中國非常規油氣勘探開發與理論技術進展（一）

進入21世紀，以美國非常規油氣、加拿大油砂、委內瑞拉重油為代表，全球非常規油氣勘探開發取得了一系列突破性進展，已成為全球油氣生產的重要組成部分。借鑒國外經驗，大力發展中國非常規油氣成為必然的戰略選擇和必由之路。中國進入了常規與非常規油氣并重的勘探開發新時代，地質開發理論進入了非常規油氣創新的“黃金期”。隨著研究與勘探開發實踐的快速推進，非常規油氣將逐步成為中國油氣生產的重要組成部分，為國民經濟的發展提供重要保障。

板塊兩大旋回演化控制了全球原型盆地的形成與分布，全球油氣分布具有10條規律：①常規—非常規油氣有序聚集；②特提斯域控制生物礁大油氣回群帶狀分布；③前陸沖斷帶控制構造油氣田群分布；④克拉通內隆起控制特大型油氣田展布；⑤臺地邊緣控制生物礁灘大油氣田群帶狀分布；⑥被動大陸邊緣控制海洋特大型油氣回形成與分布；⑦前陸前淵斜坡控制大規模重油瀝青賦存；⑧盆地沉積斜坡控制致密油氣與煤層氣聚集；⑨盆地深水富有機質沉積控制頁巖油氣滯留；⑩低溫高壓海底沉積控制水合物展布。

全球常規與非常規油氣資源比例約2：8，常規油氣己采出1/4，常規油氣高位穩定生產、海洋油氣持續增長、非常規油氣快速發展。2013年全球石油產量40.5×10⁸t（其中非常規石油占6%），全球天然氣產量3.4×10¹²m³（其中非常規天然氣占17%）。全球正形成西半球的美國和東半球的中國兩大非常規油氣突破區。美國借鑒頁巖氣理論技術與發展經驗，實現致密油快速發展，非常規油氣推動美國“能源獨立”戰略夢實施，2014年，美國天然氣產量7279×10⁸m³，石油產量5.78×10⁸t，其中致密氣1400×10⁸m³，煤層氣450×10⁸m³，頁巖氣3637×10⁸m³，致密油2.09×10⁸t，2014年天然氣基本可以自給，石油對外依存度己降至39.1%。中國正在穩步推進非常規油氣發展，2014年，中國生產天然氣1329×10⁸m³，生產石油2.1×10⁸t，其中致密氣360×10⁸m³，煤層氣36×10⁸m³，頁巖氣13×10⁸m³，致密油獲得工業突破，非常規油氣在油氣總產量中的比較很低，2014年天然氣對外依存度32.2%，石油對外依存度59.5%，非常規油氣上升空間廣闊。

石油工業界和學術界高度關注非常規油氣的發展，針對非常規油氣的技術研發、學術研討等活動異?；钴S。2011年AAPG年會主題即為“地球科學界的下一次大飛躍”，認同非常規資源成為油氣工業發展的戰略驅動。2015年AAPG年會主題“探尋石油地質學頂峰”，非常規油氣資源再度成為大會焦點。近年來，非常規油氣在中國石油界也廣受重視，2011年第四屆石油地質年會主題為“常規和非常規油氣資源—中國石油工業持續發展的基礎”，2013年第五屆石油地質年會主題“創新與發展—油氣勘探理論技術挑戰與實踐”，2015年第六屆石油地質年會主題“更深、更廣、更復雜—油氣勘探新領域與新技術”，非常規油氣均是重點研討內容。近年來，中國油氣勘探與地質理論呈現4方面的新亮點：①細粒沉積儲層與非常規油氣資源；②高過成熟烴源與古老碳酸鹽巖油氣田；③低溫高壓場與超深層油氣系統；④重力流沉積與海洋深水大油氣田。

