鄒才能，張國生，楊智，陶士振，侯連華，朱如凱，袁選俊，冉啟全，李登華，王志平

（中國石油勘探開發(fā)研究院）

0 引言

人類利用能源經(jīng)歷了從木柴向煤炭、煤炭向油氣、油氣向新能源的 3次重大轉(zhuǎn)換。隨著世界經(jīng)濟(jì)對(duì)能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)、國際油價(jià)的高位運(yùn)行和低碳社會(huì)的逐漸到來，從傳統(tǒng)油氣走向新能源的第 3次重大變革將成為必然趨勢(shì)。但在未來相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，新能源難以擔(dān)當(dāng)重任，世界能源正在邁入石油、天然氣、煤炭、新能源“四分天下”的發(fā)展時(shí)代[1-6]。全球未來油氣勘探主要有海域深水、陸地深層、非常規(guī)油氣3大領(lǐng)域，開發(fā)利用非常規(guī)油氣資源將成為必然選擇。目前非常規(guī)油氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例已超過 10%。但未來非常規(guī)油氣工業(yè)化發(fā)展還面臨如下10個(gè)方面挑戰(zhàn)：常規(guī)思維遇挑戰(zhàn)，需要有非常規(guī)哲學(xué)思想；傳統(tǒng)粗粒沉積學(xué)遇挑戰(zhàn)，需發(fā)展泥頁巖、碳酸鹽巖與粉細(xì)砂巖為核心的細(xì)粒沉積學(xué)；常規(guī)孔隙儲(chǔ)集層遇挑戰(zhàn)，需發(fā)展納米級(jí)孔隙為核心的非常規(guī)儲(chǔ)集層地質(zhì)學(xué)；常規(guī)圈閉成藏理論遇挑戰(zhàn)，需發(fā)展連續(xù)型油氣聚集理論為核心的非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)；傳統(tǒng)地球物理學(xué)遇挑戰(zhàn)，需發(fā)展“六性”評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)技術(shù)；直井鉆探技術(shù)遇挑戰(zhàn)，需發(fā)展水平井規(guī)模壓裂技術(shù)；開采方式遇挑戰(zhàn)，需發(fā)展多井平臺(tái)式“工廠化”生產(chǎn)；管理方式遇挑戰(zhàn)，需建立全過程低成本管理模式；政策引領(lǐng)遇挑戰(zhàn)，需建立市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和財(cái)稅補(bǔ)貼機(jī)制；院校教育遇挑戰(zhàn)，需大力培養(yǎng)非常規(guī)創(chuàng)新型人才等。

筆者在系統(tǒng)調(diào)研全球常規(guī)、非常規(guī)油氣理論技術(shù)與勘探開發(fā)最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖性地層油氣藏等重大科技項(xiàng)目最新研究成果，系統(tǒng)總結(jié)非常規(guī)油氣的基本內(nèi)涵、主要類型與特征、資源潛力，明確其勘探開發(fā)核心技術(shù)，指出其勘探開發(fā)戰(zhàn)略與層次，展望非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)發(fā)展前景。

1 研究背景

油氣資源可分為常規(guī)資源、非常規(guī)資源兩種基本類型，常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集、空間共生”，石油工業(yè)將形成常規(guī)油氣和非常規(guī)油氣兩大工業(yè)體系，油氣工業(yè)發(fā)展將經(jīng)歷常規(guī)油氣、常規(guī)與非常規(guī)油氣并重、非常規(guī)油氣3個(gè)階段，形成完整的石油工業(yè)生命周期。自1859年第1口工業(yè)油井鉆探成功以來，全球油氣工業(yè)經(jīng)歷了約60年理論技術(shù)探索與緩慢發(fā)展，1920年油氣當(dāng)量才突破1.0×108t；20世紀(jì)20—50年代，石油地質(zhì)由找油苗露頭轉(zhuǎn)入地下，圈閉油氣藏理論逐步形成，地震反射波法與旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)開始應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)一批構(gòu)造油氣藏，1955年全球油氣產(chǎn)量升至 10.5×108t；20世紀(jì)60—90年代，板塊構(gòu)造理論、生油理論、層序地層學(xué)等理論不斷發(fā)展，數(shù)字地震、三維地震、噴射鉆井等技術(shù)不斷進(jìn)步，海上油田隨之出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了一批構(gòu)造、巖性地層大油氣田，全球油氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，1995年達(dá)51.9×108t；20世紀(jì)90年代中期至今，含油氣系統(tǒng)、數(shù)值模擬、油藏精細(xì)表征等技術(shù)應(yīng)用，水平井、多分支井、大位移井等技術(shù)發(fā)展，地震分辨率不斷提高，非常規(guī)油氣開發(fā)利用取得突破性進(jìn)展，全球油氣當(dāng)量至2011年升至近70×108t（見圖1）[1-7]。

1934年McColough提出的“圈閉學(xué)說”是常規(guī)油氣地質(zhì)理論形成的重要標(biāo)志，其指導(dǎo)了常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)[1]；1995年Schmoker等提出的“連續(xù)型油氣聚集”理論是開啟非常規(guī)油氣理論的里程碑，為非常規(guī)油氣資源有效開發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)[1,8-9]。由于找油氣理論、技術(shù)和方法的不斷創(chuàng)新，1956年哈伯特提出的石油產(chǎn)量“峰值理論”已被顛覆，世界油氣產(chǎn)量高峰從20世紀(jì)60年代可能延遲到21世紀(jì)30—40年代，石油工業(yè)生命周期也很可能會(huì)超過300 a[1,10]。從常規(guī)向非常規(guī)油氣跨越的石油科技革命，主要形成了2大地質(zhì)理論和4大核心技術(shù)，即常規(guī)油氣圈閉成藏理論、非常規(guī)油氣連續(xù)型聚集理論，常規(guī)油氣直井鉆探技術(shù)、常規(guī)油氣地震預(yù)測(cè)技術(shù)、非常規(guī)油氣水平井規(guī)模壓裂技術(shù)和納米提高油氣采收率技術(shù)[1]。

21世紀(jì)，在新理論與新技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)下，全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)不斷獲得重大突破，油砂油、重油、致密氣、煤層氣等成為非常規(guī)油氣發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，頁巖氣成為非常規(guī)天然氣發(fā)展的熱點(diǎn)方向，致密油成為非常規(guī)石油發(fā)展的“亮點(diǎn)”類型。非常規(guī)油氣已成為全球油氣供應(yīng)的重要組成部分，2010年非常規(guī)石油產(chǎn)量已占全球石油總產(chǎn)量的3%，非常規(guī)天然氣產(chǎn)量已占全球天然氣總產(chǎn)量的 13%以上。全球正在形成美洲的美國和亞洲的中國兩大非常規(guī)油氣戰(zhàn)略突破發(fā)展區(qū)，預(yù)測(cè)2030年全球非常規(guī)油氣產(chǎn)量將占總產(chǎn)量的20%以上[1,6]。

圖1 全球油氣工業(yè)及理論技術(shù)發(fā)展歷程

中國油氣工業(yè)發(fā)展已進(jìn)入以常規(guī)油氣為主的儲(chǔ)產(chǎn)量連續(xù)增長(zhǎng)“高峰期”、以常規(guī)和非常規(guī)油氣并重的重大領(lǐng)域戰(zhàn)略“突破期”、以非常規(guī)油氣為主的科技革命創(chuàng)新“黃金期”[1]。石油地質(zhì)學(xué)向常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)、非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)兩個(gè)方向發(fā)展，基礎(chǔ)地質(zhì)理論研究緊密圍繞油氣資源潛力與勘探方向，不斷突破油氣生成最高溫度、油氣儲(chǔ)集最小孔喉、油氣聚集最大深度“3個(gè)極限”[1]。

