全球致密氣勘探開發(fā)進展及中國發(fā)展趨勢預測

楊 濤，張國生，梁 坤，鄭 民，郭彬程

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

全球致密氣勘探開發(fā)進展及中國發(fā)展趨勢預測

楊 濤，張國生，梁 坤，鄭 民，郭彬程

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

致密氣已成為全球非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)的重要領域之一，特別是美國致密氣大規(guī)模開發(fā)利用，推動了許多國家進行致密氣勘探開發(fā)的進程。從全球致密氣勘探開發(fā)進展情況入手，對我國致密氣的勘探開發(fā)歷程、主要致密氣田勘探開發(fā)成效、發(fā)展趨勢及對策建議進行了系統(tǒng)研究。研究表明，我國致密氣大致經(jīng)歷了三大發(fā)展階段，目前已進入快速發(fā)展階段。近年來在鄂爾多斯盆地上古生界、四川盆地須家河組、塔里木盆地庫車深層發(fā)現(xiàn)了一批大型致密氣田，致密氣儲量、產量均呈現(xiàn)出快速增長趨勢，2011年致密氣產量占我國天然氣總產量的1/4左右，預計2020年致密氣產量比例將進一步提升到1/3左右，成為支撐我國天然氣工業(yè)快速、健康、穩(wěn)定發(fā)展的生力軍。

致密氣;勘探開發(fā);發(fā)展趨勢;產量預測

1 前言

致密砂巖氣(以下簡稱致密氣)已成為全球非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)的重要領域之一，特別是美國致密氣資源的大規(guī)模開發(fā)利用，不僅助推美國天然氣產量快速回升，也帶動了全球致密氣快速發(fā)展。我國天然氣工業(yè)剛剛進入快速發(fā)展期就出現(xiàn)了供不應求的局面，2010年天然氣對外依存度已突破15%，而我國獨特的地質條件決定了致密氣等非常規(guī)天然氣資源較常規(guī)天然氣更豐富，發(fā)展?jié)摿Ω蟆Ｐ滦蝿菹拢涌扉_發(fā)利用致密氣等非常規(guī)天然氣資源對我國天然氣工業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟社會的運行具有重大戰(zhàn)略意義［1，2］。

近年來，我國在鄂爾多斯盆地上古生界、四川盆地須家河組、塔里木盆地庫車深層發(fā)現(xiàn)了一批大型致密氣田，在吐哈、松遼、渤海灣等盆地發(fā)現(xiàn)了一批產量較高的致密氣井，展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。文章從全球致密氣勘探開發(fā)狀況入手，系統(tǒng)總結了我國致密氣發(fā)展歷程與近期勘探開發(fā)進展情況，綜合預測了未來發(fā)展趨勢，對下一步發(fā)展提出了建議。

2 全球致密砂巖氣勘探開發(fā)狀況

2.1 全球致密氣資源豐富，分布廣泛

全球致密氣資源豐富，分布范圍十分廣泛。據(jù)美國聯(lián)邦地質調查局研究結果，全球已發(fā)現(xiàn)或推測發(fā)育致密氣的盆地大約有70個，資源量大約為210×1012m3，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為 51.0× 1012m3、38.8×1012m3、36.6×1012m3(見圖1)，占全球致密氣資源的60%以上［3］。而按照資源三角分布概念，致密氣資源量應超過常規(guī)天然氣資源量，顯然全球致密氣資源量210×1012m3這一估值較為保守，主要是因致密氣在許多國家和地區(qū)中往往作為一種低滲—特低滲的常規(guī)天然氣藏進行勘探開發(fā)，相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)與資源評價結果嚴重缺失，除北美之外可利用的評價資料很少，難以比較準確地得出全球資源儲量數(shù)據(jù)。

圖1 全球致密氣資源地區(qū)分布情況Fig.1 The global distribution of tight gas resource

近年來，有關研究機構和學者對全球致密氣資源儲量重新進行過估算，部分預測結果較上述資源量有較大幅度的增加。例如，道達爾石油公司(2006)預計，全球致密砂巖氣資源量為310×1012～510×1012m3;Aguilera(2008)報告，全球致密砂巖氣技術可采資源量為428×1012m3，與常規(guī)天然氣資源量大致相當［1，2］。盡管數(shù)據(jù)差異比較大，但都表明全球致密氣資源潛力非常大，具有很好的發(fā)展前景。

2.2 北美地區(qū)是全球致密氣發(fā)展最快、最好的地區(qū)

