6260912@qq.com。

[收稿日期]2015-04-06