中国非常规油气发展之路探析-【zixun】

中国非常规油气发展之路探析

中国页岩气网讯：与国外不同，中国多把致密油气与常规资源放在一起统计。致密油气已在美、中油气产储量，特别是待发现资源量构成中占重要地位。由于致密油气开发的成功，中国在水平井和压裂两大技术系列上已总体达到国际先进水平，这为煤层气、页岩油气的开发提供了条件。美国页岩气大发展造成气价下跌，这促进了页岩油的发展并使其石油产量由长期下降转为较快速上升。中国煤层气发展的教训显示出管理体制不顺和市场环境缺失是阻碍非常规油气发展的首要因素。尊重不同类型资源共生伴生的规律，在油气，特别是非常规油气发展中应倡导综合勘探开发和利用。对在中国研究程度尚很低的页岩油气开发不可急于求成，只能在尊重勘探程序的基础上加快。

关键词： 非常规油气  致密油气  煤层气  页岩油气  综合勘探开发

常规与非常规油气的划分

人类对地下资源的利用总是从其较易开发、资源丰度较高、因而易获得较大经济效益的地方入手，然后随需求的扩大和技术水平的提高而向资源稟赋较差的领域扩展。大致自上世纪60年代以来，常规和非常规油气的概念开始流行。人们把当时就可进行经济开发的那些油气资源类型归为常规，而把丰度低、难开发以致在当时技术水平下难以取得经济效益(即难于达到经济门限)的油、气资源列入非常规。从其划分的两个关键词(技术水平、经济门限)看,都随时间推移条件改变而变化，因而这个界限是模糊的、在不同国家可以有所不同的。在不断的探索中上世纪后期人们已认识到从地下赋存量上看，非常规油气要比己发现的常规油气高一至两个数量级。于是在需求的巨大推动下依托科技水平的不断提升而使可采的经济边际不断下移。他还意味着，如用上世纪后期所固定的标准划分的非常规油气类型，以现今的条件可能有一部份已属于技术上可开发、经济上可有效益的资源, 如非常规石油的油页岩、致密油、重(稠)油、油砂、页岩油，非常规气的致密气、煤层气、页岩气和水溶气等。尽管如此，我们还是沿用着传统的划分，仍称其为非常规油气。当然，仍有些赋存量相当大的非常规油气，如天然气水合物(他常被某些人不恰当的称其为"可燃冰")在目前和近期未来也难被商业性开发。

国外致密油气居其非常规之首

致密油气，严格说应称为致密储层油气,指因储层致密孔、渗性差而低产难采，故可属非常规者。即曰储层,除最常见的砂岩外亦应包括致密碳酸盐岩和火成岩变质岩等，但在实际勘探开发工作中却仅指最常见的砂岩类，其他类储层如亦致密其开发方式需另外讨论。因而在约定成俗的日常应用中常省去其"储层"或"砂岩储层"等字而简称为致密油、致密气。在国外一般把致密油气归入非常规，且以其开发最早、产量最大而居非常规油气之首。目前，美国商业性开发的非常规气包括致密气、煤层气、页岩气三种。按后两者开发规模不大的2000年计，致密气约占美国非常规气.产量的70％，而到2010年尽管煤层气、特别是页岩气产量急剧升高，致密气也仍占48.8％。以致密气为主的非常规气在2009年达3089亿立方米，占全部天然气产量5828亿立方米的53.0％，即达到其"半壁江山"[1] 。据统计，2009年全球致密气占占非常规气产量的80％，注意到该年除美国外尚无页岩气商业开发、煤层气产量也不大，显然，致密气产量亦占全球气也占非常规气首位。依托致密气这个主体，非常规气产量(约5200亿立方米)占全球气产量约17％。

从带有预测性的资源量构成上更可看出致密气在未来居更要的地位。Martin等（2010）对常规油气、致密气、页岩气、煤层气等各类资源数据较全的阿帕拉契亚、大绿河、圣胡安、尤因塔-皮申斯4个著名盆地的油气资源量作了统计，致密砂岩气占40%~47%、平均43%，页岩气占9%~30%、平均19%，煤层气占15%~38%、平均25%，常规气占6%~17%、平均10%，常规油占1%~7%、平均3%。可见，在这些盆地中，非常规油气资源明显大于常规油气，致密气居非常规气资源之首。

