作者：高世葵,董大忠
出版社：中国经济出版社
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北美非常规油气资源经济性分析试读：
前言
2014年，国际原油价格的暴跌把北美页岩油气带入了大众的视野。2016年OPEC大幅增产，本以为会被低油价扼杀的页岩企业，却经过30美元油价的冲击洗礼，仍屹立不倒。非常规油气已经成为全球能源市场供给的重要一部分，以其巨大的开发潜力、快速的增产能力，成为影响国际油价走势和全球能源化工格局的重要力量。
据BP世界能源统计年鉴报告，美国天然气产量首次于2009年超过俄罗斯成为全球最大的天然气生产国；2016年美国原油产量每日高达1235万桶，天然气年产量突破7492亿方，一跃成为天然气净出口国；2017年美国油气产量甚至超越沙特阿拉伯和俄罗斯位居世界之首。美国的能源工业取得如此改变全球油气市场的辉煌业绩，源于自2000年以来北美油气工业发生的一场影响全球的“黑色页岩革命”——美国成功开发了非常规的页岩油气。美国正是依赖这场新的能源“革命”，初步实现了“能源独立”的伟大梦想，改变了全球能源供求格局和地缘政治。
21世纪以来，随着各国人口增长与经济社会发展的新趋势，世界经济进入新的发展周期，发达国家能源需求增速趋缓，但与此同时发展中国家需求直线攀升，需求重心转向以中国和印度为代表的高增长发展中国家（2017年中国和印度两国能源消费的增长约占全球需求增长的一半——BP世界能源统计年鉴），不断引领世界一次能源消费需求持续增长。面对巨大的能源需求，尽管油气化石燃料占能源消费的总体份额有所下降，毋庸置疑仍是未来相当长时期的主要能源类型，由于世界常规油气产能建设和供应生产相对不足，新的供应来源必然是整个能源工业最为关注的焦点，“黑色页岩革命”的风暴掀起全球非常规油气勘探开发取得一系列重大突破，美国的致密油气、页岩气、煤层气，加拿大的油砂，委内瑞拉的重油，发展迅猛，导致全球非常规油气产量大幅增长，而全球非常规油气资源丰富，非常规石油资源与常规石油大致相当，非常规天然气资源约是常规天然气的8倍，毫无疑问非常规油气资源成为近年来及未来全球能源消费规模最大的新供应来源。
中国作为全球最大的发展中国家，能源需求旺盛。BP世界能源统计年鉴数据显示，中国2017年一次能源消费高达3132百万吨油当量，中国已连续十七年成为全球范围内增速最快的能源市场；同时中国页岩气资源丰富，原国土资源部资源评价的结果显示，中国页岩气地质资源量为121.86亿方、技术可采资源量为21.81亿方，位居世界前列。为发展清洁能源、调整能源结构、保障中国能源安全，中国必须参与到这场全球“页岩革命”中，进行“能源革命”。页岩气开发利用成为全球及中国能源战略的重要选择。
一般来说，以页岩气为例的非常规油气是指用传统技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储集层渗透率或流体黏度等才能经济开采、连续或准连续型聚集的油气资源。因此，与常规油气资源相同，非常规油气资源的开发利用离不开三大关键要素——资源、技术和经济，但是非常规油气资源由于孔隙度、渗透率极低，储量丰度低，开采难度大，开采成本高，经济评价、经济分析成为其能否规模开发关注的重中之重。
本书以经济视角，探讨非常规油气资源的经济开采意义、经济主控要素的经济评价方法以构建一套非常规油气资源经济分析的方法体系和评价流程，并据北美页岩资源特征、开发新进展，针对北美页岩区块的非常规油气资源进行经济性分析，旨在为中国页岩气资源实现大规模商业开发奠定经济分析基础；同时也为中国实施“走出去”战略的海外选区并购提供投资决策的经济依据。当然，笔者也将根据该领域研究与勘探开发进展，在将来必要的时候，进一步完善相关认识，吸纳新的研究进展和勘探开发成果，望业内外专家、学者和热心读者提供宝贵意见和建议。由于作者水平有限，时间紧迫，书中疏漏或不妥之处难免，恳请批评指正。
本书共6章。前言由高世葵编写，第一章由董大忠、卢一鸣、赵丹丹、梁萍萍编写，第二章由高世葵、殷诚、宋瑶、李冰钰编写，第三章由高世葵、朱文丽、颜楠、吴雅云编写，第四章由高世葵、赵阳、温智婷、陈伟编写，第五章由高世葵、朱文丽、黄玲、叶雪迎、董大忠编写，第六章由董大忠、梁萍萍、张扬、郝梅燕编写。最后由高世葵、董大忠和黄玲统编完成。
