張抗

從致密油氣到頁巖油氣
——中國(guó)非常規(guī)油氣發(fā)展之路探析

張抗

石油工業(yè)150年主要開發(fā)對(duì)象是常規(guī)油氣藏，其勘探難度增大導(dǎo)致石油資源“枯竭論”“峰值論”等說法風(fēng)行一時(shí)。非常規(guī)油氣，特別是頁巖氣、頁巖油開發(fā)的巨大成功正改變著世界能源版圖及地緣關(guān)系。它也雄辯地說明：靜止的思維方式導(dǎo)致對(duì)發(fā)展的誤判，不是資源的枯竭，而是辯證思維的缺失、思維創(chuàng)新的枯竭。

1 常規(guī)與非常規(guī)油氣的劃分

人類對(duì)地下資源的利用總是從其較易開發(fā)、資源豐度較高、因而易獲得較大經(jīng)濟(jì)效益的地方入手，然后隨需求的擴(kuò)大和技術(shù)水平的提高而向資源稟賦較差的領(lǐng)域擴(kuò)展。大致自20世紀(jì)60年代以來，常規(guī)和非常規(guī)油氣的概念開始流行。人們把當(dāng)時(shí)就可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)開發(fā)的那些油氣資源類型歸為常規(guī)，而把豐度低、難開發(fā)以致在當(dāng)時(shí)技術(shù)水平下難以取得經(jīng)濟(jì)效益（即難于達(dá)到經(jīng)濟(jì)門限）的油、氣資源列入非常規(guī)。從其劃分的兩個(gè)關(guān)鍵條件（技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)門限）看，都隨時(shí)間推移條件改變而變化，因而這個(gè)界限是模糊的、在不同國(guó)家可以有所不同的。在不斷地探索中上世紀(jì)后期人們已認(rèn)識(shí)到從地下賦存量上看，非常規(guī)油氣要比已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)油氣高一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)。于是在需求的巨大推動(dòng)下依托科技水平的不斷提升而使可采的經(jīng)濟(jì)邊際不斷下移。它還意味著，如用上世紀(jì)后期所固定的標(biāo)準(zhǔn)劃分的非常規(guī)油氣類型，以現(xiàn)今的條件可能有一部分已屬于技術(shù)上可開發(fā)、經(jīng)濟(jì)上可有效益的資源，如非常規(guī)石油的油頁巖、致密油、重（稠）油、油砂、頁巖油，非常規(guī)氣的致密氣、煤層氣、頁巖氣和水溶氣等。盡管如此，我們還是沿用著傳統(tǒng)的劃分，仍稱其為非常規(guī)油氣。當(dāng)然，仍有些賦存量相當(dāng)大的非常規(guī)油氣，如天然氣水合物（它常被某些人不恰當(dāng)?shù)姆Q其為“可燃冰”）在目前和近期未來也難被商業(yè)性開發(fā)。

2 國(guó)外致密油氣居其非常規(guī)之首

致密油氣，嚴(yán)格說應(yīng)稱為致密儲(chǔ)層油氣，指因儲(chǔ)層致密孔、滲性差而低產(chǎn)難采，故可屬非常規(guī)者，且以其開發(fā)最早、產(chǎn)量最大而居非常規(guī)油氣之首。目前，美國(guó)商業(yè)性開發(fā)的非常規(guī)氣包括致密氣、煤層氣、頁巖氣 3種。2011年其生產(chǎn)的天然氣中致密氣占29.5%，頁巖氣占23.0%，煤層氣占8.2%，常規(guī)氣僅占39.3%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全球致密氣占非常規(guī)氣產(chǎn)量的80%，依托致密氣這個(gè)主體，非常規(guī)氣產(chǎn)量（約5200億m3）占全球氣產(chǎn)量約17%。從帶有預(yù)測(cè)性的資源量構(gòu)成上更可看出致密氣在未來居更要的地位。Martin等（2010）對(duì)常規(guī)油氣、致密氣、頁巖氣、煤層氣等各類資源數(shù)據(jù)較全的阿帕拉契亞、大綠河、圣胡安、尤因塔-皮申斯4個(gè)著名盆地的油氣資源量（平均值）作了統(tǒng)計(jì)，致密砂巖氣占43%，頁巖氣占19%，煤層氣占25%，常規(guī)氣占6%～17%、平均10%，常規(guī)油占3%。可見，在這些盆地中，非常規(guī)油氣資源明顯大于常規(guī)油氣，致密氣居非常規(guī)氣資源之首。

