石油工业界的非常规才能
来源： 发布时间：2014-01-05
——专访中国石油勘探开发研究院副院长邹才能教授
本刊记者 胡魁元 祝传海
回溯万千年人类文明的演进史，当第一桶石油被开采出来应用于社会生活，油气勘探与研究就已融入世界工业的血脉，成为了驱动时代前行的主要动力引擎。
完整的石油工业生命周期将经历常规油气、常规油气与非常规油气并行、非常规油气三个阶段，据预测，总共将超过三百年。而一百五十余年来，随着世界经济对能源需求的持续增长和低碳社会的逐渐到来，常规油气向非常规油气快速跨越已成为必然选择，一场重大的石油科技革命，此时正是山雨欲来风满楼。新的挑战，将地质石油专家们推向了变革的最前沿，中国石油勘探开发研究院副院长兼总地质师邹才能教授，再次率领团队迎难而上，以一场非常规油气之战，发力油气勘探研究中攻坚克难的“后半场”！
非常规思想才能开启的宝藏
作为经济社会发展的主要命脉，人类利用能源的经历将完成木柴向煤炭、煤炭向油气、油气向新能源三次重大转换。而当今世界，在新能源独当重任之前，常规和非常规油气在一次能源中仍占据主导地位。其中，常规油气资源比例一般占20％，非常规油气占80％。统计表明，全球非常规石油资源规模大约6200X108t，与常规石油资源大致相当；全球非常规天然气资源规模大约4000X1012m3，是常规天然气资源的8倍。
随着非常规连续型油气聚集理论、水平井多级压裂技术、平台式工厂化生产模式的突破，美国页岩气率先实现了快速发展，成为了非常规天然气发展的热点方向，同时，致密油成为非常规石油发展的亮点类型。全球传统能源格局再度重塑，形成以中东为核心的东半球“常规油气版图”，及以美洲为核心的西半球“非常规油气版图”。可以说，非常规油气发展的黄金时代已经到来。那么，中国应该如果开启这个丰富的宝藏呢？
摆在我们面前的挑战是巨大的，常规油气田属于局部富集成藏，而非常规油气田则是大面积遍布。其中致密砂岩油气等，受渗流能力制约，开发难度巨大，往往需要用到复杂的压裂技术，对于起步较晚的勘探研究团队，说的上是举步维艰。
邹才能教授认为，“常规油气向非常规油气跨越是必然趋势、必由之路，世界油气工业正在进行新的一次解放思想和科技革命，我们必须从战略上做好理论技术创新和超前储备”。
“认识的误区就是勘探的禁区。” 邹才能教授说，“常规思想找不到非常规油气，常规技术拿不到非常规油气。找油要不断重新认识找油理论、不断重新认识找油技术、不断重新认识找油思想，要敢于突破传统知识、突破传统模式、突破传统方法。找油就是不断发展老区、开辟新区、突破禁区，要用智慧透视地球，用技术降低风险。这是一门技术，更是一门艺术”。
在这种非常规思路的指引下，邹才能团队开拓创新、持续攻关，率先在我国非常规致密含油气储集岩中发现了丰富的纳米级孔喉储集空间，迈出了非常规理论突破的第一步。
非常规技术才能突破的瓶颈
邹才能教授常将油气的致密储层说成“磨刀石”，隐喻其“刀枪不入”、勘探起来异常艰难的特性。“非常规储层总体很致密，基本没有自然经济产量，这成为长久以来困扰非常规油气发展的难题。”
面临技术瓶颈，一些国外的同步辐射实验室开始从事分辨率小于1微米的纳米级结构研究，微观结构的特殊性质带来了材料、生物等研究领域的突破。受国外同行的启发，邹才能团队结合中国非常规油气特点，迅速展开了系统的研究，发现连续型油气聚集具有10大特征，并据此开发非常规油气资源评价方法与软件。
宝剑锋从磨砺出。借助这一系列基础研究，2010年，邹才能团队在我国第一口页岩气井威201井产气的寒武系、志留系海相页岩中，获取了我国首张有机质纳米级孔喉图像，主体孔径5-200纳米，率先证实了中国页岩气储层发育纳米级孔隙。由此，邹才能教授提出了非常规致密储层“纳米孔喉油气聚集理论“，认为聚集在纳米级孔喉储集系统中的油和气，包括了页岩油和气、致密油和气等，致密储集层孔喉直径一般为纳米级，纳米级孔喉系统占整个致密储层储集空间的80%到90%。局部也发育微米到毫米级孔隙、裂缝等储集空间。