本书受到国家油气重大科技专项《全球重点地区非常规油气资源潜力分析与未来战略选区》（2011ZX05028-002）和原国土资源部资源环境承载力评价重点实验室基金资助。编者2018年10月第一章 非常规油气资源的“非”同常规
21世纪以来，在能源需求不断增长的宏观形势下，在常规大油气田发现个数与储量规模明显下降、勘探开发关键技术不断创新的严峻背景下，谁将逐步补充常规能源成为世界能源新的供应源？谁将跻身能源工业与常规能源并驾齐驱继续撑起化石能源的一片天？在整个能源工业的密切关注和急切等待中，非常规油气资源闪亮登场。第一节 非常规油气资源的“非”同特性
毫无疑问，近年来规模最大的新供应源正是非常规油气资源。非常规油气资源勘探开发取得了重大突破，非常规油气产量不断刷新，占全部能源供应的比例逐年增加，对勘探领域的拓展和油气工业的发展产生了深远影响，非常规油气是世界油气工业发展的必然趋势、必由之路和必然选择。
那么，与常规油气资源相比，非常规油气资源有着怎样“非”同常规的属性特征？非常规油气资源有着怎样“非”同常规的理论技术？非常规油气资源有着怎样“非”同常规的意义前景？
首先，非常规油气具有与常规油气完全不同的定义特征、属性参数。一、非常规油气资源的界定
对于非常规油气资源的定义或界定，可能基于不同的角度，有不同的认识。有的按照基质渗透率界限进行界定，有的从地质特征和勘探的角度进行界定，有的根据开采技术要求进行界定，有的却从经济性角度对非常规油气进行界定。1．经济技术的视角
大致自20世纪80年代以来，常规和非常规油气的概念开始流行。但是最早的常规与非常规油气资源的划分，不是基于资源本身，而恰恰是源于人们的经济视角。张抗（2012）指出，人类对地下资源的利用，显然总是从较易开发、资源丰度较高、能获得较大经济效益的资源入手，然后随着需求的扩大、高品位资源的耗尽匮乏，不得不转向资源禀赋较差的领域。因此，人们把当时就可进行经济开发的那些油气资源类型归为常规，而把丰度低、难开发以致在当时技术条件下难以取得经济效益的油气资源列入非常规。如在20世纪70年代的早中期，美国大多数勘探地质学家将次经济和经济边缘的煤层气、页岩气、致密低渗透砂岩（或碳酸盐岩）气看作非常规天然气。Etherington（2005）等就指出非常规油气藏是指未经大型增产措施或特殊开采过程而不能获得经济产量的油气藏。Holditch（2007）等将非常规天然气定义为“除非采用大型压裂、水平井或多分支井或其他一些使储层能够更多暴露于井筒的技术，否则就不能获得经济产量或经济数量的天然气”。
从经济技术视角来界定，所谓的非常规是指在当时技术条件下难以取得经济效益的油气资源。
但是，随着在需求的巨大推动下，依托科技水平的提升和本世纪初油气价格的抬升，可采经济边际不断下移，某些原有的非常规油气已投入经济开采，如非常规石油的重（稠）油、油砂、页岩油，非常规天然气的煤层气、页岩气和致密储层气，有的开发成本甚至低于常规资源的平均成本，对于这些类型的油气虽然从整体上看已不再有不能经济开发的含义，但常规与非常规的划分仍被习惯性地沿用至今。显然，从经济开采的视角，对非常规油气的界定更具有动态性质，如图1-1-1中的利润产量临界点可动态变化，常规与非常规的划分是相对的，非常规油气是一个动态的且有着一定人为性的概念。图1-1-1 致密油气不同开发阶段经济效益边界示意图资料来源：邹才能等（2013）2．地质储层的视角
Law等（2002）认为，常规天然气与非常规天然气在地质上存在根本性差异。常规天然气是浮力驱动形成的矿藏，其分布表现为受构造圈闭或岩性圈闭控制的不连续分布形式，而非常规天然气则是非浮力驱动形成的矿藏，其分布表现为不受构造圈闭或岩性圈闭控制的区域性连续分布形式。
美国石油工程师学会（SPE）、石油评价工程师学会（SPEE）、美国石油地质师协会（AAPG）、世界石油大会（WPC）2007年联合发布非常规油气资源的定义：非常规资源存在于大面积遍布的石油聚集中，不受水动力效应的明显影响，也称为“连续型沉积矿”。这一定义认为非常规油气资源与连续型油气概念一致。
常规油气总是储存在孔隙度、渗透性较好（多属中、高孔渗类）的地层中，这正是其有较高产量、较好效益的主要原因之一。而孔渗性不好（因而单井日产量相当低）、相对致密的储层中的油气则归属于非常规。Harris Cander（2012）提出了一个简单的定义图版（图1-1-2），考虑了岩石物性和其中的流体性质等因素。所有油气田都投在黏度和渗透率图版上（横、纵坐标均为对数坐标），常规资源都落于图版的右下象限内，与流体相态无关；所有非常规资源，由于渗透率与黏度的比值较低，都落于图版右下象限之外。非常规资源被定义为通过技术改变岩石渗透率或者流体黏度，使得油气田的渗透率与黏度的比值变化，进而能获得工业产能的资源。图1-1-2 非常规油气资源黏度与渗透率相关性图版资料来源：邹才能等（2013）