致密油在美國(guó)石油產(chǎn)量中占重要地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年單井日產(chǎn)小于0.5 t的油井占生產(chǎn)井總數(shù)約70%，占總產(chǎn)量約15%。這些低產(chǎn)井中大部分為致密油，可以說美國(guó)致密油是其長(zhǎng)期保持產(chǎn)油大國(guó)地位的重要支柱之一。對(duì)非常規(guī)油氣的重視進(jìn)一步推動(dòng)了致密油的勘探，據(jù)報(bào)道，近5年來有68億t的致密油新發(fā)現(xiàn)。據(jù)世界能源理事會(huì)（World Energy Council，2010）按截止到2008年的資料估計(jì)，世界非常規(guī)石油（地質(zhì)）資源量達(dá) 1.4萬億t，其中頁巖油為6893億t。

3 中國(guó)致密油氣已成為其產(chǎn)量的重要部分

基于地質(zhì)演化的特點(diǎn)，中國(guó)油氣田中低豐度，低產(chǎn)所占比例較大。在油氣生產(chǎn)實(shí)踐中努力向數(shù)量相當(dāng)大的難采低產(chǎn)油氣田開拓是在發(fā)展早期就已提出并日益加強(qiáng)的一項(xiàng)工作。由于對(duì)低滲油層開采沒有特殊的優(yōu)惠，因而在統(tǒng)計(jì)中沒有強(qiáng)調(diào)致密油氣與非致密油氣、重（稠）油與一般油的差別。人們已約定俗成地把目前可以進(jìn)行生產(chǎn)的非常規(guī)氣限定于煤層氣和頁巖氣了。因而在國(guó)內(nèi)外對(duì)比中應(yīng)注意不要把中國(guó)煤層氣和頁巖氣產(chǎn)量之和直接與美國(guó)的非常規(guī)氣對(duì)應(yīng)，這會(huì)造成誤導(dǎo)。

從累計(jì)探明儲(chǔ)量上看筆者估計(jì)致密油占35%左右，由于這類油儲(chǔ)量的動(dòng)用率較低，可能占剩余可采儲(chǔ)量40%以上。全國(guó)待發(fā)現(xiàn)天然地質(zhì)資源量中致密氣比例可達(dá)60%左右，這比最新全國(guó)資評(píng)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)要大。顯然，致密油氣在中國(guó)已占相當(dāng)重要的地位，可以說沒有致密油氣的開發(fā)絕不可能使中國(guó)的油氣達(dá)到今天的規(guī)模。

在非常規(guī)油氣開發(fā)技術(shù)中最關(guān)鍵也最通用的是水平井技術(shù)和壓裂兩大套技術(shù)系列。中國(guó)致密油氣開發(fā)的成功表明在這些方面已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其一些通用設(shè)備和材料（如壓裂液中作為不可或缺的支撐劑陶粒）已在國(guó)際市場(chǎng)上占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。這就為同樣為非常規(guī)、同樣是低孔滲、低產(chǎn)儲(chǔ)層的煤層氣、頁巖油氣的勘探開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。這是我們分析中國(guó)這類資源開發(fā)的一個(gè)重要的出發(fā)點(diǎn)。

