石油工業界的非常規才能
來源： 發布時間：2014-01-05
——專訪中國石油勘探開發研究院副院長鄒才能教授
本刊記者 胡魁元 祝傳海
回溯萬千年人類文明的演進史，當第一桶石油被開采出來應用于社會生活，油氣勘探與研究就已融入世界工業的血脈，成為了驅動時代前行的主要動力引擎。
完整的石油工業生命周期將經歷常規油氣、常規油氣與非常規油氣并行、非常規油氣三個階段，據預測，總共將超過三百年。而一百五十余年來，隨著世界經濟對能源需求的持續增長和低碳社會的逐漸到來，常規油氣向非常規油氣快速跨越已成為必然選擇，一場重大的石油科技革命，此時正是山雨欲來風滿樓。新的挑戰，將地質石油專家們推向了變革的最前沿，中國石油勘探開發研究院副院長兼總地質師鄒才能教授，再次率領團隊迎難而上，以一場非常規油氣之戰，發力油氣勘探研究中攻堅克難的“后半場”！
非常規思想才能開啟的寶藏
作為經濟社會發展的主要命脈，人類利用能源的經歷將完成木柴向煤炭、煤炭向油氣、油氣向新能源三次重大轉換。而當今世界，在新能源獨當重任之前，常規和非常規油氣在一次能源中仍占據主導地位。其中，常規油氣資源比例一般占20％，非常規油氣占80％。統計表明，全球非常規石油資源規模大約6200X108t，與常規石油資源大致相當；全球非常規天然氣資源規模大約4000X1012m3，是常規天然氣資源的8倍。
隨著非常規連續型油氣聚集理論、水平井多級壓裂技術、平臺式工廠化生產模式的突破，美國頁巖氣率先實現了快速發展，成為了非常規天然氣發展的熱點方向，同時，致密油成為非常規石油發展的亮點類型。全球傳統能源格局再度重塑，形成以中東為核心的東半球“常規油氣版圖”，及以美洲為核心的西半球“非常規油氣版圖”。可以說，非常規油氣發展的黃金時代已經到來。那么，中國應該如果開啟這個豐富的寶藏呢？
擺在我們面前的挑戰是巨大的，常規油氣田屬于局部富集成藏，而非常規油氣田則是大面積遍布。其中致密砂巖油氣等，受滲流能力制約，開發難度巨大，往往需要用到復雜的壓裂技術，對于起步較晚的勘探研究團隊，說的上是舉步維艱。
鄒才能教授認為，“常規油氣向非常規油氣跨越是必然趨勢、必由之路，世界油氣工業正在進行新的一次解放思想和科技革命，我們必須從戰略上做好理論技術創新和超前儲備”。
“認識的誤區就是勘探的禁區。” 鄒才能教授說，“常規思想找不到非常規油氣，常規技術拿不到非常規油氣。找油要不斷重新認識找油理論、不斷重新認識找油技術、不斷重新認識找油思想，要敢于突破傳統知識、突破傳統模式、突破傳統方法。找油就是不斷發展老區、開辟新區、突破禁區，要用智慧透視地球，用技術降低風險。這是一門技術，更是一門藝術”。
在這種非常規思路的指引下，鄒才能團隊開拓創新、持續攻關，率先在我國非常規致密含油氣儲集巖中發現了豐富的納米級孔喉儲集空間，邁出了非常規理論突破的第一步。
非常規技術才能突破的瓶頸
鄒才能教授常將油氣的致密儲層說成“磨刀石”，隱喻其“刀槍不入”、勘探起來異常艱難的特性。“非常規儲層總體很致密，基本沒有自然經濟產量，這成為長久以來困擾非常規油氣發展的難題。”
面臨技術瓶頸，一些國外的同步輻射實驗室開始從事分辨率小于1微米的納米級結構研究，微觀結構的特殊性質帶來了材料、生物等研究領域的突破。受國外同行的啟發，鄒才能團隊結合中國非常規油氣特點，迅速展開了系統的研究，發現連續型油氣聚集具有10大特征，并據此開發非常規油氣資源評價方法與軟件。
寶劍鋒從磨礪出。借助這一系列基礎研究，2010年，鄒才能團隊在我國第一口頁巖氣井威201井產氣的寒武系、志留系海相頁巖中，獲取了我國首張有機質納米級孔喉圖像，主體孔徑5-200納米，率先證實了中國頁巖氣儲層發育納米級孔隙。由此，鄒才能教授提出了非常規致密儲層“納米孔喉油氣聚集理論“，認為聚集在納米級孔喉儲集系統中的油和氣，包括了頁巖油和氣、致密油和氣等，致密儲集層孔喉直徑一般為納米級，納米級孔喉系統占整個致密儲層儲集空間的80%到90%。局部也發育微米到毫米級孔隙、裂縫等儲集空間。