2010年已成為中國油氣工業(yè)正式開啟“非常規(guī)油氣”元年，致密氣年產(chǎn)量已占全國天然氣總產(chǎn)量的1/4，致密油已在鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等盆地發(fā)現(xiàn) 5×108～10×108t級(jí)儲(chǔ)量規(guī)模區(qū)，煤層氣初步建成沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣兩個(gè)生產(chǎn)基地，頁巖氣已在四川南部海相頁巖多口井中獲工業(yè)氣流，形成頁巖氣工業(yè)化試驗(yàn)區(qū)。非常規(guī)油氣的突破與發(fā)展，已成為中國陸上原油產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)、天然氣產(chǎn)量快速發(fā)展的接替資源。未來非常規(guī)油氣產(chǎn)量將占總產(chǎn)量的30%～40%。

2 非常規(guī)油氣基本概念與地質(zhì)特征

2.1 非常規(guī)油氣基本概念

不同學(xué)者對(duì)非常規(guī)油氣描述不同，一般認(rèn)為非常規(guī)油氣是指在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，不能用傳統(tǒng)技術(shù)開發(fā)的油氣資源[10]。有學(xué)者通過詳細(xì)解剖非常規(guī)資源的含油氣系統(tǒng)，認(rèn)為非常規(guī)資源是“連續(xù)的”或“處于盆地中心”，缺乏常規(guī)圈閉[11-16]。Harris Cander于2012年提出利用黏度-滲透率圖版界定非常規(guī)油氣，即非常規(guī)資源是指需通過技術(shù)改變巖石滲透率或者流體黏度，使得油氣田的滲透率與黏度比值發(fā)生變化，從而獲得工業(yè)產(chǎn)能的資源[17]。石油工程師學(xué)會(huì)（SPE）、美國石油地質(zhì)師協(xié)會(huì)（AAPG）、石油評(píng)價(jià)工程師學(xué)會(huì)（SPEE）、世界石油大會(huì)（WPC）2007年聯(lián)合發(fā)布非常規(guī)資源的定義：非常規(guī)資源存在于大面積遍布的石油聚集中，不受水動(dòng)力效應(yīng)的明顯影響，也稱為“連續(xù)型沉積礦”；認(rèn)為非常規(guī)油氣資源與連續(xù)型油氣概念一致[1,18]。

筆者在系統(tǒng)分析各類非常規(guī)油氣基本特征的基礎(chǔ)上，重新厘定涵蓋目前主要觀點(diǎn)的非常規(guī)油氣定義：非常規(guī)油氣是指用傳統(tǒng)技術(shù)無法獲得自然工業(yè)產(chǎn)量、需用新技術(shù)改善儲(chǔ)集層滲透率或流體黏度等才能經(jīng)濟(jì)開采、連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)型聚集的油氣資源。非常規(guī)油氣有兩個(gè)關(guān)鍵標(biāo)志和兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，兩個(gè)關(guān)鍵標(biāo)志為：①油氣大面積連續(xù)分布，圈閉界限不明顯；②無自然工業(yè)穩(wěn)定產(chǎn)量，達(dá)西滲流不明顯。兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)為：①孔隙度小于10%；②孔喉直徑小于1 μm或滲透率小于 1×10-3μm2。非常規(guī)油氣主要地質(zhì)特征表現(xiàn)為源儲(chǔ)共生，在盆地中心、斜坡大面積分布，圈閉界限與水動(dòng)力效應(yīng)不明顯，儲(chǔ)量豐度低，主要采用水平井規(guī)模壓裂技術(shù)、平臺(tái)式“工廠化”生產(chǎn)、納米技術(shù)提高采收率等方式開采。主要類型有致密油和氣、頁巖油和氣、煤層氣、重油瀝青、天然氣水合物等（見圖2）。

圖2 常規(guī)與非常規(guī)油氣黏度與自然產(chǎn)能鑒別圖

非常規(guī)油氣概念內(nèi)涵豐富、類型多樣，目前對(duì)非常規(guī)油氣還沒有統(tǒng)一的劃分方案。就聚集方式而言，非常規(guī)油氣包括準(zhǔn)連續(xù)型和連續(xù)型兩大類，其中準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集主要包括碳酸鹽巖縫洞油氣、火山巖儲(chǔ)集層油氣、變質(zhì)巖儲(chǔ)集層油氣、重油、油砂油等；連續(xù)型油氣聚集主要包括致密砂巖油和氣、頁巖油和氣、煤層氣、天然氣水合物等，是非常規(guī)油氣主要聚集模式。從源儲(chǔ)關(guān)系可分為源內(nèi)油氣，包括頁巖油和氣、煤層氣；近源油氣，包括致密油和氣；遠(yuǎn)源油氣，包括重油、油砂油等類型。

2.2 非常規(guī)油氣地質(zhì)特征

2.2.1 源儲(chǔ)特征

非常規(guī)油氣的源儲(chǔ)關(guān)系多數(shù)為源儲(chǔ)共生，主要包括源儲(chǔ)一體型和源儲(chǔ)接觸型兩種類型：源儲(chǔ)一體型油氣聚集是指烴源巖生成的油氣沒有排出，滯留于烴源巖層內(nèi)部形成油氣聚集，包括頁巖氣、頁巖油和煤層氣等，是烴源巖油氣；源儲(chǔ)接觸型油氣聚集是指與烴源巖層系共生的各類致密儲(chǔ)集層中聚集的油氣，包括致密油和致密氣，是近源油氣。

從常規(guī)圈閉油氣藏到常規(guī)油氣聚集區(qū)帶，再到非常規(guī)油氣聚集層系，代表了油氣勘探開發(fā)對(duì)象的變遷。單個(gè)圈閉中如果聚集并保存油氣則成為油氣藏；油氣聚集區(qū)帶是受同一個(gè)二級(jí)構(gòu)造帶或巖性地層變化帶控制的、聚集條件相似的一系列油氣田（藏）的總和，強(qiáng)調(diào)了油氣藏邊界的概念和作用；非常規(guī)油氣聚集層系是儲(chǔ)集于大面積源儲(chǔ)共生層系納米級(jí)孔喉系統(tǒng)等儲(chǔ)集空間中的連續(xù)型油氣聚集，以及儲(chǔ)集于碳酸鹽巖縫洞、火山巖儲(chǔ)集層、變質(zhì)巖儲(chǔ)集層等儲(chǔ)集空間中的準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集，突破了帶狀分布和油氣藏的理念，無明顯“藏”邊界。

2.2.2 運(yùn)聚特征

非常規(guī)油氣聚集單元是大面積儲(chǔ)集層，不存在明顯或固定界限的圈閉和蓋層。

非常規(guī)油氣運(yùn)聚過程中，區(qū)域水動(dòng)力影響較小，水柱壓力與浮力在油氣運(yùn)聚過程中的作用局限，以擴(kuò)散和超壓作用等非達(dá)西滲流為主，油氣水分異差。源儲(chǔ)一體型油氣主要是滯留聚集，源儲(chǔ)接觸型油氣主要靠滲透擴(kuò)散。運(yùn)聚動(dòng)力為烴源巖排烴壓力，運(yùn)聚阻力為毛細(xì)管壓力，兩者耦合控制油氣邊界或范圍。

非常規(guī)油氣聚集運(yùn)移距離一般較短，為初次運(yùn)移或短距離二次運(yùn)移，其中煤層氣、頁巖油氣“生-儲(chǔ)-蓋”三位一體，基本上生烴后原地存儲(chǔ)；致密砂巖油氣存在一定程度運(yùn)移，滲濾擴(kuò)散和超壓等是油氣運(yùn)移主要方式，如美國Fort Worth盆地石炭系Barnett頁巖既是烴源巖，又是儲(chǔ)集層，含氣面積達(dá)10 360 km2，表現(xiàn)為“連續(xù)”聚集特征[19]。

本文提出了不同喉徑儲(chǔ)集層油氣形成機(jī)理與聚集類型模式（見圖3）。頁巖氣流動(dòng)最小孔喉直徑為5 nm，以解吸和擴(kuò)散為主；致密油氣喉徑下限為50 nm，以擴(kuò)散-滑脫流、低速非達(dá)西流為主，非常規(guī)油氣喉徑上限為1 000 nm；儲(chǔ)集層喉徑大于1 000 nm則主要形成常規(guī)油氣藏，以達(dá)西滲流為主。流體流動(dòng)規(guī)律可用公式（1）及表1進(jìn)行計(jì)算：