4 中國(guó)煤層氣發(fā)展不快的原因

20世紀(jì)后期美國(guó)在煤層氣開發(fā)上的成功帶動(dòng)了全球?qū)@種非常規(guī)資源的探索。與美國(guó)以外國(guó)家相比，中國(guó)起步并不晚。此后成立了專門的煤層氣公司，國(guó)家在政策上給予優(yōu)惠并提出高瓦斯煤田必須先采氣后產(chǎn)煤的要求，在“十一五”發(fā)展規(guī)劃中也設(shè)定出相應(yīng)地的指標(biāo)。但2010年地面和礦井煤層氣產(chǎn)量分別為15.7億m3和76億m3，利用率分別為76%和29%，理論上地面抽采氣與礦井排采氣利用量之和為 33.9億 m3，這些數(shù)據(jù)都與“十一五”發(fā)展規(guī)劃要求相距甚遠(yuǎn)。還應(yīng)注意兩個(gè)問題：1）礦井排采的煤層氣（瓦斯）甲烷濃度低、差別大，難以與幾乎為純甲烷的地面井采煤層氣直接相加，應(yīng)折算成標(biāo)準(zhǔn)煤層氣體積后再相加；2）對(duì)煤層氣利用率（特別是正規(guī)統(tǒng)計(jì)中要求的商品率）近期內(nèi)不應(yīng)規(guī)定太高。地面井在較長(zhǎng)期的排水試采過程中和初期下游不配套情況下必有相當(dāng)大的放空量。而礦山排采的低濃度瓦斯一般適于就近民用，但在煤炭便宜方便時(shí)礦山和附近用戶都無再建管線利用氣的要求，如作動(dòng)力或發(fā)電利需特殊專用電機(jī)、在已有電力供應(yīng)時(shí)礦山亦無此積極性。欲實(shí)現(xiàn)“十二五”發(fā)展規(guī)劃煤層氣產(chǎn)量（應(yīng)理解為可供消費(fèi)的商品氣量）210億m3的要求，必須針對(duì)已長(zhǎng)期存在的阻滯煤層氣發(fā)展的因素采取有效措施改變局面才有實(shí)現(xiàn)的可能。顯然，中國(guó)煤層氣發(fā)展明顯低于人們期望值。

中國(guó)有豐富的煤資源，也有巨大的煤層氣蘊(yùn)藏，對(duì)此是沒有爭(zhēng)議的。至于中國(guó)煤和煤層氣的特點(diǎn)和找到與之相適應(yīng)的開采技術(shù)，在大力進(jìn)行的勘探開發(fā)實(shí)踐中也不難發(fā)現(xiàn)并掌握。因?yàn)檫@方面畢竟各國(guó)各地區(qū)間有許多共同之處，而且前面提到的基本的、共同的技術(shù)方法系列（水平井、壓裂）在我國(guó)也有相當(dāng)雄厚的基礎(chǔ)。問題在于近 30年來我國(guó)投入煤層氣的資金及相應(yīng)的鉆井?dāng)?shù)量太少，而之所以形成這種局面的根本原因是其市場(chǎng)機(jī)制的缺失?？晒┟簩託饪碧介_發(fā)的區(qū)塊已被少數(shù)石油和煤礦公司占有，他們處于保障油氣和煤炭生產(chǎn)指標(biāo)的重壓下，無心也無力投入風(fēng)險(xiǎn)大利潤(rùn)低的非常規(guī)新領(lǐng)域的開拓。他們“跑馬圈地”而長(zhǎng)期不去勘探開發(fā)，但目前缺位的執(zhí)法和監(jiān)管部門卻沒有實(shí)施令其依法退出的機(jī)制，這就使想要進(jìn)行此工作的公司無可施展的機(jī)會(huì)。“釜底抽薪”，沒有可供施工的區(qū)塊從根本上制約著煤層氣的發(fā)展。此外，融資的困難、提供勘探開發(fā)的服務(wù)市場(chǎng)的缺乏、乃至開采出的煤層氣進(jìn)入天然氣管網(wǎng)的困難等，使之難于出現(xiàn)美國(guó)非常規(guī)油氣中的大量公司（特別是中小公司）活躍投資的蓬勃發(fā)展局面。顯然，其發(fā)展滯后的關(guān)鍵不在“硬條件”（資源、技術(shù)），而在“軟環(huán)境”，而后者又決定于國(guó)家經(jīng)濟(jì)體制的進(jìn)一步改革。

