非常规油气地质地位和意义

一、非常规油气地质研究历程

在过去近150年的油气勘探开发历史中，人们一直心存这样的疑问:油气资源是否会很快枯竭?实践证明油气储产量每年仍然在增加。近年来成为勘探焦点的非常规油气在勘探开发中起了重要作用。

国外很早就注意到了非常规油气及其地质特征(表1-5)，其中绝大部分属于连续型油气。最早认知的连续型气藏属于致密砂岩气藏，1927年发现于美国的圣胡安盆地，并于20世纪50年代初投入开发，当时称之为隐蔽气藏。1950年Silver提到该盆地缺乏边底水、且白垩系中普遍含气两个重要特征。70年代，许多研究者对这种特殊类型的气藏进行了多种机理的解释，提出了孤立(孔隙)体圈闭气藏、地层-成岩圈闭气藏、水动力圈闭气藏、水封型圈闭气藏等观点。1976年在加拿大西部阿尔伯达盆地发现了埃尔姆沃斯巨型深盆气藏，直到1979年，Masters在对Elmworth、MilkRiver和Blanco气田分析的基础上，提出了深盆气(deep basin gas)概念。1986年，Rose等在研究Raton盆地时，首先采用了“盆地中心气”(basin center gas)这一术语。Law等对“致密砂岩气”(tight sand gas或tight gas sands)进行了研究。1995年美国联邦地质调查局提出了“连续油气聚集”的概念(Schmoker，2005)，突出强调连续气藏是受水柱影响不强烈的大气藏，气体富集与水对气体的浮力无直接关系，并且不是由下倾方向气水界面圈定的离散、可数的气田群组成。1996年，Schmoker正式使用了“连续气藏”这个概念。2006年，美国联邦地质调查局提出:深层气(deep gas)、页岩气(shale gas)、致密砂岩气(tight gas sands)、煤层气(coal-bed methane)、浅层砂岩生物气(shallowmicrobial gas sands)、天然气水合物(natural gas hydrate(methane clathrate))为6种非常规天然气(unconventional gas)，统称为连续气(continuous gas)。

非常规油气概念中的“非常规”涵义是指目前还不能完全用常规方法和技术进行勘探、开发与加工的部分油气，主要根据一些特殊的标准来划分，如最大基质渗透率、特殊的监管现状、需要特殊的工艺技术或难进入的区域(如极地或深水)，但这些标准将会随着油气工业的进步而变化(Schmoker，2002)，且不同的人对“非常规”的理解不同。连续油气藏一般性地质特征为:缺少明显的盖层和圈闭，弥漫式富油或气，大范围分布，储层基质渗透率低，异常压力，与源岩距离较近;其开采特征为:采收率较低，缺少真正的空井，开发依靠裂缝渗透率，“甜点”具有相对高产特征但钻井偶尔也会出现“成功或失败”(Schmoker et al.，1996)。尽管所有钻进连续油(气)藏的井都会钻遇含油(气)储层，但是很多井可能缺少经济价值(Schmoker，2005)。

中国对非常规油气的研究和勘探起步较晚，20世纪90年代以后，国内相继出现了深盆气(金之钧等，2003)、根缘气(张金川等，2003)、深盆油(侯启军等，2006)、向斜油(吴河勇等，2007)等概念。邹才能(2009)针对中国广泛分布的沁水煤层气、四川页岩气、川陕致密砂岩气、松辽和鄂尔多斯致密油、南海天然气水合物等非常规资源，提出了“连续型油气藏(场)”的概念，并揭示了其运移、渗流和聚集机理。

21世纪以来，随着石油勘探从常规油气藏延伸到非常规油气藏领域，非常规油气地质研究日益受到重视。近年来非常规油气地质研究进展显著，主要表现在油气的储集空间微观结构研究方面，储层研究尺度已从微米级扩展到纳米级。研究表明，页岩中主要发育有机质、粒间、粒内3种主要纳米级孔隙，渗透率极低。

二、非常规油气战略地位

非常规油气藏是未来主要的勘探领域。据美国联邦地质调查局和美国能源部的统计，目前全球非常规石油资源规模合计为4495×10⁸t，其中，页岩油2770×10⁸t，天然沥青1067×10⁸t，重油658×10⁸t，非常规石油资源与常规石油资源基本相当;全球非常规石油产量快速上升，2008年较2001年增长近一倍，已经超过6000×10⁴t(图1-8)。据统计，全球非常规天然气资源的规模合计为3922×10¹²m³，其中，水合物3000×10¹²m³，页岩气456×10¹²m³，煤层气256×10¹²m³，致密气210×10¹²m³，非常规天然气是常规天然气资源的8.3倍;全球非常规天然气产量快速上升，已占到天然气产量的18%(图1-9)。

