我國化石能源勘探、開發(fā)潛能與未來

滕吉文,司 薌,王玉辰

(1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京100029;2.自然資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心,北京100034;3.吉林大學(xué),吉林長春130026;4.中國科學(xué)院大學(xué),北京100049)

我國是一個擁有14×108人口的大國,地域廣闊,但物并不博,目前我國已成為世界能源消費(fèi)的第一大國,對外依存度不斷攀升。2018年,石油對外依存度已達(dá)71%,天然氣對外依存度已達(dá)43%[1],到2030年將上升到何種程度令人擔(dān)憂。如何將能源安全保障主動權(quán)掌控在自己手中,乃是國家戰(zhàn)略需求之必須。因?yàn)?它是科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)騰飛與社會發(fā)展以及由一個科技大國向科技強(qiáng)國前進(jìn)的動力。

我國在油氣勘探、開發(fā)的征程上經(jīng)歷了一個逐步深化、理解與實(shí)施的過程。這也是世界對油氣勘探進(jìn)程中逐步深化認(rèn)識與發(fā)展的軌跡！約在20世紀(jì)30年代,油氣勘探開發(fā)乃是以構(gòu)造圈閉油氣為導(dǎo)向,即是在尋找背、向斜及潛山等圈閉地質(zhì)體的框架下進(jìn)行的。20世紀(jì)50年代前后,我國提出了陸相生、儲油氣理論,在新中國建設(shè)與發(fā)展初期起到了極為重要的作用。20世紀(jì)六七十年代,則以有機(jī)質(zhì)生烴與油氣理論為主體,即巖相油氣藏。進(jìn)入21世紀(jì)后至今,則處在第二深度空間(5000～10000m)[2-9]和“連續(xù)型”油氣密集型與非常規(guī)油氣的發(fā)展時代[10-13],而且驅(qū)動著以前認(rèn)為不可能開發(fā)的深層和致密油氣藏,甚至低滲透率的巖層均可能形成一定規(guī)模化的油氣藏。這便為大力擴(kuò)展油氣能源勘探、開發(fā)和利用開辟了新的領(lǐng)域。

油氣勘探開發(fā)已有300年的歷史,據(jù)其勘探領(lǐng)域可劃分為構(gòu)造油氣藏、巖性地層油氣藏和非常規(guī)連續(xù)型油氣藏,也是三大發(fā)展階段。在每一段歷史發(fā)展中,我國石油和天然氣勘探開發(fā)基本上都是跟隨著世界上有關(guān)石油地質(zhì)理論的步伐前進(jìn)。應(yīng)當(dāng)看到陸相生油氣理論對我國油氣發(fā)展起到了極為重要的作用,首先是大慶油田的發(fā)現(xiàn)為解放后新中國初期建設(shè)提供了能源新徑。近半個世紀(jì)的油氣勘探和開發(fā)實(shí)踐,打破了歐美一致認(rèn)為中國貧油和無油氣的信條,相繼在我國陸相、海相沉積建造中發(fā)現(xiàn)了一批批中型、大型油氣田。

顯然,在上述每一個發(fā)展階段的油氣勘探、開發(fā)、利用的過程中,對油氣的生成、聚集、分布等認(rèn)識均有重大進(jìn)步,促進(jìn)了油氣在我國建設(shè)事業(yè)中的作用發(fā)揮,更好地滿足了人民生活的需求。

在全球的油氣發(fā)展進(jìn)程中,特別是非常規(guī)油氣存儲為世界能源的供給提供了可持續(xù)發(fā)展的新園地。在我國能源的勘探、開發(fā)進(jìn)程中,人們必須清晰地認(rèn)識到我國少油、缺氣而富煤。盡管我國煤炭需求暫時疲軟、限產(chǎn),然而至今煤炭作為一種永繼的能源,在我國能源結(jié)構(gòu)中至今仍占65%左右的份額,如果將我國能源資源保有經(jīng)濟(jì)可供儲量折合2150×108t油當(dāng)量[14],則煤炭占比超過90%,油、天然氣占比卻很小,這表明我國的能源配置與歐美等國以油氣為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)不同。對于一個科技大國,并向科技強(qiáng)國挺進(jìn)的中國來講,不僅這樣的結(jié)構(gòu)很不均衡,而更為重要的是能源安全保證問題。隨著高新科技的發(fā)展和應(yīng)用,煤炭的清潔、高效利用一定會提上日程,特別是煤炭燃燒過程中CO2的捕獲、煤制油、制氣和煤化工的發(fā)展以及煤炭儲地深層燃燒及發(fā)電等的轉(zhuǎn)化效應(yīng),當(dāng)必會給煤炭帶來新的更大的發(fā)展機(jī)遇。我國的煤炭資源量高達(dá)6×1012t,通過一系列技術(shù)改進(jìn)、轉(zhuǎn)化,必為我國“永不衰竭的主體能源”[3,15]。