煤層氣如此，頁巖油氣也基本如此。

5 美國(guó)從頁巖氣到頁巖油的發(fā)展

眾所周知，有機(jī)質(zhì)熱演化歷程中既生成油也生成氣。從物質(zhì)的相態(tài)上看，氣液兩態(tài)亦可互溶，氣溶于油為（油田）伴生氣或溶解氣，地下高溫高壓條件下溶于氣中的油亦可在地表析出并被稱為凝析油。從成因和賦存空間上看，相同或相似來源的油氣共處一處，可分別富集于一個(gè)盆地、油氣田或區(qū)帶，為之共/伴生。

頁巖氣研究程度最高的美國(guó)沃斯堡盆地 Barnett頁巖產(chǎn)層就是頁巖氣和頁巖油共、伴生的良好實(shí)例。盆地沉積中心位于這個(gè)箕狀斷陷西緣，西部高成熟區(qū)（Ro＞1.1%）以產(chǎn)氣為主，特別是頁巖氣的甜點(diǎn)產(chǎn)油量最低。中部成熟度適中處油氣并產(chǎn)，周緣成熟度過低處產(chǎn)油井亦明顯減少。按 1982—2006年6月的統(tǒng)計(jì)，該盆地產(chǎn)氣6129億m3、產(chǎn)油102.5萬t，油占油氣當(dāng)量和的比例為 1.64%，在所產(chǎn)油中凝析油占 86.3%、一般原油（生產(chǎn)中常稱為黑油）占 13.7%。從核心區(qū)和延伸區(qū)的待發(fā)現(xiàn)資源量看，油為1.43億t、氣為7422.8億m3，油占油氣當(dāng)量和的比例為16.2%。顯然，油的生產(chǎn)有較大潛力。

由于氣的流動(dòng)性明顯比油大，在同等技術(shù)條件下氣更易被采出，因而在向非常規(guī)領(lǐng)域開拓時(shí)首先指向頁巖氣。但美國(guó)頁巖氣的快速發(fā)展導(dǎo)致氣出現(xiàn)供大于求，氣價(jià)大幅度降低。2008年美國(guó)Henry Hub中心的標(biāo)準(zhǔn)氣價(jià)為每百萬英熱單位（MBtu）12美元左右，2011年以來僅約4美元左右，2012年初低于2美元。過低的氣價(jià)（特別是同一油當(dāng)量氣價(jià)與油價(jià)的差）壓抑了頁巖氣生產(chǎn)者的積極性，卻大為鼓勵(lì)了同樣地質(zhì)條件和類似技術(shù)要求的頁巖油開采。與頁巖氣開采使美國(guó)天然氣產(chǎn)量明顯回升類似，頁巖油的投入生產(chǎn)也改變了自 1970年以來美國(guó)石油持續(xù)減產(chǎn)的趨勢(shì)，開始回升。以近年未開發(fā)頁巖油的2001—2005的5年計(jì)，石油平均年增率為－2.34%，而由于頁巖油的投產(chǎn) 2009—2010兩年的石油平均年增率為 5.63%；與同期世界石油產(chǎn)量有所減少相對(duì)照，美國(guó)成為石油增產(chǎn)最顯著的國(guó)家之一。繼頁巖氣開發(fā)高潮之后頁巖油的快速上產(chǎn)使美國(guó)對(duì)油氣的投資持續(xù)增長(zhǎng)，過去大量涌向國(guó)外的油氣投資也開始向國(guó)內(nèi)回流。美國(guó)2012年美油氣上游投資增長(zhǎng)11%。這對(duì)處于低谷中的就業(yè)率提升大有助益。顯然，受油、氣價(jià)格比的影響，在頁巖層系內(nèi)當(dāng)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)的重點(diǎn)不同時(shí)油、氣產(chǎn)量構(gòu)成的明顯差別。據(jù)劍橋能源咨詢公司等機(jī)構(gòu)對(duì)全美各頁巖氣產(chǎn)層的預(yù)測(cè)，2015、2020年美頁巖油產(chǎn)量可望分別達(dá)到每天 200、300萬桶。這些產(chǎn)量分別相當(dāng)于頁巖油未大力開發(fā)前2008年美石油產(chǎn)量的29.2%和44.6%，分別相當(dāng)于 2010年美從中東進(jìn)口原油量每天 172.9萬桶的115.7%和173.5%，分別相當(dāng)于2010年美進(jìn)口原油量的21.9%和32.9%。考慮到同時(shí)美國(guó)還加強(qiáng)致密油開發(fā)，加大以氣代油、以新能源（特別是第二代生物乙醇太陽能風(fēng)能等）代油，可以認(rèn)為美國(guó)在近期“斬?cái)嘀袞|石油進(jìn)口的臍帶”、在2030年代大幅降低石油對(duì)外依存度和能源基本自給等就有實(shí)現(xiàn)的可能性。

