非常規能源開發利用現狀及趨勢

王淑玲，張 煒，張桂平，孫張濤

（中國地質圖書館，北京100083）

進入21世紀以來，隨著常規能源的大量消耗，在全球能源資源分布不平衡以及國際投機資本炒作等因素的共同作用下，國際能源供需形勢日趨緊張。世界主要國家從能源安全和經濟發展的角度考慮，竭盡全力尋找各類可替代的能源。尤其是美國成功的開發頁巖氣，進一步促進各國對非常規能源的關注，并陸續加大科技投入，勘查開發本國的非常規能源資源。

1 世界非常規能源資源豐富，潛力巨大

這里的非常規能源，是指不能用常規的方法和技術手段進行勘探開發的另一類能源資源，其埋藏、賦存狀態與常規能源有較大的差別，開發難度大、費用高。主要指油頁巖、油砂礦、煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣、天然氣水合物、干熱巖等。在上述非常規能源中，除了潛力巨大的天然氣水合物因生產技術尚處于研發階段外，其他幾類資源的勘查與開發活動非常活躍，與此相關的新技術研發在其中起了關鍵作用［1］（圖1）。

據2010年中國首次非常規油氣資源國際研討會資料，權威專家估算的全球非常規天然氣資源量為2338.2萬億m3，約為世界常規天然氣資源量的4.6倍［2］。

1.1 頁巖油

油頁巖廣泛產于寒武系至第三系，主要分布在美國、扎伊爾、巴西、意大利、摩洛哥、約旦、澳大利亞、中國和加拿大。世界頁巖油資源量約為4539億t，超過了目前世界石油儲量。其中，美國就有3000多億t，美國西部的綠河頁巖油資源量約為2055億t，東部泥盆系黑色頁巖油約259億t。中國排名第二位，頁巖油資源量為476億t［3］。但是，世界上大多數國家的油頁巖地質勘探程度不夠，研究程度很低，目前只有美國、中國、澳大利亞、瑞典、愛沙尼亞、約旦、法國、德國、巴西和俄羅斯等國的部分油頁巖礦床做了詳細勘探和評價工作，查明的油頁巖資源儲量還只占整個資源量的一小部分。

1.2 油砂

全球油砂資源量巨大。據美國地質調查局統計，世界油砂可采資源量約為1035億m3［4］，占世界石油可采總量的30%以上，主要分布于中生代、新生代的環太平洋構造帶和阿爾卑斯構造帶，主要油砂資源國有加拿大、俄羅斯、委內瑞拉、尼日利亞和美國。據加拿大阿爾伯達省能源局估計，其油砂油遠景資源量約有2200億t，其中可采資源量約有410億t。美國油砂資源也較豐富，主要富集于阿拉斯加州和猶他州，依美國能源部估計，目前已知美國油砂油資源量約有110億t。

圖1 常規能源與非常規能源分類圖

1.3 煤層氣

全球煤層氣資源量為256.3萬億m3，約為常規天然氣資源量的50%；其中俄羅斯、加拿大、中國、美國和澳大利亞5國的煤層氣資源量占到了全球總量的90%［4］。

1.4 致密砂巖氣

美國能源信息署（IEA）評估表明，世界致密氣資源量超過209.7萬億m3，而有些估算超過了850萬億m3，技術可采的致密氣儲量介于10.5萬～24萬億m3，而實際可生產天然氣的比例將取決于關鍵技術（三維地震、水平鉆井和水力壓裂）的可用性、凈成本和氣體價格。美國的技術可采致密氣資源量接近8.8萬億m3［4］。在美國，有著長期生產史的多個致密砂巖氣項目正在進行［5］。而其他國家的致密砂巖氣區塊正處于試驗和開發階段，包括加拿大（西加拿大沉積盆地）；澳大利亞［帕斯（Perth）、吉普斯蘭（Gippsland）和庫珀（Cooper）盆地］；中國（鄂爾多斯盆地）和烏克蘭［頓涅茨克－第聶伯（Donetsk－Dnepr）盆地］。

1.5 頁巖氣

美國能源信息署評估表明，截至2010年1月1日，全球頁巖氣資源量為456.2萬億m3，頁巖氣技術可采資源量為187.5萬億m3，主要分布在中國、美國、阿根廷、墨西哥、南非、澳大利亞、加拿大、利比亞、阿爾及利亞和巴西。頁巖氣的特點是：①分布范圍廣，主要分布在海相地層；②沉積厚度大，一般厚度介于300～500m，單層厚度大于50m；③有機質含量普遍在2%以上，成熟度（Ro）處于1.4%～3.0%區間；④開采壽命長，一般為30～50a，預測有些最高可達100a［6－7］。

