第二节　非常规油气资源的“非”凡意义

一、非常规油气资源的革命

油气革命通常有3个显著标志：一是理论的颠覆性，二是技术的突破性，三是生产的工业性。

1．非常规油气理论的颠覆性

Mccolough（1934）提出的“圈闭学说”是常规油气地质理论形成的重要标志，指导常规油气资源的勘探开发。常规油气是以圈闭和油气藏为研究对象，圈闭是核心，学科基础是圈闭成藏理论。传统石油地质研究强调从烃源岩到圈闭的油气运移，寻找有效聚油圈闭是油气勘探的核心。传统常规勘探开发将页岩作为生油气层而非储层，没有把页岩油气作为有效资源。

Schmoker（1995）等提出的“连续型油气聚集”证实页岩中发育纳米级孔喉系统，没有圈闭也能聚集油气，这一理论突破了资源禁区，挑战常规储层下限，颠覆传统圈闭成藏理论，是非常规油气理论开启的里程碑，为非常规油气资源有效开发利用提供了科学依据。非常规油气是以连续型或准连续型油气聚集为研究对象，源储配置是核心，学科基础是连续型油气聚集理论。针对大面积展布的非常规储集体，关键在于大规模纳米级孔喉储层的致密背景与油气生成、排聚过程的时空匹配，以圈定核心区、筛选甜点区，确定油气资源潜力。

未来，油气勘探开发将不断突破“生烃最高温度”、“储层最小孔隙度”、“油气赋存最大深度”等方面极限。

2．非常规油气技术的突破性

理论的颠覆带来技术突破。随着以纳米孔喉系统“连续型”油气聚集地质理论的创新，带来了非常规油气的一系列技术的突破。

非常规油气储集体物性差，储层主体孔隙度小于10%，地下渗透率小于0.1×10^-3μm²，一般无自然工业产能。为了最大限度增大油层接触面积与油气流动通道，需要“人造渗透率”的技术，旨在让无自然工业产能的非常规油气得以实现有效开采。

与直井相比，水平井具有泄油气面积大、单井产量高、穿透度大、储量动用程度高、节约土地占用、避开障碍物和环境恶劣地带等优点，在提高单井油气产量和提高油气采收率方面具有重要作用，目前已成为非常规油气资源高效勘探开发的关键技术。随着水平井技术综合能力和工艺技术的发展，催生了多种水平井新技术，如大位移水平井、侧钻水平井、多分支水平井、羽状水平井、丛式水平井（PAD）、欠平衡水平井、连续油管钻井等。

体积压裂改造技术是在水平井最大限度增加泄油气面积的基础上，通过压裂形成一条或多条主裂缝的同时，使用分段多簇射孔及转向技术等，实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，以此类推，形成主裂缝与多级次生裂缝交织形成的裂缝网络系统，实现对储层在长、宽、高三维方向的全面改造。体积改造技术既能大幅提高单井产量，又能降低储层有效动用下限，是实现非常规油气经济开发的重要技术。

而微地震监测技术，则通过直接测量因裂缝间距超过裂缝长度而形成的裂缝网络，从而对压裂作业效果进行评价，不断优化非常规油气藏的管理，提高非常规油气的最终采收率。

因此，水平井钻井、大规模压裂和压裂微地震实时监测诊断三大关键技术的创新，大大提高了非常规油气的初始开采速率和最终采收率，为非常规油气革命奠定了技术基础。

3．非常规油气生产的工业化

非常规油气开发的技术进步推动了整个石油工业技术升级换代和快速发展。从开发方式和产量提升上，常规油气开发是按照确定的产能目标建设，一般先依靠油层自身能量进行开采；当天然能量不足时，再通过人工向油层注水、注气或注其他溶剂，保持油层压力进行开采。

非常规油气资源经济有效开发的关键是不断探索低成本开采工艺与开采方式。由于非常规油气的“初始产量较高，递减很快且中后期递减速度较慢，稳产期很长”的独特开采特征，决定了非常规油气开采从一个井场单井开采的常规模式转变为平台式钻井+同步压裂或交叉压裂的“工厂化”作业方式，通过井间接替追求累计产量，实现全生命周期的经济效益最大化。这种方式可大幅减少土地占用量、设备动迁次数和作业时间、减少地面管线与集输设备，在多口井控制范围内整体产生更为复杂的裂缝网络体系，增加油气聚集单元改造体积，既能大幅提高初始产量和最终采收率，又能降低生产作业成本，是目前非常规油气资源实现经济有效开发的最有效手段，实现了非常规油气资源的工业化开采。