目前，全球已有美國、加拿大、澳大利亞、墨西哥、委內瑞拉、阿根廷、印尼、中國、俄羅斯、埃及、沙特等十幾個國家和地區(qū)已進行了致密氣藏的勘探開發(fā)［4］。其中，北美地區(qū)的美國和加拿大在致密氣資源勘探開發(fā)方面處于世界領先地位。

美國致密氣勘探開發(fā)大致起始于20世紀70年代末。當時面臨天然氣產量大幅下滑、供需失衡不斷加劇等形勢，美國政府出臺一系列稅收優(yōu)惠和補貼政策以鼓勵非常規(guī)氣體能源和低滲透氣藏的開發(fā)。在政策的扶持下，美國致密氣勘探開發(fā)率先取得重大突破，并迅速進入快速發(fā)展階段，1990年美國致密氣產量就已突破600×108m3，1998年突破1000×108m3(見圖2)。2010年，美國已在23個盆地大約發(fā)現(xiàn)900個致密氣田，剩余探明可采儲量超過5×1012m3，生產井超過10×104口，2010年致密氣產量達到1754×108m3，約占美國天然氣總產量的29%，成為美國天然氣產量構成中重要的組成部分。目前，美國進行致密氣開發(fā)的盆地主要是落基山地區(qū)的大綠河盆地、丹佛盆地、圣胡安盆地、皮申斯盆地、粉河盆地、猶因他盆地、阿巴拉契亞盆地和阿納達科盆地［5，6］。

加拿大致密氣主要儲集在西部地區(qū)阿爾伯達盆地深盆區(qū)，故稱深盆氣。1976年加拿大鉆成第一口工業(yè)致密氣井，從而揭開了致密氣勘探開發(fā)新局面，同時開辟了一個新的含油氣領域。隨后發(fā)現(xiàn)的霍得利、牛奶河氣田進一步證實了該區(qū)致密氣良好的發(fā)展前景，最終導致特大型致密氣田的發(fā)現(xiàn)。僅艾爾姆沃斯、霍得利兩大致密氣田的可采儲量就達到了6490×108～6780×108m3。目前，加拿大致密氣分布面積達 6400 km2左右，地質儲量大約為42.5×1012m3。

圖2 1950—2010年美國天然氣產量構成圖Fig.2 Production of natural gas in America from 1950 to 2010

2.3 關鍵技術突破是北美地區(qū)致密氣得以快速發(fā)展的前提

通過對美國、加拿大兩個典型致密氣田發(fā)展歷程的剖析發(fā)現(xiàn)，關鍵技術突破是致密氣得以快速發(fā)展的基本前提。

1)美國皮申斯盆地的魯里森(Rulison)致密氣田。皮申斯盆地為一典型的前陸—克拉通盆地，面積為 1.4×104km2，天然氣資源量為 5.6×1012～8.4×1012m3。1952年舉漢 1井在盆地內發(fā)現(xiàn)了Mesaverde地層含氣，從而發(fā)現(xiàn)了魯里森氣田，但因缺乏有效技術手段，隨后鉆探的多口井均無產能。后經(jīng)長期實驗室分析、現(xiàn)場壓裂試驗以及不同井距生產井開采試驗等，到1993年終于突破了商業(yè)性開采關，之后產量快速增長，2008年產量達到32.5×108m3。魯里森氣田面積為 21 ～52 km2，氣藏埋深為1780 m，氣層厚度為700 m，可采儲量為324×108m3。

2)加拿大阿爾伯達盆地埃爾姆沃斯(Elmworth)致密氣田。1953—1976年，在針對白堊紀巖性地層圈閉勘探過程中，曾有近百口井鉆遇到致密砂巖氣層，但當時主要勘探目的層是密西西比系，加之氣層壓力較低、儲層致密、井筒傷害等原因，一直沒有獲得商業(yè)性發(fā)現(xiàn)。1976年，經(jīng)技術人員仔細的巖石學分析和系統(tǒng)的測試資料對比，發(fā)現(xiàn)了下白堊系大量可采氣層，埃爾姆沃斯氣田得以發(fā)現(xiàn)。埃爾姆沃斯氣田面積為5000 km2，氣藏埋深1500 m，氣層厚度為1000 m，可采儲量4760×108m3，2008年該氣田產量已達88×108m3。

3 中國致密砂巖氣勘探開發(fā)進展

3.1 中國致密氣勘探開發(fā)歷程

截至2011年年底，全國已累計探明致密氣地質儲量3.3×1012m3左右，約占全國天然氣總探明儲量的39%;2011年致密氣產量大致在256×108m3，約占全國天然氣總產量的1/4。致密氣已成為我國天然氣增儲上產的重要領域，在天然氣工業(yè)發(fā)展中占有非常重要的地位。縱觀我國致密氣勘探開發(fā)歷程，大致可分為三個階段(見圖3)。

