非常規(guī)油氣資源發(fā)展現狀及關鍵問題

摘 要

摘要：我國非常規(guī)油氣資源非常豐富，加快對其的開發(fā)利用對確保國家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。為此介紹了我國煤層氣、油砂、油頁巖、頁巖氣、天然氣水合物.、致密砂巖氣等非
摘要：我國非常規(guī)油氣資源非常豐富，加快對其的開發(fā)利用對確保國家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。為此介紹了我國煤層氣、油砂、油頁巖、頁巖氣、天然氣水合物.、致密砂巖氣等非常規(guī)油氣的資源狀況，分析了國家對非常規(guī)油氣資源的戰(zhàn)略需求。結論指出，為加快我國非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用步伐，需對以下非常規(guī)油氣領域的關鍵科學問題開展攻關：油砂成礦規(guī)律及提高分離效率基礎研究、油頁巖成礦規(guī)律及原位開采基礎研究、頁巖氣成藏機制及高效開采基礎研究、致密砂巖氣成藏機理及開采基礎研究、天然氣水合物成藏富集規(guī)律及開采工藝基礎研究。
關鍵詞：中國；非常規(guī)油氣；勘探；開發(fā)；現狀；需求；基礎研究
1 我國非常規(guī)油氣資源基礎
1.1 煤層氣
    據國土資源部新一輪全國油氣資源評價結果，我國42個主要含煤盆地煤層埋深2000m以淺的煤層氣地質資源為36.8×108m3[1]。目前煤層氣的開采方式主要有兩種：一種為地面開采方式，通過地面鉆井方式進行開采，目前國內已經建成產能大約7.5×108m3/a；另一種為煤礦井下抽放開采，2007年井下抽放產能大約為47×108m3/a。我國地質構造普遍比較復雜，受多期構造活動影響，煤層滲透率、儲層的壓力普遍偏低，給開采帶來一定的技術難度，經過近20a的發(fā)展，煤層氣勘探技術已經比較成熟，開發(fā)技術已經取得突破，煤層氣正處于快速發(fā)展的時期，就目前煤層氣產量與資源量比例關系來看，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、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或相對密度大于0.95的原油[2]。我國地質歷史構造運動復雜，為油砂的形成提供基礎條件，幾乎各個含油氣盆地都有油砂分布。國土資源部新一輪全國油氣資源評價結果表明，我國陸地24個盆地埋深500m以淺油砂油地質資源量為59.7×108t，可采資源量為22.58×108t，其中0～100m埋深油砂油地質資源量為18.56×108t，100～500m埋深油砂油地質資源量為41.14×108t，主要分布于西部和東部的盆地。準噶爾、塔里木、羌塘、柴達木、松遼、四川和鄂爾多斯等7個盆地油砂油地質資源量為52.92×108t，占全國總資源量的88.6%[2]。中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院從2003年開始系統開展了新疆油砂野外地質調查和油砂資源評價工作，基本查明了新疆油砂礦的分布和資源量；優(yōu)選出準噶爾盆地西北緣的6個油砂開采有利區(qū)塊，摸清重點區(qū)塊油砂礦體的空間展布、含油率變化及分布規(guī)律；在準噶爾盆地西北緣風城地區(qū)發(fā)現了我國首個大型油砂礦，建立了年處理1×104t油砂的水洗分離基地，顯示了該地區(qū)良好的開發(fā)前景。
1.3 油頁巖
    油頁巖又稱油母頁巖，是一種高灰分、低熱值的化石燃料，含不溶于溶劑的有機質，經低溫干餾可得到頁巖油、干餾氣和頁巖半焦。我國油頁巖資源十分豐富，全國油頁巖資源量7199×108t。頁巖油資源量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%的頁巖油資源量占182×108t，含油率大于10%的頁巖油資源量占140×108t，遠比國內已經發(fā)現的天然石油的儲量要多。頁巖油探明程度較低，全國頁巖油探明儲量約20×108t，主要分布在吉林、廣東、遼寧等省[3]。我國油頁巖的開發(fā)利用有70多年歷史，主要用于提煉頁巖油和發(fā)電。2006年頁巖油產量超過20×104t，生產地區(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 頁巖氣