北美地区已实现“平台式”钻井、“工厂化”生产，创建了“多井低产”、“多井低成本”的非常规油气有效开发的典范。中国在鄂尔多斯盆地致密油、致密气、煤层气开采方面，开始探索“平台式”钻井与“工厂化”生产的开发方式，也取得了重要进展。

总之，非常规油气资源的这场革命，使得其与常规油气勘探开发在地质研究、技术攻关、勘探方法、开发方式与开采模式等方面有着不同的工作重点（表1-2-1）。

二、非常规油气资源的前景

据国际能源机构（IEA）统计，2017年非常规石油产量已占全球石油总产量的11%，2017年非常规天然气产量已占全球天然气总产量的23%，非常规油气已成为全球油气供应的重要组成部分。目前中东、俄罗斯、北美、南美四大常规油气分布区已经形成，而北美、亚太、南美、俄罗斯四大非常规区正逐步成形，全球也正在形成西半球的美国、东半球的中国两大非常规油气战略突破区。

全球非常规油气资源丰富，据美国联邦地质调查局（USGS）、美国能源部（DOE）、国际能源机构（IEA）等有关研究结果，全球常规与非常规油气资源总量大约5×10¹²t，常规与非常规油气资源比例大约为2∶8（图1-2-1）。美国联邦地质调查局（USGS）和美国能源部的有关研究结果显示，全球非常规石油可采资源量约为6200×10⁸t，与常规石油可采资源基本相当。全球非常规天然气可采资源量近3922×10¹²m³，大约是全球常规天然气资源量的8倍。中国非常规石油可采储量223×10⁸~263×10⁸t，与常规石油可采储量相当；非常规天然气（仅包含致密砂岩气、煤层气、页岩气和天然气水合物）资源量为280.6×10¹²m³，是常规天然气资源量的5倍。

1．非常规天然气

全球非常规气中致密气、煤层气、页岩气资源合计约921.9×10¹²m³（表1-2-2），是目前最为现实的勘探领域。据IEA预测，2040年全球非常规天然气产量将达到1.5×10¹²m³，占届时全球天然气总产量的25%。

致密气已成为非常规天然气发展的重点领域。目前，全球已发现或推测有70个盆地发育致密砂岩气，资源量约为209.6×10¹²m³，主要分布在北美、拉丁美洲和亚太地区。致密砂岩气是最早实现工业化开采的非常规天然气资源，约占非常规天然气产量的75%。美国已在23个盆地发现了900多个致密气田，可采资源量13×10¹²m³，可采储量5×10¹²m³，生产井超过10万口，2017年产量大约1200×10⁸m³，约占美国天然气总产量的16%。据EIA预计2040年致密砂岩气产量将保持在2380×10⁸m³，届时占美国天然气总产量的22%。

煤层气已是非常规天然气发展的重要领域。煤层气的开发利用已从最初的煤矿瓦斯抽排发展成为独立的煤层气产业。全球煤层气资源量约为256.1×10¹² m³，主要分布在苏联、北美和亚太地区的煤炭资源大国。世界主要产煤国都十分重视开发煤层气，在75个有煤炭储量国家中，已有35个国家开展了煤层气的研发，其中约半数进行了煤层气专项勘探和试验开采。20世纪70年代末至80年代初，美国地面煤层气开采试验获得成功，并快速进入规模发展阶段，2007年产量突破500×10⁸m³，占当年美国天然气总产量的9%；2017年美国煤层气产量大约255×10⁸m³，据EIA预测，美国煤层气产量将保持基本稳定，预计2040年煤层气产量约为483×10⁸m³，届时占美国天然气总产量的5%。加拿大从1978年开始进行煤层气开采试验，经过20多年探索与发展，至2002年煤层气年产量才达到1.0×10⁸m³左右，之后产量开始快速增长。澳大利亚煤层气在2004年前后开始快速增长，2017年产量规模增长到400×10⁸m³左右，主要集中在澳大利亚东部的波恩、悉尼、刚尼达、加利利等二叠—三叠系含煤盆地中。中国煤层气自1994年开始专项勘探与开采试验以来，经过近20多年的发展，在沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘实现了地面煤层气工业性开采，2017年煤层气产量达到50×10⁸m³。