其中：

2.2.3 儲(chǔ)集層特征

本文提出原生孔、次生孔2大類5小類微觀孔喉成因分類方案（見表2）。非常規(guī)油氣聚集儲(chǔ)集層主要發(fā)育大規(guī)模納米級(jí)孔喉系統(tǒng)，如致密砂巖氣儲(chǔ)集層孔喉直徑主要為25～700 nm；致密砂巖油儲(chǔ)集層以鄂爾多斯盆地湖盆中心長(zhǎng)6油層組為代表，孔喉直徑主要為60～800 nm；致密灰?guī)r油儲(chǔ)集層以川中侏羅系大安寨段為代表，孔喉直徑主要為50～800 nm[16]。

圖3 油氣聚集孔喉結(jié)構(gòu)與聚集類型

表1 關(guān)鍵參數(shù)取值表

納米級(jí)孔喉系統(tǒng)導(dǎo)致儲(chǔ)集層致密、物性差，一般孔隙度小于 10%、滲透率為 10-6×10-3～1×10-3μm2，斷裂帶發(fā)育處伴有微裂縫，儲(chǔ)集層物性變好，如鄂爾多斯盆地蘇里格地區(qū)盒8段（24 282個(gè)數(shù)據(jù)）平均孔隙度為 7.34%、滲透率為0.63×10-3μm2，山1段平均孔隙度7.04%、滲透率為0.38×10-3μm2（8 141個(gè)數(shù)據(jù)）。頁巖油氣儲(chǔ)集層更加致密，孔隙度一般為 4%～6%，滲透率小于10-4×10-3μm2，處于斷裂帶或裂縫發(fā)育帶的頁巖儲(chǔ)集層滲透率則有所增加。

表2 致密儲(chǔ)集層微觀孔喉成因分類方案

2.2.4 分布特征

非常規(guī)油氣主要分布在源內(nèi)或近源的盆地中心、斜坡等負(fù)向構(gòu)造單元，大面積“連續(xù)”或“準(zhǔn)連續(xù)”分布，局部富集，突破了傳統(tǒng)二級(jí)構(gòu)造帶控制油氣分布概念，有效勘探范圍可擴(kuò)展至全盆地，油氣具有大面積分布、豐度不均一特征。源儲(chǔ)一體或儲(chǔ)集體大范圍連續(xù)分布、圈閉無形或隱形決定了非常規(guī)油氣大面積連續(xù)分布，油氣聚集邊界不顯著，易形成大油氣區(qū)或區(qū)域?qū)酉怠Ｈ珥搸r油氣自生自儲(chǔ)，沒有明確圈閉界限與氣水界面[13-15]。源儲(chǔ)直接接觸的盆地中心及斜坡區(qū)油氣聚集，空間分布具有“連續(xù)性”，如鄂爾多斯盆地三疊系致密油和上古生界致密氣平面上連續(xù)分布。

非常規(guī)油氣連續(xù)型聚集主要取決于優(yōu)質(zhì)烴源巖層、大面積儲(chǔ)集層、源儲(chǔ)共生3個(gè)關(guān)鍵要素。

2.2.5 流動(dòng)特征

一般無自然工業(yè)產(chǎn)量、非達(dá)西滲流是非常規(guī)油氣聚集的典型特征之一。以致密砂巖為例，滲流機(jī)理受孔滲條件和含水飽和度控制，存在達(dá)西流和非達(dá)西流雙重滲流機(jī)理，廣泛存在非達(dá)西滲流現(xiàn)象。致密油氣具有滯流、非線性流、擬線性流 3段式流動(dòng)機(jī)理。碳酸鹽巖中連通的縫洞體、致密砂巖中的溶蝕相帶或裂縫帶是油氣富集的“甜點(diǎn)區(qū)”。

2.2.6 開采特征

非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層致密，一般無自然工業(yè)產(chǎn)量，需采用人工改造、大量鉆井、多分支井或水平井等針對(duì)性的開采技術(shù)提高產(chǎn)能，主要具有8大開采特征：①油氣連續(xù)性區(qū)域分布，局部發(fā)育“甜點(diǎn)”；②無統(tǒng)一油氣水界面，產(chǎn)量有高有低；③開發(fā)方案編制主要基于油氣外邊界確定和資源預(yù)測(cè)；④典型的“L”型生產(chǎn)曲線（見圖 4），第 1年遞減率超 50%，長(zhǎng)期低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)；⑤需打成百上千口井，沒有真正“干井”；⑥采收率較低，一次開采為主，靠井間接替；⑦以水平井體積壓裂與平臺(tái)式工廠化生產(chǎn)為主；⑧沒有地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，但效益有高低。

一般非常規(guī)致密儲(chǔ)集層水平井體積壓裂后，全生命周期油氣生產(chǎn)可分為4個(gè)階段，可用公式（5）進(jìn)行計(jì)算：①高產(chǎn)期，即圖4中A區(qū)，油氣主要產(chǎn)自“人工”壓裂縫網(wǎng)，流體主要以達(dá)西滲流為主；②產(chǎn)量遞減期，圖4中B區(qū)，油氣主要產(chǎn)自“甜點(diǎn)區(qū)”，流體以達(dá)西與非達(dá)西滲流為主；③低產(chǎn)低效期，圖4中C區(qū)，油氣主要產(chǎn)自微米—納米級(jí)孔隙，流體以滑脫流動(dòng)為主；④低產(chǎn)無效期，圖4中D區(qū)，油氣主要產(chǎn)自納米級(jí)孔隙，流體以解吸、擴(kuò)散流動(dòng)為主。

圖4 非常規(guī)油氣開采“L”型生產(chǎn)曲線圖

其中：

獨(dú)特的開采特征，決定了非常規(guī)油氣開采追求累計(jì)產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)全生命周期的經(jīng)濟(jì)效益最大化、生產(chǎn)區(qū)油氣產(chǎn)量穩(wěn)定或增長(zhǎng)主要通過井間接替實(shí)現(xiàn)（見圖5）。

圖5 全球非常規(guī)油氣項(xiàng)目生命周期

2.3 非常規(guī)與常規(guī)油氣區(qū)別

通俗稱非常規(guī)油氣資源是指常規(guī)技術(shù)不能經(jīng)濟(jì)開采地層中難以自然流動(dòng)的油氣；常規(guī)油氣資源是指常規(guī)技術(shù)能夠經(jīng)濟(jì)開采圈閉中易于自然流動(dòng)的油氣。常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集、空間共生”，非常規(guī)油氣資源普遍分布，圈閉中聚集的常規(guī)油氣資源是其中富集“甜點(diǎn)”，分布局限。非常規(guī)與常規(guī)油氣本質(zhì)區(qū)別為油氣是否明顯受圈閉控制、單井是否有自然工業(yè)產(chǎn)量。

常規(guī)油氣研究核心是回答圈閉有效性及“圈閉是否成藏”，重點(diǎn)評(píng)價(jià)“生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、圈、?！?要素匹配關(guān)系；勘探目標(biāo)是尋找含油氣圈閉邊界；開發(fā)追求油氣藏長(zhǎng)期高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)；工作關(guān)鍵是編制圈閉平面分布圖、油氣藏剖面圖和圈閉要素表的“兩圖一表”（見表3）。隨技術(shù)方法進(jìn)步，可推動(dòng)非常規(guī)油氣向常規(guī)油氣轉(zhuǎn)化。非常規(guī)油氣研究核心是確定儲(chǔ)集層有效性及“儲(chǔ)集層是否含油”，重點(diǎn)評(píng)價(jià)“巖性、物性、脆性、含油性、烴源巖特性與應(yīng)力各向異性”6性及其匹配關(guān)系；勘探目標(biāo)是尋找“甜點(diǎn)區(qū)”和富集段，確立連續(xù)型或準(zhǔn)連續(xù)型油氣區(qū)邊界；開發(fā)追求初期高產(chǎn)與長(zhǎng)期累產(chǎn)；工作關(guān)鍵是編制出成熟烴源巖厚度平面分布圖、儲(chǔ)集層厚度平面分布圖、儲(chǔ)集層頂面構(gòu)造圖和核心區(qū)評(píng)價(jià)表的“三圖一表”。