基于我國過去、現(xiàn)在能源的潛能與需求,預(yù)計(jì)在未來的整體能源結(jié)構(gòu)中,若以10年為一個階段,則2010年、2020年、2030年和2040年這4個階段的石油需求量分別為69×108,123×108,189×108,252×108t油當(dāng)量,天然氣需求量分別為101×1010,305×1010,685×1010,1170×1010m3,原煤需求量分別為536×108,921×108,1362×108,1789×108t,天然鈾需求量分別為2×104,10×104,34×104,70×104t,所有這些均為我國快速工業(yè)化、經(jīng)濟(jì)騰飛與建設(shè)世界科技強(qiáng)國必須保障供給的核心能源。為此,在當(dāng)今世界紛爭的格局和科技發(fā)展大潮中,在多元化利用世界能源的同時,必須立足于本土,構(gòu)筑綜合能源有機(jī)匹配體系,建設(shè)起安全的、穩(wěn)定的,且可保障長期供給的各類能源的戰(zhàn)略后備基地刻不容緩！

面對當(dāng)今世界油、氣、煤等潛在能源的分布和我國快速發(fā)展的需求,則必須針對我國領(lǐng)土、領(lǐng)海地下各類能源存儲的潛力,勘探和開發(fā)理念、方法和技術(shù)水平,在發(fā)展中加深理解,在理解與踐行及示范中創(chuàng)新。因?yàn)楦櫴澜绫仨氂羞吔鐥l件而不是照搬或終極。顯然,如何從實(shí)際出發(fā),從目標(biāo)出發(fā),從可能出發(fā),厘定我國能源匹配與組合的路線乃是關(guān)系到整個國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和能源合理結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在。為此,概括起來本文將討論以下3個方面的問題:①第二深度空間(5000～10000m)油、氣化石能源乃本世紀(jì)中葉前后勘探、開發(fā)和供給的重要領(lǐng)域;②在我國非常規(guī)油氣中,頁巖油氣藏在示范研發(fā)與最大限度減少污染的同時加強(qiáng)理論、技術(shù)研究是發(fā)展的必然路線;③煤炭的高效利用和能型轉(zhuǎn)化,如煤制氣、煤制油、地下燃燒煤產(chǎn)氣發(fā)電和煤化工并舉乃我國能源之本！

1 第二深度空間油氣化石能源乃本世紀(jì)勘探與開發(fā)的主體領(lǐng)域

隨著第一深度空間(<5000m)油氣田的勘探、開發(fā)和消耗,油氣的潛在資源量在逐減,已遠(yuǎn)不能滿足我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的需求。盡管在不同地區(qū)尚可發(fā)現(xiàn)新油氣藏,但其量畢竟很有限,而當(dāng)今油氣供需的對外依存度逐增,能源安全形勢日趨嚴(yán)重?？墒?當(dāng)今常規(guī)石油能源的采收率依然尚低(約為70%),如何提高采收率是研究重點(diǎn)之一。同時,地殼內(nèi)部陸相、海相沉積建造中,中新生代一直到古生代地層中都存在著豐富的潛在油氣藏[4-5],故向第二深度空間要油、要?dú)馐俏覈?乃致世界能源勘探、開發(fā)和消耗的必然走向！顯然,至少在本世紀(jì)中葉乃至下葉以后,常規(guī)化石能源必是主控能源。