中國乃至世界未來能源發展，需重點把握三大新格局。①石油與天然氣新格局。石油仍是發展的基石，天然氣很具成長性。國際能源形勢和油氣勘探開發實情顯示，天然氣必將完成對石油的“第一次革命”，21世紀將是天然氣的時代，大發展戰略機遇期已經來臨。②常規與非常規新格局。當前常規油氣仍是勘探主體，非常規正循序漸進實現有效開發。長遠看，頁巖氣、頁巖油、水合物等非常規資源潛力巨大，一旦技術突破，必將形成對常規油氣的“第二次革命”，尤其是“頁巖油革命”，可能比頁巖氣革命來得更具顛覆性。③化石與新能源新格局。傳統化石能源不可再生，新能源必將完成對傳統能源的“終極革命”?；蛟S未及化石資源枯竭，“新能源革命”已經提前到來。地熱、太陽能、風能、氫能，以及當下全球熱議的儲能，展現出廣闊的發展前景，引起全球關注，很多國際能源公司已經采取實質行動。

本文在全面回顧近十年國內外非常規油氣勘探開發進展的基礎上，重點以作者研究團隊成果為基礎，從非常規細粒沉積學、非常規儲層地質學、非常規油氣地質學、非常規油氣開發地質學等4個方面對中國非常規油氣研究進展進行了歸納總結，總體有10項重要進展：①揭示黑色頁巖系統細粒沉積形成機理，建立不同巖石沉積模式，創新細粒沉積學理論；②提出非常規油氣烴源巖標準，模擬源內外地球化學指標變化規律，創新非常規油氣地球化學理論；③揭示微一納米孔演化規律，創新微納米孔喉表征方法，創新非常規油氣儲層地質學理論；④建立油氣聚集微納米孔喉結構模式，模擬油氣分子級充注機理，揭示“連續型”油氣聚集規律；⑤揭示非常規油氣富集層段主控因素，提出非常規有構造“甜點”、連續“甜點區”勘探目標；⑥提出非常規油氣“6特性”評價參數，開發地球物理預測方法，評選非常規油氣核心區；⑦提出“人工油氣藏”開發模式，建立非常規“L”型產量模型，創新非常規油氣開發地質學理論；⑧開發非常規油氣資源評價方法軟件系統，明確不同類型非常規資源潛力，提出不同類型非常規發展策略；⑨揭示常規—非常規油氣“有序聚集”規律，提出“平臺式”工廠化生產模式，實現常規—非常規油氣協同有效開發；⑩提出非常規油氣國家標準，建立國家能源致密油氣研發中心，培養非常規專業人才，推動非常規油氣工業發展。最后闡述了非常規油氣的重要啟示、意義及戰略定位。

1全球非常規油氣勘探進展

非常規油氣是指用傳統技術無法獲得自然工業產量、需用新技術改善儲層滲透率或流體黏度等才能經濟開采、連續或準連續型聚集的油氣資源。非常規油氣有兩個關鍵標志和兩個關鍵參數，兩個關鍵標志為：①油氣大面積連續分布，圈閉界限不明顯；②無自然工業穩定產量，達西滲流不明顯。兩個關鍵參數為：①孔隙度小于10%；②孔喉直徑小于1μm或滲透率小于1×10^-3μm²。非常規油氣主要特征表現為源儲共生，在盆地中心、斜坡大面積分布，圈閉界限與水動力效應不明顯，儲量豐度低，主要采用水平井規模壓裂技術、平臺式“工廠化”生產、納米技術提高采收率等方式開采。主要類型有致密油和氣、頁巖油和氣、煤層氣、重油瀝青、天然氣水合物等。

1.1全球非常規油氣勘探進展

近年來，全球非常規油氣勘探開發取得一系列重大突破。致密氣、煤層氣、重油、瀝青砂等已成為全球非常規石油天然氣勘探開發的重點領域，頁巖氣成為全球非常規天然氣勘探開發的熱點領域，致密油成為全球非常規石油勘探開發的亮點領域。全球非常規油氣產量快速增長，在全球能源供應中的地位日益凸顯。2008年全球非常規石油資源規模達4495×10⁸t，與常規石油資源基本相當；全球非常規天然氣資源規模達3921×10¹²m³，是常規天然氣資源的8倍，非常規天然氣產量快速上升，已占到天然氣產量的18%。