致密油在美国石油产量中占重要地位。据统计，在其年产量达5亿吨的上世纪70年代中期，单井均日产量也仅为2.5吨，近年更降至1-1.5吨。单井日产小于0.5吨的油井占生产井总数约70％，占总产量约15％。在其他非常规油生产尚未兴起时，这些低产井中仅小部分为原产量较高井进入衰竭期，大部分为致密油，因而低产却相对稳产。可以说美国致密油是其长期保持产油大国地位的重要支柱之一[2]。对非常规油气的重视进一步推动了致密油的勘探，据报道，近5年来有68亿吨的致密油新发现。从全球看，除美、中、加、委内瑞拉等少数国家外,主要产油国仍倾力于高利润的常规油开发，据统计2008年全球非常规油产量约6.2亿吨，约占石油总产量的15％，但以加拿大油砂油和委内瑞拉重油为其主体,致密油产量约2.2亿吨、占全球产量5.6％。

就连号称油气资源大国的俄罗斯近年在西西伯利亚新探明油气储量中致密油气亦占50％以上，在老油气区更成为最主要的后备资源[3]。近年加拿大在致密气勘探上取得重大进展，使其排名前3位的大气田都属致密气，其探明(可采)储量可达1.9万亿立方米。他们位于西加拿大艾尔伯塔盆地深部，除储层致密外以其"上水下气水气倒置"的特点有别于常规油气，其地层上倾方向以饱和含水形成封闭向下在盆地深部形成连续性的饱和含气层。这种特称为"深盆气"的特殊类型是对非常规油气认识的发展。

中国致密油气己成为其产量的重要部分

基于地质演化的特点，中国油气田中低丰度，低产所占比例较大[2] 。在油气生产实践中努力向数量相当大的难采低产油气田开拓是个在发展早期就已提出并以日益加强的工作。因而并没有特别在意相关规范中关于致密储层的孔渗参数和重(稠)油相关参数的界线，不断降低着经济可采性的门限。在统计中不再强调致密油气与非致密油气、重(稠)油与一般油的差别并把致密油气和重(稠)油的储量产量也列入油气储量平衡表，成为所谓"表内储量"。这样，在生产上致密油气和重(稠)油实际己被到入常规油气，人们已约定俗成的把目前可以进行生产的非常规气限定于煤层气和页岩气了。因而在国内外对比中应注意不要把中国煤层气和页岩气产量之和直接与美国的非常规气对应，这会造成误导[4]。

从累计探明储量上看，据统计到2003年中国致密油已占30.9％[2] ，近年来新探明储量中致密油的比例明显增大，笔者估计目前累计探明储量中致密油可能占35％左右，由于这类油储量的动用率较低，在剩余可采储量中他可能占40％以上，如在中石化胜利油目前未动用储量中致密油占45％，近年每年约1亿吨的新增储量中低(包括特低)孔渗者占60％。鄂尔多斯盆地探明储量占全国10.7％、其中致密砂岩储层占80％以上。笔者研究预测，全国待发现石油资源量中致密油的比例应达40％左右。 与石油相比，我国天然气储层偏老，储层致密程度更高，致密砂岩和灰岩中的气储量占主要地位。鄂尔多斯盆地是全国天然气储、产量最大的盆地，分别占全国约33.4％、26.7％；其中上古生界致密砂岩储层分别占该盆气储、产量的77.6％、90％；其作为全国最大的苏里格气田探明地质储量达1.1万亿立方米、产量105亿立方米，分别占全国14.7％、12.1％，全部产于上古生界致密砂岩中。陆上7个主要盆地致密气资源量预测为9-12万亿立方米[3]，以中值计占7盆地预测气资源量的49％。笔者进而预测全国待发现天然地质资源量中致密气比例可达60％左右，这比最新全国资评中的相应数据[5]要大。显然，致密油气在中国已占相当重要的地位，可以说没有致密油气的开发决不可能使中国的油气达到今天的规模。

