摘要 與國(guó)外不同，中國(guó)多把致密油氣與常規(guī)資源放在一起統(tǒng)計(jì)。致密油氣已在美、中油氣產(chǎn)儲(chǔ)量，特別是待發(fā)現(xiàn)資源量構(gòu)成中占重要地位。由于致密油氣開(kāi)發(fā)的成功，中國(guó)在水平井和壓裂兩大技術(shù)系列上已總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，這為煤層氣、頁(yè)巖油氣的開(kāi)發(fā)提供了條件。美國(guó)頁(yè)巖氣大發(fā)展造成氣價(jià)下跌，這促進(jìn)了頁(yè)巖油的發(fā)展并使其石油產(chǎn)量由長(zhǎng)期下降轉(zhuǎn)為較快速上升。中國(guó)煤層氣發(fā)展的教訓(xùn)顯示出管理體制不順和市場(chǎng)環(huán)境缺失是阻礙非常規(guī)油氣發(fā)展的首要因素。尊重不同類(lèi)型資源共生伴生的規(guī)律，在油氣，特別是非常規(guī)油氣發(fā)展中應(yīng)倡導(dǎo)綜合勘探開(kāi)發(fā)和利用。對(duì)在中國(guó)研究程度尚很低的頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)不可急于求成，只能在尊重勘探程序的基礎(chǔ)上加快。
關(guān)鍵詞： 非常規(guī)油氣 致密油氣 煤層氣 頁(yè)巖油氣 綜合勘探開(kāi)發(fā)
常規(guī)與非常規(guī)油氣的劃分
人類(lèi)對(duì)地下資源的利用總是從其較易開(kāi)發(fā)、資源豐度較高、因而易獲得較大經(jīng)濟(jì)效益的地方入手，然后隨需求的擴(kuò)大和技術(shù)水平的提高而向資源稟賦較差的領(lǐng)域擴(kuò)展。大致自上世紀(jì)60年代以來(lái)，常規(guī)和非常規(guī)油氣的概念開(kāi)始流行。人們把當(dāng)時(shí)就可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的那些油氣資源類(lèi)型歸為常規(guī)，而把豐度低、難開(kāi)發(fā)以致在當(dāng)時(shí)技術(shù)水平下難以取得經(jīng)濟(jì)效益(即難于達(dá)到經(jīng)濟(jì)門(mén)限)的油、氣資源列入非常規(guī)。從其劃分的兩個(gè)關(guān)鍵詞(技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)門(mén)限)看,都隨時(shí)間推移條件改變而變化，因而這個(gè)界限是模糊的、在不同國(guó)家可以有所不同的。在不斷的探索中上世紀(jì)后期人們已認(rèn)識(shí)到從地下賦存量上看，非常規(guī)油氣要比己發(fā)現(xiàn)的常規(guī)油氣高一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)。于是在需求的巨大推動(dòng)下依托科技水平的不斷提升而使可采的經(jīng)濟(jì)邊際不斷下移。他還意味著，如用上世紀(jì)后期所固定的標(biāo)準(zhǔn)劃分的非常規(guī)油氣類(lèi)型，以現(xiàn)今的條件可能有一部份已屬于技術(shù)上可開(kāi)發(fā)、經(jīng)濟(jì)上可有效益的資源, 如非常規(guī)石油的油頁(yè)巖、致密油、重(稠)油、油砂、頁(yè)巖油，非常規(guī)氣的致密氣、煤層氣、頁(yè)巖氣和水溶氣等。盡管如此，我們還是沿用著傳統(tǒng)的劃分，仍稱(chēng)其為非常規(guī)油氣。當(dāng)然，仍有些賦存量相當(dāng)大的非常規(guī)油氣，如天然氣水合物(他常被某些人不恰當(dāng)?shù)姆Q(chēng)其為"可燃冰")在目前和近期未來(lái)也難被商業(yè)性開(kāi)發(fā)。