近10年成為美國頁巖氣、致密油“革命性發展的黃金十年”，頁巖氣由南部地區的巴內特，到海恩斯維爾，再到東部地區的馬塞勒斯，持續獲得重大發展，成為非常規油氣發展熱點，2014年頁巖氣產量高達3637×10⁸m³，約占美國天然氣總產量的50.0%；致密油由北部地區的巴肯，到南部地區的鷹灘，再到東部地區的尤蒂卡，連續獲得重大突破，成為非常規油氣發展亮點，2014年致密油產量已達2.09×10⁸t，約占美國石油總產量的36.2%（圖1）。

圖1.北美地區常規與非常規油氣資源主要類型評價分布圖

頁巖氣、致密油等非常規油氣快速發展，使得美國油氣對外依存度大幅下降，2014年天然氣基本可以自給，石油對外依存度已降至39.1%，持續推動美國“能源獨立”戰略實施，美國未來很可能主要依靠美洲實現寬泛意義上的“能源獨立”。

致密砂巖氣

1927年發現于美國的圣胡安盆地，1976年在加拿大阿爾伯達盆地西部深助陷區北部發現了大型的埃爾姆沃斯致密砂巖氣田，是最早進行工業化開采的非常規天然氣資源。上世紀60年代末至70年代初，致密天然氣已被國外認為是天然氣的第二個主要領域。目前，全球已發現或推測有70個盆地發育致密砂巖氣，資源量約為209.6×10¹²m³，主要分布在北美、拉丁美洲和亞太地區。美國是致密砂巖氣開發最早、最成熟的地區，已在23個盆地發現900多個致密砂巖氣田，探明可采儲量5×10¹²m³，2014年致密砂巖氣產量約為1400×10⁸m³，占美國天然氣總產量的19.2%；預計2040年致密砂巖氣產量將保持在2380×10⁸m³，占屆時美國天然氣總產量的22%。

頁巖氣

全球頁巖氣資源量約為456×10¹²m³，超過了致密氣和煤層氣資源量之和。目前，北美是全球唯一實現頁巖氣工業化開發的地區，其中美國已在20多個盆地進行頁巖氣勘探開發，2014年產量達3637×10⁸m³，占美國天然氣總產量的50.0%；未來頁巖氣產量仍將保持快速增長，有機構預測2040年頁巖氣產量將達到5610×10⁸m³，占屆時美國天然氣總產量的53%。

煤層氣

世界75個主要含煤國家中，已有35個開展了煤層氣的研發。全球煤層氣資源量約為256.1×10¹²m³，主要分布在前蘇聯、北美和亞太地區的煤炭資源大國。目前，全球煤層氣主要生產國是美國、加拿大和澳大利亞，2013年煤層氣產量超過600×10⁸m³，其中美國煤層氣產量約為450×10⁸m³、加拿大80×10⁸m³左右、澳大利亞50×10⁸m³左右。據EIA預測，美國煤層氣產量將保持基本穩定，預計2040年煤層氣產量約為483×10⁸m³，占屆時美國天然氣總產量的5%。

致密油

已成為繼頁巖氣之后全球非常規油氣勘探開發的新熱點，被石油工業界譽為“黑金”。美國借鑒頁巖氣開發技術與發展經驗，成功實現了致密油勘探開發突破，已發現Williston、GulfCoast和FortWorth等近20個致密油盆地，Bakken、EagleFord、Barnett、Woodford、Marcellus-Utica等多套產層，使美國持續24年的石油產量下降趨勢自2008年開始止跌回升。2014年美國致密油產量己達2.09×10⁸t，占美國石油總產量的36.2%，預計2020年將達到2.4×10⁸t左右。2013年，美國能源信息署預測美國致密油技術可采資源量為79.3×10⁸t，揭示了致密油勘探開發的良好前景。除美國外，加拿大、阿根廷、厄瓜多爾、英國和俄羅斯等國家都發現了致密油。

重油

可采資源量大約為1079×10⁸t，主要分布于南美和中東地區，分別占全球重油資源量的76.3%和11.0%。委內瑞拉奧利諾科（Orinoco）重油帶是全球最大的重油聚集區，重油分布面積達18220km²，位于委內瑞拉陸上面積最大的沉積盆地—東委內瑞拉盆地的南部，是世界著名的重油生產區。據BP石油公司2014年統計，奧利諾科重油剩余探明可采儲量達354×10⁸t，目前奧利諾科重油產量還不高，2011年產量不到6800×10⁴t，占委內瑞拉石油總產量的比例不足40%。

