張琳（中南林業(yè)科技大學，湖南長沙410000）

0 引言

隨著國內外對綠色、環(huán)保、低碳的不斷提倡，以煤炭為主的傳統(tǒng)能源會造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)平衡，并且傳統(tǒng)能源短缺的現(xiàn)狀制約了全球經濟發(fā)展，因而大力發(fā)展新能源、清潔能源、可再生能源成為了人們關注的焦點，而頁巖氣和干熱巖是非常規(guī)油氣資源里的重點發(fā)展對象。

1 國內外非常規(guī)能源開發(fā)調研分析

總體來看，地層淺部資源開采殆盡，深層、超深層資源量十分豐富，是未來戰(zhàn)略發(fā)展的重要方向，因此各國的開采向著深層、超深層地區(qū)發(fā)展，積極出臺相關政策支持非常規(guī)油氣資源的發(fā)展，解決能源環(huán)境問題。

頁巖氣是指賦存于頁巖系統(tǒng)中的天然氣，主要儲存于頁巖、泥巖與巖類夾層中，是一種新型能源，水力壓裂是頁巖氣的主要開發(fā)方式。北美國家對頁巖開發(fā)技術研究較早，頁巖氣勘探開發(fā)始于美國，美國具有相對簡單的地質構造和穩(wěn)定的海相沉積地層，而美國頁巖氣發(fā)展如此迅猛的背后離不開水力壓裂技術、超長水平井技術、數(shù)字測井等各種研究成果及科研突破的支撐。

1981年，美國第一口頁巖氣井壓裂成功，此后，美國擺脫了大量依賴天然氣傳統(tǒng)能源的局面，也擺脫了對于進口石油的依賴，在全球，北美地區(qū)的頁巖氣資源勘探開發(fā)最為成功，特別是2000 年以來，相關勘探技術不斷進步，美國能源效率得到大大提高，美國經濟也持續(xù)增長。2010年該地區(qū)的頁巖氣年產量達到1500×108m3，占北美天然氣總產量20%左右[1]。目前，美國已經實現(xiàn)了煤層氣、致密砂巖氣的合采開發(fā)，一口井的綜合開發(fā)利用帶來的經濟效益顯著。

地熱資源可分為水熱型和干熱巖型，干熱巖是一種清潔可再生能源，國外干熱巖技術的研究進展較快，美國是最早進行干熱巖工程開發(fā)研究的國家。1974年，美國聯(lián)合其他國家在芬頓山成立了干熱巖研究中心[2]。而我國近幾年才展開干熱巖相關研究，目前還未有重大突破。

在全球頁巖氣資源量分布中，中亞及中國資源量位于第二位，中國非常規(guī)油氣資源十分豐富，我國自20世紀70年代初開始勘察利用中淺層地熱資源，煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣、頁巖油是目前最有前景的能源之一。2019 年3 月6 日，中國石油川南深層頁巖氣瀘203井完成放噴測試，成為國內首口單井測試日產量超百萬立方米的頁巖氣井。截至目前，頁巖氣的商業(yè)化開采已在重慶涪陵等地成功實現(xiàn)。它們的成功鉆探表明中國南方下古生界頁巖氣具有美好的勘探開發(fā)前景，證明了頁巖氣未來的勘查開發(fā)價值潛力很大！

與美國五大頁巖氣系統(tǒng)相對比，我國頁巖層系統(tǒng)主體有機質豐度變化大，總體有機質含量偏低，而有機質的類型又會影響產氣，并且我國的頁巖層系統(tǒng)遭受了不同程度的構造運動破壞，其中，構造形成的斷層對頁巖氣的保存破壞較大[4]。

我國地質條件相對復雜，非常規(guī)油氣資源儲層致密、滲透率極低,鉆井和壓裂開發(fā)難度大，面臨著巖層裂隙錯綜復雜，埋藏深、低滲透儲層單井產量低,缺乏有效增產技術、綜合利用效率低、環(huán)境污染嚴重等難題。國內的超長水平井技術研究起步較晚，主要來源于國外的先進技術，至今仍與國外石油公司存在一定的差距。截至目前，都是壓裂作業(yè)初期，產量有限，后續(xù)需要進一步研究水力壓裂改進措施。因此科學家們建立了簡單背斜控藏型、逆斷背斜控藏型、頁巖氣藏等溫吸附等模型，采用酸化壓裂液、注入氣體，加大注入壓力，重復壓裂技術等各種手段提高巖層產量。針對巖層裂縫形成機理，利用abaqus、mi?das 等有限元軟件進行前處理，形成了精細的地質建模技術、氣-液耦合壓裂數(shù)值模擬技術以及離散裂縫模型及滲流模擬方法，再利用matlab 等程序語言進行后處理，結合先進的計算機技術進行智能檢測。