國(guó)外致密油氣居其非常規(guī)之首
致密油氣，嚴(yán)格說(shuō)應(yīng)稱(chēng)為致密儲(chǔ)層油氣,指因儲(chǔ)層致密孔、滲性差而低產(chǎn)難采，故可屬非常規(guī)者。即曰儲(chǔ)層,除最常見(jiàn)的砂巖外亦應(yīng)包括致密碳酸鹽巖和火成巖變質(zhì)巖等，但在實(shí)際勘探開(kāi)發(fā)工作中卻僅指最常見(jiàn)的砂巖類(lèi)，其他類(lèi)儲(chǔ)層如亦致密其開(kāi)發(fā)方式需另外討論。因而在約定成俗的日常應(yīng)用中常省去其"儲(chǔ)層"或"砂巖儲(chǔ)層"等字而簡(jiǎn)稱(chēng)為致密油、致密氣。在國(guó)外一般把致密油氣歸入非常規(guī)，且以其開(kāi)發(fā)最早、產(chǎn)量最大而居非常規(guī)油氣之首。目前，美國(guó)商業(yè)性開(kāi)發(fā)的非常規(guī)氣包括致密氣、煤層氣、頁(yè)巖氣三種。按后兩者開(kāi)發(fā)規(guī)模不大的2000年計(jì)，致密氣約占美國(guó)非常規(guī)氣.產(chǎn)量的70％，而到2010年盡管煤層氣、特別是頁(yè)巖氣產(chǎn)量急劇升高，致密氣也仍占48.8％。以致密氣為主的非常規(guī)氣在2009年達(dá)3089億立方米，占全部天然氣產(chǎn)量5828億立方米的53.0％，即達(dá)到其"半壁江山"[1] 。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全球致密氣占占非常規(guī)氣產(chǎn)量的80％，注意到該年除美國(guó)外尚無(wú)頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)、煤層氣產(chǎn)量也不大，顯然，致密氣產(chǎn)量亦占全球氣也占非常規(guī)氣首位。依托致密氣這個(gè)主體，非常規(guī)氣產(chǎn)量(約5200億立方米)占全球氣產(chǎn)量約17％。
從帶有預(yù)測(cè)性的資源量構(gòu)成上更可看出致密氣在未來(lái)居更要的地位。Martin等（2010）對(duì)常規(guī)油氣、致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等各類(lèi)資源數(shù)據(jù)較全的阿帕拉契亞、大綠河、圣胡安、尤因塔-皮申斯4個(gè)著名盆地的油氣資源量作了統(tǒng)計(jì)，致密砂巖氣占40%~47%、平均43%，頁(yè)巖氣占9%~30%、平均19%，煤層氣占15%~38%、平均25%，常規(guī)氣占6%~17%、平均10%，常規(guī)油占1%~7%、平均3%�？梢�(jiàn)，在這些盆地中，非常規(guī)油氣資源明顯大于常規(guī)油氣，致密氣居非常規(guī)氣資源之首。
致密油在美國(guó)石油產(chǎn)量中占重要地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在其年產(chǎn)量達(dá)5億噸的上世紀(jì)70年代中期，單井均日產(chǎn)量也僅為2.5噸，近年更降至1-1.5噸。單井日產(chǎn)小于0.5噸的油井占生產(chǎn)井總數(shù)約70％，占總產(chǎn)量約15％。在其他非常規(guī)油生產(chǎn)尚未興起時(shí)，這些低產(chǎn)井中僅小部分為原產(chǎn)量較高井進(jìn)入衰竭期，大部分為致密油，因而低產(chǎn)卻相對(duì)穩(wěn)產(chǎn)�？