加拿大国家能源局（NEB）对非常规页岩油气的定义，是指富集储存在低孔隙度、低渗透性的页岩源岩中，或运移储藏在致密的砂岩、石灰岩等储层中。加拿大非常规天然气学会（CSUG）强调的是非常规储层，而非常规储层通常指的是那些质量差且需要采用加强的完井技术才能在商业上获得成功的井的储层，表现最为突出的就是致密储层。所谓致密储层可包括砂岩类、页岩类和碳酸盐岩类。3．综合的视角
Singh等（2008）、Old等（2008）、Marin等（2010）、Cheng（2010）等将非常规油气资源定义为由于特殊的储层岩石性质（基质渗透率低，存在天然裂缝）、特殊的充注（自生自储岩石中的吸附气、甲烷水合物）或者特殊的流体性质（高黏度）而只有采用先进技术、大型增产处理措施和／或特殊的回收加工才能获得经济开发的油气聚集。
邹才能等（2013）在系统分析各类非常规油气基本特征的基础上，重新厘定涵盖主要观点的非常规油气定义（图1-1-3）：非常规油气是指用传统技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储集层渗透率或流体黏度等才能经济开采、连续或准连续型聚集的油气资源。非常规油气有两个关键标志和两个关键参数，两个关键标志为：①油气大面积连续分布，圈闭界限不明显；②无自然工业稳定产量，达西渗流不明显。两个关键参数为：①孔隙度小于10%；②孔喉直径小于-321μm或渗透率小于1×10μm。图1-1-3 常规与非常规油气黏度与自然产能鉴别图资料来源：邹才能等（2013）
赵靖舟（2012）把非常规油气定义为在油气藏特征或成藏机理方面有别于常规油气藏、采用传统开采技术通常不能获得经济产量的油气矿藏（图1-1-4）。非常规油气的内涵比“连续油气聚集”的含义广，后者是非常规油气资源的重要组成部分但不是全部。非常规油气还包括重油、油砂等，它们不一定是连续型的。图1-1-4 非常规油气的范围资料来源：赵靖舟（2012）
这样，从可以进行商业开发的非常规油来说就包括重（特重）油沥青砂、油砂、页岩油和致密油、油页岩，非常规天然气则有天然气水合物、煤层气、页岩气、生物气和致密气。二、非常规油气资源的类型
据邹才能等（2012）引用的Masters和Gray（1979）的油气资源类型特征三角图（图1-1-5），其顶部是常规的构造油气藏和岩性地层油气藏，资源品质高，但资源总量较小；中间是准连续型的重油、油砂油、碳酸盐岩缝洞油气等；下部是连续型的致密油、致密气、煤层气、页岩油、页岩气、油页岩油、水合物等，后两者为非常规油气聚集。从不同角度，根据非常规油气的不同属性和特征，可以对非常规油气进行不同分类。根据储集岩类型，可以分为致密砂岩油气、页岩油气、煤层气、碳酸盐岩缝洞油气、火山岩储层油气、变质岩储层油气等。根据成熟度、密度和黏度，依次可分为油页岩，重油、油砂，页岩油、致密油，页岩气、煤成气、致密气。图1-1-5 油气资源类型特征三角图资料来源：邹才能等（2012）
根据油气赋存载体及其耦合关系，可以分为流固耦合型（致密油气、页岩油气、煤成气）、气水固合型（天然气水合物）、气水融合型（水溶气）、水动力遮挡型（水动力封闭气）。按照油气聚集方式，常规和非常规油气可分为单体型、集群型、准连续型与连续型4种基本类型，其中非常规油气包括准连续型和连续型，不严格受圈闭控制，平面上呈大面积准连续型或连续型分布。准连续型油气聚集，包括碳酸盐岩缝洞油气、火山岩储层油气、变质岩储层油气、重油、油砂油、天然气水合物等；连续型油气聚集是非常规油气的主要聚集模式，包括致密砂岩油和气、页岩油和气、煤层气等。总之，非常规天然气包括致密气（致密砂岩气、火山岩气、碳酸盐岩气）、煤层气（瓦斯）、页（泥）岩气、天然气水合物（可燃冰）、水溶气、无机气以及盆地中心气、浅层生物气等。非常规石油包括致密油（致密砂岩油、火山岩油、碳酸盐岩油、变质岩油）、页岩油、油页岩、重油、油砂油等。