1.6 天然氣水合物

據美國、俄羅斯、日本等的研究結果，全球陸地天然氣水合物總資源量為2830萬億m3，海洋為85000萬億m3，相當于已探明化石燃料總含碳量的2倍多，資源量巨大［4］，可采年限大于1000年［8］。天然氣水合物資源主要存在于世界范圍內的溝盆體系、陸坡體系、邊緣海盆陸緣，尤其是與泥火山、熱水活動、鹽泥底辟及大型斷裂構造有關的深海盆地中。另外，還包括擴張盆地和北極地區的永久凍土區。

1.7 干熱巖

全球干熱巖蘊藏的熱能十分豐富，比蒸汽型、熱水型和地壓型地熱資源大得多，比煤炭、石油、天然氣的熱能總和還要大。在較淺層的干熱巖資源中，蘊藏的熱能等同于100億夸特（1夸特相當于18000萬桶石油，而美國2001年能源消耗總量是90夸特）。干熱巖的分布幾乎遍及全球，世界各大陸地下都有干熱巖。不過，干熱巖開發潛力最大的地方，還是那些新的火山活動區，或地殼已經變薄的全球板塊或構造地體的邊緣地區。

2 世界非常規能源開發利用現狀

近年來，石油資源短缺已成為制約全球經濟發展的共同難題，世界各國都掀起了非常規油氣勘探開發的熱潮，開發非常規油氣及油氣替代品已成為各國非常規油氣勘探開發研究的主要課題。非常規油產量超過7500萬t／a，非常規天然氣產量超過1800萬 m3／a［10］。其中，美國非常規能源勘查開發居世界領先地位，是最早成功開發煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣的國家。2011年，美國致密氣占天然氣總產量的29.6%，頁巖氣占28%，煤層氣占8.2%，常規氣占34.2%。

2.1 頁巖油

目前，世界年利用油頁巖礦石2810萬t，其中的69%用于發電、供熱，25%用于提煉頁巖油，6%用于建筑、農業等方面［4］。世界從事油頁巖燃燒發電的國家主要有愛沙尼亞、中國、德國等，年發電量達2452MW，其中愛沙尼亞的油頁巖發電量占本國電消費量的95%；世界從事油頁巖干餾煉油生產的國家主要有愛沙尼亞、中國、巴西等，2000年全球頁巖油產量50萬t，2010年達120萬t。

2.2 油砂

加拿大首先突破油砂油高產技術，是目前世界上唯一實現油砂商業化開采的國家，其油砂油產量增長迅速。1997年，加拿大油砂油產量占石油總產量約20%；2003年占其當年原油總產量的60%左右；2010年超過0.7億t。油砂開采與提煉成本的大幅度下降和國際石油價格的持續上漲，使加拿大巨大的油砂資源成為國際石油大亨們競相搶占的市場。

2.3 煤層氣

煤層氣是世界主要產煤國家積極致力開發利用的非常規氣資源。目前，世界煤層氣產量已經達到700億m3左右。已有29個國家開展了煤層氣的研究、勘探和開發活動。尤其是，美國、澳大利亞、加拿大、英國、俄羅斯、捷克、印度等國家正大力開展了煤層氣的勘探、開發或規模性試驗活動。美國是開發煤層氣最早最成功、產業化規模最大的國家。其煤層氣工業起步于20世紀70年代，大規模開發始于20世紀80年代，此后煤層氣產量呈直線上升，2009年為542億m3，2010年為550億m3。加拿大、澳大利亞初步實現了煤層氣產業化生產，2010年產量規模分別達到50.2億m3和84億m3。其他國家都還沒有形成大規模的商業化開發，大部分處于探索和研究階段。

2.4 致密氣

致密氣開發最成功的國家仍然是美國，其次是中國。美國900個氣田中致密砂巖氣生產井4萬口。2008年，美國致密氣年產量為1757萬億m3，約占其天然氣總產量的30%［3］，2011年美國致密氣占29.6%。2009年，中國致密氣年產量約150萬億m3，主要是近幾年發展較快。

2.5 頁巖氣

目前，全球已有30多個國家積極開展頁巖氣研究和勘查開發工作。美國是世界上最早卓有成效開發頁巖氣的國家，迄今已有190多年的頁巖氣勘探開發歷史。2009年，美國頁巖氣勘探開發更是取得了驚人的發展速度，發生了革命性的變化，頁巖氣生產井數達98590口，產量878億m3，占美國天然氣總產量的13%，其中僅Barnett頁巖的產量就達到了560億m3。美國已取代俄羅斯成為世界最大的天然氣生產國，2011年產量1720億m3，占其天然氣年總產量的28%。