在非常规油气开发技术中最关键也最通用的是水平井技术和压裂两大套技术系列。中国致密油气开发的成功表明在这些方面已达到国际先进水平[6]，其一些通用设备和材料(如压裂液中作为不可或缺的支撑剂陶粒)已在国际市场上占有相当的份额。这就为同样为非常规、同样是低孔渗、低产储层的煤层气、页岩油气的勘探开发奠了基础。这是我们分析中国这类资源开发的一个重要的出发点。

中国煤层气发展不快的原因

上世纪后期美国在煤层气开发上的成功带动了全球对这种非常规资源的探索。中国在1990年代初已打出第一个煤层气井组并排水解吸获得工业性煤层气流，应该说起步并不晚。此后成立了专门的煤层气公司，国家在政策上给予优惠并提出高瓦斯煤田必须先采气后产煤的要求，在"十一五"发展规划中也设定出相应地的指标。但2010年煤层气产量在《全国油气矿产储量通报》中记为5.17亿立方米，他可理解为列入储量平衡表中的地面钻井抽采煤层气量。在正式发表的文件中显示，地面和矿井煤层气产量分别为15.7亿立方米和76亿立方米，利用率分别为76％和29％，理论上地面抽采气与矿井排采气利用量之和为33.9亿立方米,这些数据都与"十一五"发展规划要求相距甚远(更不要说其中又有多少成为供应市场的商品气)[7]。按"十二五"发展规划要求，2015年产量为地面抽采90亿立方米、矿井排采120亿立方米、共计产煤层气210亿立方米，利用率分别为100％和60％。这里面有两个问题：1.矿井排采的煤层气(瓦斯)甲烷浓度低、差别大，难以与几乎为纯甲烷的地面井采煤层气直接相加，应折算成标准煤层气体积后再相加；2.对煤层气利用率(特别是正规统计中要求的商品率)近期内不应规定太高。地面井在较长期的排水试采过程中和初期下游不配套情况下必有相当大的放空量。而矿山排采的低浓度瓦斯一般适于就近民用，但在煤炭便宜方便时矿山和附近用户都无再建管线利用气的要求，如作动力或发电利需特殊专用电机、在已有电力供应时矿山亦无此积极性。至于"十二五"发展规划中瓦斯发电装机容量超过300万千瓦的要求，更需落实相应的补贴和优惠的入电网政策。显然，欲实现"十二五"发展规划煤层气产量(应理解为可供消费的商品气量)210亿立方米的要求，必须针对已长期存在的阻滞煤层气发展的因素采取有效措施改变局面才有实现的可能。中国煤层气发展明显低于人们期望值的原因,许多人作了深入探讨，笔者从对非常规气发展影响角度作简单分析。

中国有丰富的煤资源，也有巨大的煤层气蕴藏，对此是没有争议的。至于中国煤和煤层气的特点和找到与之相适应的开采技术，在大力进行的勘探开发实践中也不难发现并掌握。因为这方面毕竟各国各地区间有许多共同之处，而且前面提到的基本的、共同的方法系列(水平井、压裂)我国也有相当雄厚的基础。问题在于近30年来我国投入煤层气的资金及相应的钻井数量太少，而之所以形成这种局面的根本原因是其市场机制的缺失。可供煤层气勘探开发的区块已被少数石油和煤矿公司占有，他们处于保障油气和煤炭生产指标的重压下，无心也无力投入风险大利润低的非常规新领域的开拓。他们"跑马圈地"而长期不去勘探开发,但目前缺位的执法和监管部门却没有实施令其依法退出的机制，这就使想要进行此工作的公司无可施展的机会。"釜底抽薪"，没有可供施工的区块从根本上制约着煤层气的发展。此外，融资的困难、提供勘探开发的服务市场的缺乏、乃至开采出的煤层气进入天然气管网的困难等，使之难于出现美国非常规油气中的大量公司(特别是中小公司)活跃投资的蓬勃发展局面。显然，其发展滞后的关键不在"硬条件"(资源、技术)，而在"软环境"，而后者又决定于国家经济体制的进一步改革。

