国内外非常规油气资源勘探开发现状及建议.pdf

作者简介 雷群 ， １９６３ 年生 ， 教授级高级工程师 ， 博士 ； 中国石油天然气股份有限公司高级技术专家 ， 现任中国石油勘探开 发研究院副院长兼廊坊分院院长 ， 本刊第六届编委会委员 ， 先后发表学术论文 ４０ 余篇 ， 编写专著 ９ 部 ， 多次获得国家级及省部 级奖项 。 地址 （０６５００７）河北省廊坊市 。 电话 （０１０）６９２１３５２６ 。 E‐mail lqn＿８２８＠ １６３ ． com 国内外非常规油气资源勘探开发现状及建议 雷 群 王红岩 赵 群 刘德勋 （中国石油勘探开发研究院廊坊分院） 雷群等 ． 国内外非常规油气资源勘探开发现状及建议 ． 天然气工业 ， ２００８ ， ２８（１２） ７‐１０ ． 摘 要 随着中国经济的快速发展 ， 国内常规油气的开发生产已不能满足经济发展的需要 ， 必须寻求新的出 路 。 当前 ， 世界各国都很重视非常规油气资源的开发和利用 ， 油砂 、 油页岩和煤层气等已经在部分国家实现了有效 开发 。 为此 ， 详细分析了世界油砂 、 油页岩和煤层气等非常规油气资源的勘探开发现状 ； 简述了中国石油天然气股 份有限公司在油砂 、 油页岩和煤层气等非常规能源方面所开展的工作 ； 指出了中国非常规油气勘探开发存在的难 题 ； 最后提出了加快中国非常规油气勘探开发业务发展的建议 。 主题词 非常规油气资源 页岩气 油砂 煤层气 勘探开发 现状 发展 随着世界经济发展对油气需求的不断增加 ， 常 规油气资源已不能满足这种需求的快速增长 ， 人们 纷纷把目光转向非常规油气资源 。 非常规油气资源 以其储量巨大 、 分布集中 、 开发技术日趋进步等特点 成为世界石油市场的新宠 。 非常规油气资源是指不能用常规的方法和技术 手段进行勘探开发的另一类资源 ， 其埋藏 、 赋存状态 与常规油气资源有较大的差别 ， 开发难度大 、费用 高 。 非常规油气资源主要是指油页岩 、 油砂矿 、 煤层 气 、 页岩气 、 致密砂岩气等 。 我国非常规油气资源十 分丰富 ， 发展非常规能源对保障国家能源安全 、 改善 环境 、 煤炭安全生产 、 解决“三农”（农业 、 农村 、 农民） 问题等都具有重要的战略意义 。 一 、 油气资源供需现状 据美国枟油气杂志枠估计 ， 截至 ２００３ 年底 ， 全球 石油剩余探明储量为 １ ８０４ ． ９０ １０ ８ t ， 全球天然气 剩余探明可采储量为 １７５ ． ０８ １０ １２ m ３ 。 据专家预 测 ， 世界石油产量到 ２０１５ ～ ２０２０ 年将达到顶峰 ， 此 后便走“下坡路” 。 这意味着随着石油消费的增长快 于石油生产的增长 ， 世界石油市场将渐趋紧张 ［１］ 。 而近年来 ， 亚太地区能源消费是全球增长最快的地 区 ， １０ 年间该地区能源产量在世界生产总量中只增 长了０ ． ５％ ， 但消费总量却从 １９ ． ９％ 猛增到 ２６ ． ９％ ， 其增速远远高于世界其他地区 。 亚太地区石油供给 缺口及由此引起的持续扩大对外依存度 ， 将是中国 石油安全不可回避的问题 。 近年来 ， 随着经济的快 速发展 ， 我国的石油供需矛盾也日益明显 。 １９９３ 年 ， 我国成为石油净进口国 。 ２００７ 年石油进口量近 ２ １０ ８ t ， 对外依存度高达 ４７％ 。 