浅谈国内外非常规油气资源开发利用

张琳（中南林业科技大学，湖南长沙410000）

0 引言

随着国内外对绿色、环保、低碳的不断提倡，以煤炭为主的传统能源会造成环境污染，破坏生态平衡，并且传统能源短缺的现状制约了全球经济发展，因而大力发展新能源、清洁能源、可再生能源成为了人们关注的焦点，而页岩气和干热岩是非常规油气资源里的重点发展对象。

1 国内外非常规能源开发调研分析

总体来看，地层浅部资源开采殆尽，深层、超深层资源量十分丰富，是未来战略发展的重要方向，因此各国的开采向着深层、超深层地区发展，积极出台相关政策支持非常规油气资源的发展，解决能源环境问题。

页岩气是指赋存于页岩系统中的天然气，主要储存于页岩、泥岩与岩类夹层中，是一种新型能源，水力压裂是页岩气的主要开发方式。北美国家对页岩开发技术研究较早，页岩气勘探开发始于美国，美国具有相对简单的地质构造和稳定的海相沉积地层，而美国页岩气发展如此迅猛的背后离不开水力压裂技术、超长水平井技术、数字测井等各种研究成果及科研突破的支撑。

1981年，美国第一口页岩气井压裂成功，此后，美国摆脱了大量依赖天然气传统能源的局面，也摆脱了对于进口石油的依赖，在全球，北美地区的页岩气资源勘探开发最为成功，特别是2000 年以来，相关勘探技术不断进步，美国能源效率得到大大提高，美国经济也持续增长。2010年该地区的页岩气年产量达到1500×108m3，占北美天然气总产量20%左右[1]。目前，美国已经实现了煤层气、致密砂岩气的合采开发，一口井的综合开发利用带来的经济效益显著。

地热资源可分为水热型和干热岩型，干热岩是一种清洁可再生能源，国外干热岩技术的研究进展较快，美国是最早进行干热岩工程开发研究的国家。1974年，美国联合其他国家在芬顿山成立了干热岩研究中心[2]。而我国近几年才展开干热岩相关研究，目前还未有重大突破。

在全球页岩气资源量分布中，中亚及中国资源量位于第二位，中国非常规油气资源十分丰富，我国自20世纪70年代初开始勘察利用中浅层地热资源，煤层气、致密砂岩气、页岩气、页岩油是目前最有前景的能源之一。2019 年3 月6 日，中国石油川南深层页岩气泸203井完成放喷测试，成为国内首口单井测试日产量超百万立方米的页岩气井。截至目前，页岩气的商业化开采已在重庆涪陵等地成功实现。它们的成功钻探表明中国南方下古生界页岩气具有美好的勘探开发前景，证明了页岩气未来的勘查开发价值潜力很大！

与美国五大页岩气系统相对比，我国页岩层系统主体有机质丰度变化大，总体有机质含量偏低，而有机质的类型又会影响产气，并且我国的页岩层系统遭受了不同程度的构造运动破坏，其中，构造形成的断层对页岩气的保存破坏较大[4]。

我国地质条件相对复杂，非常规油气资源储层致密、渗透率极低,钻井和压裂开发难度大，面临着岩层裂隙错综复杂，埋藏深、低渗透储层单井产量低,缺乏有效增产技术、综合利用效率低、环境污染严重等难题。国内的超长水平井技术研究起步较晚，主要来源于国外的先进技术，至今仍与国外石油公司存在一定的差距。截至目前，都是压裂作业初期，产量有限，后续需要进一步研究水力压裂改进措施。因此科学家们建立了简单背斜控藏型、逆断背斜控藏型、页岩气藏等温吸附等模型，采用酸化压裂液、注入气体，加大注入压力，重复压裂技术等各种手段提高岩层产量。针对岩层裂缝形成机理，利用abaqus、mi⁃das 等有限元软件进行前处理，形成了精细的地质建模技术、气-液耦合压裂数值模拟技术以及离散裂缝模型及渗流模拟方法，再利用matlab 等程序语言进行后处理，结合先进的计算机技术进行智能检测。

中国油气勘探在深海处尚处于起步阶段，中国海域勘探潜力巨大，深层与超深层的资源量十分丰富，潜力巨大，具备发现特大型油气田的可能性[3]。目前，渤海湾盆地和松辽盆地的勘探已进入晚期阶段，而西部的塔里木盆地、四川盆地储层含量丰富，亟待合理的开发利用。对于煤层气、致密砂岩气、页岩气“三气共采”技术，在我国的鄂尔多斯盆地，含煤岩系非常规气“三气共采”已经积累了一定的成功经验，开辟了煤层气高效开发新途径。

2 能源科技发展方向

2.1 增加油气产能

增加油气产能依赖于科学技术的进步，大力发展地层深处复杂条件下裂缝动态模拟技术，利用数值模拟技术会让人们更加理解裂缝在地层深处的分布规律，扩大主裂缝的条数、重新构造裂缝路径从而可以利用自然规律，利用裂缝动态扩展增大油气产量，采用重复压裂、水力压裂，爆燃压裂、多段压裂技术增产，同时也可以利用基于损伤力学、断裂力学的裂缝观测技术以提高生产率。

结合大数据技术进行选井也可以精准把控新型能源的开采过程，采用相关软件和设备优化选井工艺，改进目前已有的控压钻井技术，提升钻井速度。利用计算机技术和5G 技术也可以建立和完善地层深处复杂条件下超前地质预报等预测方法，还可以采用改进压裂液的方法，例如可以采用酸性压裂液起到增产的作用。

2.2 绿色安全开采存在的问题与对策

目前，非常规能源开发带来的环境风险问题已经成为了国内外学者研究的重点，对于非常规能源的开发，施工风险也较大，钻进施工中有很大可能造成地层扰动，破坏原有裂隙网格，发生漏水和水侵现象。因此在提高渗透率的同时，对于开采技术的安全防护，主要注重压裂介质的存储稳定以及选取合适的钻井液和压裂液，尽最大可能实现降阻减摩以及解决维持井壁稳定的问题。同时，页岩气开采过程中容易造成地面不均匀沉降，对开采区域附近的植被造成破坏，压裂液中存在很多的化学添加剂、表面活性剂，回收的压裂液、钻井液中也可能存在大量的污染源及重金属，要注重回收液体的存储和再利用，防止它们的泄露，污染地表水与地下水，给当地生态带来破坏。

实现绿色开采，节能减排，压裂液需采用无污染的液体，以最小的环境扰动获得最大的开采利用率，提倡生态环境保护政策，保护当地水资源，防止压裂导致含水层破坏和地下水层扰动，实现资源合理开采与保护环境协调发展。绿色开采也是保证高质量、可持续大规模发展的重要技术支撑手段之一。

我国还应制定详细的环保法律与油气开采规范，积极探索新型科学技术，引进国外研究成果，例如，美国开发了干法压裂，该技术不需要水，减少了对于水资源的利用，而且减少了对于环境的破坏，提高了经济效益[4]。相关研究表面，西部煤炭开采易造成土壤损害和地表植被破坏，西部地区又地处干旱-半干旱地区，水资源匮乏，本已脆弱的生态环境经不起二次破坏，因此我们也应关注废液的回收利用问题。

3 结语

我国是世界煤炭生产与消费大国，我国的主体能源依然是煤炭、石油、天然气等传统能源，其中煤炭的占比最高，但是对于新型能源、清洁能源的开发势在必行[6]。我国目前非常规能源的勘探与开发还处于初始阶段，随着科技的进步以及国家政策的大力支持，未来中国非常规油气资源的开采前景十分广阔，有望改变中国目前能源使用的格局。