2010年，邹才能团队还与中国科技大学国家同步辐射中心合作，在国内首次重构了非常规致密砂岩、页岩等储层微观孔喉三维模型。同时，系统完成了重点盆地非常规油气储层孔喉分布的数据。同时，邹才能团队还选取了我国最重要的致密砂岩、页岩及致密灰岩等非常规储层为研究对象，在利用传统储层分析技术方法的基础上，协同中国科学院、清华大学及中国科技大学国家同步辐射中心等11家科研单位，开展了基于材料化学、高分子化学等多学科测试方法的探索，建立了非常规致密储层微观孔喉特征的比表面积、小角散射、高压汞、场发射扫描电镜、纳米—微米CT等方法。邹才能团队的非常规油气研究的系列技术方法正在逐步形成。
非常规视角才能洞察的空间
非常规油气研究的灵魂是回答储集有多少油气。那么纳米级孔喉系统的突破，究竟又如何指导现实呢？邹才能教授又开始了新一轮思考：“致密储层是由纳米级孔隙来聚集油气资源，并不意味着研究已经完成，苹果手机之父，改变了我们的思维；页岩气之父，改变了我们的知识；纳米之父，改变了我们的视力。我们现在做的就是要知道纳米级孔喉系统中有多少油气，还要把这些油气拿出来。”
又一场更高的攀登在这里起步。在纳米级孔喉系统这个微小的空间中，一个个悬疑得到了解答。经过研究和实验，研究团队发现：储集空间大小的序列分布决定了烃类资源的形成机制和聚集类型。天然气中主要成分甲烷分子直径为0.38纳米，轻质原油分子为0.6到0.9纳米，原油组分中最大沥青质直径为4纳米，它们的分子直径远远比我们想象的要小得多。根据流体力学原理，在毫米级及更大的孔隙中，流体可自由流动。而在纳米级孔喉中，流体与周围介质之间存在巨大的黏滞力和分子作用力，一般条件下不能自由流动。这将会形成油气“滞留”，导致油气在盆地中心、斜坡等非常规储集层中大面积连续分布，并且没有明显圈闭的界限，油气在非常规致密储层纳米级狭窄孔隙中聚集，存在一个油气分子自由移动的“门槛”。
在突破高部位圈闭找油的传统理论之后，邹才能团队提出了油气分子进出喉道的最小尺寸，建立了“油气聚集孔喉结构模式”，初步推导出致密砂岩储气空间直径下限约为50纳米，泥页岩储气空间直径下限约为5纳米。
这一重大发现，在非常规油气研究方面尤为意味深长，它颠覆了传统油气聚集和资源评价方法的理论基础，为地下油气资源评价开启了全新的视角。以2004年全国油气资源评价结果为例，全国地下总生油量6万亿吨，石油总地质资源量1300亿吨，平均聚集系数仅为2%，全国地下总生气量1万万亿方，天然气总地质资源量70万亿方，平均聚集系数仅为0.7%。那么，地质过程中生成的98%的石油和99%的天然气在哪里呢？邹才能教授认为，在油气保存较好的盆地，泥页岩烃源层中滞留了30%到40%的生成油气资源，近源致密砂岩、灰岩等储层中聚集了20%到30%的油气资源，纳米级孔喉储集空间中很可能聚集了超乎我们想象的巨量油气资源。
一个个新的观点得到证实，一个个新思路开始拓展。正如邹才能教授所言“在纳米级孔隙这个无限狭窄的微观世界，有我们无限宽阔的研究空间。”
非常规战略才能发掘的财富
科研攻关是社会实践的不竭动力，科技创新是石油工业的生命线。那么，地质条件复杂的中国，如何发掘出非常规油气的最大价值呢？依据多年来的研究经验，邹才能教授的思路清晰而客观：“我国非常规油气发展要有重点，还要分层次。第一层次是致密气和致密油，应优先加快拿产量；第二层次是页岩气、煤层气和油页岩油，现阶段需加大基础研究、评选核心区和工业化试验区建设的力度，早日实现规模化有效生产；第三层次则是页岩油、水合物等，现阶段要加强资源调查、有利区评价和技术攻关，坚持超前准备。”
首先，我国致密砂岩气资源丰富，有利勘探面积约60万平方公里，技术可采资源量达到10到15万亿立方米，是我国最为现实的非常规天然气领域。目前，鄂尔多斯、四川盆地须家河组已经形成两大现实致密气区。2011年，致密气储量已占全国天然气的三分之一，年产量超过250亿立方米，占到全国天然气产量的四分之一。邹才能教授认为，未来十年，致密气将成为我国天然气增储上产主体之一，是现阶段我国非常规天然气发展的主角。
同时，我国致密油有利勘探面积约50万平方公里，地质资源量达120亿吨左右，具有广阔的勘探前景。目前，中国石油已设立了鄂尔多斯、四川等致密油重大科技专项，并正在系统开展主要盆地致密油资源评价和理论技术攻关工作。邹才能教授认为，致密油将为我国原油产量稳定增长发挥重要作用，是我国非常规石油发展的主角。
再有，页岩层系源储共生型油气储层中纳米级孔喉的发现，开辟出页岩层系油气成为新领域，带来了油气工业技术革命性需求，带动整个石油工业技术的升级换代和快速发展。页岩气是关注焦点。借鉴国外页岩气发展经验，结合中国页岩气现状，邹才能教授率先提出了“三步走”思路。