煤层气如此，页岩油气也基本如此。

美国从页岩气到页岩油的发展

从形成机制上的分类形象生动地说明常规与非常规、页岩气与页岩油的关系。地质历史上富含有机质的暗色泥页岩(可包括煤层)层系(不强调地质术语的准确性，在实践中统而简之地称为页岩)。其中特别富含可生油有机质而且后期尚未经历深埋条件下的高温压者，因其中有机质在人工加热分馏对可产出各类油品(如汽、柴油等)，特称油(母)页岩。而大部分这类页岩在后期经历深埋、有机质在热演化过程中产生大量烃，气态和液态者可从生烃层系中运移出去赋存于有孔隙的储层中。其中孔渗条件好的储层中富集的便是常规油气，因致密而孔渗条件差并使其油气难采出的就是非常规的致密(储层)油气。己大量进入储层的油在近地表情况下受地下水氧化和生物降解就形成了非常规的重(稠)油和(沥青质)油砂、甚至更难利用的固体沥青矿。而在生烃层中不可避免仍有大量烃以吸附态和游离态而残留，留在煤层中的为煤层气、留在页岩(类)中者则为页岩油、气[8]。众所周知,有机质热演化历程中既生成油也生成气，在初期以气为主，在中期以油为主，在晚期又以气为主且已形成的油亦可裂解成气。从物质的相态上看，气液两态亦可互溶，气溶于油为 (油田)伴生气或溶解气，地下高温压条件下溶于气中的油亦可在地表析出并被称为凝析油。从空间上看，油与气共存于一处为伴生，两者分别富集于一个盆地、油气田不同地段为之共生。

页岩气研究程度最高的美国沃斯堡盆地Barnett页岩产层就是页岩气和页岩油共、伴生的良好实例。盆地沉积中心位于这个簊状断陷西缘，西部高成熟区(Ro>1.1％)以产气为主，特别是页岩气的甜点(亦称核心区、图1中深红色者)产油量最低。成熟度适中("生油窗"，即生产的延伸区)处油气并产，成熟度过低处产油井亦明显减少。按1982-2006年6月的统计[9] (笔者作了单位换算和相应计算)，该盆地产气6129亿立方米、油102.5万吨，油占油气当量和的比例为1.64％，在所产油中凝析油占86.3％、一般原油(生产中常称为黑油)占13.7％。从核心区和延伸区的待发现资源量看，油为1.43亿吨、气为7422.8亿立方米，油占油气当量和的比例为16.2％。显然，今后油的生产有较大潜力。

图1 美国沃斯堡盆地Barnett页岩镜质体反射率与生产井分区

图内背景上的直线为区块界，引自参考文献[9]90页

由于气的流动性明显比油大，在同等技术条件下气更易被采出，因而在向非常规领域开拓时首先指向页岩气。但美国页岩气的快速发展导致气出现供大于求，气价大幅度降低。2008年美国Henry Hub中心的标准气价为每百万英热单位(MBtu)12美元左右，2011年以来仅约4美元左右，2011年底曾降至2.98美元。过低的气价(特别是同一油当量气价与油价的差)压抑了页岩气生产者的积极性，却大为鼓励了同样地质条件和类似技术要求的页岩油开采。与页岩气开采使美国天然气产量明显回升类似，稍滞后一点时间页岩油的投入生产也改变了自1970年以来美国石油持续减产的趋势，开始回升。以近年未开发页岩油的2001-2005的5年计，石油平均年增率为-2.34％，而由于页岩油的投产2009-2010两年的石油平均年增率为5.63％；与同期世界石油产量有所减少相对照，美国成为石油增产最显著的国家之一。页岩油的开发与页岩气、煤层气开发类似，需钻大量的井。与美页岩油的产量激增相应的是石油钻井量的大增，达到几十年来的峰值。继页岩气开发高潮之后页岩油的快速上产使美国对油气的投资持续增长，过去大量涌向国外的油气投资也开始向国内回流。美国巴克莱资本(咨询)公司预计, 一反过去美国油气上游投资增长长期低于世界增长率的局面,2012年美油气上游投资增长11％，而该年世界增长率为10％。除Barnett页岩外，目前美国页岩油开发进展最大的是Bakken和Eagle Fort两套页岩层系。据报道(笔者对作了单位换算和相应计算)，Bakken页岩油产量2006年约为500万吨，2010年已近2000万吨，计划到2015年达4000万吨。随生产规模扩大和技术改进其生产成本也快速降低，2006年每桶为34.45美元，2009年降到每桶11.16美元[10]。Eagle Fort页岩也是油与气共/伴生，以在该页岩区更注重石油开发的Petrohawk公司为例，其原(黑)油产量为37.5万吨/年，凝析油产量为29.5万吨/年，天然气产量折合油当量约为77.5万吨/年。石油产量占油气当量和的46.4％，且其黑油产量明显大于凝析油。把这组数据与前面列出的以采气为目的沃斯堡盆地Barnett页岩相应数据对比，可以发现在页岩层系内当强调生产的重点不同时油、气产量构成的明显差别。2010年仅Bakken页岩和Eagle Fort页岩区北部(其南部以产干气为主)的页岩油产量就达2355万吨，占该年美石油产量的6.27％；预计2015年该二层系产量达6335万吨，即可占2010年美石油产量的16.9％。据剑桥能源咨询公司等机构对全美各页岩气产层的预测，2015、2020年美页岩油产量可望分别达到每天200、300万桶[10]。这些产量分别相当于页岩油未大力开发前2008年美石油产量的29.2％和44.6％，分别相当于2010年美从中东进口原油量每天172.9万桶(这个数字是原油加油品的量，由于美从中东进口的油品量很小故可近似的视为原油进口量)的115.7％和173.5％,分别相当于2010年美进口原油量的21、9％和32.9％。考虑到同时美国还加强致密油开发，加大以气代油、以新能源(特别是第二代生物乙醇太阳能风能等)代油，可以认为美国在近期"斩断中东石油进口的脐带"、在2030年代石油和能源基本自给等就有实现的可能性。