不同类型非常规油气的地质特征、聚集机理和分布规律既有共同之处，也存在差别（表1-1-1）。在非常规油气中，连续型油气占绝大多数，下面对主要非常规油气类型做简要介绍。表1-1-1 非常规油气成藏特征对比表资料来源：邹才能等（2012）1．非常规天然气-32
致密砂岩气：是覆压基质渗透率≤0.1×10μm（约相当于空气渗-32透率≤1×10μm）的砂岩中的天然气。致密砂岩气的基本特征是：储-12-32层物性差，孔隙度小于10%，渗透率为10~1×10μm；砂泥间互、源储邻接；无明显圈闭和直接盖层，但上覆区域性盖层好，构造活动性弱，保存条件好；主要分布于盆地中部及斜坡，气水界限与分布复杂。天然气聚集服从“活塞式”运移原理，一般致密气运移聚集表现为气层与煤系源岩大面积接触，以短距离二次运移为主。如鄂尔多斯苏里格、四川盆地须家河组致密砂岩气等。
页岩气：是指赋存于非常细、极低孔渗的沉积岩（主要为页岩层）中的天然气。在富含有机质的页岩层段中，以吸附气、游离气和溶解气状态储藏的天然气，主体是自生自储的连续性气藏。富烃页岩既是烃源岩，又是储集岩，储集空间主要有粒间孔、粒内孔和有机质孔，为纳米级孔隙系统。高有机质含量的黑色泥页岩是形成页岩气的基本条件。影响页岩气形成的因素很多，其中有3个因素最为关键：一是有机质丰度，有机质丰度越高，含气量越大，一般要求TOC大于2%；二是有机质成熟度，热成因气页岩的R一般大于1.5%；三是页岩的o岩石性质，其控制产能大小，一般要求脆性矿物（石英、长石等）含量达到40%，裂缝发育，有利于游离气产出。页岩气具有以下基本特点：一是页岩气主要形成于成熟有机质高热演化阶段；天然气赋存方式既有游离气，也有吸附气和溶解气；二是页岩气分布于平缓斜坡区、坳陷区和盆地边缘，含气范围广，气层厚度大，有核心区和“甜点”，43可预测性强；三是单井产量不高，稳定产量一般（1~20）×10m，但稳产时间长，可以持续生产20~30年以上，一般不产水。如四川盆地下古生界页岩气等。
煤层气：是一种生成并储存于煤层中，以甲烷为主要成分、以吸附状态为主要赋存方式，在煤矿开采中俗称“瓦斯”。煤层气是煤层中自生自储式非常规天然气，源储一体，圈闭界限不明显。煤层气甲烷含量超过95%，存在极少量较重的烃类（大部分为乙烷和丙烷）以及氮气、二氧化碳。煤岩不仅持续生烃，而且运移、聚集、分布以及开采过程均表现出“连续性”特征。由于生成、赋存、富集条件和开发方式不同，煤层气与常规天然气既相似，又有其自身的特点。煤层13气赋存具有明显的分带性，依据煤层气δC值、非烃含量、甲烷含1量和开采特点，由盆地边缘向腹地一般可划分为氧化散失带、生物降解带、饱和吸附带和低解吸带4个带。其中饱和吸附带盖层条件好，处于承压水封闭环境，含气量大，含气饱和度高，煤层埋深适中，物性较好，气井单井产量高，是煤层气勘探开发的主要目标区，如山西沁水、陕西韩城等区块的煤层气。2．非常规油
致密油：是一种非常规的轻质石油，储集在覆压基质极低渗透率-32-32≤0.1×10μm（约相当于空气渗透率≤1×10μm）的致密砂岩、致密碳酸盐岩、页岩等岩层中。致密油主要地质特征是：覆压基质渗透率-32≤0.1×10μm，孔隙度<10%，一般API大于40°。形成致密油需具备3个必要条件：①广覆式分布的Ⅰ型或Ⅱ型优质成熟生油层；②大面积分布的储集层；③致密储集层与生油岩紧密接触。如鄂尔多斯延长组、松辽盆地白垩系湖盆中心致密砂岩油等。
页岩油：是指赋存于富有机质、纳米级孔径页岩中的石油聚集。石油基本未经历运移，原位赋存。页岩既是石油的生油岩，又是石油的储集岩。页岩油以吸附态和游离态存在，一般油质较轻、黏度较低。在较高热演化的生油岩中，页岩热演化处于凝析油阶段，形成凝析页岩油。目前研究较多的是海相页岩气，陆相页岩油还没有获得真正意义上的工业化突破和规模化生产。与页岩气不同，页岩油主要形成在有机质演化的“生油窗”阶段（R介于0.5%~2.0%）。在富有机质页o岩持续生油阶段，石油也在页岩储层中滞留吸附、持续聚集，只有在页岩储层自身饱和后才向外溢散或运移。页岩油一般分布于平缓斜坡区、坳陷区和盆地边缘烃源岩排烃不畅的地区或层段。目前世界上形成工业产量的页岩油绝大多数产自裂缝性泥页岩。页岩裂缝孔隙型石油形成于特殊的地质环境和聚集条件：①优质烃源岩；②发育脆性矿物；③微米-纳米级基质孔喉系统；④厚层页岩中具网状裂缝。如鄂尔多斯盆地三叠系页岩油等。