数据表明 我国在未来 一定时期内 ， 石油的对外依存度将达到一个相当高 的比例 ， 成为仅次于美国的世界第二大石油消费 国 ［２］ 。 此外 ， 中国国内常规石油资源战略接替存在 难度 ， 陆上东部大多数油田已进入开发中晚期 ， 出水 比出油还多 ， 中西部地区石油储量虽然较大 ， 但投资 大 、 技术复杂 、 勘探程度不高 。 如果没有新的非常规 替代能源 ， 缺油的状况难以改变 。 因此 ， 我国有必要 加快理论创新 ， 研发新工艺新技术 ， 促进非常规油气 资源的有效开发 ， 以缓解我国油气资源短缺的局面 。 二 、 非常规油气资源分布 １ ． 世界非常规油气资源丰富 ， 潜力巨大 据美国能源部能源信息署最新统计 ， 世界页岩 油资源量可达 ４ １１０ １０ ８ t ，比传统石油资源量 （２ ７１０ １０ ８ t）多 ５０％ 以上 ， 主要分布在美国 、 中国 、 俄罗斯 、 加拿大 、扎伊尔 、巴西 、爱沙尼亚 、澳大利亚 等国家 ［３］ 。 根据美国地质调查局（USGS）统计 ， 世界 油砂可采资源量约为 ６ ５１０ １０ ８ bbl （１ bbl ＝ ０ ． １５８ ９８７ m ３ ） ， 占世界石油可采总量（２０ ３７０ １０ ８ bbl）的 ３２％ ， 已经成为世界能源结构的重要组成部 １ 第 ２８ 卷第 １２ 期 天 然 气 工 业 本 期 视 点 分 。 全球油砂资源分布很不均衡 ， 主要分布在北美 洲 、 俄罗斯 、 拉丁美洲和加勒比海等国家和地区 ［４］ 。 全球煤层气资源量为 ２５６ ． ３ １０ １２ m ３ ， 约为常规天 然气资源量的 ５０％ ； 其中俄罗斯 、 加拿大 、 中国 、 美国 和澳大利亚 ５ 国的煤层气资源量占到了全球总量的 ９０％ 。 全球页岩气资源量为 ４５６ ． ２４ １０ １２ m ３ ， 主要 分布在北美 、 中亚和中国 、 拉美 、 中东和北非 、 前苏联 等国家和地区 。 全球致密气资源量为 ２０９ ． ７２ １０ １２ m ３ ， 主要分布在北美 、拉美 、 前苏联 、 中亚和中国 、中 东和北非等国家和地区 ［５］ 。 从世界范围来讲 ， 非常 规油气资源是极其丰富的 ， 是常规油气的最佳补充 能源 。 ２ ． 中国非常规油气资源丰富 ， 开发潜力巨大 ２００６ 年全国油页岩资源评价结果表明 ， 我国页 岩油地质资源量为 ４７６ ． ４４ １０ ８ t ， 居世界第二位 。 主要分布在东部区 、青藏区和中部区 。 页岩油探明 储量为 ２０ １０ ８ t ， 主要分布在吉林 、广东 、辽宁等 省 ［６］ 。 我国油砂资源量为 ５９ ． ７ １０ ８ t ， 主要分布在 陆上西部和东部盆地 ， 重点分布在准噶尔 、柴达木 、 松辽 、 鄂尔多斯 、 塔里木 、 四川等盆地中 。 １１ 个主要 盆地占全国油砂地质资源总量的 ９７ ． ６％ ， 可采资源 总量的 ９７ ． ５％ ［４］ 。 全国煤层气总资源量为 ３６ ． ８ １０ １２ m ３ ， 居世界第三位 ， 其中 １ ０００ m 以浅的煤层气 可采资源量为 ６ ． ２７ １０ １２ m ３ 。 资源量大于 １ １０ １２ m ３ 的 ８ 个盆地合计煤层气资源量为 ２８ １０ １２ m ３ ， 占 总资源量的 ７６％ 。 