表3 非常規(guī)與常規(guī)油氣主要區(qū)別

3 非常規(guī)油氣發(fā)展現(xiàn)狀與資源潛力

3.1 非常規(guī)油氣發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀(jì)以來，在納米孔喉系統(tǒng)“連續(xù)型”油氣聚集的地質(zhì)理論創(chuàng)新、水平井體積壓裂“人造滲透率”技術(shù)創(chuàng)新、多井平臺(tái)式“工廠化”低成本開采開發(fā)模式創(chuàng)新“三大科技創(chuàng)新”推動(dòng)下，全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)取得了一系列重大突破。

致密氣已成為非常規(guī)天然氣發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，目前全球致密氣產(chǎn)量約占非常規(guī)氣產(chǎn)量的 75%。美國已在 23個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了 900多個(gè)致密氣田，可采儲(chǔ)量5×1012m3，生產(chǎn)井超過 1×105口，2012年產(chǎn)量達(dá)1 630×108m3，約占美國天然氣總產(chǎn)量的24%[20]。中國在鄂爾多斯盆地上古生界、四川盆地須家河組、塔里木盆地庫車東部及深層等發(fā)現(xiàn)了一批致密氣田，已累計(jì)探明致密氣地質(zhì)儲(chǔ)量3.6×1012m3，約占全國天然氣探明儲(chǔ)量的40%[21]；2012年致密氣產(chǎn)量約300×108m3，約占全國天然氣產(chǎn)量的28%。

煤層氣已成為非常規(guī)天然氣發(fā)展的重要領(lǐng)域，全球75個(gè)有煤炭?jī)?chǔ)量國家中已有35個(gè)國家開展了煤層氣研發(fā)，其中約半數(shù)進(jìn)行了煤層氣專項(xiàng)勘探和試驗(yàn)開采[22]。20世紀(jì)70年代末至80年代初，美國地面煤層氣開采試驗(yàn)獲得成功，并快速進(jìn)入規(guī)模發(fā)展階段，2012年煤層氣產(chǎn)量達(dá)470×108m3[20]。加拿大、澳大利亞煤層氣經(jīng)過20多年探索，于21世紀(jì)初開始進(jìn)入快速發(fā)展階段，目前產(chǎn)量規(guī)模分別在80×108m3和50×108m3左右。中國煤層氣經(jīng)過近20年勘探與開采試驗(yàn)，2006年開始快速發(fā)展，2012年產(chǎn)量達(dá)到26×108m3。

頁巖氣已成為非常規(guī)天然氣發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。頁巖氣發(fā)現(xiàn)很早，1859年美國第1口天然氣生產(chǎn)井就是頁巖氣井，但其長(zhǎng)期被視為裂縫型氣藏，發(fā)展一直很緩慢，直到2001年頁巖氣產(chǎn)量才達(dá)到103×108m3。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著水平井和多段壓裂技術(shù)進(jìn)步與工業(yè)化應(yīng)用，以美國為代表，頁巖氣開發(fā)利用進(jìn)入快速發(fā)展階段，2005年頁巖氣產(chǎn)量突破200×108m3，2010年突破 1 000×108m3，2012 年已達(dá) 2 710×108m3，約占美國天然氣總產(chǎn)量的 40%[20]。目前中國頁巖氣研究與勘探開發(fā)已完鉆各類頁巖氣井 60余口，24口井獲頁巖氣流，其中寧201-H1井、來101井、陽201井3口水平井初期產(chǎn)量超過10×104m3/d，頁巖氣商業(yè)年產(chǎn)量超過3 000×104m3。

致密油已成為全球非常規(guī)石油發(fā)展的“亮點(diǎn)”領(lǐng)域。北美巴肯致密砂巖油是繼頁巖氣突破之后的又一熱點(diǎn)領(lǐng)域，致密油還被稱為“黑金”。目前北美已發(fā)現(xiàn)致密油盆地19個(gè)，主力致密油產(chǎn)層 4套，如Bakken致密砂巖、Eagle Ford致密灰?guī)r等，已探明可采儲(chǔ)量6.4×108t，2012年產(chǎn)量已達(dá) 9 690×104t左右，約占美國石油總產(chǎn)量的22%[20]。

頁巖油可能將成為全球非常規(guī)石油發(fā)展的潛在領(lǐng)域。頁巖油是指賦存于富有機(jī)質(zhì)納米級(jí)孔喉頁巖地層中的石油。石油原位滯留，基本未經(jīng)歷運(yùn)移，與經(jīng)過短距離運(yùn)移的致密砂巖油和致密灰?guī)r油不同。目前頁巖油尚未獲工業(yè)化生產(chǎn)。中國發(fā)育陸相富有機(jī)質(zhì)頁巖，已發(fā)現(xiàn)頁巖納米級(jí)孔喉系統(tǒng)和裂縫頁巖油。北美海相頁巖氣突破的技術(shù)路線和成功經(jīng)驗(yàn)，為中國陸相頁巖油工業(yè)化突破提供了可能。

加拿大油砂、委內(nèi)瑞拉重油也已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)利用；油頁巖、天然氣水合物資源調(diào)查與開采試驗(yàn)也取得了重要進(jìn)展。

據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2010年非常規(guī)石油產(chǎn)量已占全球石油總產(chǎn)量的3%左右，非常規(guī)天然氣產(chǎn)量已占全球天然氣總產(chǎn)量的 13%以上，非常規(guī)油氣資源已成為全球油氣供應(yīng)的重要組成部分[6]。非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)突破具有 3大戰(zhàn)略意義：①延長(zhǎng)了石油工業(yè)的生命周期，突破了傳統(tǒng)資源禁區(qū)和成藏理論，增加了資源類型與資源量；②引發(fā)了油氣科技革命，推動(dòng)整個(gè)石油工業(yè)理論技術(shù)升級(jí)換代；③改變了全球傳統(tǒng)能源格局，形成以美洲為核心的西半球“非常規(guī)油氣版圖”，油氣供給南北向流動(dòng)，同時(shí)形成以中東為核心的東半球“常規(guī)油氣版圖”，輸出油氣向東流。

3.2 非常規(guī)油氣資源潛力

常規(guī)的構(gòu)造油氣藏和巖性地層油氣藏資源品質(zhì)高，但總量較小，大約只占資源總量的20%，而重油、油砂油、致密油、致密氣、煤層氣、頁巖油、頁巖氣、油頁巖油、天然氣水合物等非常規(guī)油氣聚集資源總量遠(yuǎn)大于常規(guī)油氣，大約占資源總量的 80%，但資源品位相對(duì)較差，對(duì)技術(shù)要求更高[15-16]。

3.2.1 全球非常規(guī)油氣資源潛力

雖然目前全球剩余常規(guī)油氣資源還比較豐富[7,16-28]（見表4），發(fā)展?jié)摿€很大，但隨著國際原油價(jià)格的走高和地區(qū)油氣供需不平衡矛盾的加劇，非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)價(jià)值凸顯。據(jù)美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、美國能源部（DOE）、國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）等有關(guān)研究結(jié)果，全球重油、天然瀝青、致密油、油頁巖油和頁巖油等非常規(guī)石油資源量約為6 200×108t，與常規(guī)石油資源量大致相當(dāng)；全球致密氣、煤層氣、頁巖氣和天然氣水合物等非常規(guī)天然氣資源量近 3 922×1012m3，大約是全球常規(guī)天然氣資源量的8.3倍[19,26,29-37]。

表4 全球常規(guī)油氣資源分布[7,16-28]

