非常規油氣勘探開發邁入“納米時代”

據中國科學報，納米地質學作為一個全新領域，有望解決納米成藏成礦領域的關鍵前沿問題，推動非常規油氣產業的快速發展。

1月8日，國土資源部召開新聞發布會，公布2013年我國非常規天然氣煤層氣和頁巖氣產量分別超過30億立方米和2億立方米，其中頁巖氣產量已超過200萬立方米/天。預計到2030年，非常規油氣開發將占油氣總產量的1/3。

中國科學院大學地球科學學院教授琚宜文表示：“利用納米科學理論與技術方法對我國非常規油氣的形成、運移、聚集和開采進行創新性研究，將推動我國非常規油氣產業的快速發展，增加國家能源戰略儲備。”

納米孔隙中尋找油氣

傳統石油地質理論認為，毫米和微米級的裂隙、溶隙與孔隙系統是油氣儲層中的主要儲集空間和滲流通道。而在極低滲透性的致密砂巖、煤層和頁巖等非常規儲層中，如何開采出有經濟效益的油氣，是困擾非常規油氣發展的關鍵問題。

“納米孔隙結構是煤層氣和頁巖氣的主要吸附空間。”琚宜文介紹。他帶領的科研團隊曾于2003年運用X射線衍射、液氮吸附等方法對煤巖大分子結構和納米級孔隙進行了系統研究，認清了煤巖結構與甲烷吸附和解吸作用的關系。

2007年，美國地質學者獲取了福特沃斯盆地巴奈特頁巖有機質納米孔隙圖像，首次發現頁巖氣在納米級孔隙中儲集。

中國石油勘探開發研究院副院長鄒才能介紹：“我國頁巖氣儲層孔隙直徑為5～200納米。”2010年，他領導的研究團隊在我國第一口頁巖氣井中，首次直觀獲取了我國頁巖氣儲層的納米級孔圖像。

此外，鄒才能團隊的研究還揭示了致密油氣儲層納米孔隙的大小。“致密灰巖油、砂巖油、砂巖氣儲層孔隙直徑分別為40～500納米、50～900納米、40～700納米。”鄒才能說。

納米技術助力非常規油氣開發

除了在納米孔隙中尋找油氣，納米技術還將在非常規油氣開采中發揮重要作用。“驅油氣”是油氣開采中的重要環節。非常規儲層納米孔隙中的油氣與有機質和粘土礦物分子間作用力更強，不易開采。

目前，水力壓裂是非常規油氣開采的關鍵技術。通過向地層中注入壓裂液，達到增產的目的。科學家正在利用納米技術研發新的支撐劑，以替代傳統砂粒作為壓裂液中的支撐劑。“人工合成的一種球形程度高、密度小的壓裂用支撐劑，能隨壓裂液運移到更深的地層。”中國科學院大學資源與環境學院教授鄭建中解釋。

鄭建中還指出，目前，由于壓裂液中的部分化學添加劑具有毒性，如果處理不當，會對水體造成嚴重污染。因此，非常規油氣開采過程中，亟待開展地層含水結構以及地層產出水處理與利用的研究。

納米地質學正在形成

琚宜文指出，我國非常規油氣勘探與開發正邁入“納米時代”，其研究重點將集中在納米成藏理論及納米孔隙油氣開發方面，當前須立足正在形成的納米地質學，針對國家重大戰略需求開展深入研究。

中國地質大學（武漢）環境學院教授王焰新也指出：“納米科技將給21世紀地質學的發展帶來飛躍，從而獲得地質學在超微觀尺度上的重大突破。”

目前，研究者還將納米科技引入了地質學的相關分支領域。“但是，納米地質學的理論體系尚不完善，納米成藏成礦的整體認識尚不深入。”琚宜文表示。

業內人士認為，納米地質學作為一個全新領域，有望為礦物與碳基新型材料利用、能源與礦產資源勘探開發以及環境保護和災害預測等提供理論基礎。endprint