梢哉f(shuō)美國(guó)致密油是其長(zhǎng)期保持產(chǎn)油大國(guó)地位的重要支柱之一[2]。對(duì)非常規(guī)油氣的重視進(jìn)一步推動(dòng)了致密油的勘探，據(jù)報(bào)道，近5年來(lái)有68億噸的致密油新發(fā)現(xiàn)。從全球看，除美、中、加、委內(nèi)瑞拉等少數(shù)國(guó)家外,主要產(chǎn)油國(guó)仍傾力于高利潤(rùn)的常規(guī)油開(kāi)發(fā)，據(jù)統(tǒng)計(jì)2008年全球非常規(guī)油產(chǎn)量約6.2億噸，約占石油總產(chǎn)量的15％，但以加拿大油砂油和委內(nèi)瑞拉重油為其主體,致密油產(chǎn)量約2.2億噸、占全球產(chǎn)量5.6％。
就連號(hào)稱(chēng)油氣資源大國(guó)的俄羅斯近年在西西伯利亞新探明油氣儲(chǔ)量中致密油氣亦占50％以上，在老油氣區(qū)更成為最主要的后備資源[3]。近年加拿大在致密氣勘探上取得重大進(jìn)展，使其排名前3位的大氣田都屬致密氣，其探明(可采)儲(chǔ)量可達(dá)1.9萬(wàn)億立方米。他們位于西加拿大艾爾伯塔盆地深部，除儲(chǔ)層致密外以其"上水下氣水氣倒置"的特點(diǎn)有別于常規(guī)油氣，其地層上傾方向以飽和含水形成封閉向下在盆地深部形成連續(xù)性的飽和含氣層。這種特稱(chēng)為"深盆氣"的特殊類(lèi)型是對(duì)非常規(guī)油氣認(rèn)識(shí)的發(fā)展。
中國(guó)致密油氣己成為其產(chǎn)量的重要部分
基于地質(zhì)演化的特點(diǎn)，中國(guó)油氣田中低豐度，低產(chǎn)所占比例較大[2] 。在油氣生產(chǎn)實(shí)踐中努力向數(shù)量相當(dāng)大的難采低產(chǎn)油氣田開(kāi)拓是個(gè)在發(fā)展早期就已提出并以日益加強(qiáng)的工作。因而并沒(méi)有特別在意相關(guān)規(guī)范中關(guān)于致密儲(chǔ)層的孔滲參數(shù)和重(稠)油相關(guān)參數(shù)的界線，不斷降低著經(jīng)濟(jì)可采性的門(mén)限。在統(tǒng)計(jì)中不再?gòu)?qiáng)調(diào)致密油氣與非致密油氣、重(稠)油與一般油的差別并把致密油氣和重(稠)油的儲(chǔ)量產(chǎn)量也列入油氣儲(chǔ)量平衡表，成為所謂"表內(nèi)儲(chǔ)量"。這樣，在生產(chǎn)上致密油氣和重(稠)油實(shí)際己被到入常規(guī)油氣，人們已約定俗成的把目前可以進(jìn)行生產(chǎn)的非常規(guī)氣限定于煤層氣和頁(yè)巖氣了。因而在國(guó)內(nèi)外對(duì)比中應(yīng)注意不要把中國(guó)煤層氣和頁(yè)巖氣產(chǎn)量之和直接與美國(guó)的非常規(guī)氣對(duì)應(yīng)，這會(huì)造成誤導(dǎo)[4]。
從累計(jì)探明儲(chǔ)量上看，據(jù)統(tǒng)計(jì)到2003年中國(guó)致密油已占30.9％[2] ，近年來(lái)新探明儲(chǔ)量中致密油的比例明顯增大，筆者估計(jì)目前累計(jì)探明儲(chǔ)量中致密油可能占35％左右，由于這類(lèi)油儲(chǔ)量的動(dòng)用率較低，在剩余可采儲(chǔ)量中他可能占40％以上，如在中石化勝利油目前未動(dòng)用儲(chǔ)量中致密油占45％，近年每年約1億噸的新增儲(chǔ)量中低(包括特低)孔滲者占60％。鄂爾多斯盆地探明儲(chǔ)量占全國(guó)10.7％、其中致密砂巖儲(chǔ)層占80％以上。筆者研究預(yù)測(cè)，全國(guó)待發(fā)現(xiàn)石油資源量中致密油的比例應(yīng)達(dá)40％左右。 