重油沥青：重油和沥青，不同国家有不同的定义标准，一般指黏度大、密度高，地下条件不易流动或不能流动的原油。在油层温度条4件下，黏度大于1.0×10mPa·s，密度小于10°API（相对密度大于1.0）的石油为沥青；黏度为50~10000mPa·s，密度为10°~20°API（相对密度0.934~1.0）的石油为重油。重油沥青的成因主要有原生型和次生型两种类型。原生型主要是指未成熟油或低成熟油，次生型是指后期遭受生物降解等稠变作用形成的重油。重油和沥青的特点是密度大、3黏度高和馏分组成偏重，20℃时密度均在0.9g/cm以上。如加拿大阿尔伯达重油沥青、委内瑞拉重油沥青带、辽河欢喜岭油田等。
油页岩：又称油母页岩，是指高灰分的固体可燃有机岩，含油率应大于3.5%，它可以是腐泥、腐殖或混合成因的，其发热量一般≥4.19MJ/kg。它和煤的主要区别是灰分超过40%，与炭质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。如美国绿河油页岩及中国抚顺、茂名油页岩等。
天然气水合物：是由主体分子（水）和客体分子（烃类甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷等气体分子及非烃类氮气、二氧化碳以及硫化氢等气体分子）在低温（-10~+28℃）和高压（1~9.0MPa）条件下，通过范德华力相互作用，形成的结晶状笼形固体络合物，其中水分子借助氢键形成结晶网络，网络中的孔穴内充满轻烃、重烃或非烃分子。水合物具有极强的储载气体能力，一个单位体积的天然气水合物可储载100~200倍于该体积的气体量。天然气水合物通常呈白色，外形如冰雪状。结晶体以紧凑的格子构架排列，与冰的结构相似。天然气水合物中通常含大量甲烷或其他碳氢气体分子，易燃烧，也有人称之为“可燃冰”，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物。决定天然气水合物形成和分布的地质控制因素包括温压稳定性、气源、水源、天然气运移和储集岩。如中国南海海域、南极等。三、非常规油气资源地质特征1．源储特征
非常规油气的源储关系多数为源储共生，主要包括源储一体型和源储接触型两种类型，其中源储一体型油气聚集是指烃源岩生成的油气没有排出，滞留于烃源岩层内部形成油气聚集，包括页岩气、页岩油和煤层气等，是烃源岩油气；源储接触型油气聚集是指与烃源岩层系共生的各类致密储集层中聚集的油气，包括致密油和致密气，是近源油气。
从常规圈闭油气藏到常规油气聚集区带，再到非常规油气聚集层系，代表了油气勘探开发对象的变迁。单个圈闭中如果聚集并保存油气则成为油气藏；常规油气聚集区带是受同一个二级构造带或岩性地层变化带控制的、聚集条件相似的一系列油气藏（田）的总和，强调了油气藏边界的概念和作用；非常规油气聚集层系是储集于大面积源储共生层系纳米级孔喉系统等储集空间中的连续型油气聚集，以及储集于碳酸盐岩缝洞、火山岩储集层、变质岩储集层等储集空间中的准连续型油气聚集，突破了带状分布和油气藏的理念，无明显“藏”边界。2．运聚特征
非常规油气聚集单元是大面积储集层，不存在明显或固定界限的圈闭和盖层。
非常规油气运聚过程中，区域水动力影响较小，水柱压力与浮力在油气运聚过程中的作用局限，以扩散和超压作用等非达西渗流为主。源储一体型油气主要是滞留聚集，源储接触型油气主要靠渗透扩散。运聚动力为烃源岩排烃压力，运聚阻力为毛细管压力，两者耦合控制油气边界或范围。
非常规油气聚集运移距离一般较短，为初次运移或短距离二次运移，其中煤层气、页岩油气“生-储-盖”三位一体，基本上生烃后原地存储；致密砂岩油气存在一定程度运移，渗滤扩散和超压等是油气运移主要方式，如美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩既是烃源岩2又是储集层，含气面积达10360 km，表现为“连续”聚集特征。3．储集层特征
非常规油气聚集储集层主要发育大规模纳米级孔喉系统，如致密砂岩气储集层孔喉直径主要为25~700 nm；致密砂岩油储集层以中国鄂尔多斯盆地湖盆中心长6油层组为代表，孔喉直径主要为60~800 nm；致密灰岩油储集层以中国川中侏罗系大安寨段为代表，孔喉直径主要为50~800 nm。