    頁巖氣也是一種自生自儲型非常規(guī)天然氣，與煤層氣具有一定的相似性，其儲層主要是頁巖和泥巖，其中吸附氣含量一般為20%～80%。我國南方古生界海相頁巖、華北地區(qū)下古生界海相頁巖、塔里木盆地寒武-奧陶系海相頁巖、松遼盆地白堊系湖相頁巖、準噶爾盆地南緣上二疊統、中-下侏羅統湖相頁巖和鄂爾多斯盆地上三疊統湖相頁巖等具有分布范圍廣、厚度大、成熟度高等特點，具有頁巖氣成藏的基本地質條件。筆者通過與美國頁巖氣成藏條件對比，采用類比法初步估算我國頁巖氣資源總量約為30.7×1012m3。通過對已有油氣井資料井下復查與解釋，四川盆地威遠地區(qū)具有頁巖氣成藏的有利條件，是目前頁巖氣勘探開發(fā)的現實有利區(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。據能源專家估算，全球天然氣水合物中蘊藏的天然氣總量為1.8×1012～2.1×1012m3[5]。但是天然氣水合物的開采是一項世界性的難題，海底天然氣水合物開采方式和控制方法不當，可能導致海底失穩(wěn)，大量天然氣水合物釋放到大氣之中，引起強烈的溫室效應，將使全球氣候發(fā)生災難性的改變。
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，其開發(fā)活動主要集中于美國、加拿大等國家。以致密砂巖氣開采最為成功的美國為例，其非常規(guī)天然氣產量占天然氣總產量比重逐年增加，而致密砂巖氣產量居非常規(guī)天然氣產量首位，2008年致密砂巖氣產量占美國天然氣總產量的24.1%，已成為美國天然氣產量的重要組成部分。致密砂巖氣藏幾乎在世界范圍內各個產氣盆地的低滲透含氣層中都存在，加拿大、澳大利亞、墨西哥、委內瑞拉、阿根廷、印度尼西亞、俄羅斯、埃及、沙特阿拉伯在過去的10a中已經對致密砂巖氣藏進行了開發(fā)和生產。1970年以后我國根據北美的經驗結合我國含氣盆地的地質條件，開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發(fā)，致密砂巖氣逐漸成為我國天然氣勘探生產的重要組成部分。
2 國家對油氣能源的戰(zhàn)略需求
    我國常規(guī)石油資源的勘探開發(fā)已經處于中期階段，預測2020年達到產量峰值(約為2×108t)[6]，之后中國的石油產量將不斷下降；常規(guī)天然氣資源開發(fā)處于快速發(fā)展階段，市場需求強勁，預計2020年缺口將達到800×108m3。我國非常規(guī)油氣資源豐富，開發(fā)潛力大，大力開發(fā)利用非常規(guī)油氣資源是我國能源領域的一項重要的戰(zhàn)略決策。
2.1 發(fā)展非常規(guī)油氣是國家能源安全的需要
    我國經濟長期保持較快速度發(fā)展對油氣資源的需求日益加大，油氣供需矛盾日益突出。2008年原油產量超過1.89×108t，部分老油田的開發(fā)進入了“雙高階段”，其主力油田綜合含水高達90%，油田可采儲量的采出程度高達80%，開發(fā)難度越來越大。1993年我國成為石油凈進口國，2008年石油進口量近2×108t，對外依存度達到47%。天然氣產量同樣不能滿足需求，2008年產量超過770×108m3，預計2020年中國天然氣需求量將達1200×108m3，缺口將達800×108m3[7]。開發(fā)豐富的非常規(guī)油氣資源可以緩解我國日益嚴峻的能源壓力，在能源安全方面具有重要的意義。我國應借鑒國外非常規(guī)油氣發(fā)展的技術理論以及產業(yè)化模式盡快實現非常規(guī)油氣的規(guī)模開發(fā)。同時加大非常規(guī)油氣理論創(chuàng)新，研發(fā)適用于我國地質特點的技術設備，促進非常規(guī)油氣有效開發(fā)，緩解油氣短缺的局面[8～9]。
2.2 加快非常規(guī)油資源開發(fā)利用，可以提高石油的自給水平
2.2.1加快油砂開發(fā)利用
    根據美國地質調查局(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，世界各國均在加速進行對油砂的研究和開發(fā)，隨著勘探開發(fā)技術的提高，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入大規(guī)模商業(yè)開發(fā)階段。中國油砂資源豐富，具有點多、面廣、類型復雜的特點，油砂成礦理論尚不系統，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，這些問題嚴重制約了我國油砂礦的勘探及開發(fā)。
2.2.2加快油頁巖開發(fā)利用
    世界油頁巖資源量巨大，隨著油價高位運行，大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)油頁巖資源已成為可能，并成為世界大石油(能源)公司新的經濟增長點。近幾年，埃克森美孚公司、英荷殼牌公司集團、BP公司、雪佛龍公司、德士古公司等大油公司積極投資油頁巖領域，加大對油頁巖的勘探開發(fā)力度，2005年世界頁巖油產量超過100×104t。中國應適應國內外能源發(fā)展形勢，滿足國家能源需求，加大油頁巖勘探開發(fā)的投資力度，通過研發(fā)和引進，掌握和使用先進技術，加快油頁巖產業(yè)化步伐，以保障我國國家能源安全。