2010年，鄒才能團隊還與中國科技大學國家同步輻射中心合作，在國內首次重構了非常規致密砂巖、頁巖等儲層微觀孔喉三維模型。同時，系統完成了重點盆地非常規油氣儲層孔喉分布的數據。同時，鄒才能團隊還選取了我國最重要的致密砂巖、頁巖及致密灰巖等非常規儲層為研究對象，在利用傳統儲層分析技術方法的基礎上，協同中國科學院、清華大學及中國科技大學國家同步輻射中心等11家科研單位，開展了基于材料化學、高分子化學等多學科測試方法的探索，建立了非常規致密儲層微觀孔喉特征的比表面積、小角散射、高壓汞、場發射掃描電鏡、納米—微米CT等方法。鄒才能團隊的非常規油氣研究的系列技術方法正在逐步形成。
非常規視角才能洞察的空間
非常規油氣研究的靈魂是回答儲集有多少油氣。那么納米級孔喉系統的突破，究竟又如何指導現實呢？鄒才能教授又開始了新一輪思考：“致密儲層是由納米級孔隙來聚集油氣資源，并不意味著研究已經完成，蘋果手機之父，改變了我們的思維；頁巖氣之父，改變了我們的知識；納米之父，改變了我們的視力。我們現在做的就是要知道納米級孔喉系統中有多少油氣，還要把這些油氣拿出來。”
又一場更高的攀登在這里起步。在納米級孔喉系統這個微小的空間中，一個個懸疑得到了解答。經過研究和實驗，研究團隊發現：儲集空間大小的序列分布決定了烴類資源的形成機制和聚集類型。天然氣中主要成分甲烷分子直徑為0.38納米，輕質原油分子為0.6到0.9納米，原油組分中最大瀝青質直徑為4納米，它們的分子直徑遠遠比我們想象的要小得多。根據流體力學原理，在毫米級及更大的孔隙中，流體可自由流動。而在納米級孔喉中，流體與周圍介質之間存在巨大的黏滯力和分子作用力，一般條件下不能自由流動。這將會形成油氣“滯留”，導致油氣在盆地中心、斜坡等非常規儲集層中大面積連續分布，并且沒有明顯圈閉的界限，油氣在非常規致密儲層納米級狹窄孔隙中聚集，存在一個油氣分子自由移動的“門檻”。
在突破高部位圈閉找油的傳統理論之后，鄒才能團隊提出了油氣分子進出喉道的最小尺寸，建立了“油氣聚集孔喉結構模式”，初步推導出致密砂巖儲氣空間直徑下限約為50納米，泥頁巖儲氣空間直徑下限約為5納米。
這一重大發現，在非常規油氣研究方面尤為意味深長，它顛覆了傳統油氣聚集和資源評價方法的理論基礎，為地下油氣資源評價開啟了全新的視角。以2004年全國油氣資源評價結果為例，全國地下總生油量6萬億噸，石油總地質資源量1300億噸，平均聚集系數僅為2%，全國地下總生氣量1萬萬億方，天然氣總地質資源量70萬億方，平均聚集系數僅為0.7%。那么，地質過程中生成的98%的石油和99%的天然氣在哪里呢？鄒才能教授認為，在油氣保存較好的盆地，泥頁巖烴源層中滯留了30%到40%的生成油氣資源，近源致密砂巖、灰巖等儲層中聚集了20%到30%的油氣資源，納米級孔喉儲集空間中很可能聚集了超乎我們想象的巨量油氣資源。
一個個新的觀點得到證實，一個個新思路開始拓展。正如鄒才能教授所言“在納米級孔隙這個無限狹窄的微觀世界，有我們無限寬闊的研究空間。”
非常規戰略才能發掘的財富
科研攻關是社會實踐的不竭動力，科技創新是石油工業的生命線。那么，地質條件復雜的中國，如何發掘出非常規油氣的最大價值呢？依據多年來的研究經驗，鄒才能教授的思路清晰而客觀：“我國非常規油氣發展要有重點，還要分層次。第一層次是致密氣和致密油，應優先加快拿產量；第二層次是頁巖氣、煤層氣和油頁巖油，現階段需加大基礎研究、評選核心區和工業化試驗區建設的力度，早日實現規模化有效生產；第三層次則是頁巖油、水合物等，現階段要加強資源調查、有利區評價和技術攻關，堅持超前準備。”
首先，我國致密砂巖氣資源豐富，有利勘探面積約60萬平方公里，技術可采資源量達到10到15萬億立方米，是我國最為現實的非常規天然氣領域。目前，鄂爾多斯、四川盆地須家河組已經形成兩大現實致密氣區。2011年，致密氣儲量已占全國天然氣的三分之一，年產量超過250億立方米，占到全國天然氣產量的四分之一。鄒才能教授認為，未來十年，致密氣將成為我國天然氣增儲上產主體之一，是現階段我國非常規天然氣發展的主角。
同時，我國致密油有利勘探面積約50萬平方公里，地質資源量達120億噸左右，具有廣闊的勘探前景。目前，中國石油已設立了鄂爾多斯、四川等致密油重大科技專項，并正在系統開展主要盆地致密油資源評價和理論技術攻關工作。鄒才能教授認為，致密油將為我國原油產量穩定增長發揮重要作用，是我國非常規石油發展的主角。
再有，頁巖層系源儲共生型油氣儲層中納米級孔喉的發現，開辟出頁巖層系油氣成為新領域，帶來了油氣工業技術革命性需求，帶動整個石油工業技術的升級換代和快速發展。頁巖氣是關注焦點。借鑒國外頁巖氣發展經驗，結合中國頁巖氣現狀，鄒才能教授率先提出了“三步走”思路。