中國油氣勘探在深海處尚處于起步階段，中國海域勘探潛力巨大，深層與超深層的資源量十分豐富，潛力巨大，具備發(fā)現(xiàn)特大型油氣田的可能性[3]。目前，渤海灣盆地和松遼盆地的勘探已進入晚期階段，而西部的塔里木盆地、四川盆地儲層含量豐富，亟待合理的開發(fā)利用。對于煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣“三氣共采”技術，在我國的鄂爾多斯盆地，含煤巖系非常規(guī)氣“三氣共采”已經積累了一定的成功經驗，開辟了煤層氣高效開發(fā)新途徑。

2 能源科技發(fā)展方向

2.1 增加油氣產能

增加油氣產能依賴于科學技術的進步，大力發(fā)展地層深處復雜條件下裂縫動態(tài)模擬技術，利用數(shù)值模擬技術會讓人們更加理解裂縫在地層深處的分布規(guī)律，擴大主裂縫的條數(shù)、重新構造裂縫路徑從而可以利用自然規(guī)律，利用裂縫動態(tài)擴展增大油氣產量，采用重復壓裂、水力壓裂，爆燃壓裂、多段壓裂技術增產，同時也可以利用基于損傷力學、斷裂力學的裂縫觀測技術以提高生產率。

結合大數(shù)據技術進行選井也可以精準把控新型能源的開采過程，采用相關軟件和設備優(yōu)化選井工藝，改進目前已有的控壓鉆井技術，提升鉆井速度。利用計算機技術和5G 技術也可以建立和完善地層深處復雜條件下超前地質預報等預測方法，還可以采用改進壓裂液的方法，例如可以采用酸性壓裂液起到增產的作用。

2.2 綠色安全開采存在的問題與對策

目前，非常規(guī)能源開發(fā)帶來的環(huán)境風險問題已經成為了國內外學者研究的重點，對于非常規(guī)能源的開發(fā)，施工風險也較大，鉆進施工中有很大可能造成地層擾動，破壞原有裂隙網格，發(fā)生漏水和水侵現(xiàn)象。因此在提高滲透率的同時，對于開采技術的安全防護，主要注重壓裂介質的存儲穩(wěn)定以及選取合適的鉆井液和壓裂液，盡最大可能實現(xiàn)降阻減摩以及解決維持井壁穩(wěn)定的問題。同時，頁巖氣開采過程中容易造成地面不均勻沉降，對開采區(qū)域附近的植被造成破壞，壓裂液中存在很多的化學添加劑、表面活性劑，回收的壓裂液、鉆井液中也可能存在大量的污染源及重金屬，要注重回收液體的存儲和再利用，防止它們的泄露，污染地表水與地下水，給當?shù)厣鷳B(tài)帶來破壞。

實現(xiàn)綠色開采，節(jié)能減排，壓裂液需采用無污染的液體，以最小的環(huán)境擾動獲得最大的開采利用率，提倡生態(tài)環(huán)境保護政策，保護當?shù)厮Y源，防止壓裂導致含水層破壞和地下水層擾動，實現(xiàn)資源合理開采與保護環(huán)境協(xié)調發(fā)展。綠色開采也是保證高質量、可持續(xù)大規(guī)模發(fā)展的重要技術支撐手段之一。

我國還應制定詳細的環(huán)保法律與油氣開采規(guī)范，積極探索新型科學技術，引進國外研究成果，例如，美國開發(fā)了干法壓裂，該技術不需要水，減少了對于水資源的利用，而且減少了對于環(huán)境的破壞，提高了經濟效益[4]。相關研究表面，西部煤炭開采易造成土壤損害和地表植被破壞，西部地區(qū)又地處干旱-半干旱地區(qū)，水資源匱乏，本已脆弱的生態(tài)環(huán)境經不起二次破壞，因此我們也應關注廢液的回收利用問題。

3 結語

我國是世界煤炭生產與消費大國，我國的主體能源依然是煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源，其中煤炭的占比最高，但是對于新型能源、清潔能源的開發(fā)勢在必行[6]。我國目前非常規(guī)能源的勘探與開發(fā)還處于初始階段，隨著科技的進步以及國家政策的大力支持，未來中國非常規(guī)油氣資源的開采前景十分廣闊，有望改變中國目前能源使用的格局。