我国页岩气资源潜力也十分巨 大 ， 据统计 ， 页岩气的远景资源量可达 １００ １０ １２ m ３ ， 相当于常规天然气资源量的两倍 ， 主要分布在四川 盆地 。 我国致密砂岩气资源量约为 １２ １０ １２ m ３ ， 部 分与常规气存在着交叉 ［５］ 。 从我国国情出发 ， 积极 发展非常规油气资源的勘探开发 ， 可以弥补油气资 源供应的不足 。 三 、 非常规油气资源开发现状 １ ． 非常规油气资源越来越受到重视 ， 进行了商 业性开发 油页岩的开发历史悠久 ， 形式多样 。 目前 ， 世界 上油页岩的 ６９％ 用于发电 、 供热 ， ２５％ 用于提炼页岩 油 ， ６％ 用于建筑 、农业等方面 。 ２００６ 年世界油页岩 产量超过 １００ １０ ４ t ， 主要集中在中国 、 爱沙尼亚 、 巴 西 、 澳大利亚等国 。 我国页岩油的生产主要集中在 辽宁抚顺矿业集团 ， ２００５ 年产量为 ２０ １０ ４ t ， ２００７ 年产量接近 ３０ １０ ４ t ［７］ 。 加拿大是目前世界上唯一实现油砂商业化开采 的国家 ， ２００２ 年油砂油产量为 ４ ８１０ １０ ４ t ， 占 Al‐ berta 省石油供给量的 ４８％ ， ２００５ 年产量为 ６ １７０ １０ ４ t ， ２００６ 年产量增加到 ７ ２８０ １０ ４ t 。 目前 ， 美国 、加拿大 、 澳大利亚 ３ 个国家已经开 始煤层气的商业化生产 。 ２００６ 年产量分别达到 ５４０ １０ ８ m ３ 、 １８ １０ ８ m ３ 、 ６０ １０ ８ m ３ 。 中国 ２００７ 年煤 层气产量为 ３ ． ８ １０ ８ m ３ ［８］ 。 美国已对密歇根 、 印第安纳等 ５ 个盆地的页岩 气进行了商业性开采 ， 页岩气年产量超过 ２００ １０ ８ m ３ ， 占其天然气年总产量的 ３％ ， 成为一种重要的天 然气资源 。 美国 ９００ 个气田中致密砂岩气生产井超 过 ４０ ０００ 口 ， 年产气量达 １ ０００ １０ ８ m ３ ［９］ 。 ２ ． 引领科技发展 ， 解决技术难题 （１）创新地质理论 ， 指导非常规油气资源勘探 油砂成矿主要在前陆盆地 ， 其成因有以下几种 ① 丰富的烃源岩是油砂成矿的物质基础 ；② 山前挤 压为油气的运移提供了动力 ；③ 不整合面和断层为 油气的运移提供了良好的通道 ；④ 斜坡区广布的三 角洲砂体为油砂成矿提供了良好的储集层 ；⑤ 储层 出露地表 ， 大气中的水进入储层 ， 水洗作用和生物降 解作用促进了原油的降解稠化 。 美国绿河油页岩的形成主要有 ３ 个成因 ① 巨 型的古绿河湖为油页岩成矿提供了广阔空间 。 绿河 湖的面积超过 ６５ ０００ km ２ ， 由于尤因塔山抬升并向 西延伸 ， 绿河湖被分割成了几个沉积盆地 。 ② 适宜 的沉积环境是油页岩形成的必要条件 。 存在超过 １ ０００万年的绿河湖 ， 主要处于温暖的亚热带环境 ， 局部时期的气候变化引起湖水蒸发 ， 增加了水体高 盐度 、 高碱性 。 ③ 大量繁殖藻类提供了丰富的生油 母质 。 始新世绿河湖水的温暖碱性环境有利于蓝 绿藻的大量繁殖 ， 为后期油页岩的形成提供了丰富 的生油母质 ［１０］ 。 （２）改造油气储层 ， 加快低渗透技术的开发 ① 根据储层特点 ， 不断改进压裂技术 。 