全球非常规石油资源目前认识差异较大。邹才能等指出全球非常规石油(可采)资源量为4495亿吨，其中页岩油2770亿吨。另据世界能源理事会（World Energy Council，2010）估计，截止到2008年末，世界非常规石油(地质)资源量达1.4万亿吨，其中页岩油为6893亿吨。而据美国地质调查局（USGS）2007年评价结果，世界非常规石油(地质)资源总量为1.6万亿吨，其中页岩油资源量4090亿吨[3]。不同预测者依据资料、统计范围和方法皆有不同，其结果有异是可以理解的，但他们一致显示出非常规油潜力巨大且其中页岩油占重要地位。

中国页岩油研究刚起步

受美国页岩气发展成果的启发，中国在近两年非常注意这个新事物而逐步形成"页岩气热"。由于倡导者对页岩油气的共/伴生机理宣传不够，多数国人对页岩油更感生疏。与在长期常规油气勘探开发中人们己对作为烃源岩中的气己有所认识类似，勘探者在工作中已发现烃源岩(暗色泥页岩)中亦有油显示、产出，个别尚具有商业价值，如在江汉潜北、松辽古龙、柴达木油泉子和南翼山等所见。但投入小规模开发的仅为页岩的裂缝性油藏[11]。2011年中石油辽河油田在其西部坳陷曙古165预探井古近系大套泥岩段中发现裂缝富油显示，在页岩油思路的指导下遂决定提前完钻对其试油，放喷获日产24立方米的油流,依托新的三维地震资料圈定50平方千米的可能含油面积。但严格地说，上述裂缝性油气藏与一般意义上的页岩油气还是分属不同类型。可喜的是,在中国第一批页岩气探索井进行的同时，少量以页岩油为目的预探井己实施。 2009年中石化河南油田率先在号称小而肥的泌阳凹陷古近系布署专探页岩油的安深1井，次年1月在井深2450-2510米页岩层中实施大型压裂，获最高达日产4.68立方米的工业油流。其后布署第一口页岩油水平井泌页HF-1并在2012年2月实施了15段压裂。初步估算该凹陷页岩油气资源量为5.4亿吨油当量。

目前我国已完成了对页岩气的第一轮资源评价。应在进一步研究美国页岩油开发进展和总结中国页岩气资评经，在获得一批实验分析和钻井测试数据后，进行页岩油资源评价。中国的富含有机页岩(烃源岩)有许多仍处在成熟度适中的环境中,会有相当数量的黑油和凝析油得以保存。显然，与巨大的页岩气前景类似，中国亦有良好的页岩油前景。目前，已有人初步估算中国页岩油可采资源量超过100亿吨[10]。