天然瀝青（或稱油砂）

可采資源量大約為1066.7×10⁸t，81.6%分布于北美地區。加拿大的阿爾伯達省是全球油砂最富集的地區。據BP石油公司統計，截至2013年底，加拿大油砂油剩余探明可采儲量達273×10⁸t，占其剩余石油探明總儲量的97%。目前，加拿大是世界上唯一進行大規模、商業化生產油砂油的國家，2013年油砂油產量大約為1.13×10⁸t。若油砂油能夠完全開發生產，加拿大有望成為僅次于沙特阿拉伯、俄羅斯和委內瑞拉的全球第四大石油生產國。

油頁巖

開發利用歷史十分悠久，早在19世紀后期就已開始油頁巖油的生產，上世紀70~90年代還曾有過大規模開發利用，1980年高峰產量曾達到4500×104t左右。目前，油頁巖油生產國主要有愛沙尼亞、巴西、中國、澳大利亞等，但產量己降至2000×104t以下。全球已發現600余處油頁巖礦，油頁巖油可采資源量約為1501×10⁸t；其中，美國油頁巖油1005×10⁸t，約占世界的67%，但美國始終未進行油頁巖油的工業生產。進入21世紀，隨著國際油價的不斷攀升和石油供需平衡狀況日趨脆弱，美國國會于2005年通過了發展非常規能源的法案，鼓勵企業進行油頁巖干館煉油的研究與開發。根據美國能掠部于2007年9月公布的研究報告，2020年美國油頁巖油產量將達到0.5×10⁸t，2030年達到1.2×10⁸t。

天然氣水合物

目前還處于資源調查和試驗性開采階段，尚未實現工業化開發。世界范圍內，約27%的陸地和90%的海洋中都存在天然氣水合物。目前世界各地已發現120多處天然氣水合物，許多發達國家制定專門研發計劃開展水合物資源勘查評價與試驗性開采，按照當前發展趨勢，預計2015年前后有望實現凍土區天然氣水合物的商業性開發，2030年前后，有望實現海域水合物商業性開采。2013年，日本在Daini-AtsumiKnoll，采用降壓排采、氣水同出生產方式，實現了天然氣水合物的重大突破，獲得日產2×10⁴m³天然氣。不少專家認為，隨著水合物開發技術的逐漸成熟，海域水合物開發的進程有可能大大提前。

1.2中國非常規油氣勘探進展

中國沉積盆地的形成及發展歷經了古生代海相與中新生代陸相兩個時期，非常規油氣形成的地質條件十分優越。致密油、致密氣、頁巖油、頁巖氣、煤層氣、油頁巖、重油瀝青及天然氣水合物等非常規油氣資源非常豐富。初步評價中國非常規油氣可采資源量約為（890～1260）×10⁸t油氣當量，是常規油氣的3倍左右。其中，非常規石油可采資源量約為（223~263）×10⁸t與常規石油資源量大致相當；非常規天然氣可采資源量約為（84~125）×10¹²m³，是常規天然氣資源量的5倍左右，發展潛力很大。

近10年成為中國致密氣、致密油“開創性發展的探索十年”。致密氣已成為天然氣增儲上產的重要領域，近10年平均新增探明致密氣地質儲量2760×10⁸m³，約占同期探明天然氣總儲量的45%；2014年致密氣產量已達360×10⁸m³左右，約占全國天然氣總產量的27%；發現了目前全國最大的蘇里格致密氣區，2014年探明和基本探明地質儲量達4.2×10¹²m³，2014年致密氣產量235×10⁸ m³。致密泊在鄂爾多斯、準噶爾、松遼等盆地發現5~10×10⁸t級儲量規模區，在渤海灣、四川等盆地也獲重要發現。煤層氣初步建成沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣兩個地面生產基地，2014年地面煤層氣開采量達36×10⁸m³。頁巖氣在四川盆地南部和東部志留系龍馬溪組海相頁巖已初步實現工業突破，2014年產量己達13×10⁸m³。致密油、致密氣已成為中國非常規油氣發展重點，海相頁巖氣、煤層氣等將實規?；a（圖2，表1）。