①重油。全球重油可采資源量約為1 079×108t，主要分布于南美和中東地區(qū)，分別占全球重油資源量的76.3%和11.0%[19,30-31]（見表5）。委內(nèi)瑞拉奧利諾科（Orinoco）重油帶是全球最大的重油聚集區(qū)，重油分布面積達(dá)18 220 km2。據(jù)USGS 2009年最新評(píng)價(jià)結(jié)果，委內(nèi)瑞拉奧利諾科重油技術(shù)可采資源量達(dá) 823×108t（約513×109bbl）[30]，較以往評(píng)價(jià)結(jié)果有較大幅度增長(zhǎng)。據(jù)BP石油公司2012年統(tǒng)計(jì)，奧利諾科重油剩余探明可采儲(chǔ)量達(dá)353×108t，加上常規(guī)石油儲(chǔ)量，委內(nèi)瑞拉剩余探明石油可采儲(chǔ)量達(dá)463×108t，成為全球第一大石油儲(chǔ)量國，比排名第 2位的沙特阿拉伯高出98×108t[7]。

表5 全球重油、天然瀝青資源分布情況[6-7,19-20,22-31]

②油砂油。全球天然瀝青或稱油砂油資源可采資源量大約為1 066.7×108t，81.6%分布于北美地區(qū)[19]（見表 5）。加拿大阿爾伯達(dá)省是全球油砂最富集的地區(qū)，據(jù)BP石油公司統(tǒng)計(jì)，截至2011年底，加拿大油砂油剩余探明可采儲(chǔ)量達(dá)275×108t，占其剩余總石油探明儲(chǔ)量的 97%[7]。目前，加拿大是世界上唯一進(jìn)行大規(guī)模、商業(yè)化油砂油生產(chǎn)的國家，2011年其油砂油產(chǎn)量大約為 0.9×108t[32]。

③油頁巖油。全球油頁巖的開發(fā)利用歷史十分悠久，早在 19世紀(jì)后期就已開始油頁巖油的生產(chǎn)，20世紀(jì)70—90年代還曾大規(guī)模開發(fā)利用，1980年高峰產(chǎn)量曾達(dá)4 700×104t左右[35]。目前，全球已發(fā)現(xiàn)600余處油頁巖礦，油頁巖油地質(zhì)資源量約為4 540×108（t約3.14×1012bbl），折合可采資源量為 1 501×108t（見表5）。其中，美國油頁巖油資源量為3 016×108t（約2×1012bbl），約占世界油頁巖油資源的2/3，但美國始終未進(jìn)行油頁巖油的工業(yè)生產(chǎn)[33,35,38]。

④致密油。美國借鑒頁巖氣開發(fā)技術(shù)與發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了致密油勘探開發(fā)突破，先后發(fā)現(xiàn)巴肯（Bakken）、鷹灘（Eagle Ford）、蒙特利（Monterey）等主要致密油產(chǎn)層，展示出良好的發(fā)展前景。2012年，IEA預(yù)測(cè)全球致密油剩余技術(shù)可采資源量為327×108t，其中北美、亞洲、拉丁美洲分別為 97×108t、70×108t和 50×108t，合計(jì)占全球致密油剩余技術(shù)可采資源量的66%[34]。

⑤致密氣。全球致密氣資源豐富，分布范圍十分廣泛，全球已發(fā)現(xiàn)或推測(cè)發(fā)育致密氣的盆地約有70個(gè)，資源量約為209.6×1012m3[28]，亞太、北美、拉丁美洲、前蘇聯(lián)、中東—北非等地區(qū)均有分布，其中亞太、北美、拉丁美洲分別擁有致密氣資源量 51.0×1012m3、38.8×1012m3和36.6×1012m3，合計(jì)占全球致密氣資源量的60%以上（見表6）。

表6 全球致密氣、煤層氣、頁巖氣資源分布[28]

⑥煤層氣。煤層氣的開發(fā)利用已從最初的煤礦瓦斯抽排發(fā)展成為獨(dú)立的煤層氣產(chǎn)業(yè)。全球煤層氣資源量約為256.1×1012m3[28]，主要分布在前蘇聯(lián)、北美和亞太地區(qū)的煤炭資源大國（見表 6）。目前，全球煤層氣主要生產(chǎn)國是美國、加拿大和澳大利亞，2011年全球煤層氣產(chǎn)量超過700×108m3。

⑦頁巖氣。全球頁巖氣資源量約為456×1012m3[28]，主要分布在亞太、北美和拉丁美洲，其頁巖氣資源量分別為 174.3×1012m3、108.8×1012m3和 59.9×1012m3，合計(jì)占全球頁巖氣資源量的75%（見表6）。北美是目前全球唯一已實(shí)現(xiàn)頁巖氣工業(yè)化開發(fā)的地區(qū)，美國頁巖氣產(chǎn)量占其總產(chǎn)量的比例 2012年已達(dá) 40%，預(yù)計(jì)2040年將升至50%[20]。

⑧天然氣水合物。預(yù)測(cè)資源量為 2.8×1015～8.0×1018m3，天然氣水合物資源量是所有已知化石燃料資源量的2倍多，大約為2.1×1016m3[36-37]，即使保守估計(jì)，全球天然氣水合物資源量也達(dá)3 000×1012m3，發(fā)展前景非常大。

隨著開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，非常規(guī)油氣在未來油氣供應(yīng)中的地位將越來越重要。據(jù)IEA 2011年預(yù)測(cè)，2035年全球非常規(guī)石油產(chǎn)量將超過5×108t、非常規(guī)天然氣產(chǎn)量將超過1×1012m3[6]，屆時(shí)將分別占石油、天然氣總產(chǎn)量的10%和22%以上。EIA 2013年預(yù)測(cè)，2040年美國非常規(guī)天然氣產(chǎn)量將達(dá)7 400×108m3，屆時(shí)將占天然氣總產(chǎn)量的79%[20]。

3.2.2 中國非常規(guī)油氣資源潛力

與常規(guī)石油資源相比，中國非常規(guī)油氣資源更為豐富，據(jù)估算，中國非常規(guī)油氣可采資源量為890×108～1 260×108t（見表 7、圖 6），大致是常規(guī)油氣資源的 3倍。其中，非常規(guī)石油可采資源量約為223×108～263×108t，與常規(guī)石油資源量大致相當(dāng)；非常規(guī)天然氣可采資源量約為84×1012～125×1012m3，是常規(guī)天然氣可采資源量的5倍左右，發(fā)展?jié)摿艽骩39-50]。

①重油。重油資源在中國一直被作為常規(guī)石油進(jìn)行勘探開發(fā)。據(jù)評(píng)價(jià)中國重油地質(zhì)資源量198×108t，技術(shù)可采資源量約19×108t，主要分布在渤海灣、準(zhǔn)噶爾等盆地。經(jīng)過近60年的勘探，已在15個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了近百個(gè)重油區(qū)，探明重油地質(zhì)儲(chǔ)量67.4×108t、可采儲(chǔ)量 11×108t，2012年重油年產(chǎn)量超過 1 000×104t，已成為全國石油生產(chǎn)的重要組成部分。

②致密油。致密油在中國主要含油氣盆地廣泛分布，主要發(fā)育與湖相生油巖共生或接觸、大面積分布的致密砂巖油或致密碳酸鹽巖油。鄂爾多斯盆地三疊系長(zhǎng)63—長(zhǎng)7段、準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組、四川盆地中下侏羅統(tǒng)、松遼盆地青山口組—泉頭組等均發(fā)育豐富的致密油，勘探已獲得一些重要發(fā)現(xiàn)，具有形成規(guī)模儲(chǔ)量和有效開發(fā)的條件，初步評(píng)估中國致密油技術(shù)可采資源量約為 20×108～25×108t[42-43]。

表7 中國非常規(guī)油氣資源量與探明儲(chǔ)量

圖6 中國陸上主要非常規(guī)油氣有利區(qū)分布圖

③油頁巖油。據(jù)全國新一輪資源評(píng)價(jià)，全國47個(gè)盆地共有油頁巖油地質(zhì)資源量476×108t，可采資源量約120×108t，其中94%的資源分布在松遼、鄂爾多斯、倫坡拉、準(zhǔn)噶爾、羌塘、茂名、柴達(dá)木等7個(gè)盆地中。但中國油頁巖資源品位總體偏差，含油率大于5%的油頁巖，其油頁巖油可采資源量約81×108t，占全國油頁巖油資源總量的 71%；含油率大于 10%的油頁巖，油頁巖油可采資源量約35×108t，僅占全國油頁巖油資源總量的29%[38]。