1.1 世界各地第二深度空間的油氣勘探發(fā)展概況

早期油氣勘探與開發(fā)深度一般不超過3000m,稱為第一深度空間的油、氣。世界上第二深度空間的油氣勘探始于20世紀(jì)50年代[16],當(dāng)時稱為深部或超深部。據(jù)統(tǒng)計(jì)[17-20]:目前已有超過1000個油、氣田的含油、氣儲層深度位于4500～8103m,其石油儲量占全球的7%,天然氣儲量占全球的25%。美國1956年在西內(nèi)盆地阿納達(dá)科凹陷發(fā)現(xiàn)了深層氣藏,埋深達(dá)4663m,為當(dāng)時之最深;1977年在阿納達(dá)科凹陷發(fā)現(xiàn)更深的氣藏,達(dá)7663～8083m。前蘇聯(lián)24個深層含油、氣盆地中,儲層埋深大于6000m的盆地占比為75%,其中4個探明儲量達(dá)到工業(yè)級油、氣藏[21]。當(dāng)前油氣勘探由陸上向海上進(jìn)軍,由淺層向第二深度空間(埋深大于7500m)發(fā)展,這也離不開深層鉆井和完井等技術(shù)的促進(jìn)[14]。表1給出了全球七大深層油、氣產(chǎn)區(qū)的油氣探明和控制(2P)可采儲量分布,可見,第二深度空間的油、氣勘探潛力巨大。

1.2 國外第二深度空間的油氣藏分布特征

國外深鉆井主要分布于北美洲、中東及前蘇聯(lián):北美洲如Gulf Coast、Anadarko、Permiao、California、Alasla、Rocky Mountain等盆地,中南美洲如Santa CvusTarij、Maracaiho、Sureste等盆地,前蘇聯(lián)如Vilguy、Dineper-Donets、Suvith Caspian、North Csapian、Middle Caspian、Amn-Darya、Fergna Valley、Akuban等盆地,歐洲如Aqartaino、P Vally等盆地,中東如Omen盆地等,非洲如Sirte盆地等[22]。

表1 全球七大深層油、氣產(chǎn)區(qū)2P可采儲量[14]

美國已有深鉆井20715口,其中,深度大于4500m的占比為54.7%,產(chǎn)層深度大于6000m的產(chǎn)井占比為4.7%,52口鉆探深達(dá)7500m[23]。俄羅斯古老克拉通地區(qū)氣藏及凝析氣藏產(chǎn)層主要分布在4000～6000m深度范圍。墨西哥灣盆地外帶的含油、氣相帶位于約6000m深處。

1.3 我國第二深度空間的油氣藏分布特征

我國油、氣勘探目標(biāo)已逐步轉(zhuǎn)向盆地更深層的沉積建造,即第二深度空間,主要分布于西部、東部、中部幾個典型盆地。

塔里木盆地目前油氣儲層鉆井測試已完成156口,儲層底界超過5000m深度的占比為33.3%。中石油完成了7口大于7000m的深井,已完鉆的深度在5000～7000m的深鉆井超過450口。塔深1井深度達(dá)到8404m,深部奧陶系到三疊系厚度為600m左右的白云巖中發(fā)現(xiàn)液態(tài)烴,產(chǎn)微量氣。康東坳陷的博孜1井為塔里木盆地最深的氣流井,7014～7084m深井段屬典型的碎屑巖凝析氣藏。托普39井鉆井深度已達(dá)8800m,是塔里木盆地最深的工業(yè)油流井,主要產(chǎn)油井段深度為6950～7110m[24-27],為孔洞型儲層,能形成有效的深部儲集體。準(zhǔn)噶爾盆地開展了7000m以下的深部鉆探工作,已初步見效。

渤海灣盆地渤中凹陷為最大的富生烴凹陷,面積達(dá)8660km2,其中沙河街組烴源巖最大埋藏深度達(dá)9000m,有機(jī)質(zhì)類型好;東三段平均埋深達(dá)6000m,處于成熟-高成熟階段。冀中坳陷1992年以前已有176口測井深度大于4000m、獲得工業(yè)油氣產(chǎn)出的深測井,占比為20%。黃驊坳陷主要包括5個生烴凹陷,屬持續(xù)埋深型生烴凹陷。南堡凹陷主要沉積中心如北堡、高柳,沉積厚度為3800～4400m,儲集層深度超過6000m,富含烴源巖有機(jī)質(zhì)?？紤]到我國目前實(shí)際鉆探技術(shù)水平,將我國東部含油、氣盆地的深層勘探深度界定在6000m以下是比較科學(xué)的。

