油趣

中国海油非常规油气勘探开发现状及发展前景

作者:黄鑫1,2  董秀成1  赖南君3肖春跃4钟水清3,4  舒政李克智3

1.中国石油大学(北京);2.中国海洋石油总公司;3.西南石油大学; 4.中国石油西南油气田公司

随着常规油气资源的快速消耗,新增资源勘探和开发难度增大,全球油气勘探开发正在由以传统的常规油气为主转为常规与非常规油气并重的局面。近年来,非常规油气资源的勘探开发势头强劲,呈现出巨大潜力。除向深水等新领域大举进军外,加强非常规油气资源勘探开发已成全球大势所趋。非常规油气资源主要包括页岩油、页岩气、煤层气和致密气。

1 油页岩开发
   全世界油页岩蕴藏的页岩油资源量大体有3662×108t,比传统石油资源量至少多50%。我国油页岩资源约7199.37×108t,页岩油资源约476.44×108t,可采出资源约119.79×108t ,居世界第4位,仅次于美国、巴西和爱沙尼亚。世界上许多国家和能源企业一直积极地从事油页岩加工技术的发展和研究,在一些能源公司和石油工作者的长期努力下,从油页岩中生产石油的技术的研发、测试和先导性试验持续开展。但是由于常规石油资源的供需、价格波动及油页岩生产矿场设计的经济不确定性,1984年以来没有相关大型工程项目的投资,如今全球也没有大规模工业化生产油页岩。

1.1 开发现状

   随着油价高企,有关国家对油页岩的开发利用活跃起来。2005年美国通过了发展非常规能源的法案,掀起了油页岩干馏炼油的研发高潮。当前,美国有29家公司正开展油页岩加工利用研究,其中14家公司研发地下干馏,11家研发地上干馏,2家公司研究页岩油加氢制取轻质油品,大多数正处于实验室或数学模拟或概念研究阶段。另有几家公司致力于干馏新技术的开发,或筹划开展实地试验,只有壳牌公司正在进行现场地下干馏的中试。油页岩工业在中国已有80多年的历史。20世纪50年代中国油页岩开发利用进入繁荣时期,页岩油曾经占到中国原油产量的一半。20世纪90年代以后,对石油需求的增长促使油页岩工业进入复苏以及迅速发展的阶段。从2004年以来,我国相继投入开发了辽宁抚顺、广东茂名、吉林桦甸、山东龙口、罗子沟等油页岩矿区。2008年,中国油页岩年产量为4.0×105t,主要贡献来自于抚顺矿业集团,年产量达3.5×105t。多年来,我国在页岩油加工方法和综合利用研究方面顺序经历了热加工-酸碱精制、热加工-加氢精制、全馏分固定床加氢精制和干馏分焦化-加氢精制等工艺流程。此外,茂名在低热值油页岩的燃烧技术方面获得了一定经验,但是未能进入正常运转。

1.2 发展前景

油页岩工业的发展主要受3个方面的因素制约,即经济、环保和资源。2002年“全球油页岩的利用与展望”会议上,来自13个国家的230位专家讨论认为,目前传统油资源紧缺,当污染小和效率更高的技术得到广泛应用后,油页岩的开发利用前景一片大好。2020年及2020年以后,油页岩的产量会逐渐增大。

(1)2020年,影响油页岩竞争力的关键因素是各国政府出台的相关条例和政策。沸腾炉技术的采用将推动爱沙尼亚400×104t规模油页岩工厂建设规划的实施,使油页岩产量超过2100×104t。而ATP流程(Alberta Taciuk Processor)的成功商业化,可以使澳大利亚页岩油的年产量由2006年的55.6×104t增加到2010~2013年的717×104t,届时需要年开采约1.14×108t油页岩。所以,估计到2020年世界油页岩消费量将达到1.3×108t。

(2)2020年以后,国际能源机构在“2002年世界能源展望”中预言,2020年以后,增加的非传统来源的石油供应量很可能由部分页岩油来满足,这部分增量约占世界石油需求总量的8%。

2 页岩气勘探开发

非常规天然气资源中最重要之一便是页岩气,即主体位于暗色或高碳泥页岩中、以吸附或游离状态存在的天然气。页岩是典型的自生自储连续型气藏,既是烃源岩又是储层。页岩气储层致密,突出特征是低孔、低渗,在开发上主要表现为常规试气产能低或无产能。因此,常规气藏的开发技术显然无法适应其高效开发。我国页岩气资源潜力大且地质条件优越,总资源量可达100×1012m3,相当于常规天然气量的两倍。但是目前我国还处于页岩气勘探开发的前期探索阶段,面临资源家底不清,缺乏核心技术,缺乏政策支持,投资主体单一,管网设施不足等问题。鉴于我国含气页岩的特殊性,近期需着力解决以下关键问题:客观评价我国页岩气资源及其富集特点;页岩气勘探开发评价及选区技术;页岩气工业化勘探开发的经济界限问题;页岩气低成本开发技术等几个关键技术问题,以期大力推动我国页岩气开发利用进程。