與石油相比，我國(guó)天然氣儲(chǔ)層偏老，儲(chǔ)層致密程度更高，致密砂巖和灰?guī)r中的氣儲(chǔ)量占主要地位。鄂爾多斯盆地是全國(guó)天然氣儲(chǔ)、產(chǎn)量最大的盆地，分別占全國(guó)約33.4％、26.7％；其中上古生界致密砂巖儲(chǔ)層分別占該盆氣儲(chǔ)、產(chǎn)量的77.6％、90％；其作為全國(guó)最大的蘇里格氣田探明地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)1.1萬(wàn)億立方米、產(chǎn)量105億立方米，分別占全國(guó)14.7％、12.1％，全部產(chǎn)于上古生界致密砂巖中。陸上7個(gè)主要盆地致密氣資源量預(yù)測(cè)為9-12萬(wàn)億立方米[3]，以中值計(jì)占7盆地預(yù)測(cè)氣資源量的49％。筆者進(jìn)而預(yù)測(cè)全國(guó)待發(fā)現(xiàn)天然地質(zhì)資源量中致密氣比例可達(dá)60％左右，這比最新全國(guó)資評(píng)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)[5]要大。顯然，致密油氣在中國(guó)已占相當(dāng)重要的地位，可以說(shuō)沒(méi)有致密油氣的開(kāi)發(fā)決不可能使中國(guó)的油氣達(dá)到今天的規(guī)模。
在非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)中最關(guān)鍵也最通用的是水平井技術(shù)和壓裂兩大套技術(shù)系列。中國(guó)致密油氣開(kāi)發(fā)的成功表明在這些方面已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[6]，其一些通用設(shè)備和材料(如壓裂液中作為不可或缺的支撐劑陶粒)已在國(guó)際市場(chǎng)上占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。這就為同樣為非常規(guī)、同樣是低孔滲、低產(chǎn)儲(chǔ)層的煤層氣、頁(yè)巖油氣的勘探開(kāi)發(fā)奠了基礎(chǔ)。這是我們分析中國(guó)這類(lèi)資源開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要的出發(fā)點(diǎn)。
中國(guó)煤層氣發(fā)展不快的原因
上世紀(jì)后期美國(guó)在煤層氣開(kāi)發(fā)上的成功帶動(dòng)了全球?qū)@種非常規(guī)資源的探索。中國(guó)在1990年代初已打出第一個(gè)煤層氣井組并排水解吸獲得工業(yè)性煤層氣流，應(yīng)該說(shuō)起步并不晚。此后成立了專(zhuān)門(mén)的煤層氣公司，國(guó)家在政策上給予優(yōu)惠并提出高瓦斯煤田必須先采氣后產(chǎn)煤的要求，在"十一五"發(fā)展規(guī)劃中也設(shè)定出相應(yīng)地的指標(biāo)。但2010年煤層氣產(chǎn)量在《全國(guó)油氣礦產(chǎn)儲(chǔ)量通報(bào)》中記為5.17億立方米，他可理解為列入儲(chǔ)量平衡表中的地面鉆井抽采煤層氣量。在正式發(fā)表的文件中顯示，地面和礦井煤層氣產(chǎn)量分別為15.7億立方米和76億立方米，利用率分別為76％和29％，理論上地面抽采氣與礦井排采氣利用量之和為33.9億立方米,這些數(shù)據(jù)都與"十一五"發(fā)展規(guī)劃要求相距甚遠(yuǎn)(更不要說(shuō)其中又有多少成為供應(yīng)市場(chǎng)的商品氣)[7]。