圖2.中國陸上主要非常規油氣有利區分布圖

表1.中國非常規油氣資源量與探明儲量情況（截至2013年底）

致密氣

早在20世紀60年代，在中國四川盆地川西地區就已有發現，但因技術不成熟，長期沒有大發展。近年來，隨著大型壓裂改造技術進步和規?；瘧?，致密砂巖氣勘探開發才取得重大進展，發現了以鄂爾多斯盆地蘇里格、四川須家河組為代表致密砂巖大氣區，截至2014年底，蘇里格己探明、基本探明儲量超4×10¹²m³，2014年致密氣產量為235×10⁸m³，在松遼、吐哈、塔里木、渤海灣等盆地發現了一批高產的致密砂巖氣井，表明中國致密砂巖氣分布廣泛，資源相當豐富。據最新估算，中國致密砂巖氣可采資源量約（9~13）×l0¹²m³。截至2013年底，中國致密砂巖氣累計探明地質儲量為4.0×10¹²m³，大約占全國天然氣總探明儲量的41%；2014年致密氣產量大約為360×10¹²m³，占全國天然氣總產量的27%左右。預計2020年以前，中國致密砂巖氣新增探明儲量和年產量仍將保持快速增長，占全國天然氣儲量、產量比例有望進一步上升。

煤層氣

經過近20年的發展，初步形成了適合不同類型煤層氣的勘探開發配套技術，在山西沁水、遼寧鐵法等地成功實現了工業化開采，在鄂爾多斯盆地東緣、吐哈、準噶爾等盆地正在進行開發先導試驗。據全國新一輪資源評價，中國埋深1500m以淺的煤層氣可采資掠量10.9×10¹²m³。截止2013年底，中國已累計探明煤層氣可采儲量2849×10⁸m³。2014年地面煤層氣產量已達36×10⁸m³。隨著煤層氣開采技術不斷進步與完善，煤層氣將進入快速發展期。

頁巖氣

在中國的研究與勘探開發剛剛起步，資源潛力和有利目標區尚有待深化落實，包括背斜型“甜點”和連續型“甜點”兩類頁巖氣目標。近年來，頁巖氣已得到國家和企業的高度重視，已在資源評價和核心區優選、水平井壓裂等技術創新、工業化試驗區建設等攻關取得重大進展。2010年，四川盆地威201井在志留系龍馬摸組發現日產大于1×10⁴m³頁巖氣；并在四川富順-永JIf、威遠-長寧、重慶焦石壩、云南昭通等地區開展頁巖氣開采試驗。截至2013年底，已完鉆各類頁巖氣井130余口，約60口井獲氣流，2013年頁巖氣產量已達2×10⁸m³，2014年產量13×10⁸m³，頁巖氣開發利用己順利實現工業起步。初步估算，中國頁巖氣技術可采資商、量大約為(10～25）×10¹²m³。預計未來5~10年，將是中國頁巖氣技術攻關與先導試驗的關鍵期，需要制定“加快‘核心區’評選、加強‘試驗區’建設、加強‘生產區’規劃”三步走路線圖，2020年前后實現頁巖氣工業化規模發展。但中國頁巖氣開發利用面臨保存、埋藏較深、地表山地復雜、水資源與環境壓力大等一系列特殊性，大規模經濟有效開發難度較大。中國頁巖氣規?；l展，需要突破理論關、技術關、戚本關、環境關“四道關”。