④油砂油。通過對(duì)24個(gè)盆地中100余個(gè)油砂礦帶的資源調(diào)查與評(píng)價(jià)，中國油砂油地質(zhì)資源量約60×108t，可采資源量約 23×108t，其中 88%的資源分布在準(zhǔn)噶爾、塔里木、羌塘、柴達(dá)木、松遼、四川、鄂爾多斯等 7個(gè)盆地中。中國油砂礦的品位總體更差，含油率大于6%的油砂，其油砂油可采資源量約11×108t，占全國油砂油資源總量的48%；含油率大于10%的油砂，其油砂油可采資源量只有 0.4×108t，僅占全國油砂油可采資源總量的2%[40]。

⑤頁巖油。陸相盆地富有機(jī)質(zhì)頁巖以湖侵-水體分層模式為主，有機(jī)質(zhì)主要順層富集。頁巖油在中國主要賦存于湖相頁巖中，廣泛分布于鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組、準(zhǔn)噶爾盆地二疊系、四川盆地侏羅系、渤海灣盆地沙河街組、松遼盆地白堊系、柴達(dá)木盆地第三系、酒西盆地白堊系、三塘湖盆地二疊系等層系。近年來，針對(duì)遼河西部凹陷沙三段頁巖、泌陽凹陷核三段頁巖等開展的鉆探和試驗(yàn)成效明顯。模擬實(shí)驗(yàn)和樣品分析顯示，頁巖油的Ro值有利范圍是0.8%～1.2%。初步估算中國頁巖油技術(shù)可采資源量約為30×108～60×108t[12]。

⑥致密氣。早在20世紀(jì)60年代，致密氣在中國四川盆地川西地區(qū)就已有發(fā)現(xiàn)，但因技術(shù)不成熟，長(zhǎng)期沒有大發(fā)展。近年來，隨著大型壓裂改造技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；瘧?yīng)用，致密砂巖氣勘探開發(fā)才取得重大進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了以鄂爾多斯盆地蘇里格地區(qū)、四川須家河組為代表的致密砂巖大氣區(qū)，在松遼、吐哈、塔里木、渤海灣等盆地鉆探了一批高產(chǎn)致密砂巖氣井，這表明中國致密砂巖氣分布廣泛，資源相當(dāng)豐富，據(jù)最新估算，中國致密砂巖氣可采資源量約9×1012～13×1012m3[21,44-45]。

⑦煤層氣。煤層氣在中國經(jīng)過近20年的發(fā)展，已初步形成了適合不同類型煤層氣的勘探開發(fā)配套技術(shù)，山西沁水、遼寧鐵法等地成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化開采，鄂爾多斯盆地東緣、吐哈、準(zhǔn)噶爾等盆地正在進(jìn)行開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)。中國埋深1 500 m以淺的煤層氣可采資源量約為10.9×1012m3[41,46]。目前已累計(jì)探明煤層氣可采儲(chǔ)量2 731×108m3，2012年地面煤層氣產(chǎn)量達(dá)26×108m3，開始進(jìn)入快速發(fā)展期。

⑧頁巖氣。頁巖氣在中國的研究與勘探開發(fā)剛剛起步，資源潛力和有利區(qū)尚待落實(shí)。近年來，頁巖氣已在資源評(píng)價(jià)和核心區(qū)優(yōu)選、水平井壓裂等技術(shù)創(chuàng)新、工業(yè)化試驗(yàn)區(qū)建設(shè)等方面取得重大進(jìn)展，并已成功實(shí)現(xiàn)了單井工業(yè)生產(chǎn)，證實(shí)中國具有發(fā)展頁巖氣的資源基礎(chǔ)。初步估算，中國頁巖氣技術(shù)可采資源量約10×1012～25×1012m3[47-50]。中國頁巖氣規(guī)?；l(fā)展，還需突破理論關(guān)、技術(shù)關(guān)、成本關(guān)、環(huán)境關(guān)“四道關(guān)”，需要制定“加快‘核心區(qū)’評(píng)選、加大‘試驗(yàn)區(qū)’建設(shè)、加強(qiáng)‘生產(chǎn)區(qū)’規(guī)劃”3步走路線圖。

⑨天然氣水合物。中國自 1999年開始啟動(dòng)天然氣水合物資源調(diào)查專項(xiàng)，已先后在南海海域和青藏高原凍土區(qū)開展了天然氣水合物資源調(diào)查，并于 2007年在南海北部神狐海域、2008年在青藏高原凍土區(qū)相繼鉆探獲得了水合物實(shí)物樣品。目前調(diào)查研究結(jié)果表明，中國天然氣水合物技術(shù)可采資源量約50×1012～70×1012m3。

此外，中國在火山巖、變質(zhì)巖、碳酸鹽巖縫洞等非常規(guī)儲(chǔ)集層中發(fā)現(xiàn)了大量油氣，探明了一批大中型油氣田，形成了規(guī)模生產(chǎn)能力，說明這些非常規(guī)油氣也具有較好的發(fā)展前景。

3.3 非常規(guī)油氣勘探開發(fā)戰(zhàn)略

不同類型的非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)集層性質(zhì)、油氣聚集特點(diǎn)和工藝技術(shù)要求不同，需分層次勘探開發(fā)。近年來，全球非常規(guī)油氣勘探取得重大突破，以美國非常規(guī)油氣、加拿大油砂和委內(nèi)瑞拉重油最為典型，發(fā)展迅速，從早期突破的致密氣、煤層氣、油砂、重油，再到近年發(fā)現(xiàn)的頁巖氣和致密油。就北美而言，致密氣、煤層氣、頁巖氣是非常規(guī)天然氣優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域，美洲的油砂、重油和致密油是非常規(guī)石油發(fā)展的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。

北美海相非常規(guī)油氣具有“面積大、分布穩(wěn)定、熱演化適中、地面條件好”等特點(diǎn)，Ro值為0.9%～1.3%，發(fā)育致密油、凝析油、頁巖濕氣與頁巖干氣4種類型。中國地質(zhì)背景與國外差異較大，有一定特殊性，具有多旋回構(gòu)造演化、陸相地層為主、巖相變化大等特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景、沉積環(huán)境、烴源巖分布、沉積物分選性、儲(chǔ)集層非均質(zhì)性、運(yùn)聚機(jī)理和油氣水關(guān)系等方面（見表 8），地面條件較差，這些決定了中國非常規(guī)油氣開發(fā)不能照搬國外開發(fā)模式。

表8 中國與北美非常規(guī)油氣發(fā)展層次對(duì)比

中國陸上立足常規(guī)油氣領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)增儲(chǔ)上產(chǎn)，突破非常規(guī)油氣領(lǐng)域形成戰(zhàn)略接替。常規(guī)油氣是產(chǎn)量穩(wěn)步發(fā)展的基礎(chǔ)，非常規(guī)油氣是產(chǎn)量快速增長(zhǎng)的主角，未來非常規(guī)油氣產(chǎn)量將占總產(chǎn)量的 30%～40%。中國非常規(guī)油氣發(fā)展可分為 3個(gè)層次：①加快致密氣、致密油工業(yè)化速度，增儲(chǔ)上產(chǎn)；②加大頁巖氣、煤層氣、油頁巖工業(yè)化試驗(yàn)區(qū)建設(shè)，盡快實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化經(jīng)濟(jì)性開采；③加強(qiáng)天然氣水合物和頁巖油等基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)探索，力爭(zhēng)形成接替資源。

4 非常規(guī)油氣勘探開發(fā)核心技術(shù)

經(jīng)過長(zhǎng)期攻關(guān)與實(shí)踐，目前已形成了一套能有效開發(fā)致密油氣、頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣的核心技術(shù)。