页岩气成为非常规天然气发展的热点领域。页岩气是近期世界关注的重点，关注程度远远超过了致密气、煤层气等。据BP预测，全球页岩气技术可采资源量约为215×10¹²m³。美国于2005年以来掀起了一场全球性的页岩风暴，推动了页岩气产量大幅度攀升，以致根据BP统计2009年美国首次超过俄罗斯成为天然气产量世界第一生产国，将页岩革命推向高潮。目前美国页岩气技术可采资源量约为21×10¹²m³，已在20多个盆地实现页岩气勘探开发，2017年页岩气产量高达4772×10⁸m³，占美国天然气总产量的60%以上，未来页岩气产量仍将保持快速增长，EIA预测2040年页岩气产量将达到8000×10⁸m³以上，届时占美国天然气总产量的70%。2005年以来，借鉴美国成功经验，中国在四川盆地威201直井获日产大于1×10⁴m³页岩气流，并在四川富顺—永川、威远—长宁、重庆焦石坝、云南昭通等地区开展页岩气开采试验。截至2017年，已完钻各类页岩气井近1000口，2017年页岩气产量突破90×10⁸m³，顺利实现页岩气工业化规模开发。

2．非常规油

全球非常规石油包括重油、致密油、天然沥青、油页岩油等资源，主要分布如表1-2-3所示。北美致密油、加拿大油砂油、委内瑞拉重油已实现大规模开发。IEA预测，未来非常规石油产量将不断上升，2035年全球非常规石油产量有望达到7.5×10⁸t，届时占全球石油总产量的15.3%，为保证全球石油供应发挥重要作用。

致密油成为全球非常规石油发展的亮点。BP预测全球致密油技术可采资源约3400亿桶（约470亿吨）。2010年以来，随着页岩气开发技术的创新和油价上涨，被称为“黑金”的致密油成为页岩革命中的新热点，得到迅猛开发。目前，北美已发现致密油盆地20多个，技术可采资源量为107×10⁸t。致密油的开采使美国持续24年的石油产量下降趋势止跌回升，2017年致密油产量达2.6×10⁸t，占美国石油总产量的54%以上。除美国外，加拿大、阿根廷、厄瓜多尔、英国和俄罗斯等国家都发现了致密油。中国在松辽盆地白垩系致密砂岩、鄂尔多斯盆地中生界致密砂岩、四川盆地川中侏罗系致密灰岩、渤海湾盆地沙河街组湖相碳酸盐岩、准噶尔盆地二叠系云质岩、酒泉盆地白垩系泥灰岩中发现了丰富的致密油资源，2017年在鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地建成160×10⁴t/年致密油产能。

重油是未来非常规石油发展的上升领域。全球重油可采资源量大约1079×10⁸t，主要分布于南美和中东地区，分别占全球重油资源量的76.3%和11.0%。委内瑞拉奥利诺科（Orinoco）重油带是全球最大的重油聚集区，重油分布面积达18220km²，位于委内瑞拉陆上面积最大的沉积盆地——东委内瑞拉盆地的南部，是世界著名的重油生产区。据USGS（2009）评价，委内瑞拉奥利诺科重油技术可采资源量为823×10⁸t。据BP（2017）统计，奥利诺科重油剩余探明可采储量达357×10⁸t，加上常规石油储量，委内瑞拉剩余探明石油可采储量达470×10⁸t，已成为全球第一大石油储量国，超过排名第二位的沙特阿拉伯（366×10⁸t）104×10⁸t，约占全球储量的19.5%。相比丰富的重油资源与储量，目前奥利诺科重油产量还不高，2017年产量约5500×10⁴t，占委内瑞拉石油总产量的比例不足40%。随着开采技术的不断进步，奥利诺科重油有望实现大规模开发利用，产量上升空间很大。中国陆上稠油及沥青砂资源分布很广，约占石油资源量的20%，其产量占世界的1/10，中国稠油产量主要来自辽河、新疆、胜利、河南4个油田，投入开发的地质储量超过8×10⁸t。