应大力倡导综合勘探、开发、利用

注意到页岩气和页岩油的密切关系，注意到页岩层系中往往含有煤层、有煤层气，笔者在中国刚开始页岩气评价时就呼吁要重视其综合勘探开发[12]。进一步说，页岩层系内和其上下也还有致密、非致密气储层，常规和非常规油气间并无严格界线且多有共生关系。前面各类油气资源以其在热演化和后期保存上的系列关系分类，亦显示他们在同一含油气系统性内的密切关系，这使他们在同一地质体内有规律的共生和/或伴生。客观地质规律明确的向我们提出非常规油气之间以及他们与常规油气之间的综合勘探开发的问题。显然，把油气作为统一的烃类资源，因地制宜的综合勘探、开发对油气企业来说是有利其快速发展降低成本提高效益的"康庄大道"；对社会来说，综合利用，互相补充可更充份地发挥不同资源的优势、更好的保障能源资源供应。

广而言之，综合勘探开发还存于油气与煤、盐类(特别是中国缺乏的钾盐类)、铝土矿、沉积铀矿等的关系上。一些企业已对其综合利用，发展综合化工。

进行不同矿种、不同资源间的综合勘探开发的首要难题在矿权管理上的配合和促进。前面讨论的煤层气发展中的问题充份显示出解决这一问题的重要性，油气区块与沉积铀矿勘探区的重叠也带来许多麻烦，这也就显示出改革管理办法和经济体制的迫切性。可以说，没有管理的到位和政策的优惠，就无从谈及煤层气、页岩油气等的发展；不进行经济体制的改革能源安全和结构改善的目标都难以实现。这不仅需要"顶层设计"的决心，也需要通过"示范区"的试点摸索经验。

结语

回到本文题目中国非常能源发展之路的探索，笔者在强调综合勘探开发和管理体制改革之外还想补充两点。

从总体上看，非常规资源的开发难度要大于常规资源，这就要求我们在现今及今后一段时间内仍要把常规油气的增储上产放在首位，决不可主次倒置。非常规资源的开发难度还要求他首先应在老油气区、在经济较发达区实施，而在中国这两者恰是基本吻合的。老油气区不仅有相当精细的地质和烃源岩(暗色页岩系)资料,也有较完备的勘探开发基础设施，这可使非常规油气容易获得成功并降低成本。经济发达区充份的市场需求为发展提供强大动力，也为非常规油气以分布式能源方式就近利用创造了条件。当然，在新区开拓时也必须常规和非常规油气并重，这往往是开拓思路促进新区评价和突破的重要环节。

针对目前全国上下急于保障能源供应改善能源构成的迫切愿望，针对已开始露出苗头的"页岩气热"，笔者认为应充份认识其发展的难度。从中国地质特点上看，中生界，特别是古生界和上元古界后期经历了漫长的地质演化历程，曾生成的油气经历不同程度的改造破坏散失，保存条件相当复杂。换言之，有好的可以产生油气的暗色页岩系(而这恰是美国学者看好中国页岩气并认为其蕴藏居世界首位的出发点)，并不意味着一定有巨大的页岩油气可采量。其保存量的大小、赋存特点及相适应的开采技术都需要我们通过大量实践(包括失败的实践)去摸索并逐渐形成自己的理性认识和技术体系。这就需要投资和时间。此外，近来有些业外人士，简单的理解非常规油气多具有"连续性油气藏"的特点，认为对页岩油气等只需要大量打井开发就可以了，不需要象点状分布的常规油气那样经历严格(有时也漫长)的勘探过程。这显然是不符合实际的。美国沃斯堡盆地Barnett页岩也不是到处都有可采的油气，何况为降低风险和成本总是要发现"甜点"并首先在其上实施开发(图1) 。对于非常规油气的勘探可以有其特点，但勘探程序只能加快不能超越的地质勘探根本经验还是必须尊重的。对此， "十二五"规划不对页岩气设定过高目标而要求打下坚实基础，为"十三五"及以后更快发展天然气打开道路。这样的指导思想显然是符合实际的。

参考文献

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作者单位：中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院

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