4.1 地震儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)技術(shù)

非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層一般具有類型多、縱橫向變化大、非均質(zhì)性強(qiáng)、油水關(guān)系復(fù)雜、縱波速度各向異性明顯等特點(diǎn)，采用疊后儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)儲(chǔ)集層多解性強(qiáng)。技術(shù)上，地震疊前儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)技術(shù)是包括非常規(guī)油氣在內(nèi)的一切復(fù)雜儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)的必要手段和關(guān)鍵技術(shù)[51-52]。

4.2 水平井鉆井技術(shù)

與直井相比，水平井具有泄油氣面積大、單井產(chǎn)量高、穿透度大、儲(chǔ)量動(dòng)用程度高、節(jié)約土地占用、避開障礙物和環(huán)境惡劣地帶等優(yōu)點(diǎn)，在提高單井油氣產(chǎn)量和提高油氣采收率方面具有重要作用，目前已成為非常規(guī)油氣資源高效勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著水平井綜合能力和工藝技術(shù)的發(fā)展，催生了多種水平井新技術(shù)，如大位移水平井、側(cè)鉆水平井、多分支水平井、羽狀水平井、叢式水平井（PAD）、欠平衡水平井、連續(xù)油管鉆井等[51,53-55]。

4.3 壓裂技術(shù)

近年來，壓裂規(guī)模從小型化向大型化發(fā)展，壓裂層數(shù)從單層向多層發(fā)展，壓裂井型從直井向水平井發(fā)展，形成了直井分層壓裂、水平井分段壓裂、重復(fù)壓裂、同步壓裂等多種壓裂技術(shù)及配套工藝，成為非常規(guī)油氣資源經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的核心技術(shù)，對(duì)非常規(guī)油氣快速發(fā)展發(fā)揮了關(guān)鍵作用。目前壓裂技術(shù)正向以下 3方面發(fā)展：①現(xiàn)有壓裂技術(shù)不斷發(fā)展與融合，如連續(xù)油管壓裂、小井眼壓裂、井下混配壓裂等技術(shù)不斷發(fā)展與完善；②壓裂裝備向大功率化、模塊化、小型化、便攜化等方向發(fā)展；③高效、低成本、環(huán)境友好的壓裂技術(shù)將是未來重要發(fā)展方向，如正在試驗(yàn)的體積壓裂改造、高速通道壓裂等技術(shù)[51,56-58]。

4.4 微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)

微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)主要指在油氣藏壓裂、注水開采等生產(chǎn)過程中，利用壓裂、注水誘發(fā)的類似天然地震、烈度很低的微地震現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)裂縫活動(dòng)、油氣生產(chǎn)層內(nèi)流體流動(dòng)等情況，為優(yōu)化油氣藏管理、致密儲(chǔ)集層勘探開發(fā)提供決策依據(jù)的地震技術(shù)。它能實(shí)時(shí)提供施工產(chǎn)生的裂隙高度、長(zhǎng)度、方位角、幾何形狀和空間展布等信息，以此來優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)、優(yōu)化井網(wǎng)等開發(fā)措施，提高采收率。非常規(guī)油氣增產(chǎn)、提高采收率以及儲(chǔ)量有效動(dòng)用與壓裂作業(yè)效果密切相關(guān)，微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂效果的有效手段[51,59]。

4.5 平臺(tái)式“工廠化”作業(yè)模式

平臺(tái)式“工廠化”作業(yè)模式主要是基于井間接替策略，采用叢式水平井鉆井、同步壓裂或者交叉壓裂的作業(yè)方式，在一個(gè)井場(chǎng)進(jìn)行數(shù)十口井同步作業(yè)，節(jié)約土地、降低成本，突破了一個(gè)井場(chǎng)單井開采效益差的難題，為實(shí)現(xiàn)頁巖氣等非常規(guī)油氣資源經(jīng)濟(jì)開發(fā)提供了高效運(yùn)行模式?！肮S化”作業(yè)模式大幅減少了土地占用量、設(shè)備動(dòng)遷次數(shù)和作業(yè)時(shí)間，在含油氣層多口井控制范圍內(nèi)，整體產(chǎn)生更為復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)體系，大幅度增加油氣藏改造體積，提高初始產(chǎn)量和最終采收率；同時(shí)減少了地面管線與集輸設(shè)備，降低了生產(chǎn)作業(yè)成本，增大了非常規(guī)油氣資源經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的可能性。

伴隨全球新科技革命的到來，生命科技、信息科技與納米科技等交叉融合成為未來科技發(fā)展的主體，石油工業(yè)將進(jìn)入納米級(jí)科技時(shí)代，形成的關(guān)鍵技術(shù)有：①納米油氣透視觀測(cè)鏡，基于納米CT重構(gòu)三維儲(chǔ)集層模型、三維地震透視等；②納米油氣驅(qū)替劑，最大限度提高油氣采收率；③納米油氣開采機(jī)器人，應(yīng)用于油氣勘探開發(fā)關(guān)鍵過程；④納米材料，將廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)整個(gè)系統(tǒng)中。納米、信息等技術(shù)將成為石油工業(yè)新的核心技術(shù)，油氣智能化時(shí)代將隨之到來。

5 非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)

非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)和非常規(guī)油氣工業(yè)體系伴隨實(shí)踐而生。非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)內(nèi)涵是指研究非常規(guī)油氣類型、形成機(jī)理、分布特征、富集規(guī)律、產(chǎn)出機(jī)制、評(píng)價(jià)方法、核心技術(shù)與發(fā)展戰(zhàn)略的一門新興油氣地質(zhì)學(xué)科。非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)核心是研究?jī)?chǔ)集層有效性及“儲(chǔ)集層是否含油”，重點(diǎn)是研究“巖性、物性、脆性、含油性、烴源巖特性與應(yīng)力各向異性”6性及匹配關(guān)系；而常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)的核心是研究“圈閉是否成藏”，重點(diǎn)是研究“生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、?！?要素及匹配關(guān)系。

5.1 發(fā)展簡(jiǎn)史

早在1934年，Wilson B W提出的油氣藏分類方案中就預(yù)測(cè)有非常規(guī)油氣藏存在，但當(dāng)時(shí)認(rèn)為該類油氣藏沒有勘探價(jià)值[1]。直到20世紀(jì)80年代以來，隨著石油地質(zhì)理論的發(fā)展與工程技術(shù)的進(jìn)步，致密氣、煤層氣、頁巖氣、重油瀝青、致密油等才逐漸成為全球油氣儲(chǔ)產(chǎn)量增長(zhǎng)的重要領(lǐng)域。1995年美國的 Schmoker等針對(duì)致密砂巖、煤巖、頁巖等非常規(guī)儲(chǔ)集層中油氣大面積聚集分布、圈閉與蓋層界限不清、缺乏明確油氣水界面的特點(diǎn)，提出了“連續(xù)型油氣聚集”的概念，這是非常規(guī)油氣地質(zhì)理論科學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志和理論內(nèi)核[1,8]。

5.2 研究?jī)?nèi)容

非常規(guī)油氣類型多樣，不同類型非常規(guī)油氣的地質(zhì)特征、聚集機(jī)理與分布規(guī)律既有共同之處，也有很大差異。大多數(shù)表現(xiàn)為源儲(chǔ)共生、儲(chǔ)集層致密、資源豐度低等特點(diǎn)，能否形成工業(yè)化油氣聚集主要取決于是否發(fā)育大規(guī)模優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖、是否形成大面積致密儲(chǔ)集層。建立了不同喉徑下限油氣運(yùn)聚模式和理論公式、非常規(guī)油氣開采“L”型生產(chǎn)曲線與產(chǎn)量理論預(yù)測(cè)模型，揭示了非常規(guī)油氣形成機(jī)理與開采規(guī)律。非常規(guī)油氣平面分“甜點(diǎn)區(qū)”、含油氣區(qū)和非油氣區(qū)。