纳米级孔喉系统导致储集层致密、物性差，一般孔隙度小于10%、-6-3-32渗透率为10×10~1×10μm，断裂带发育处伴有微裂缝，储集层物性变好，如中国鄂尔多斯盆地苏里格地区盒8段平均孔隙度为-327.34%、渗透率为0.63×10 μm，山段平均孔隙度为7.04%、渗透率1-32为0.38×10μm。页岩油气储集层更加致密，孔隙度一般为4%~6%，-4-32渗透率小于10×10μm，处于断裂带或裂缝发育带的页岩储集层渗透率则有所增加。4．分布特征
非常规油气主要分布在源内或近源的盆地中心、斜坡等负向构造单元，大面积“连续”或“准连续”分布，局部富集，突破了传统二级构造带控制油气分布概念，有效勘探范围可扩展至全盆地，油气具有大面积分布、丰度不均一特征。源储一体或储集体大范围连续分布、圈闭无形或隐形决定了非常规油气大面积连续分布，油气聚集边界不显著，易形成大油气区或区域层系。如页岩油气自生自储，没有明确圈闭界限与气水界面。源储直接接触的盆地中心及斜坡区油气聚集，空间分布具有“连续性”，如鄂尔多斯盆地三叠系致密油和上古生界致密气平面上连续分布。
非常规油气连续型聚集主要取决于优质烃源岩层、大面积储集层、源储共生3个关键要素。5．流动特征
一般无自然工业产量、非达西渗流是非常规油气聚集的典型特征之一。以致密砂岩为例，渗流机理受孔渗条件和含水饱和度控制，存在达西流和非达西流双重渗流机理，广泛存在非达西渗流现象。致密油气具有滞流、非线性流、拟线性流3段式流动机理。碳酸盐岩中连通的缝洞体、致密砂岩中的溶蚀相带或裂缝带是油气富集的“甜点区”。6．开采特征
非常规油气储集层致密，一般无自然工业产量，主要采用水平井规模压裂技术、平台式“工厂化”生产、纳米技术提高采收率等方式开采。目前非常规油气一般以一次与二次开发为主，通常采用水平井、多分支井等钻井技术，最大限度钻揭储集层；水平井多级体积压裂改造技术，最大限度提高储集层改造范围与规模，最大限度提高单井产量；平台式工厂化开采技术，最大限度开发利用地下资源。“人造渗透率”为核心的水平井体积压裂技术创新、平台式“工厂化”低成本开发模式创新，使非常规油气资源得以大规模经济有效开发。主要具有八大开采特征：①油气连续性区域分布，局部发育“甜点”；②无统一油气水界面，产量有高有低；③开发方案编制主要基于油气外边界确定和资源预测；④典型的“L”型生产曲线，第1年递减率超50%，长期低产稳产；⑤需打成百上千口井，没有真正的“干井”；⑥采收率较低，一次开采为主，井间接替；⑦以水平井体积压裂与平台式工厂化生产为主；⑧地质风险相对小，但效益有高低。
页岩气主要靠滑溜水压裂生产，页岩油可能主要靠气体压裂生产。针对尚未突破的页岩油，需加强非水气体压裂等技术攻关，如临界气体（二氧化碳、烃类气、氮气、空气等）压裂液等工业化试验，改变石油在页岩地层中的温压参数、赋存状态、流动性能等。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-32率小于0.1×10μm，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）。表1-2-1 非常规与常规油气勘探开发工作的主要区别资料来源：邹才能（2015）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12常规与非常规油气资源总量大约5×10t，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6200×810t，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123近3922×10m，大约是全球常规天然气资源量的8倍。中国非常规石88油可采储量223×10~263×10t，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123为280.6×10m，是常规天然气资源量的5倍。图1-2-1 常规与非常规油气资源构成比例图资料来源：根据USGS（2000）、IEA（2009）、EIA（2004）整理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921.9×12310m（表1-2-2），是目前最为现实的勘探领域。据IEA预测，2040123年全球非常规天然气产量将达到1.5×10m，占届时全球天然气总产量的25%。123m表1-2-2 全球致密气、煤层气、页岩气资源分布情况 单位：×10资料来源：Roger（1999）