在对页 岩气井的压裂过程中 ， 采用了相对密度较轻的支撑 剂 ， 取得良好效果 。 新型支撑剂的相对密度在 １ ． ２５ ～ １ ． ７５ ， 远小于相对密度为 ２ ． ６５ 的石英砂 。 新型压 裂技术具有易于将压裂液输送到裂隙网络的末端 、 压裂液的黏度低和伤害低等特点 。 ② 二次压裂技 术 ， 有效提高了页岩气单井产量 。 对页岩气井进行 二次压裂 ， 可使其产量接近或超过初次压裂的产量 。 Newark 东区块的老井采用二次压裂技术 ， 增产页岩 气 １ ４７２ １０ ４ m ３ （占总产量的 ６８％ ）。 ③ 水平井技 术适用于多种低渗储层的开发 。 应用水平井技术可 ２ 本 期 视 点 天 然 气 工 业 ２００８ 年 １２ 月 以使无裂缝或少裂缝通道的页岩气藏得到有效开 发 。 水平井技术具有沿着应力较低的方向钻进利于 压裂改造 、 水平井段进行水泥固井 、 采用射孔完井以 及大排量注入等特点 。 ④ 不断创新的煤层气开发技 术 ， 大大提高了产量 。 新的煤层气开发技术具有以 下特点 洞穴完井技术在井筒附近形成渗透率增强 带 ； 定向水平井可有效开发低渗透储层 ； 氮气解堵 ； 应用注 N２／CO２技术 ， 以提高气井采收率 ［６］ 。 （３）形成油页岩 、 油砂矿多种开发技术 油页岩的干馏工艺主要有巴西 Petrosix 干馏工 艺 、 爱沙尼亚 Kiviter 干馏工艺 、 我国抚顺干馏工艺 、 俄罗斯 Galoter 干馏工艺和澳大利亚 ATP 干馏工 艺 。 随着科学技术的不断进步 ， 干馏技术正朝着低 污染 、 高效率的方向发展 。 近几年 ， 油页岩原位开采 工艺技术引起人们越来越多的关注 。 当前只有壳牌 公司的 ICP 技术进行了中试试验 ， 被美国能源部评 为最为成熟的原位开采技术 。 原位开采工艺的特点 是采收率高 、 占地少 、成本低 ， 对环境几乎没有任何 破坏 ［１１］ 。 油砂的分离方法主要有两种 水洗法和干馏法 。 地上油砂的分离主要采用热碱水洗方法 。 ２００５ 年加 拿大 Syncrude 公司利用水洗工艺每天生产轻质油 ３５ １０ ４ bbl 。 加拿大在干馏油砂油方面也做了大量 的研究工作 ［１２］ 。 ３ ． 中国石油大力发展非常规油气资源 （１）中国石油油砂工作起步早 ， 走在国内前列 中国石油天然气股份有限公司（以下简称中国 石油）已经在准噶尔 、 四川和二连等盆地开展了大量 的油砂资源勘探工作 ， 寻找到大量高品质油砂资源 。 经过初步评价 ， 准噶尔 、 塔里木 、柴达木及松辽等盆 地的油砂资源量为 ４４ ． ３ １０ ８ t 。 通过室内分析实验 研究和现场放大试验研究 ， 将油砂分为亲水性油砂 和亲油性油砂 ， 并针对不同地区 、不同性质的油砂 ， 优选了不同的分离方法 。 ２００５ 年中国石油在准噶尔 盆地西北缘进行了水平式和立式炉干馏工艺试验 ； ２００６ 年开展了油砂水洗分离试验 。 现场试验结果表 明 １８ t 油砂可分离出 １ t 原油 ， 为油砂的大规模商 业性开发提供了参考依据 。 （２）中国石油重视油页岩产业 ， 开展了大量工作 ２００６ 年开展了油页岩资源评价 ， 共钻浅井 ６０ 口 ， 其中在柳树河盆地钻井 ３２ 口 ， 控制 １００ m 以浅 油页岩面积 １０ km ２ ， 探明页岩油储量 ２９６ １０ ４ t ； 在 巴格毛德地区钻井 ６ 口 ， 控制 ２００ m 以浅油页岩面 积 ４０ km ２ ， 初步控制页岩油储量 １ ． ６ １０ ８ t 。 （３）开展多年技术攻关 ， 实现煤层气商业性开发 煤层气开采分为地面开采和井下抽采两种方 式 。 中国石油矿权内资源量为 １４ ． ３ １０ １２ m ３ ， 其中 埋深 １ ０００ m 以浅为 ２ ． ８ １０ １２ m ３ ， 分别占全国的 ６０％ 和 ３８％ ； 截至 ２００６ 年底 ， 累计探明煤层气储量 ３５２ １０ ８ m ３ ， 控制储量１ ２５４ １０ ８ m ３ ， 预测储量６９０ １０ ８ m ３ 。 截至 ２００７ 年底 ， 煤层气产能达 ３ １０ ８ m ３ ， 预计到 ２０１０ 年 ， 年产能将增加到 １５ １０ ８ m ３ 。 经过技术攻关 ， 中国石油已经摸索出低成本钻探技 术 采用水源系列钻井 ， 将井身结构一分为二 ， 利用 清水泥浆作为钻井液 。 高效的钻探技术使开发井的 每米进尺费用由原来的 ２ ０００ 元降低为 ５５０ 元 。 四 、 非常规油气资源勘探开发难题 当前我国非常规油气资源的勘探开发尚处于初 级阶段 ， 没有系统的认识 ， 没有系统的配套技术 ， 面 临着诸多经济上和技术上的困难和问题 。 这些难题 主要体现在以下方面 （１）非常规油气地质条件具有复杂性和特殊性 非常规油气藏成藏条件复杂 ， 储层致密 ， 非均质 性强 ， 不同类型资源各具特点 。 油页岩和致密砂岩 属于低渗透储层 ， 渗透率极低 。 煤层气储层具有含 气非均质性强 、渗透率低 、储层压力低 、含气饱和度 低等特点 。 （２）部分开发技术适用性差 ， 不成熟 目前非常规油气的开发主要借鉴常规油气的经 验 ， 尚未形成独特的技术 。 对于压裂增产施工过程 中裂缝形成机理还不清楚 ， 需要进一步研究 。 另外 ， 还存在分支井钻井失败率高 ， 未进行过油页岩原位 开采技术现场试验 ， 地球物理勘探技术很难对油砂 层进行识别等难题 。 （３）综合利用效率低 ， 环境污染严重 在油砂 、 油页岩的开发利用过程中 ， 产生的三废 （废水 、 废气 、废渣）有可能对环境造成极大的影响 ， 目前还没有提出有力的应对措施 。 五 、 几点建议 随着非常规油气资源基础理论水平的不断提高 和配套工艺技术的不断创新 ， 非常规油气资源必将 提升我国能源保障能力 ， 在我国能源体系中发挥举 足轻重的作用 。 有效合理地开发利用非常规能源 ， 需注意以下几个方面 （１）创新地质理论 ， 加快油气资源勘探开发 针对不同非常规油气的成藏（矿）特点及储层特 ３ 第 ２８ 卷第 １２ 期 天 然 气 工 业 本 期 视 点 征 ， 研究不同的富集成藏（矿）主控因素 ， 通过科学合 理的储层评价技术 ， 优选出高产富集有利区 。 尤其 是渗透区域评价理论及技术 、高产富集主控因素研 究和不同地质条件下优质储层评价技术方面需要进 行深入研究 。 综上不难看出 ， 不管采用何种方式 ， 都 需要创新理论和技术 ， 这是加快非常规资源开发和 利用的基础 ， 也是亟待解决的问题 。 （２）优化改进现有开发工艺技术 ， 提高经济效益 国内已有的非常规油气勘探开发技术多数借鉴 常规油气的技术或引进的国外技术 ， 成本相对较高 、 适用性较差 ， 没有形成非常规的独特技术 。 