“常规人”邹才能的“非常规”突破

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非常规油气纳米孔重大发现焕发石油工业春天

■本报记者 甘晓

近年来，全球非常规油气实现了工业化生产，建立了美洲“非常规油气新版图”。在美国，页岩气、致密油气得到了快速发展，“能源独立”战略正在升温。

作为中国非常规油气地质理论技术的开拓者、推动者和实践者，中国石油勘探开发研究院副院长兼总地质师邹才能带领的核心团队，以“非常规”思想，开拓创新、持续攻关，在我国非常规致密含油气储集岩中率先发现了纳米级孔喉储集空间。业内人士认为，邹才能的这一重大发现，突破了非常规油气资源规模赋存的理论瓶颈和技术难题，引领非常规油气地质的理论前沿，焕发出石油工业的又一个春天。

解开致密储层油气聚集之谜

传统石油地质理论认为，毫米和微米级孔隙是油气储层中主要储集空间。那么，由于致密砂岩、页岩等储层非常致密，油气如何运聚？是否有希望开采出有经济效益的非常规油气资源？这成了石油地学家们心中的大问题。

“非常规储层总体很致密，基本没有自然经济产量。长久以来，这成为困扰非常规油气发展的难题。”邹才能说。

上世纪90年代初，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。

石油地质界也从中获得了经验。2006年，美国学者David、Yun Wenbin等将基于实验室光源的纳米CT引入石油地质研究领域，实现了1微米以下的储层微观孔喉三维模拟。不过，这并没有引起人们的足够注意。一年之后，美国学者Reed和Loucks等人获取的全球首张巴奈特地区含气页岩有机质纳米孔喉图像，才引起石油界的兴趣。

2008年开始，“连续型”油气聚集的概念被邹才能引入我国。“结合中国非常规油气特点，我们团队展开了系统的研究，发现连续型油气聚集具有10大特征。”邹才能介绍，“我们还据此开发非常规油气资源评价方法与软件。”

正是借助一系列的基础研究，2010年3月，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，主体孔隙5~100纳米，引起我国学者的极大关注，率先证实了中国页岩气储层发育纳米级孔隙。

2010年9月，邹才能团队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。有学者指出，虽然国外同行的工作开展更早，但是我国研究者的工作更为系统、全面。不仅如此，“我们还系统完成了重点盆地非常规油气储层孔喉分布的数据。”邹才能称。

致密储层油气聚集之谜终于解开，邹才能向《中国科学报》记者介绍：“我们发现了非常规油气致密储集空间主体为纳米级孔喉系统。”他们的研究揭示出我国页岩气储层孔隙直径为5到200纳米，致密灰岩油储层孔隙直径为40到500纳米，致密砂岩油储层孔隙直径为50到900纳米，致密砂岩气孔隙直径为40到700纳米。

“这突破了从前认为储层致密没有规模储集空间的认识！”他说。为此，邹才能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。

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、压汞测试、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。

“磨刀石上的革命”

邹才能把油气勘探异常艰难的致密储层称为“磨刀石”。“比如，鄂尔多斯盆地的油气就储集在像‘磨刀石’一样的致密砂岩里。”邹才能说。

在发现了“磨刀石”里丰富的纳米级孔喉系统后，邹才能致力于研究这些微小孔喉的科学价值。他发现，我国最大的苏里格致密气区85%以上的储气空间为纳米级孔喉系统。

“我们知道，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，这些纳米级孔喉能够以什么样的方式储集了多少油气，是我们进一步研究的重点。”邹才能说。

一场“磨刀石”上的科技革命就此展开。他们研究发现，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，这就突破了在高部位圈闭找油的传统理论。

同时，油气在非常规致密储层纳米级狭窄孔隙中聚集，还存在油气分子自由移动的“门槛”。经大量实验和计算，邹才能团队首次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”。他说：“我们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。”