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123或推测有70个盆地发育致密砂岩气，资源量约为209.6×10m，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23123个盆地发现了900多个致密气田，可采资源量13×10m，可采储量512383×10m，生产井超过10万口，2017年产量大约1200×10m，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832380×10m，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123量约为256.1×10 m，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83突破500×10m，占当年美国天然气总产量的9%；2017年美国煤层83气产量大约255×10m，据EIA预测，美国煤层气产量将保持基本稳83定，预计2040年煤层气产量约为483×10m，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83索与发展，至2002年煤层气年产量才达到1.0×10m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，201783年产量规模增长到400×10m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，832017年煤层气产量达到50×10m。
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123球页岩气技术可采资源量约为215×10m。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21×12310m，已在20多个盆地实现页岩气勘探开发，2017年页岩气产量高83达4772×10m，占美国天然气总产量的60%以上，未来页岩气产量83仍将保持快速增长，EIA预测2040年页岩气产量将达到8000×10m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43验，中国在四川盆地威201直井获日产大于1×10m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，832017年页岩气产量突破90×10m，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，82035年全球非常规石油产量有望达到7.5×10t，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。8t、%表1-2-3 全球主要非常规石油可采资源分布情况 单位：×10资料来源：邹才能等（2013）
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，8技术可采资源量为107×10t。致密油的开采使美国持续24年的石油产8量下降趋势止跌回升，2017年致密油产量达2.6×10t，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4噶尔盆地建成160×10t/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8约1079×10t，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2的重油聚集区，重油分布面积达18220km，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8量为823×10t。据BP（2017）统计，奥利诺科重油剩余探明可采储8量达357×10t，加上常规石油储量，委内瑞拉剩余探明石油可采储量8达470×10t，已成为全球第一大石油储量国，超过排名第二位的沙特88阿拉伯（366×10t）104×10t，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45500×10t，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8南4个油田，投入开发的地质储量超过8×10t。