2.3 加快開發(fā)非常規(guī)天然氣，補充常規(guī)天然氣長遠資源量的不足
2.3.1加快煤層氣勘探開發(fā)
    我國具有豐富的煤層氣資源，目前我國已探明煤層氣儲量為1043×108m3，控制儲量超過3000×108m3，已經在沁水盆地南部鉆井2000多口，形成年生產能力近7.5×108m3。因此，煤層氣是除常規(guī)天然氣以外，資源量最大、最為現實的潔凈能源，勘探開發(fā)煤層氣是國家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略最為現實的選擇之一。
2.3.2加快頁巖氣勘探開發(fā)
    我國頁巖氣資源豐富，筆者認為四川盆地威遠地區(qū)的九老洞組頁巖和瀘州地區(qū)下志留統龍馬溪組頁巖兩個地層的頁巖氣資源潛力達(5.0～8.0)×1012m3，相當于四川盆地的常規(guī)天然氣資源總量。我國黑色頁巖分布十分廣泛，南方、鄂爾多斯、吐哈等地區(qū)的頁巖，都富含有機質，具有形成頁巖氣的良好基礎與條件。但頁巖氣成藏、富集機理相關研究還相當欠缺，對頁巖氣地球物理探測技術、壓裂增產技術、排采技術等缺乏相關的基礎理論支撐。因此十分有必要加強對頁巖氣的理論基礎研究。
2.3.3加快其他非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)
    我國致密砂巖氣資源潛力巨大，在我國能源需求不斷增長和傳統化石能源儲量有限的情況下，它可以作為一個穩(wěn)定的接替能源來滿足我國不斷增長的能源需求。對致密砂巖氣藏類型、成藏條件、成藏機理、成藏模式、分布規(guī)律和開采技術的研究具有重要的能源戰(zhàn)略意義。我國海域遼闊，初步調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政府的高度重視。
3 非常規(guī)油氣領域的關鍵科學問題
3.1 油砂成礦規(guī)律及提高分離效率基礎研究
    通過對典型含油砂盆地進行剖析，建立油砂成礦理論，剖析不同類型油砂成礦特點，開展油砂資源成礦條件研究，總結其富集分布規(guī)律，建立不同類型油砂的成礦模式。開展油砂分離微觀機理研究，搞清油、砂分離機制，研制油砂分離藥劑，發(fā)展低成本分離技術。
3.2 油頁巖成礦規(guī)律及原位開采基礎研究
    剖析不同類型盆地油頁巖成礦特點，劃分不同盆地油頁巖的成因類型，建立不同類型油頁巖的成礦模式，指出不同盆地油頁巖富集的主要控制因素以及富集條件，總結其富集分布規(guī)律，指出其有利勘探方向。開展頁巖油原位開采關鍵技術和小顆粒地面干餾技術攻關，形成頁巖油綜合利用技術。
3.3 中周頁巖氣成藏機制及高效開采基礎研究
    針對頁巖氣藏的特殊性和復雜性，開展頁巖氣成藏機理和富集主控因素研究，建立頁巖氣富集成藏規(guī)律，豐富我國非常規(guī)油氣地質理論，為頁巖氣資源的勘探評價以及相關技術研發(fā)提供理論依據。針對頁巖氣儲集的特殊性和儲層低孔、低滲的特點，開展頁巖氣開采過程中滲流機理及增產改造機理研究，形成頁巖氣的開采理論和頁巖氣增產理論，為頁巖氣排采工藝、開采設備和增產技術研發(fā)提供理論基礎。
3.4 致密砂巖氣成藏機理及開采基礎研究
    開展全國致密砂巖氣藏資源潛力評價，確立我國致密砂巖成藏理論，對致密砂巖氣藏類型、成藏條件、成藏機理、成藏模式、分布規(guī)律做出系統的科學闡述。完善致密砂巖氣藏地質評價技術、地球物理探測技術、致密砂巖氣藏儲層改造技術等系列勘探開發(fā)技術系列，形成針對致密砂巖氣藏從勘探到開發(fā)的技術體系。
3.5 天然氣水合物成藏富集規(guī)律及開采工藝基礎研究
    開展我國陸上永凍土區(qū)和海域天然氣水合物成藏機理、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價提供理論依據。針對天然氣水合物成藏、賦存的特點，開展天然氣水合物穩(wěn)定開采機理、增產機理研究，形成天然氣水合物的陸上和海域富集區(qū)帶開采理論，為天然氣水合物開采工藝和增產技術研發(fā)提供理論基礎。
參考文獻
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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.中國地質大學能源學院；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；3.中國石油天然氣集團公司國際事業(yè)部)