致密油

在中國主要含油氣盆地廣泛分布，主要發育與湖相生油巖共生或接觸、大面積分布的致密砂巖油或致密碳酸鹽巖油。目前，在鄂爾多斯盆地三疊系長7段、準噶爾盆地二疊系蘆草溝組、四川盆地中下保羅統、松遼盆地青山口-泉頭組等，都發育豐富的致密油資源，勘探也已獲得了一些重要發現，具有形成規模儲量和有效開發的條件。初步預測中國致密油技術可采資源量大約為（20~25）×10⁸t。截至2013年底，在鄂爾多斯、松江、四川、準噶爾、渤海灣和柴達木等盆地，探明技術可采儲量規模近3.7×10⁸t，目前，鄂爾多斯盆地長7、松遼盆地扶楊油層已實現規模開發，中國石油長慶油田分公司己建成我國第一個億噸級致密油田—新安邊油田，2014年提交探明地質儲量1×10⁸t，長慶油田已具有100萬噸的產能規模。我國幾大石油公司正在按照致密袖的勘探開發思路，開展關鍵技術攻關，進行試驗區建設，已初見成效。隨著關鍵技術的突破和工作力度的加大，致密油開發利用速度將進一步加快。

頁巖油

主要賦存于湖相頁巖中，廣泛分布于鄂爾多斯盆地延長組、準噶爾盆地二疊系、四川盆地保羅系、渤海灣盆地沙河街組、松遼盆地白噩系、柴達木盆地第三系、酒西盆地白噩系、三塘湖盆地二疊系等層系。近年來，針對遼河西部凹陷沙三段頁巖、泌陽凹陷核三段頁巖等開展的鉆探和試驗，在裂縫中見到了良好地效果。初步估算中國頁巖油技術可采資源量可能（30~60）×10⁸t，具有廣闊的勘探前景。

油頁巖

在中國分布范圍廣泛，資源比較豐富。據全國新一輪資源評價，全國47個盆地共有油頁巖油地質資源量476×10⁸t，可采資源量約120×10⁸t其中94%的資源分布在松遼、鄂爾多斯、倫坡拉、準噶爾、羌塘、茂名、柴達木等7個盆地中。但中國油頁巖資源品位總體偏差，含油率大于5%的油頁巖，油頁巖油可采資師、量81×10⁸t左右，占全國油頁巖油資源總量的71%；而含油率大于10%的油頁巖，油頁巖油可采資源量35×10⁸t左右，僅占全國油頁巖油資源總量的29%。

重油

中國重油地質資摞量198×10⁸t，技術可采資源量約19×10⁸t，其中渤海灣盆地重油地質資源量可達40×10⁸t，準噶爾盆地西北緣重油地質資源量達10×10⁸t經過近60年的勘探，已在15個盆地發現了近百個重油區，探明重油地質儲量67.4×10⁸t、可采儲量11×10⁸t，2013年重油年產量超過了1000×10⁴t，已成為全國石油產量的重要組成部分。

油砂礦

地質資源量約為60×10⁸t，可采資源量23×10⁸t，其中88%的資源分布在準噶爾、塔里木、羌塘、柴達木、松遼、四川、鄂爾多斯等7個盆地中。中國油砂礦的品位總體更差，含油率大于6%的油砂，油砂油可采資源量約11×10⁸t，占全國油砂油資源總量的48%；而含油率大于10%的油砂，油砂油可采資源量只有0.4×10⁸t，僅占全國油砂油資源總量的2%。

天然氣水合物

尚處于前期研究和資源調查階段。與國外天然氣水合物發展歷程相比，中國天然氣水合物資源調查研究工作起步較晚，但進展較快。1999年開始，我國啟動中國天然氣水合物資源調查專項，先后在南海北部陸坡西沙海槽、神狐、東沙、瓊東南海域以及青藏高原多年凍土區，分層次開展了天然氣水合物資源調查，并于2007年在南海北部神狐海域、2008年在青藏高原多年凍土區相繼鉆探獲得了水合物實物樣品，2013年在南海北部陸坡控制水合物面積55km²、天然氣儲量(1000~1500）×10⁸t，標志中國己基本跨越了水合物發現階段，進入水合物勘探評價階段。目前調查研究結果表明，中國天然氣水合物技術可采資游、量大致在（50~70）×10¹²m³。

版權聲明|來源：《地質學報》，作者：鄒才能等，版權歸原作者所有。
（本文系本網編輯轉載，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如涉及作品內容、版權和其它問題，請在30日內與本網聯系，我們將在第一時間刪除內容。

未經允許，不得轉載本站任何文章：