6 中國(guó)頁巖油研究剛起步

受美國(guó)頁巖氣發(fā)展成果的啟發(fā)，中國(guó)在近兩年非常注意這一新事物，由于倡導(dǎo)者對(duì)頁巖油氣的共/伴生機(jī)理宣傳不夠，多數(shù)國(guó)人對(duì)頁巖油尚感生疏。我國(guó)勘探者在工作中已發(fā)現(xiàn)烴源巖（暗色泥頁巖）中亦有油顯示、產(chǎn)出，個(gè)別尚具有商業(yè)價(jià)值，如在江漢潛北、松遼古龍、柴達(dá)木油泉子和南翼山等所見。但投入小規(guī)模開發(fā)的僅為頁巖的裂縫性油藏。2011年中石油遼河油田在其西部坳陷曙古165預(yù)探井古近系大套泥巖段中發(fā)現(xiàn)裂縫富油顯示，在頁巖油思路的指導(dǎo)下遂決定提前完鉆對(duì)其試油，放噴獲日產(chǎn)24 m3的油流，依托新的三維地震資料圈定50 km2的可能含油面積。但嚴(yán)格地說，上述裂縫性油氣藏與一般意義上的頁巖油氣還是分屬不同類型?？上驳氖?，在中國(guó)第一批頁巖氣探索井進(jìn)行的同時(shí)，少量以頁巖油為目的預(yù)探井已實(shí)施。2009年中石化河南油田率先在號(hào)稱小而肥的泌陽凹陷古近系部署專探頁巖油的安深1井，次年1月在井深2450～2510 m頁巖層中實(shí)施大型壓裂，獲最高達(dá)日產(chǎn)4.68 m3的工業(yè)油流。其后部署第一口頁巖油水平井泌頁 HF-1并在 2012年2月實(shí)施了15段壓裂。初步估算該凹陷頁巖油氣資源量為5.4億t油當(dāng)量。

目前我國(guó)已完成了對(duì)頁巖氣的第一輪資源評(píng)價(jià)。應(yīng)在進(jìn)一步研究美國(guó)頁巖油開發(fā)進(jìn)展和總結(jié)中國(guó)頁巖氣資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，在獲得一批實(shí)驗(yàn)分析和鉆井測(cè)試數(shù)據(jù)后，進(jìn)行頁巖油資源評(píng)價(jià)。顯然，與巨大的頁巖氣前景類似，中國(guó)亦有良好的頁巖油前景。目前，已有人初步估算中國(guó)頁巖油可采資源量超過100億t。

7 應(yīng)大力倡導(dǎo)綜合勘探、開發(fā)、利用

注意到頁巖氣和頁巖油的密切關(guān)系，注意到頁巖層系中往往含有煤層、煤層氣，筆者在中國(guó)剛開始頁巖氣評(píng)價(jià)時(shí)就呼吁要重視其綜合勘探開發(fā)。進(jìn)一步說，頁巖層系內(nèi)和其上下也還有致密、非致密氣儲(chǔ)層，常規(guī)和非常規(guī)油氣間并無嚴(yán)格界線且多有共生關(guān)系。前面各類油氣資源以其在熱演化和后期保存上的系列關(guān)系分類，亦顯示它們?cè)谕缓蜌庀到y(tǒng)性內(nèi)的密切關(guān)系，這使它們?cè)谕坏刭|(zhì)體內(nèi)有規(guī)律的共生/ 伴生。客觀地質(zhì)規(guī)律明確地向我們提出非常規(guī)油氣之間以及它們與常規(guī)油氣之間的綜合勘探開發(fā)的問題。顯然，把油氣作為統(tǒng)一的烴類資源，因地制宜的綜合勘探、開發(fā)對(duì)油氣企業(yè)來說是有利其快速發(fā)展降低成本提高效益的“康莊大道”；對(duì)社會(huì)來說，綜合利用，互相補(bǔ)充可更充分地發(fā)揮不同資源的優(yōu)勢(shì)、更好地保障能源資源供應(yīng)。