圖3 1990—2011年中國致密氣儲量、產量增長形勢圖Fig.3 Reservoir and production growth trend of tight gas in China from 1990 to 2011

3.1.1 探索起步階段(1995年以前)

按照致密氣的概念及評價標準［7］，我國早在1971年就在四川盆地川西地區(qū)發(fā)現(xiàn)了中壩致密氣田，之后在其他含油氣盆地中也發(fā)現(xiàn)了許多小型致密氣田或含氣顯示。但早期主要是按低滲—特低滲氣藏進行勘探開發(fā)，進展比較緩慢。

3.1.2 快速發(fā)現(xiàn)階段(1996—2005年)

20世紀90年代中期開始，鄂爾多斯盆地上古生界天然氣勘探取得重大突破，先后發(fā)現(xiàn)了烏審旗、榆林、米脂、大牛地、蘇里格、子洲等一批致密氣田，特別是2000年以來，按照大型巖性氣藏勘探思路，高效、快速探明了蘇里格大型致密氣田，2001、2003年提交探明天然氣地質儲量5336.52×108m3。此外，四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組等也有零星發(fā)現(xiàn)，但儲量規(guī)模均比較小。1996—2005年，全國共新增探明致密氣地質儲量1.58×1012m3，年均新增探明地質儲量1580×108m3，占同期天然氣新增探明總儲量的44%。

盡管致密氣勘探不斷獲得重大發(fā)現(xiàn)，儲量也快速增長，但發(fā)現(xiàn)主要集中在鄂爾多斯盆地上古生界，而鄂爾多斯上古生界天然氣藏總體表現(xiàn)為低滲、低壓、低豐度的“三低”特點［8］。當時經(jīng)濟技術條件下難以經(jīng)濟有效地開發(fā)，使得致密氣產量增長緩慢，到2005年全國致密氣產量僅有28×108m3左右。

3.1.3 快速發(fā)展階段(2006年至今)

2005年以來，按照致密氣田勘探開發(fā)思路，長慶油田實現(xiàn)合作開發(fā)模式，采用新的市場開發(fā)體制，走管理和技術創(chuàng)新、低成本開發(fā)之路。集成創(chuàng)新了以井位優(yōu)選、井下節(jié)流、地面優(yōu)化技術等為重點的12項開發(fā)配套技術，實現(xiàn)了蘇里格氣田經(jīng)濟有效開發(fā)［9，10］，從而推動蘇里格地區(qū)致密氣勘探開發(fā)進入大發(fā)展階段(見圖4)，2007—2010年連續(xù)4年新增基本探明地質儲量超5000×108m3，至2011年年底實現(xiàn)了探明加基本探明天然氣地質儲量3.2×1012m3，年產量超過100×108m3，并帶動全國致密氣勘探開發(fā)不斷取得重要發(fā)現(xiàn)。

圖4 蘇里格地區(qū)天然氣勘探成果圖Fig.4 Natural gas exploration map of Sulige region

3.2 中國致密氣近期勘探開發(fā)主要成果

3.2.1 鄂爾多斯盆地上古生界蘇里格氣田

鄂爾多斯盆地天然氣大規(guī)模勘探開始于20世紀80年代末，目前已發(fā)現(xiàn)氣田9個。近10年來，新增天然氣探明儲量以致密氣為主，年均增長1000×108m3以上。蘇里格、大牛地、烏審旗、神木、米脂等5個探明儲量超千立方米的大型氣田均為致密氣田，主力氣層為上古生界石盒子組、山西組與太原組。

蘇里格地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西北部，有利勘探面積為5.5×104km2，遠景資源量約為 5×1012m3。1999年初，蘇2井下石盒子組試氣獲日產4×104m3的工業(yè)氣流，拉開了蘇里格地區(qū)天然氣勘探序幕。2000年8月，蘇6井壓裂后獲得日產無阻流量120×104m3的高產工業(yè)氣流，標志著蘇里格大氣田的發(fā)現(xiàn)。但由于單井產量低，開發(fā)成本高等原因，無法有效開發(fā)動用，勘探開發(fā)一度陷入停滯狀態(tài)。自2005年“引入市場競爭機制，加快開發(fā)步伐”以來，通過依靠科技、創(chuàng)新機制、簡化開采、走低成本開發(fā)路線，勘探開發(fā)取得重大進展，累計探明和基本探明地質儲量3.2×1012m3，產量快速增長。2010年產量突破100×108m3，2011年產量達到137×108m3，從而超越克拉2氣田成為我國第一大氣田。