图1-8 全球非常规石油产量变化

北美地区在非常规油气勘探开发方面处于领先地位，非常规油气对其油气储量、产量的贡献和增长趋势，反映出非常规油气在未来油气战略中的地位。2000～2008年，北美地台区致密砂岩气与页岩气藏的发现(表1-6)是全球连续型油气获得的重大突破(Hilletal.，2007)。美国已实现了致密砂岩气、煤层气、页岩气资源的大规模商业化生产，2009年产量分别达到1890×10⁸m³、576×10⁸m³和930×10⁸m³(据EIA统计)，非常规天然气产量约占美国当年天然气总产量的55%，并呈现出逐年增加的趋势(图1-10)。北美Bakken致密砂岩油也实现了规模开发，2009年致密油产量达到1230×10⁴t，较2008年增加了240×10⁴t;EagleFord致密灰岩油，也取得重大发现，都成为继北美页岩气之后又一热点勘探开发领域。

图1-9 全球非常规天然气产量变化

表1-6 2000～2008年北美地台区页岩气藏的发现统计

图1-10 1998～2008年美国天然气产量组成

天然气水合物在世界范围内广泛存在，地球上大约有27%的陆地，90%的大洋水域属于天然气水合物矿藏的潜在赋存区域，资源量大。据估计，天然气水合物资源量是所有已知化石燃料资源量的2倍多，且具有埋藏浅、分布广、能源密度大的优点。目前认为，通过热激法、降压法和化学试剂法等可对其进行资源开发，因此，天然气水合物被誉为“未来的能源”、“21世纪的能源”等。

中国非常规油气资源丰富，种类多，分布广，在未来油气工业中将占据重要地位。据新一轮资源评价成果，全国页岩油资源量为476×10⁸t，油砂油资源量为59.7×10⁸t，煤层气资源量为36.8×10¹²m³(埋深小于2000m)。我国拥有丰富的致密油、致密气、页岩气、油页岩、重油沥青等非常规油气资源。

三、非常规油气战略突破及意义

众所周知，非常规油气是现今无法用常规方法和技术手段进行勘探开发的资源。其特点是资源总量大，技术要求高，物性差，一般空气渗透率＜1×10^-3μm²，孔隙度＜10%。其资源开发需要具备必需的技术、经济条件。只有解放思想，才能解放油气，推动非常规资源转为常规资源。

近年来，全球非常规油气勘探取得了一系列重大突破。致密气、煤层气已成为全球非常规天然气勘探的重点领域，致密油成为全球非常规石油勘探的亮点领域，页岩气成为全球非常规天然气勘探的热点领域。全球非常规油气勘探开发取得了较大进展和战略突破。尤其是北美地区，天然气产量占全球的27.2%，已成为全球最大的天然气产区。美国非常规天然气开发发展迅速，非常规气产量比例已达50%。美国1970年天然气总产量突破6000×10⁸m³，1973年达高峰的6400×10⁸m³，之后20年产量持续下降，2009年总产量再上6000×10⁸m³，主要是非常规天然气的贡献(图1-11)。其最早突破的是致密气，其次是煤层气，再次是页岩气。

图1-11 美国历年天然气产量变化

全球非常规油气突破带来如下重要启示:一是非常规油气开发要分层次开展，并要先行开展工业化试验;二是技术突破与规模化应用是推动非常规油气发展的重要因素;三是政策扶持与油气价格上涨为非常规油气发展提供了强劲动力;四是重大领域突破需要长期基础理论研究与技术攻关准备;五是认识的误区，就是勘探的禁区，解放思想，才能解放油气，才能推动非常规资源转为常规资源。以页岩气为例，页岩气的勘探开发突破在资源增加、成藏理论和开发技术上均具有重要意义，对勘探领域的拓展和油气工业的发展产生了深远影响:①突破了资源禁区，增加了资源类型与资源量，常规勘探中将页岩作为非储层考虑，忽视了其作为源储一体式的有效资源量;②突破了传统成藏理论，突破了常规储层存在下限和传统圈闭成藏的观点，证实具有纳米级孔喉的储集层也能聚集天然气;③突破了非常规技术，实现油气勘探开发技术升级换代，带动常规与非常规油气开发技术的发展，推动致密油气、页岩油等非常规资源成为常规资源。

1.致密气已成为非常规天然气勘探的重点领域

全球致密气开发最早，约占非常规气产量的75%。目前，美国已在23个盆地发现了900多个致密气田，可采资源量13×10¹²m³，可采储量5×10¹²m³，生产井超过10万口，2009年产量1890×10⁸m³。致密气的快速发展主要得益于地质认识的进步和压裂技术的突破。

我国已在鄂尔多斯、四川、吐哈等盆地发现了丰富的致密气资源，目前致密气储量、产量已占到全国的30%左右。对我国7个主要盆地的评价结果显示，致密气有利勘探面积27×10⁴km²，资源量约(9～12)×10¹²m³，是未来天然气勘探的重要现实领域。