油砂是未来非常规石油发展的接替领域。全球天然沥青或油砂资源丰富，可采资源量大约为1066.7×10⁸t，81.6%分布于北美地区。加拿大的阿尔伯达省是全球油砂最富集的地区。据BP统计，截至2013年底，加拿大油砂油剩余探明可采储量达269×10⁸t，占其剩余石油探明总储量的97%。目前，加拿大是世界上唯一进行大规模、商业化生产油砂油的国家，BP统计2016年油砂油产量大约为2.18×10⁸t。油砂生产在加拿大420万桶／日的原油产能中占据2/3。由于油砂项目一旦建立，就能产出几十年，因此其将继续对加拿大能源产出做出重大贡献。若油砂油能够完全开发生产，加拿大有望成为仅次于沙特阿拉伯、俄罗斯和委内瑞拉的全球第四大石油生产国。中国油砂资源潜力可能大于稠油资源，初步估算可采石油资源量100×10⁸t左右。主要分布在新疆、青海、西藏、四川、贵州。此外，广西、浙江、内蒙古也有分布，油砂矿点多面广，且含油率高，有的地区油砂含油率高达12%以上，勘探前景十分喜人。

页岩油是未来非常规石油发展的潜在领域。伴随致密油的大规模勘探开发，页岩油勘探开发也展现出了较好的苗头，据EIA（2013）年预测全球页岩油可采资源量约为3450×10⁸bbl，资源潜力非常大，在排名前十的国家中，俄罗斯和美国这两国的资源几乎相当于另外8个国家的资源。近年来，中国针对页岩层系中的石油资源，开展了一系列的钻探和试验，如辽河西部凹陷曙古165井沙三段页岩、泌阳凹陷安深1井核三段页岩等，获得了较好的效果，但都与裂缝有关。在页岩地层发现纳米级孔隙，并有石油滞留，初步展示了中国也具有页岩油的资源潜力。

油页岩是未来非常规石油发展的新领域。全球油页岩的开发利用历史十分悠久，早在19世纪后期就已开始油页岩油的生产，20世纪70—90年代还曾有过大规模开发利用，1980年高峰产量曾达到4500×10⁴t左右。目前，油页岩油生产国主要有爱沙尼亚、巴西、中国、澳大利亚等，但产量已降至2000×10⁴t以下。全球据不完全统计其蕴藏资源量约有10×10¹²t，据EIA统计全球33个国家页岩油可采资源量可达4100×10⁸t。已发现600余处油页岩矿，其中，美国约占世界的70%，但美国始终未进行油页岩油的工业生产。进入21世纪，随着国际油价的不断攀升和石油供需平衡状况日趋脆弱，美国国会于2005年通过了发展非常规能源的法案，鼓励企业进行油页岩干馏炼油的研究与开发。根据美国能源部于2007年9月公布的研究报告，2020年美国油页岩油产量将达到0.5×10⁸t，2030年达到1.2×10⁸t。2004—2006年，中国对油页岩资源进行了国内首次评价，查明地质资源量为7199×10⁸t，折合成页岩油为476×10⁸t。

三、非常规油气资源的地位

非常规油气资源时代悄然而至，世界石油工业正呈现出“常规油气进入持续发展期、非常规油气进入战略突破期、油气科技创新进入黄金发展期”的发展态势。完整的石油工业生命周期将经历常规油气、常规与非常规油气并重、非常规油气三个发展阶段。目前传统化石能源仍是最主要的常规能源，非常规油气资源是常规化石资源的重要补充。

1．传统油气化石能源仍是主力能源

根据BP世界能源统计年鉴2018统计，2017年石油天然气产量增长，仍然是全球最重要的燃料，化石能源仍占85%，其中石油占全球能源消费的34.2%；天然气占一次能源消费的23.4%；煤炭占比降至27.6%；核能增长占比为4.4%；水力发电略长占比为6.8%；可再生能源继续增长比重达3.6%（图1-2-2）。

随着世界人口增长、经济发展和人民生活水平的提高，21世纪上半叶全球一次能源消费需求量将保持持续稳定增长态势。BP（2018）预测（图1-2-3），能源结构逐步转型，到2040年，石油、天然气、煤炭和非化石能源预计将各提供世界能源的约1/4，这是有史以来最多元化的能源结构，可再生能源是增长最快的能源来源年均7%，占超过40%的能源供应增量，在所有能源来源中占比最高。即便如此，化石燃料的石油、天然气、煤炭仍将是为全球经济提供动力的主导能源，提供了到2035年60%的能源增量，约占2035年能源供应总量的80%，尽管化石燃料的总体份额将从2016年的85%有所下降，页岩气所带动的天然气必然成为强劲增长的化石能源，化石燃料仍是未来的主要能源类型；总之，2040年以前，新能源和可再生能源受技术发展水平和基础设施制约，在世界一次性能源消费需求结构中的比重很难超过25%，传统化石能源仍是一次能源消费构成的主体，特别是石油天然气所占比例仍将超过50%，其中6%来自于致密油、油砂等非常规石油的贡献，另外6%来自于页岩气等非常规天然气的贡献。