2.1 开发现状

从世界范围看,页岩气主要分布在北美、中亚、中国及中东、北非等地,资源量巨大,约456×1012m3(表1),相当于常规天然气的1.4倍。

表1  全球非常规天然气资源量表

地区煤层气

/1012m3

页岩气

/1012m3

致密砂岩气

/1012m3

合计

/1012m3

北美85.4108.738.8232.9
拉丁美洲1.159.936.697.6
西欧4.414.41028.8
中欧和东欧3.31.12.26.6
前苏联11217.725.5155.2
中东和北非072.123.395.4
撒哈拉以南非洲1.17.822.231.1
中亚和中国34.499.810144.2
太平洋地区(经合组织)13.365.52098.8
其它亚太地区08.915.524.4
南亚1.15.56.6
全球256.1455.9209.6921.6

我国各地质时期页岩分布广泛,勘探开发潜力大,页岩气资源也十分丰富,可采资源量约为26×1012m3,经济价值巨大。经对比发现,我国页岩气成藏机理条件和地质条件与美国相似,页岩气资源前景及开发潜力与美国大致相同。页岩气富集地质条件优越,除分布在四川、鄂尔多斯、渤海湾、松辽、江汉、吐哈、塔里木和准噶尔等含油气盆地外,在海相页岩地层、海陆交互相页岩地层及陆相煤系地层也有广泛分布。我国页岩气勘探最有潜力的地区为海相的扬子克拉通地区,普遍发育黑色富含有机质泥页岩,有机碳含量最高达12%。我国页岩气资源的勘探开发尚处于初级阶段,政策不完善,距离页岩气资源的规模开发还有很长的路要走。我国页岩气产业和美国相比存在以下差异:①地质条件和分布特点存在重大差别:气藏多数地表条件复杂,储层埋藏深;②管网设施不完善;③开发技术不成熟,缺乏关键核心技术;④没有出台专门支持页岩气勘探开发的税收优惠和补贴等财政税收政策。

近年来,我国在对外合作方面已迈出了可喜的步伐。在经过了长达10个月之久的谈判后,2007年10月,中国石油天然气集团公司与美国新田石油公司以四川省威远地区页岩气资源勘探开发前景综合评价为研究内容,签署了“威远地区页岩气联合研究”协议,成为我国页岩气开发对外合作签署的首个协议。2008年11月26日中国石油勘探开发研究院在四川省宜宾市实施了我国首口页岩气200m浅井全井段完钻取心。并全面分析了页岩吸附气含量等多项数据。2009年11月10日,随着中国石油与壳牌公司“四川盆地富顺—永川区块页岩气联合评价协议”在京签订,吹响了我国在页岩气这一能源新领域的勘探开发号角,标志着我国首个页岩气合作开发项目正式进入实施阶段。我国页岩气资源量非常丰富,页岩气的大规模开发具有巨大的资源基础,将对中国未来的能源供应、消费结构和开发格局产生战略性影响,缓和中国对石油的急剧需求,减缓我国经济受全球高企的油价的影响,同时也将减少煤炭的开采和燃烧,减少环境污染及其蔓延,能源消费结构的变化也会减轻交通运输压力。

2.2 发展前景

国家主管部门要根据国民经济中长期规划和国家能源发展战略的要求,坚持常规与非常规天然气并重,加强宏观协调,统筹页岩气资源战略调查、勘探开发和市场培育,积极采取措施给予产业引导,促进页岩气产业的健康发展,使之成为可供长远利用的清洁能源。

在极富挑战性背景下,我国即将开展的页岩气研究与勘探开发具有如下发展趋势:

(1)未来一个时期的主要研究内容将是页岩气地质理论及资源评价理论和方法;

(2)页岩气地质基础研究工作将受到重视;

(3)开展试井及增产开发措施研究;

(4)四川盆地具有成为中国第一个页岩气勘探开发先导性试验建设基地的优势;

(5)争取政策扶植和基金资助;开展多种合作,增进学术交流,促进人才培养。

3 煤层气勘探开发

煤层气又称煤层瓦斯,煤层甲烷,它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体,属于非常规天然气,1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤,其热值与天然气相当,可以与天然气混输混用,而且燃烧后很洁净,几乎不产生任何废气,是优质的化工和能源原料。

3.1 开发现状

煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天然气,世界上有74个国家蕴藏着煤层气资源,埋深浅于2000m的约为240×1012m3,是常规天然气探明储量的2倍多。世界主要产煤国均非常重视煤层气开发,英国、俄罗斯、美国等国在这方面起步较早,生产方式为煤炭开采前抽放或采空区封闭抽放方式抽放,产业发展较为成熟。美国是目前世界上煤层气商业化开发最成功的国家,80年代初煤层气地面钻井开采技术取得突破性进展,将世界煤层气开发带入新阶段。中国煤层气资源丰富,居世界第三位。我国埋深1500m以浅煤层气可采资源量10.9×1012m3,2000m以浅煤层气地质资源量约36.8×1012m3。全国95%的煤层气资源分布在新疆、晋陕内蒙古、云贵川渝和冀豫皖等四个含气区,其中晋陕内蒙古含气区煤层气资源量最大,为17.25×1012m3,占到我国煤层气总资源量的一半左右。煤层气的开发利用具有提高瓦斯事故防范水平、有效减排温室气体、提供商业化的高效、洁净能源的功效,具有安全、环保和巨大的经济效益,可谓一举多得。