廣而言之，綜合勘探開發(fā)還存于油氣與煤、鹽類（特別是中國(guó)缺乏的鉀鹽類）、鋁土礦、沉積鈾礦等的關(guān)系上。一些企業(yè)已對(duì)其綜合利用，發(fā)展綜合化工。

進(jìn)行不同礦種、不同資源間的綜合勘探開發(fā)的首要難題在礦權(quán)管理上的配合和促進(jìn)。前面討論的煤層氣發(fā)展中的問題充分顯示出解決這一問題的重要性，油氣區(qū)塊與沉積鈾礦勘探區(qū)的重疊也帶來許多麻煩，這也就顯示出改革管理辦法和經(jīng)濟(jì)體制的迫切性?？梢哉f，沒有管理的到位和政策的優(yōu)惠，就無從談及煤層氣、頁巖油氣等的發(fā)展；不進(jìn)行經(jīng)濟(jì)體制的改革，節(jié)能減排和能源結(jié)構(gòu)改善的目標(biāo)都難以實(shí)現(xiàn)。這不僅需要“頂層設(shè)計(jì)”的決心，也需要通過“示范區(qū)”的試點(diǎn)摸索經(jīng)驗(yàn)。

8 結(jié)語

回到本文題目中國(guó)非常能源發(fā)展之路的探索，筆者在強(qiáng)調(diào)綜合勘探開發(fā)和管理體制改革之外還想補(bǔ)充兩點(diǎn)。從總體上看，非常規(guī)資源的開發(fā)難度要大于常規(guī)資源，這就要求我們?cè)诂F(xiàn)今及今后一段時(shí)間內(nèi)仍要把常規(guī)油氣的增儲(chǔ)上產(chǎn)放在首位，決不可主次倒置，非常規(guī)資源的開發(fā)難度還要求先在老油氣區(qū)、在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)區(qū)實(shí)施。在中國(guó)這兩者恰是基本吻合的。當(dāng)然，在新區(qū)開拓時(shí)也必須常規(guī)和非常規(guī)油氣并重，這往往是開拓思路促進(jìn)新區(qū)評(píng)價(jià)和突破的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)目前全國(guó)上下急于保障能源供應(yīng)改善能源構(gòu)成的迫切愿望，針對(duì)已開始露出苗頭的“頁巖氣熱”，筆者認(rèn)為應(yīng)充分認(rèn)識(shí)其發(fā)展的難度。從中國(guó)地質(zhì)特點(diǎn)上看，地質(zhì)歷史上曾有好的可以產(chǎn)生油氣的暗色頁巖系（而這恰是美國(guó)學(xué)者看好中國(guó)頁巖氣并認(rèn)為其蘊(yùn)藏居世界首位的出發(fā)點(diǎn)），并不意味著現(xiàn)今一定保存著相應(yīng)的頁巖油氣可采量。其保存量的大小、賦存特點(diǎn)及相適應(yīng)的開采技術(shù)都需要我們通過大量實(shí)踐（包括失敗的實(shí)踐）去摸索并逐漸形成自己的理性認(rèn)識(shí)和技術(shù)體系。這就需要投資和時(shí)間。“十二五”規(guī)劃中不對(duì)頁巖氣設(shè)定過高目標(biāo)而是要求打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，將為“十三五”及以后更快發(fā)展天然氣打開道路。這樣的指導(dǎo)思想顯然是符合實(shí)際的。?

【作者單位：中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院】

（摘自《中國(guó)地質(zhì)教育》2012年2期）