2.致密油成为全球非常规石油勘探的亮点领域

北美巴肯致密油是国外继页岩气突破后的又一热点领域，致密油还被称为“黑金”。2006年发现者Findley获AAPG年度杰出勘探家奖。2008年，巴肯致密油实现了规模开发，被确定为全球十大发现之一。储层是夹持在生油岩中的粉-细砂岩、碳酸盐岩等，巴肯油藏面积7×10⁴km²，埋深2590～3200m，云质粉砂岩厚5～10m，渗透率(0.1～1)×10^-3μm²，孔隙度10%～13%，油质轻API41°～44°，资源量566×10⁸t左右(USGS)。目前北美已发现致密油盆地19个，主力致密油产层4套，如Bakken致密砂岩、Eagle Ford致密灰岩等，已探明可采储量6.4×10⁸t，2009年产量1230×10⁴t。北美致密油的规模发展主要得益于2005年之后水平井分段压裂技术的规模应用，水平井初始产油500t/d，稳产15～25t/d，实现了快速工业化开发。

我国致密油分布广，重点包括四川盆地川中侏罗系、鄂尔多斯长7段致密砂岩、渤海湾沙河街组湖相碳酸盐岩、酒泉盆地白垩系泥灰岩、准噶尔盆地二叠系云质岩等，具有形成大规模致密油的地质条件。

3.煤层气已是非常规天然气勘探的重要领域

据估计，世界上目前已落实的煤层气总资源约(91～260)×10¹²m³，最新统计结果是256.1×10¹²m³(Oil ＆ GasJournal on Line，2007)。2001年美国天然气研究所公布的美国煤层气资源为21.19×10¹²m³，俄罗斯煤层气资源量为(17～113)×10¹²m³。世界主要产煤国都十分重视开发煤层气，目前在世界上74个含煤国家中，已有35个国家开展了煤层气的研发，其中约半数进行了煤层气专项勘探和测试。美国、英国、德国、俄罗斯等国煤层气的开发利用起步较早。20世纪70年代末至80年代初，美国开始进行地面煤层气开采并获得成功，从1983年到1995年的12年间，煤层气年产量从1.7×10⁸m³猛增到250×10⁸m³，迅速形成了产业化规模。2005年产量已超过500×10⁸m³，占美国天然气总产量的8%～10%，成为美国重要的能源资源，美国的煤层气工业的发展速度令世界瞩目。加拿大从1978年开始进行煤层气开采试验，2002年煤层气年产量约1×10⁸m³，2004年增加到15.5×10⁸m³，预计2020年可达到207×10⁸m³，2024年将为310×10⁸m³。澳大利亚自1996年以来到2004年已年产煤层气12.85×10⁸m³。澳大利亚的煤层气开发主要集中在东部的几个二叠系-三叠系含煤盆地中，包括悉尼、刚尼达、加利利、波恩等，其中78%的煤层气产量来自昆士兰的波恩盆地。

我国煤层气开发起步较晚，自1994年开始煤层气专项勘探以来，仅在沁水盆地实现了煤层气工业产量，目前我国正步入煤层气开发突破阶段，2010年我国煤层气生产能力达到25×10⁸m³，将实现我国煤层气产业的快速发展。其他一些国家，如捷克、波兰、比利时、英国、俄罗斯、乌克兰、印度、津巴布韦等也从事煤层气的评价和勘探，总体而言，尚不能大规模开发煤层气。2007年世界煤层气产量约为700×10⁸m³，其中美国、加拿大、澳大利亚是世界煤层气生产大国，美国产量约为540×10⁸m³，加拿大产量近100×10⁸m³，澳大利亚产量为50×10⁸m³左右。

4.页岩气成为非常规天然气勘探的热点领域

近年来全球掀起了一场页岩气“革命”，页岩气突破的作用在于:增加资源类型与资源量，突破常规储层下限和传统圈闭成藏观念，带动常规与非常规油气开发技术的发展，实现油气开采瓶颈技术的升级换代。2006年北美页岩气产量突破200×10⁸m³，2009年突破900×10⁸m³。页岩气的快速发展主要得益于2003年之后水平井及压裂技术的突破。目前北美已形成Barnett、Fayetteville、Haynesville等8个重要的页岩气产区，探明可采储量约1×10¹²m³，2009年产量1000×10⁸m³，其中美国页岩气产量930×10⁸m³，加拿大页岩气产量70×10⁸m³。页岩中主要发育100～200nm级孔隙，早期钻探证实页岩几乎没有渗透率，通过水平井压裂实现“人造”渗透率，形成页岩“人造气”。

中国发育海相、海陆过渡相、陆相3种类型页岩，其中海相页岩气为最现实，四川南部下古生界是近期突破的核心区。我国页岩气勘探研究取得了重要进展，如区域研究优选了核心区，首次发现了威201井纳米级孔隙，中国石油天然气集团公司设立的长宁、昭通等中国第一批页岩气工业化示范区进展顺利并获重要发现。但是，中国页岩气具热演化高、埋藏较深、地面复杂、水资源缺乏等特殊性，在勘探开发中应引起特别重视。

在油气勘探历史中，认识的误区，就是勘探的禁区。常规思想，找不到非常规油气，连续型油气藏的认识突破了常规不连续，更突破了勘探禁区。