加拿大西部與美國西部地質條件相近，黑色頁巖廣布，近年來也開展了頁巖氣的勘探及實驗研究，2009年頁巖氣產量達到72億m3。此外，澳大利亞、德國、法國、瑞典、波蘭等30多個國家也開始了頁巖氣研究和勘探開發。歐洲有多個盆地正在開展頁巖氣勘查。中國頁巖氣勘探開發工作仍處于起步階段。

2.6 天然氣水合物

目前全球有30多個國家都在研究天然氣水合物的開采和利用等相關問題。雖然全世界天然氣水合物資源量非常可觀，但除了小型現場試驗之外，目前唯一實現開采的只有俄羅斯的麥索亞哈天然氣水合物氣田，全球未來的天然氣水合物產量尚不確定。

2.7 干熱巖

目前，人們對干熱巖的開發利用，主要是發電。通過國際合作和各國不斷努力，美國、日本、英國、法國、德國、澳大利亞、瑞士、瑞典等國家在過去30年相繼進行了有關方面的實驗，基本掌握了干熱巖發電各個環節的技術。隨著技術的熟練，試驗電廠的發電量也逐漸由300萬W增大到1100萬W，更加接近商業開發的規模。

3 世界非常規能源發展趨勢

3.1 非常規能源勘查開發越來越受到世界各國的重視

隨著世界經濟發展對能源需求的不斷增加，常規能源資源已不能滿足經濟社會需求的快速增長，人們紛紛把目光轉向非常規能源。非常規能源以其儲量大、分布集中、開發技術不斷進步等特點成為世界能源市場的新寵。

3.2 頁巖氣作為油氣勘探的一個新領域越來越受到各國的重視

由于環境保護和經濟發展推動了天然氣需求的快速增長，低氣價助推了天然氣的需求增長，技術發展提高了頁巖氣生產的經濟性，加之政府的激勵政策和措施，未來全球頁巖氣市場發展前景廣闊［10］。美國頁巖氣的成功開發在世界范圍內掀起了一場頁巖氣革命。頁巖氣已成為一些發達國家大力開發的非常規能源。美國2011年度能源遠景報告指出，預計到2035年美國頁巖氣生產量幾乎較2009年翻了四番，約占美國天然氣生產總量的47%。

3.3 天然氣水化物

天然氣水合物資源勘探備受世界矚目，將成為21世紀石油天然氣的理想替代資源，據近年試驗性開采成果和技術進步，2015～2020年發達國家實現工業規模開采天然氣水合物在技術上是可行的，但實現商業開采則值得探討。

3.4 干熱巖前景無限

隨著全球化石燃料總量的減少及其開發利用帶來的環境惡化程度加劇，開發利用無污染且少受諸如氣候等外界條件變化干擾的新能源——干熱巖，成了很多發達國家積極開展試驗研究的新課題。干熱巖這種能源取之不盡、用之不竭，被證明是對人類十分友好的未來潔凈新能源。目前，國際上干熱巖的開發利用還處于試驗階段。不過，科學家預測，2030年左右人類可以利用干熱巖大規模發電，開發利用前景十分誘人。而在我國的干熱巖尚是沉睡的寶貝，對其研究尚處初級階段。

［1］閆存章，黃玉珍，葛春梅，等.頁巖氣是潛力巨大的非常規天然氣資源［J］.天然氣工業，2009，29（5）：1－6.

［2］胡文瑞.開發非常規天然氣是利用低碳資源的現實最佳選擇［J］.天然氣工業，2010，30（9）：1－8.

［3］胡文瑞，翟光明，李景明.中國非常規油氣的潛力和發展［J］.中國工程科學，2010，12（5）：25－29，63.

［4］雷群，王紅巖，趙群，等.國內外非常規油氣資源勘探開發現狀及建議［J］.天然氣工業，2008，28（12）：7－10.

［5］MIT.The future of geothermal energy—Impact of enhanced geothermal systems（EGS）on the United States in the 21st Century：An assessment by an MIT－Led interdisciplinary panel［M］.Massachusetts Institute of Technology，Boston，MA，USA.2006：372.

［6］U.S.Energy Information Administration（EIA）.World shale gas resources：An initial assessment of 14regions outside the United States［R］.2011.

［7］U.S.Energy Information Administration（EIA）.Review of emerging resources U.S.shale gas and shale oil plays.2011.

［8］肖鋼，唐穎.頁巖氣及其勘探開發［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［9］翟光明.關于非常規油氣資源勘探開發的幾點思考［J］.天然氣工業，2008，28（12）：1－3.

［10］方小美，陳明霜.頁巖氣開發將改變全球天然氣市場格局——美國能源信息署（EIA）公布全球頁巖氣資源初評結果［J］.國際石油經濟，2011（6）：40－44.