首先，加快“核心區”評價，發展頁巖氣應加深資源認識，摸清資源家底，找準頁巖氣富集的核心區，把“核心區”作為資源評價的最終落腳點。核心區是工業化試驗建設選擇的重點地區，是科學制定頁巖氣發展戰略與規劃的基礎。
其次，加大“試驗區”建設，從技術對策、體制機制、運營模式等方面進行研究與試驗，探索形成針對不同地區、不同類型頁巖氣的開發模式，真正發揮試驗區的示范帶動作用，更好地促進頁巖氣大規模開發利用。
最后，加強“生產區”規劃，將我國頁巖氣開發利用與常規天然氣統一考慮，整體規劃，合理布局，為實現頁巖氣大規模開發利用奠定堅實的基礎。
在這個思路的指引下，2005年以來，借鑒美國頁巖氣的成功經驗，鄒才能團隊加大力度，研究了我國海相、海陸過渡相和陸相三類頁巖的分布和潛力，優選出一批有利勘探開發核心區，為我國頁巖氣發展奠定了基礎。
如今，中國石油已啟動四川盆地蜀南等頁巖氣多個工業化試驗區建設項目。有利面積約5萬平方公里，地質資源量達5萬立方米以上，并在威201、陽101等井鉆探獲工業頁巖氣流,實現了頁巖氣的戰略性突破。
此外，頁巖油有可能成為全球非常規石油勘探未來潛在領域。鄒才能教授認為，頁巖油是指在生油巖中滯留的石油，未經歷油氣運移，頁巖油概念不宜與致密油等同，目前全球還沒有獲得真正意義上的工業化突破和規模化生產。盡管我國陸相頁巖分布范圍廣，仍需要加大對頁巖油的理論技術研究力度，他們在近幾年的研究中也取得了重要成果。
我國已經取得不同類型非常規油氣研究和勘探進展。鄒才能教授認為：“開發模式和管理創新已在非常規領域積極開展。采用平臺式工廠化低成本開發模式，實現工業化效益開采，再加上較高油氣價格和國家政策扶持，都為非常規油氣發展提供了強勁動力。”
非常規才能的入地夢
作為中國非常規油氣地質理論技術的引領者、創新者和推動者，鄒才能教授曾這樣總結自己的思路：“非常規油氣研究的靈魂是回答儲層有多少油氣，勘探的目標是確立連續型或準連續型油氣區邊界，開發的追求是初期高產與長期低產累產，工作的關鍵是編制出成熟烴源巖厚度平面分布圖、儲層厚度平面分布圖、儲層頂面構造圖和核心區評價表的‘三圖一表’。隨著技術方法的進步，可以推動非常規向常規轉化。”
就是在這場非常規油氣向常規轉化的攻堅戰中，非常規思想的創新打破了全球傳統能源格局。北美以“海相”為主的非常規模式，引領了世界非常規油氣勘探開發進程，而中國以“陸相”為主的非常規模式，將為陸上非常規油氣勘探開發提供理論依據。與此同時，石油工業的生命周期得以延長，全球性非常規油氣科技革命推動了整個石油工業理論技術升級換代。
鄒才能教授在接受記者采訪時談到，“自古以來，中國人就有三個夢想：上天夢、下海夢、入地夢，我們找油人是入地的做夢人，也是入地的追夢人，我們的夢想就是把地下非常規，變成地上的常規，要不死心、不放棄。”
“磨刀石”上的戰斗已經打響，以鄒才能教授為代表的新一代石油地質專家，將為非常規油氣資源，發掘出無限寶藏。
專家簡介：
鄒才能，中國石油勘探開發研究院副院長兼總地質師，1963年出生，石油地質專家，教授級工程師、博士生導師。1987年畢業于西南石油學院地質勘探系，2004年在中國石油勘探開發研究院獲礦產普查與勘探專業工學博士學位。現任中國礦物巖石地球化學學會副理事長，北京石油學會副理事長，中國石油學會天然氣專業委員會副主任，中國石油學會石油地質專業委員會油氣沉積儲層學組組長，中國石油學會天然氣專業委員會非常規天然氣學組組長；《石油勘探與開發》、《石油學報》、《天然氣地球科學》雜志編委；北京大學、長江大學、西安石油大學兼職教授。長期從事非常規油氣、巖性地層油氣藏、大油氣區等地質理論創新研究，以及我國重大預探領域、科探井與風險井、勘探技術方法等攻關、評價及實踐。
鄒才能教授獲國家科技進步一等獎1項，省部級一等獎4項，省部級二等獎3項，省部級三等獎2項；出版《非常規油氣地質》（中英文）等5部專著，發表論文100余篇；享受國務院政府特殊津貼；獲得第十二次李四光地質科學獎之科技獎。
來源：科學中國人 第一期
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