3.2 发展前景

目前国外煤层气的勘探开发有下面几个发展趋势:

(1)试验性、示范性和商业性的煤层气勘探开发规模有增大趋势;甲烷的熟化特性随煤埋藏深度的增加而更加优越,煤层气井深将随之增加。

(2)不压裂的水平井单井产量比直井压裂井高4倍。因此,煤层气的水平钻井井数将增加。

(3)煤层气井压裂工艺技术不断进步,例如美国能源部和矿业局研究和实施了一种名为幻的具有显著增产效果的压裂法。

针对目前我国煤层气开发利用中存在的科研投入和技术创新不够、煤炭与煤层气矿业权重叠、相关政策落实不到位影响企业积极性、煤层气抽采难度大、利用率偏低等问题,实行资源先行、上游开发与下游利用相结合,煤层气开发利用与煤矿安全、环境保护相结合,煤层气开发利用与天然气相结合,按照先浅后深、先富后贫的顺序积极推进,把煤层气开发利用打造成我国新的支柱产业。

4 致密气开发

目前,世界上对致密气藏并无统一的标准和界限,它的制定取决于每个国家的石油资源状况和技术经济条件,而且随着对致密气认识程度的提高不断发展和完善。按照我国的标准,有效渗透率小于等于0.1mD(绝对渗透率小于等于0.10.1mD)、孔隙度小于等于10%的气藏为致密气藏。

4.1 开发现状

致密砂岩气最早被称为隐蔽油气藏,发现于1927年的美国圣胡安盆地,并于20世纪50年代初投入工业开发,是非常规天然气资源中勘探开发最为成熟的气源。由于致密砂岩气和煤层甲烷的扩大开发,美国非常规气产量由1970年的1万亿立方英尺(283×108m3)增至1997年的4万亿立方英尺(1132×108m3)。据估算,目前世界上处于尚未全面开发阶段的非常规天然气资源量有800×1012~1000×1012m3,其中致密砂岩气居第二,资源量为75×1012~l00×1012m3,仅次于天然气水合物[20]。而就现今技术上可开采的非常规天然气而论,则以致密砂岩气居首,储量为10.5×1012~24.0×1012m3。因此,致密气藏是21世纪最有希望而又最现实的重要能源。

4.2 发展前景

致密气藏在世界分布广泛。有关致密气藏的评估、开发和生产技术有40多年的发展历史,今后将会有更加广泛的发展。中国致密气资源丰富、潜力巨大,要实现致密气资源向产量的转化、缓解常规天然气开发压力,急需进行深入细致的研究与探索,尽快突破地质认识与工艺技术瓶颈。

(1)开展致密气的资源潜力研究,落实储量与产能规模。目前部分致密气藏正在作为低渗气藏进行勘探开发,开展致密砂岩气资源潜力评价,拓宽勘探领域,将进一步降低储层下限,储量将更加丰富。选取典型试验区进行现场试验,强化增产工艺技术和集成配套技术攻关,突破单井产量瓶颈。实现非常规天然气产量快速增长的关键在于工艺技术的不断进步,致密气开发的主体工艺技术包括直井分层压裂(尤其是一次分压10段以上的直井压裂技术)、大型压裂、水平井分段压裂技术等。我国还需继续强化工艺技术攻关,并尽快形成低成本的配套工艺技术。

(2)深化开发技术政策研究,尽快实现致密气规模有效开发。致密气藏具有不同于低渗气藏的孔隙结构、渗流特征等,需要重点深入研究其开发机理和规律、井型井网优化、合理的配产和产能规模等开发技术政策,为致密气藏规模有效开发做好技术储备。

5 结束语

(a)随着世界对天然气资源量需求不断增加和常规天然气储量日益减少的矛盾日益凸显,非常规油气作为重要的后备资源而备受关注。得益于经济技术条件的日臻成熟。页岩气、煤层气、页岩油、致密气等非常规天然油气在一些国家(如美国、加拿大)已实现规模化开发,并获得了可观的经济和社会效益。

(b)我国非常规油气资源勘探开发利用程度差异较大。煤层气开发已经取得进展,致密气需要进一步扩大开发领域,页岩气开发正在起步,页岩油开发还处于探索阶段,争取早日取得突破,油页岩规模化开发还需新技术研究作为支撑。

(来源:天然气与石油,2017年第4期)

———–END———–

2017年7月31日

0回复"中国海油非常规油气勘探开发现状及发展前景"

    留言

    ©2015-2018 油趣网,保留所有权利。京ICP备16057285号
    X