非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要包括以下 6個(gè)方面：①優(yōu)質(zhì)烴源巖的生烴潛力與空間展布；②大面積致密儲(chǔ)集層微米—納米級(jí)孔喉系統(tǒng)及其有效性；③巖性、物性、脆性、含油性、烴源巖特性與應(yīng)力各向異性“六性”匹配關(guān)系；④油氣充注次序、充注極限、流動(dòng)機(jī)理；⑤富集段與“甜點(diǎn)區(qū)”的評(píng)價(jià)優(yōu)選；⑥不同類型非常規(guī)油氣資源潛力、發(fā)展策略與針對(duì)性技術(shù)。

非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)要明確連續(xù)油氣分布邊界、高產(chǎn)“甜點(diǎn)區(qū)”邊界、儲(chǔ)量產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)邊界。

5.3 研究方法

非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)更加強(qiáng)調(diào)從宏觀—微觀—超微觀不同級(jí)別尺度，研究非常規(guī)油氣的形成機(jī)理、分布特征、富集規(guī)律與產(chǎn)出機(jī)制等。初步形成了“千米、米、厘米、毫米、微米、納米”6個(gè)級(jí)別尺度的研究方法。

從千米—米級(jí)宏觀尺度，運(yùn)用遙感沉積學(xué)、數(shù)字露頭學(xué)、層序地層學(xué)、地震儲(chǔ)集層學(xué)、測(cè)井儲(chǔ)集層學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，使用遙感圖像解譯、地層對(duì)比、地球物理預(yù)測(cè)等技術(shù)方法，開展沉積儲(chǔ)集層區(qū)域演化模式與分布特征、沉積儲(chǔ)集體三維空間展布特征等研究。

從厘米—微米級(jí)微觀尺度，運(yùn)用細(xì)粒沉積學(xué)、儲(chǔ)集層地質(zhì)學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，使用顯微鏡、工業(yè)CT、微米CT、掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法，開展細(xì)粒沉積物的沉積作用、成巖作用及演化過程等研究。

運(yùn)用納米技術(shù)與材料等學(xué)科知識(shí)，使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、納米 CT、聚焦離子束（FIB）等，開展納米級(jí)孔喉結(jié)構(gòu)、油氣賦存與流動(dòng)機(jī)制等研究，向“油氣分子地質(zhì)學(xué)”發(fā)展。

應(yīng)用地震、測(cè)井、巖心實(shí)驗(yàn)分析等技術(shù)方法，研究巖性、物性、脆性、含油性、烴源巖特性與應(yīng)力各向異性“六性”關(guān)系，綜合評(píng)價(jià)非常規(guī)油氣富集“甜點(diǎn)區(qū)”與集中段，為水平井設(shè)計(jì)和規(guī)模有效壓裂提供依據(jù)。

5.4 研究意義

非常規(guī)油氣大規(guī)模開發(fā)帶來了油氣地質(zhì)認(rèn)識(shí)、勘探開發(fā)技術(shù)與開采模式的重大變革，突破了傳統(tǒng)常規(guī)石油地質(zhì)學(xué)中許多認(rèn)識(shí)，主要體現(xiàn)在 5個(gè)方面：①突破了儲(chǔ)集層物性限制，致密巖石、烴源巖都可以形成有效儲(chǔ)集層。②突破了蓋層封堵限制，致密儲(chǔ)集層本身具有蓋層功能，水勢(shì)能也能封堵。③突破了圈閉界限限制，大面積層狀儲(chǔ)集體可儲(chǔ)存油氣，圈閉界限不明顯。④突破了運(yùn)移動(dòng)力限制，浮力作用不明顯，生烴增壓和毛細(xì)管壓力差也可成為主要?jiǎng)恿?，通常遵循非達(dá)西滲流定律，油氣水差異分布不明顯。⑤突破了聚集區(qū)位限制，非常規(guī)油氣主要分布在盆地中心、斜坡等負(fù)向構(gòu)造單元。

非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)研究的意義在于要用非常規(guī)思想，不斷探索新理論、新方法、新技術(shù)、新管理，解決非常規(guī)油氣勘探開發(fā)快速發(fā)展的理論技術(shù)和生產(chǎn)需求。非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)發(fā)展對(duì)石油工業(yè)發(fā)展、世界能源格局重構(gòu)、非常規(guī)思想形成都具有重要意義。

6 結(jié)語

常規(guī)與非常規(guī)油氣具有“有序性、共生體”的規(guī)律，全球非常規(guī)與常規(guī)油氣資源比例一般為 8∶2，開發(fā)利用非常規(guī)油氣將成為必然選擇。進(jìn)入21世紀(jì)，致密油氣、頁巖氣、油砂油、重油等非常規(guī)油氣勘探開發(fā)取得戰(zhàn)略性突破，非常規(guī)油氣產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的比例已超過10%，成為全球油氣供應(yīng)的重要組成部分。石油工業(yè)正在形成常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣兩大工業(yè)體系，石油地質(zhì)學(xué)正向常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)與非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)兩大學(xué)科方向發(fā)展。未來需要建立“非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)、細(xì)粒沉積學(xué)、非常規(guī)儲(chǔ)集層地質(zhì)學(xué)、地球物理預(yù)測(cè)六性、水平井規(guī)模壓裂、平臺(tái)式工廠化開采、管理低成本與政策補(bǔ)貼、非常規(guī)人才培養(yǎng)”等非常油氣工業(yè)體系。

“非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)”發(fā)展不僅在于解決人類社會(huì)發(fā)展的能源需求，更重要的是培育非常規(guī)思維、引領(lǐng)非常規(guī)創(chuàng)新，使人類認(rèn)識(shí)世界有非常規(guī)思想、改造世界有非常規(guī)方法、推動(dòng)世界有非常規(guī)人才，形成“非常規(guī)哲學(xué)”。

符號(hào)注釋：

J——總質(zhì)量流量，kg/(s·m2)；b——滑脫系數(shù)，無量綱；r——基質(zhì)孔隙直徑，m；ρl——流體密度，kg/m3；μl——流體黏度，Pa·s；Dk——擴(kuò)散系數(shù)，s/m；plz——折算壓力，Pa；pl——流體平均地層壓力，Pa；α——切向動(dòng)量調(diào)整系數(shù)，取值 0～1；R——?dú)怏w摩爾常數(shù)，J/（mol·K）；T——絕對(duì)溫度，K；M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，kg/mol；pl——l相流體實(shí)際地層壓力，Pa；g——重力加速度，m/s2；D——到基準(zhǔn)面的折算距離，m；η——啟動(dòng)壓力系數(shù)，無量綱；G——油相的啟動(dòng)壓力，Pa；q——產(chǎn)量，m3/s；pe——初始地層壓力，Pa；pw——井底流壓，Pa；ζA、ζB、ζC、ζD——不同開采階段的導(dǎo)壓系數(shù)，m2/s；t——生產(chǎn)時(shí)間，s；tA、tB——不同階段生產(chǎn)時(shí)間，s；te——達(dá)到經(jīng)濟(jì)開采界限的時(shí)間，s；S1、S2——人工壓裂區(qū)、甜點(diǎn)區(qū)的滲流系數(shù)，(Pa·s)/m3；h——儲(chǔ)集層有效厚度，m；rw——井筒半徑，m；?(t)、χ(t)——分段函數(shù)；δ1, δ2, δ3, δ4——生產(chǎn)階段控制系數(shù)，無量綱；d——兩條裂縫間距的一半，m；KF0——初始人工壓裂裂縫滲透率，m2；mF——人工壓裂裂縫滲透率應(yīng)力敏感系數(shù)，無因次；wF——人工壓裂裂縫寬度，m；pB——產(chǎn)量遞減階段平均地層壓力，Pa；mB——“甜點(diǎn)”區(qū)地層滲透率應(yīng)力敏感系數(shù)，無因次；xF——人工壓裂裂縫半長(zhǎng)，m；Ct——地層綜合壓縮系數(shù)，MPa-1；KB0——“甜點(diǎn)”區(qū)地層初始滲透率，m2。下標(biāo)：l——地層流體，可為油或氣；A，B，C，D——不同開采階段序號(hào)。

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