非常规油气地质学的建立与实践

赵景锟 曹中宗

摘 要：在全球能源需求逐年上涨，油气资源消费总量占能源总量的一半以上，而油气储量产能增长速度逐渐放缓的大背景下，非常规油气因其丰富的储量逐渐走入人们视野。科技的进步使得非常规油气的经济化、工业化开采变为可能。为此，非常规油气地质学作为其指导学科，紧密结合实际地质情况与工业需求，形成了系统科学的理论。本文将从非常规油气地质学的产生背景，研究内容与发展现状三个方面进行简要叙述。

关键词：非常规油气;地质学;细粒沉积

引言：近年来，人们对环境保护，低碳生活的呼声越来越高，对能源可持续发展的重视程度逐年加深，寻求新的能源发展方向成为必然趋势。其中，非常规油气资源储量巨大，合理的研究开发有利于促进全球能源储量持续增长，稳定国际油价。因此，在传统的油气地质学基础上，建立发展非常规油气地质学，在世界范围内都具有极大的科学意义与经济效益。

一、诞生背景

上个世纪三十年代，国外科学家通过研究油气藏分布特征与规律，预测了一种储源共生的油气资源，即非常规油气的存在。但是当时受科技水平限制，且对油气资源的需求没有今天这么急迫，认为该种油气藏无法实现工业化的经济开采。后来，直至二十世纪九十年代，美国科学家施莫克根据页岩层、煤岩层油气成藏的特点，提出了“连续型油气聚集”，这是非常规油气的首次概念化，是非常规尤其地质学理论诞生的标志。

如今，全球油气资源可采储量虽然每年都有增长，但其增速已明显放缓，2019年其年均增长速度为0.6%，而在二十一世纪第一个十年中，年均增长可达2.6%。同时，国际整体原油天然气价格也成上升趋势，而对于局部地区页岩气、致密气等非常规油气资源开发程度较高的，其油气价格上涨速度得到有效抑制，对全球整体油气供需情况都有极大影响。

此外，近年来全球开始了一场“非常规油气勘探革命”，页岩油、致密油，煤层气等勘探可采储量飞速上升。至2017年，非常规石油产量占全球石油总产量的14%，非常规天然气产量占全球天然气总产量的25%。

此外，人们对非常规油气的认识不断发展深入。非常规油气指的是使用传统手段无法进行工业化经济开采，要通过改善储集地质才能加以利用的连续性油气聚集。与传统油气资源不同，它具有一些新的特征：储源共生，油气藏成大面积连续分布，无明显的圈闭界限;孔隙可达微-纳米级别，能量损失与渗流速度之间关系不明显。这两大特征突破了传统油气地质学的理论认识，对其进行了扩充与深化。同时，传统油气地质学也为新理论的诞生奠定了框架与基础。

二、研究内容与方法

油气地质学是为探勘油气分布，评估油气资源质量，知道油气开采方式服务的，非常规油气地质学也是如此。对于该学科，其主要研究内容包括以下几点：

（一）“含油气系统”的更新完善

上个世纪七十年代，“含油气系统”理论的提出对知道油气探勘开采意义重大，但是非常规油气其独有的一系列特点，使得我们必须对“含油气系统”理论进行更新再认识。将研究对象由圈闭转为烃源，将含油气系统的概念扩大到烃源岩系，近源的致密砂岩与灰岩系等等。

非常规油气的成藏原理也是该学科研究的一大重点。在传统的认知中，致密储层中是不会有油气储存的，而对于非常规油气，烃源层中有机孔的大量发育，生烃过程中对致密层产生的溶蚀增空，都使得非常规油气存储层显得更加特殊。

（二）细粒沉积

非常规油气评价体系的建立，离不开对细粒沉积与致密相带的研究。首先，要从结构、组成、环境等方面建立起细粒沉积模型，对致密相带进行研究。其次，研究该模型中源-储的配置关系，对聚油气模式进行研究，总结其中规律，识别最有可能富有非常规油气资源的细粒沉积岩系。致密油就是非常规油气中研究细粒沉积体系的代表。

（三）微-纳米级孔隙与流体相态

纳米级孔喉是非常规油气存储的主要系统，通过对微-纳米级孔隙的发育分布情况、其对油气的吸附存储能力、其中流体相态、存储吸附油气的机理等方面的研究，可以确定其内部油气存储量，并进行可动性评价。在微米级别的孔隙中，流体流动受到毛细管阻力的影响，发生渗流现象，其能量损失与渗流速度之间的关系服从达西定律;而在纳米级别的孔隙中，因分子直接存在较强的作用力，流体与介质之间存在粘滞力，此时就不符合达西定律，油气被吸附在矿物与干酪根表面，甚至扩散至有机质内部。

（四）分布规律与价值评价

受科学技术限制，即使在今天，也并不是所有的非常规油气都值得开采。通过研究其富集状况与分布规律，对油气藏进行评价，可有效提高勘探采集的经济效益。一般来说，在对一处非常规油气资源进行评价时，要综合考虑以下几点：①EUR，即可采资源的客观评价，需要综合实际产能。②结合原型盆地，烃岩源集中发育区，储存结构的稳定性以及地表施工条件进行评价。③对富集段与甜点区进行评选。此外，对于不同的非常规油气资源，要选择合适的评价方法，例如针对煤层气、油页岩、天然水合物等，常常采用体积法;而对致密油气、页岩气等，常使用类比法与统计法。

三、发展现状与实践

由于非常规油气地质结构复杂，且传统的勘探手段与开采技术并不完全适用，所以目前非常规油气的开发还处在起步阶段。

从国际上来看，以色列一直专注于油页岩中液体石油的勘探与开发利用，并取得了一定成果，其原油生产量大大提升，进口量只在原有的百分之六十。近年来，美国将重点放于了阿拉斯加北部的天然水合物，其储量之巨大，若能成功开采有望大大降低全美的天然气费用。油砂的开发技术在加拿大取得了重大突破，其通过油砂获取的原油已经超过常规油。成为全球第二大储油国。

就国内而言，我国各地区非常规油气勘探开发成果是十分显著的。致密油的勘探开发在鄂尔多斯、松辽、准噶尔三个盆地中都取得了重大突破。在开发方面，2018年非常规油气的产量上了一个新的台阶。数据显示，2018年中国非常规天然气产量达到507亿立方米，占该年天然气总产量（1603亿立方米）的三分之一。其中，致密氣产量为345亿立方米，页岩气为108亿立方米，煤层气为54亿立方米。

四、结语

非常规油气地质学如今尚处于起步阶段，许多理论与技术还不完善，想要深入完善理论结构，切实指导实际生产，还需要国家政府的高度重视与投入，需要业界科研人员的不断努力，同时，在解决开发技术相关难题的同时，也应该注重非常规油气开发过程中的三废排放问题，加强环境管理，助推绿色发展，将可持续发展落在实处。

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