事实证明，这一重大发现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。据2004年全国最新一轮油气资源评价结果，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%的天然气呢？

邹才能认为，除了一部分油气散失外，其余的都在非常规储层中。“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。一般非常规油气占到80%，常规油气大概只占20%。”他说。

纳米孔喉系统对非常规油气富集的影响也许需要时间来不断完善，“就像遗传学先驱孟德尔在其论文发表35年后才被同行承认，就像麦克林托克在玉米中发现‘会跳舞’的基因曾被认为是天方夜谭长达90年一样”。邹才能信心满满地说：“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。”

纳米孔喉系统发现的重要性也将随着时间得到进一步证实，这也是油气工业领域具有革命性的大事件。他相信，这一重大发现，将鼓舞石油人在“磨刀石上闹革命”的找油信心。

理论创新革新“非常规”战略

非常规油气储层纳米级孔喉新发现，突破了资源的禁区，增加了资源类型与资源量，延长了石油工业的生命周期。但由于我国地质条件复杂，邹才能指出，我国非常规发展不能照搬国外模式，必须要有非常规思路和技术作为支撑。

据他分析，目前，致密气已成为全球非常规天然气发展的“重点”领域，致密油是全球非常规石油勘探开发的“亮点”领域，页岩气则是全球非常规天然气开采的“热点”领域，页岩油很可能成为全球非常规石油勘探未来“潜在”领域。

近几年，非常规油气的突破，改变了全球能源传统格局，形成了以中东为核心的东半球“常规油气版图”以及以北美为核心的西半球“非常规油气版图”。美国也因此试图达到能源独立，对全球政治、经济、军事等都有很深远的影响。在这样的全球形势下，邹才能立足新的“非常规”理论，提出了我国非常规油气资源发展的新战略。

凭借对非常规油气发展科学求实的精神、冷静客观的定力，他指出：“我国非常规油气发展要有重点，还要分层次。”“十二五”初期，邹才能针对我国致密油和气未受到充分重视、页岩气发展时间短的特殊局面，明确建议我国非常规油气发展要分层次。

邹才能强调：“第一层次是致密气和致密油，应优先加快拿产量；第二层次是页岩气和煤层气，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、油页岩和水合物等，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，可采资源量达到15到20万亿立方米，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以上，年产量超过250亿立方米。邹才能认为，未来十年，致密气将成为我国天然气增储上产主体之一。

2011年，鄂尔多斯盆地致密砂岩大气区实现探明储量超3万亿立方米，年产量达到180亿立方米。四川盆地须家河组致密砂岩大气区资源量超过5万亿立方米。此外，在松辽盆地、吐哈盆地、准噶尔盆地及塔里木盆地库车东部均获得重要新发现。邹才能表示：“这些地区都是未来重要的致密气潜力区。”

其次，据邹才能团队初步评价显示，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。邹才能相信，致密油将为我国原油产量稳定增长发挥重要作用。

第三，泥页岩层系源储共生型油气储层中纳米级孔喉的发现，开辟出泥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。

当前，页岩气是我国非常规油气领域中的关注焦点。根据非常规油气连续型聚集理论，页岩既是源岩，也是储集层。页岩气在北美最早被发现，其开采主要依靠水平井多级压裂、微地震监测、平台式“工厂化”生产等技术方法。2011年，美国页岩气产量达到1700亿立方米，进入了天然气富裕的新时代。

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等井钻探获日产大于1万立方米的页岩气流。

此外，页岩油正成为全球非常规石油勘探未来潜在领域。邹才能认为，页岩油是指在生油岩中滞留的原油，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。

而在工业化试验区建设上，邹才能认为，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。”

“常规人，要有非常规的思想。”这句话邹才能经常对团队成员说起。他也时刻在践行自己的这一座右铭。

《中国科学报》 (2012-06-13 A4 院士大会特刊)

From:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2012/6/259290.shtm?id=259290

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