按"十二五"發(fā)展規(guī)劃要求，2015年產(chǎn)量為地面抽采90億立方米、礦井排采120億立方米、共計(jì)產(chǎn)煤層氣210億立方米，利用率分別為100％和60％。這里面有兩個(gè)問(wèn)題：1.礦井排采的煤層氣(瓦斯)甲烷濃度低、差別大，難以與幾乎為純甲烷的地面井采煤層氣直接相加，應(yīng)折算成標(biāo)準(zhǔn)煤層氣體積后再相加；2.對(duì)煤層氣利用率(特別是正規(guī)統(tǒng)計(jì)中要求的商品率)近期內(nèi)不應(yīng)規(guī)定太高。地面井在較長(zhǎng)期的排水試采過(guò)程中和初期下游不配套情況下必有相當(dāng)大的放空量。而礦山排采的低濃度瓦斯一般適于就近民用，但在煤炭便宜方便時(shí)礦山和附近用戶都無(wú)再建管線利用氣的要求，如作動(dòng)力或發(fā)電利需特殊專(zhuān)用電機(jī)、在已有電力供應(yīng)時(shí)礦山亦無(wú)此積極性。至于"十二五"發(fā)展規(guī)劃中瓦斯發(fā)電裝機(jī)容量超過(guò)300萬(wàn)千瓦的要求，更需落實(shí)相應(yīng)的補(bǔ)貼和優(yōu)惠的入電網(wǎng)政策。顯然，欲實(shí)現(xiàn)"十二五"發(fā)展規(guī)劃煤層氣產(chǎn)量(應(yīng)理解為可供消費(fèi)的商品氣量)210億立方米的要求，必須針對(duì)已長(zhǎng)期存在的阻滯煤層氣發(fā)展的因素采取有效措施改變局面才有實(shí)現(xiàn)的可能。中國(guó)煤層氣發(fā)展明顯低于人們期望值的原因,許多人作了深入探討，筆者從對(duì)非常規(guī)氣發(fā)展影響角度作簡(jiǎn)單分析。
中國(guó)有豐富的煤資源，也有巨大的煤層氣蘊(yùn)藏，對(duì)此是沒(méi)有爭(zhēng)議的。至于中國(guó)煤和煤層氣的特點(diǎn)和找到與之相適應(yīng)的開(kāi)采技術(shù)，在大力進(jìn)行的勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐中也不難發(fā)現(xiàn)并掌握。因?yàn)檫@方面畢竟各國(guó)各地區(qū)間有許多共同之處，而且前面提到的基本的、共同的方法系列(水平井、壓裂)我國(guó)也有相當(dāng)雄厚的基礎(chǔ)。問(wèn)題在于近30年來(lái)我國(guó)投入煤層氣的資金及相應(yīng)的鉆井?dāng)?shù)量太少，而之所以形成這種局面的根本原因是其市場(chǎng)機(jī)制的缺失�？晒┟簩託饪碧介_(kāi)發(fā)的區(qū)塊已被少數(shù)石油和煤礦公司占有，他們處于保障油氣和煤炭生產(chǎn)指標(biāo)的重壓下，無(wú)心也無(wú)力投入風(fēng)險(xiǎn)大利潤(rùn)低的非常規(guī)新領(lǐng)域的開(kāi)拓。他們"跑馬圈地"而長(zhǎng)期不去勘探開(kāi)發(fā),但目前缺位的執(zhí)法和監(jiān)管部門(mén)卻沒(méi)有實(shí)施令其依法退出的機(jī)制，這就使想要進(jìn)行此工作的公司無(wú)可施展的機(jī)會(huì)。"釜底抽薪"，沒(méi)有可供施工的區(qū)塊從根本上制約著煤層氣的發(fā)展。此外，融資的困難、提供勘探開(kāi)發(fā)的服務(wù)市場(chǎng)的缺乏、乃至開(kāi)采出的煤層氣進(jìn)入天然氣管網(wǎng)的困難等，使之難于出現(xiàn)美國(guó)非常規(guī)油氣中的大量公司(特別是中小公司)活躍投資的蓬勃發(fā)展局面。顯然，其發(fā)展滯后的關(guān)鍵不在"硬條件"(資源、技術(shù))，而在"軟環(huán)境"，而后者又決定于國(guó)家經(jīng)濟(jì)體制的進(jìn)一步改革。