3.2.2 四川盆地川中須家河組氣田

四川盆地廣安地區(qū)致密氣藏勘探經(jīng)歷了復雜歷程，1967年廣19井就發(fā)現(xiàn)了須家河組致密氣藏。但在隨后近40年的勘探開發(fā)歷程中，卻因地下條件復雜，以及地質認識與工藝技術的限制，以構造圈閉勘探為主，發(fā)現(xiàn)了7個構造圈閉氣藏和一些含氣構造以及部分零星分布的高產氣井。2005年3月，廣安2井須六段射孔完井試油測試獲日產天然氣4.2×104m3，獲得高產工業(yè)氣流。緊接著，廣安3井、廣108井等也獲工業(yè)氣流，開啟了廣安地區(qū)低滲透砂巖氣藏勘探的新篇章，相繼發(fā)現(xiàn)了合川、安岳等千億立方米大氣田，從而掀起了川中地區(qū)須家河組致密氣勘探開發(fā)熱潮。2006—2011年川中地區(qū)須家河組合計新增探明地質儲量5971×108m3，2011年須家河組致密氣產量超過15×108m3。

3.2.3 塔里木盆地庫車地區(qū)克深氣田

庫車坳陷勘探面積為2.3×104km2，遠景資源量約為3×1012m3，繼2000年探明克拉2氣田、2001年迪那2井突破之后，4年間鉆井18口均未成功。分析制約勘探的關鍵:一是地表和地下情況復雜，構造難以落實;二是勘探集中于中淺層，構造保存條件相對較差。普遍認為前陸沖斷帶深層發(fā)育大構造，但儲層物性可能較差，即使發(fā)現(xiàn)儲量難以開發(fā)。這一認識，阻礙了對深層大構造的探索。近年來，持續(xù)堅持山地地震攻關與研究，深層構造得到進一步落實，2007年優(yōu)選克深2號構造上鉆，6573～6697 m獲得日產46×104m3高產氣流，突破了克深構造帶深層勘探。隨后鉆探的克深1、克深201、克深202井獲高產氣流，初步落實儲量規(guī)模超過3000×108m3。

4 我國致密氣未來發(fā)展趨勢預測

2006年以來，致密氣探明儲量和產量雙雙進入快速發(fā)展階段，年均新增探明致密氣地質儲量超過3000×108m3，占同期新增探明儲量的比例超過50%;致密氣產量由2005年的28×108m3增長到2011年的256×108m3，年均遞增45%。根據(jù)我國致密氣儲量、產量歷史增長趨勢，結合重點地區(qū)發(fā)展規(guī)劃，采用模型法與重點地區(qū)產量預測來綜合判斷未來我國致密氣發(fā)展趨勢與規(guī)模。

4.1 模型法預測

根據(jù)致密氣探明儲量與產量歷史增長數(shù)據(jù)，采用HCZ模型法、翁氏模型法對歷史數(shù)據(jù)進行擬合，從而預測出致密氣未來產量發(fā)展趨勢。根據(jù)預測，未來20年致密氣探明儲量可保持高水平增長，年均新增探明可采儲量規(guī)模在2000×108～3000×108m3(見圖5)，致密氣產量仍將保持快速增長，2020年產量大約在600×108m3(見圖6)，2030年前后進入產量增長高峰，高峰年產量預計在1000×108m3以上。

圖5 中國致密氣探明儲量增長趨勢預測Fig.5 Prospect of tight gas reserves growing tendency in China

圖6 中國致密氣產量增長趨勢預測Fig.6 Prospect of tight gas production growing tendency in China

4.2 重點地區(qū)產量預測

鄂爾多斯、四川、塔里木三大盆地是我國致密氣資源最豐富的地區(qū)，也是目前勘探開發(fā)最現(xiàn)實和最具潛力的地區(qū)。根據(jù)上述三個地區(qū)勘探開發(fā)形勢，結合油田公司規(guī)劃安排，綜合預測鄂爾多斯、四川、塔里木三個盆地2020年致密氣產量有望達到600×108m3左右。

1)鄂爾多斯盆地2020年致密氣產量有望達到300×108m3。近10年已發(fā)現(xiàn)蘇里格、神木、米脂、大牛地4個超千億立方米的大氣田，年增探明致密氣地質儲量1000×108m3以上，年產量已突破140×108m3。其中，蘇里格氣田2011年產量達到137×108m3，預計2015年產量將達到230×108m3，并實現(xiàn)穩(wěn)產;大牛地氣田2011年產量23×108m3，2015年產量將突破50×108m3，之后實現(xiàn)穩(wěn)產。