优化改 进现有工艺技术 ， 研发低成本 、低污染 ， 适合于不同 储层地质条件的技术成为当务之急 。 需要进一步研 究开发低污染 、 低成本钻完井技术 ， 水平井和多分支 井钻完井技术 ， 复杂构造条件下的钻完井 、 多储层复 合完井技术和低渗储层高效压裂技术 。 （３）发展综合利用技术 ， 缓解环境压力 在开发非常规油气资源的同时 ， 采用多种途径 综合利用资源 ， 处理好废水 、 废气 、 废渣问题 ， 变废为 宝 ， 保护生态环境 ， 走可持续发展道路 。 （４）坚定信心 ， 加快非常规油气资源开发 在非常规油气资源勘探开发上 ， 应该坚定信心 ， 不断寻找高产富集区 、 优质资源区 ， 并进行先导性开 发 ， 总结规律 ， 改进已有工艺技术 ， 创新技术理论 ， 解 决重大技术难题 。 参 考 文 献 ［１］ 冯连勇 ， 赵林 ， 赵庆飞 ． 石油峰值理论及世界石油峰值预 测［J］ ． 石油学报 ， ２００６ ， ２７（５） １３９‐１４２ ． ［２］ 邱中建 ， 方辉 ． 对我国油气资源可持续发展的一些看法 ［J］ ． 石油学报 ， ２００５ ， ２６（２） １‐５ ． ［３］ 李景明 ， 王红岩 ， 赵群 ． 中国新能源资源潜力及前景展望 ［J］ ． 天然气工业 ， ２００８ ， ２８（１） １４９‐１５３ ． ［４］ 贾承造 ． 油砂资源状况与储量评估方法［M］ ． 北京 石油 工业出版社 ， ２００７ ２６‐２８ ． ［５］ 章柏洋 ， 朱建芳 ． 世界非常规天然气资源的利用与进展 ［J］ ． 中国石油和化工经济分析 ， ２００６（９） ４２‐４５ ． ［６］ 刘招君 ， 董清水 ， 叶松青 ， 等 ． 中国油页岩资源现状［J］ ． 吉 林大学学报 地球科学版 ， ２００６ ， ６（６） ８６９‐８７６ ． ［７］ 钱家麟 ， 王剑秋 ， 李术元 ． 世界油页岩开发利用动态［J］ ． 中外能源 ， ２００８ ， １３（１） １１‐１５ ． ［８］ 李旭 ． 世界煤层气开发利用现状［J］ ． 煤炭加工与综合利 用 ， ２００６ （６） ４１‐４６ ． ［９］ 张金川 ， 金之钧 ， 袁明生 ． 页岩气成藏机理和分布［J］ ． 天 然气工业 ， ２００４ ， ２４（７） １５‐１８ ． ［１０］ BURNHAM ALAN K ．Comparison of the acceptability of various oil shale processes［R］ ． ［S ． l ． ］ ２６th Oil Shale Symposium Program ， ２００６ ． ［１１］ 高杰 ， 李文 ． 加拿大油砂资源开发现状及前景［J］ ． 中外 能源 ， ２００６ ， １１（４） ９‐１１ ． ［１２］ 邢定峰 ， 龚满英 ， 刘蜀敏 ， 等 ． 加拿大油砂沥青加工方案 研究［J］ ． 石油规划设计 ， ２００７ ， １８（１） １０‐１４ ． （修改回稿日期 ２００８‐１０‐２２ 编辑 居维清） ４ 本 期 视 点 天 然 气 工 业 ２００８ 年 １２ 月 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载