2．非常规资源潜力超过常规油气资源

全球剩余油气资源丰富，发展潜力仍然很大。据USGS（2007）的评价结果（表1-2-4），全球常规石油可采资源量为4878×10⁸t，已累计采出1853×10⁸t，尚有62%的常规石油资源有待开采；常规天然气可采资源量为471×10¹²m³，已累计采出85×10¹²m³，尚有82%的常规天然气资源有待生产。按照当前油气生产趋势综合预测，全球常规石油产量将在2030年前后达到高峰，常规天然气产量将在2040年前后达到高峰。

全球非常规石油资源储量丰富。据各有关国际机构估算，全球重油、天然沥青、油页岩油等非常规石油资源量为2200×10⁸~9300×10⁸t，相当于常规石油资源的0.5~1.9倍。美国联邦地质调查局（USGS）和美国能源部的有关研究结果显示，全球重油、天然沥青、致密油、油页岩油等非常规石油可采资源量约为6200×10⁸t，与常规石油资源量大致相当。

全球非常规天然气资源蕴藏十分丰富。致密气、页岩气和煤层气等非常规天然气资源量为800×10¹²~6521×10¹²m³，相当于常规天然气资源的1.7~13.8倍。美国联邦地质调查局和美国能源部的有关研究结果显示，全球非常规天然气资源量近3922×10¹²m³，大约是全球常规天然气资源量的8倍。而天然气水合物在世界范围内广泛存在，地球上大约有27%的陆地、90%的大洋水域属于天然气水合物矿藏的潜在赋存区域，有机构认为天然气水合物资源量是所有已知化石燃料资源量的2倍多，大约为2.1×10¹⁶m³，相当于常规天然气资源量的45倍左右。

总之，非常规油气资源潜力远远超过常规油气资源，占到世界资源总量的82%，发展前景巨大超过常规资源。BP统计全球2017年油气消费77.8×10⁸油气当量，全球年产油气75.51×10⁸t中产量仍以常规油气为主，但常规油气重大突破已过高峰期；开发利用非常规油气将是人类利用能源的必然选择。非常规油气产量占总产量的比例超过10%，成为全球油气供应的重要组成部分。

3．非常规油气资源正转变为“新常规”

随着世界经济对能源需求的持续增长，全球油气需求将更加依赖于非常规油气资源的有效补充，全球常规油气向非常规油气快速转化成为必然。非常规油气正转变为“新常规”，增加了全球能源类型与资源量。

根据目前的综合预测，世界石油工业的生命周期大约为300年，自1859年现代石油工业诞生起，已经历150余年。人类利用能源的经历有三次重大转换，分别是从木柴转向煤炭、从煤炭转向油气、从油气转向新能源。但在从油气向新能源转换的当今时代中，在相当长时期内，新能源难以担当重任，传统化石能源仍将是一次能源消费主体，尤其是随着非常规油气的大规模开采，许多学者预测的油气产量峰值不断被突破，峰值到来的日子不断被延后。比如，美国油气产量自20世纪70年代初达到产量高峰之后，产量一路下滑，但随着近年来非常规油气突破，美国石油产量已止跌回升，天然气产量更是创出历史新高。目前，常规油气资源采出程度仅为25%，非常规油气资源采出程度更是微不足道，从资源角度，特别是从非常规资源的角度，油气完全可以在相当长时期内满足人类社会发展需要。1956年哈伯特提出的石油产量“峰值理论”早已被颠覆，世界油气产量高峰从20世纪60年代开始，可能会延迟到21世纪30—40年代，由于非常规油气资源正转变为新常规资源，世界石油工业的生命周期也很可能会超过300年。

非常规油气的勘探开发不断延长石油工业的生命周期，引导油气资源的石油工业发展阶段从“常规资源的一枝独秀”到“常规与非常规的并蒂开花”，最后可能会步入到“非常规的独领风骚”，为新能源的到来赢取了更长时间。或许未来新能源最终替代化石能源，不是因为化石能源利用的枯竭，而只是因为新能源更加低廉、更低碳、更大众。