2)四川盆地2020年致密氣產量有望達到100×108m3。2005年以來，須家河組致密氣勘探已發(fā)現(xiàn)廣安、安岳、合川、新場等4個超千億立方米的大氣田。其中，中國石油天然氣集團公司在川中地區(qū)的安岳、合川、廣安等須家河組氣田，2011年產量達到 15×108m3，2020年產量預計可達到60×108m3;中國石油化工集團公司在川西地區(qū)以新場、通南巴等氣田為主，2020年產量有望達到30×108m3。

3)塔里木盆地2020年致密氣產量有望達到200×108m3。繼克拉2、迪那2大氣田發(fā)現(xiàn)并建成投產后，庫車深層致密砂巖儲層中又相繼發(fā)現(xiàn)了大北、克深兩個超千億立方米的大型致密氣田。根據(jù)目前勘探進展及產能建設安排，2020年有望具有200×108m3的生產能力。

綜合上述分析結果，結合專家調查與咨詢情況綜合判斷，我國致密氣已進入快速發(fā)展期，未來5～10年仍將是高速發(fā)展期，預計2020年致密氣產量將達到800×108m3;2020年之后進入發(fā)展高峰階段，2030年致密氣產量有望達到1000×108m3。

5 結語

1)致密氣已成為我國天然氣增儲上產的重要領域，預計2020年前致密氣產量將持續(xù)快速增長，2020年產量有望達到800×108m3;2020年之后致密氣產量進入高峰增長階段，2030年產量有望達到1000×108m3。

2)依靠機制創(chuàng)新、技術進步、政策扶持，充分調動各方的積極性與主動性，強化自主創(chuàng)新，形成先進適用的致密氣勘探開發(fā)技術體系，加快推進致密氣資源勘探開發(fā)節(jié)奏，確保未來5～10年致密氣產量仍保持快速增長，使之成為我國天然氣開發(fā)利用的主導資源之一。

3)致密氣藏與常規(guī)氣藏往往共生分布，難以獨立有效切割，建議將儲層地面滲透率小于或等于1×10－3μm2比重超過65%的氣藏，整體按致密氣對待，國家統(tǒng)一制訂扶持政策。

4)建議國家出臺鼓勵政策，加強致密氣資源勘探，擴大儲量發(fā)現(xiàn)規(guī)模，盡快明確致密氣在我國天然氣發(fā)展中的地位，盡快制訂我國致密氣中長期發(fā)展規(guī)劃。建議加快制訂致密氣分類與評價的國家標準，在國家天然氣價格改革試點方案基礎上，2020年以前對致密氣開發(fā)利用再給予一定稅收優(yōu)惠政策予以扶持。

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The exploration of global tight sandstone gas and forecast of the development tendency in China

Yang Tao，Zhang Guosheng，Liang Kun，Zheng Min，Guo Bincheng

(Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Petrochina，Beijing 100083，China)

The tight sand gas is becoming one of the most important domains in unconventional natural gas exploration＆ development in the world.Especially the large-scale exploration and utilization of American tight sandstone gas promotes the exploration ＆ development in other countries.Based on a brief overview of global tight sandstone gas exploration ＆ development，the paper carries out a systematic study on the exploration history，the exploration effect as well as the development tendency and proposals of China’s tight sandstone gas.The result shows that the development process of China’s tight gas development can be divided into three stages and is entering the fast-developing stage recently.In recent years，several large tight sandstone gas reservoirs are discovered in upper Palaeozoic of Ordos Basin，Xujiahe Formation of Sichuan Basin and deep formations of Kuqa，Tarim Basin.The reserve and production of tight sand gas have both experienced rapid growth.The production accounts for 1/5 of China’s total nature gas production in 2011，and it is predicted to reach 1/3 in 2020，and at that time the tight sandstone gas would become the key role in natural gas industry.

tight sandstone gas;exploration and development;development trend;production forecast

TE37

A

1009－1742(2012)06－0064－05

2012－04－06

中國工程院重大咨詢研究項目“我國非常規(guī)天然氣開發(fā)利用戰(zhàn)略研究”(2011－ZD－19－2)

楊 濤(1970—)，男，四川閬中市人，高級工程師，主要從事油氣勘探部署與綜合研究工作;E－mail:yta@petrochina.com.cn