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8源丰富，可采资源量大约为1066.7×10t，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20138年底，加拿大油砂油剩余探明可采储量达269×10t，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8产油砂油的国家，BP统计2016年油砂油产量大约为2.18×10t。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8大于稠油资源，初步估算可采石油资源量100×10t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）8年预测全球页岩油可采资源量约为3450×10bbl，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4500×410t左右。目前，油页岩油生产国主要有爱沙尼亚、巴西、中国、澳4大利亚等，但产量已降至2000×10t以下。全球据不完全统计其蕴藏12资源量约有10×10t，据EIA统计全球33个国家页岩油可采资源量可8达4100×10t。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88页岩油产量将达到0.5×10t，2030年达到1.2×10t。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7199×8810t，折合成页岩油为476×10t。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）。图1-2-2 2017年全球一次能源消费占比资料来源：根据BP 2018统计年鉴数据整理
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。图1-2-3 一次能源结构图资料来源：根据BP（2018）展望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）8的评价结果（表1-2-4），全球常规石油可采资源量为4878×10t，已8累计采出1853×10t，尚有62%的常规石油资源有待开采；常规天然123123气可采资源量为471×10m，已累计采出85×10m，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。表1-2-4 全球常规资源分布资料来源：邹才能等（2013）
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88油、天然沥青、油页岩油等非常规石油资源量为2200×10~9300×10t，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8页岩油等非常规石油可采资源量约为6200×10t，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12123等非常规天然气资源量为800×10~6521×10m，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123果显示，全球非常规天然气资源量近3922×10m，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163量的2倍多，大约为2.1×10m，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88气消费77.8×10油气当量，全球年产油气75.51×10t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
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