煤層氣如此，頁(yè)巖油氣也基本如此。
美國(guó)從頁(yè)巖氣到頁(yè)巖油的發(fā)展
從形成機(jī)制上的分類(lèi)形象生動(dòng)地說(shuō)明常規(guī)與非常規(guī)、頁(yè)巖氣與頁(yè)巖油的關(guān)系。地質(zhì)歷史上富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁(yè)巖(可包括煤層)層系(不強(qiáng)調(diào)地質(zhì)術(shù)語(yǔ)的準(zhǔn)確性，在實(shí)踐中統(tǒng)而簡(jiǎn)之地稱(chēng)為頁(yè)巖)。其中特別富含可生油有機(jī)質(zhì)而且后期尚未經(jīng)歷深埋條件下的高溫壓者，因其中有機(jī)質(zhì)在人工加熱分餾對(duì)可產(chǎn)出各類(lèi)油品(如汽、柴油等)，特稱(chēng)油(母)頁(yè)巖。而大部分這類(lèi)頁(yè)巖在后期經(jīng)歷深埋、有機(jī)質(zhì)在熱演化過(guò)程中產(chǎn)生大量烴，氣態(tài)和液態(tài)者可從生烴層系中運(yùn)移出去賦存于有孔隙的儲(chǔ)層中。其中孔滲條件好的儲(chǔ)層中富集的便是常規(guī)油氣，因致密而孔滲條件差并使其油氣難采出的就是非常規(guī)的致密(儲(chǔ)層)油氣。己大量進(jìn)入儲(chǔ)層的油在近地表情況下受地下水氧化和生物降解就形成了非常規(guī)的重(稠)油和(瀝青質(zhì))油砂、甚至更難利用的固體瀝青礦。而在生烴層中不可避免仍有大量烴以吸附態(tài)和游離態(tài)而殘留，留在煤層中的為煤層氣、留在頁(yè)巖(類(lèi))中者則為頁(yè)巖油、氣[8]。眾所周知,有機(jī)質(zhì)熱演化歷程中既生成油也生成氣，在初期以氣為主，在中期以油為主，在晚期又以氣為主且已形成的油亦可裂解成氣。從物質(zhì)的相態(tài)上看，氣液兩態(tài)亦可互溶，氣溶于油為 (油田)伴生氣或溶解氣，地下高溫壓條件下溶于氣中的油亦可在地表析出并被稱(chēng)為凝析油。從空間上看，油與氣共存于一處為伴生，兩者分別富集于一個(gè)盆地、油氣田不同地段為之共生。
頁(yè)巖氣研究程度最高的美國(guó)沃斯堡盆地Barnett頁(yè)巖產(chǎn)層就是頁(yè)巖氣和頁(yè)巖油共、伴生的良好實(shí)例。盆地沉積中心位于這個(gè)簊狀斷陷西緣，西部高成熟區(qū)(Ro>1.1％)以產(chǎn)氣為主，特別是頁(yè)巖氣的甜點(diǎn)(亦稱(chēng)核心區(qū)、圖1中深紅色者)產(chǎn)油量最低。成熟度適中("生油窗"，即生產(chǎn)的延伸區(qū))處油氣并產(chǎn)，成熟度過(guò)低處產(chǎn)油井亦明顯減少。按1982-2006年6月的統(tǒng)計(jì)[9] (筆者作了單位換算和相應(yīng)計(jì)算)，該盆地產(chǎn)氣6129億立方米、油102.5萬(wàn)噸，油占油氣當(dāng)量和的比例為1.64％，在所產(chǎn)油中凝析油占86.3％、一般原油(生產(chǎn)中常稱(chēng)為黑油)占13.7％。從核心區(qū)和延伸區(qū)的待發(fā)現(xiàn)資源量看，油為1.43億噸、氣為7422.8億立方米，油占油氣當(dāng)量和的比例為16.2％。顯然，今后油的生產(chǎn)有較大潛力。
圖1 美國(guó)沃斯堡盆地Barnett頁(yè)巖鏡質(zhì)體反射率與生產(chǎn)井分區(qū)
圖內(nèi)背景上的直線為區(qū)塊界，引自參考文獻(xiàn)[9]90頁(yè)
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