首先，加快“核心区”评价，发展页岩气应加深资源认识，摸清资源家底，找准页岩气富集的核心区，把“核心区”作为资源评价的最终落脚点。核心区是工业化试验建设选择的重点地区，是科学制定页岩气发展战略与规划的基础。
其次，加大“试验区”建设，从技术对策、体制机制、运营模式等方面进行研究与试验，探索形成针对不同地区、不同类型页岩气的开发模式，真正发挥试验区的示范带动作用，更好地促进页岩气大规模开发利用。
最后，加强“生产区”规划，将我国页岩气开发利用与常规天然气统一考虑，整体规划，合理布局，为实现页岩气大规模开发利用奠定坚实的基础。
在这个思路的指引下，2005年以来，借鉴美国页岩气的成功经验，邹才能团队加大力度，研究了我国海相、海陆过渡相和陆相三类页岩的分布和潜力，优选出一批有利勘探开发核心区，为我国页岩气发展奠定了基础。
如今，中国石油已启动四川盆地蜀南等页岩气多个工业化试验区建设项目。有利面积约5万平方公里，地质资源量达5万立方米以上，并在威201、阳101等井钻探获工业页岩气流,实现了页岩气的战略性突破。
此外，页岩油有可能成为全球非常规石油勘探未来潜在领域。邹才能教授认为，页岩油是指在生油岩中滞留的石油，未经历油气运移，页岩油概念不宜与致密油等同，目前全球还没有获得真正意义上的工业化突破和规模化生产。尽管我国陆相页岩分布范围广，仍需要加大对页岩油的理论技术研究力度，他们在近几年的研究中也取得了重要成果。
我国已经取得不同类型非常规油气研究和勘探进展。邹才能教授认为：“开发模式和管理创新已在非常规领域积极开展。采用平台式工厂化低成本开发模式，实现工业化效益开采，再加上较高油气价格和国家政策扶持，都为非常规油气发展提供了强劲动力。”
非常规才能的入地梦
作为中国非常规油气地质理论技术的引领者、创新者和推动者，邹才能教授曾这样总结自己的思路：“非常规油气研究的灵魂是回答储层有多少油气，勘探的目标是确立连续型或准连续型油气区边界，开发的追求是初期高产与长期低产累产，工作的关键是编制出成熟烃源岩厚度平面分布图、储层厚度平面分布图、储层顶面构造图和核心区评价表的‘三图一表’。随着技术方法的进步，可以推动非常规向常规转化。”
就是在这场非常规油气向常规转化的攻坚战中，非常规思想的创新打破了全球传统能源格局。北美以“海相”为主的非常规模式，引领了世界非常规油气勘探开发进程，而中国以“陆相”为主的非常规模式，将为陆上非常规油气勘探开发提供理论依据。与此同时，石油工业的生命周期得以延长，全球性非常规油气科技革命推动了整个石油工业理论技术升级换代。
邹才能教授在接受记者采访时谈到，“自古以来，中国人就有三个梦想：上天梦、下海梦、入地梦，我们找油人是入地的做梦人，也是入地的追梦人，我们的梦想就是把地下非常规，变成地上的常规，要不死心、不放弃。”
“磨刀石”上的战斗已经打响，以邹才能教授为代表的新一代石油地质专家，将为非常规油气资源，发掘出无限宝藏。
专家简介：
邹才能，中国石油勘探开发研究院副院长兼总地质师，1963年出生，石油地质专家，教授级工程师、博士生导师。1987年毕业于西南石油学院地质勘探系，2004年在中国石油勘探开发研究院获矿产普查与勘探专业工学博士学位。现任中国矿物岩石地球化学学会副理事长，北京石油学会副理事长，中国石油学会天然气专业委员会副主任，中国石油学会石油地质专业委员会油气沉积储层学组组长，中国石油学会天然气专业委员会非常规天然气学组组长；《石油勘探与开发》、《石油学报》、《天然气地球科学》杂志编委；北京大学、长江大学、西安石油大学兼职教授。长期从事非常规油气、岩性地层油气藏、大油气区等地质理论创新研究，以及我国重大预探领域、科探井与风险井、勘探技术方法等攻关、评价及实践。
邹才能教授获国家科技进步一等奖1项，省部级一等奖4项，省部级二等奖3项，省部级三等奖2项；出版《非常规油气地质》（中英文）等5部专著，发表论文100余篇；享受国务院政府特殊津贴；获得第十二次李四光地质科学奖之科技奖。
来源：科学中国人 第一期
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