四川盆地及其周邊地區(qū),下志留統(tǒng)龍馬溪組底界古埋深大于6500m,下寒武統(tǒng)牛蹄塘組底界古埋深大于9000m。龍馬溪組底界古埋深向盆地東南緣和北緣明顯加深,最大埋深處位于川西—川北前陸盆地,深達(dá)11000m,最小古埋深處在川中—川西南宜賓—自貢—遂寧一帶,也接近8000m[28]。普光氣田、元壩氣田位居我國前三位的大型海相氣田,前者形成經(jīng)過了3個油氣運(yùn)移期,在3625m深度為進(jìn)油期,在5292m深度進(jìn)行第2次運(yùn)移,在6958m深度進(jìn)行第3次運(yùn)移;后者測井鉆深大于7300m時發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)氣流。顯然,我國四川盆地第二深度空間的頁巖氣有很大的潛力[29-37]。不過,必須清晰地認(rèn)識到我國的頁巖氣與美國頁巖氣在質(zhì)與量上均存在明顯差異。

總之,當(dāng)今我國油氣處在關(guān)鍵時刻,必須清晰地認(rèn)識到,隨著勘探技術(shù)的提高,至少在21世紀(jì)中下葉時期,乃至更長時期,第二深度空間(5000～10000m)的常規(guī)油氣勘探、開發(fā)、利用確實(shí)仍占有極為重要的地位,且已成為我國能源供給的必然途徑。強(qiáng)化第二深度空間油氣勘探與開發(fā)已刻不容緩[2,5,7,9,15,38-42]。

2 頁巖油氣藏乃化石能源發(fā)展的必然軌跡

在世界石油和天然氣能源發(fā)展的進(jìn)程中,特別是1995年美國地質(zhì)勘探局(USGS)的SCHMAKERSCHMAKER[10,43]和GANTISR等[11]提出“連續(xù)型”油氣聚集的概念,開啟了非常規(guī)油氣的新認(rèn)識、新紀(jì)元。2002年LAW[44]提出了非常規(guī)油氣的構(gòu)思;對Barnett頁巖儲集層有機(jī)質(zhì)微空觀孔喉舌特征的研究[45-47],特別是微納米孔喉結(jié)構(gòu)模型的提出,突破了頁巖、致密砂巖無儲層空間的約束[10,43,48-50],揭示了非常規(guī)油氣“連續(xù)型”聚集的規(guī)律性認(rèn)知,現(xiàn)已成為油氣開發(fā)的前沿。這為21世紀(jì)油氣勘探開發(fā)與創(chuàng)新帶來了新的機(jī)遇。

非常規(guī)油氣資源是未來油氣勘探的戰(zhàn)略性領(lǐng)域。據(jù)美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局和美國能源部統(tǒng)計(jì),目前全球非常規(guī)石油資源規(guī)模達(dá)4495×108t,與常規(guī)石油資源基本相當(dāng),全球非常規(guī)石油產(chǎn)量快速上升,2008年較2001年增長近一倍,已經(jīng)超過6000×104t;全球非常規(guī)天然氣資源規(guī)模達(dá)3922×1012m3,是常規(guī)天然氣資源的8倍,非常規(guī)天然氣產(chǎn)量快速上升,已經(jīng)超過5600×108m3。因此需要加強(qiáng)在理論、技術(shù)方面的突破,強(qiáng)化勘探與開發(fā)的深度,并在查明存儲及潛力的前提下逐漸形成規(guī)模與產(chǎn)能。在非常規(guī)油氣中,盡管包括諸多的內(nèi)涵,如致密油氣、煤層氣、頁巖油氣等,并逐為石油界所矚目,而當(dāng)今應(yīng)當(dāng)重視的實(shí)屬頁巖油氣。因?yàn)檫^去認(rèn)為不能作為儲層的致密巖系或幾乎無滲透性的封隔層系當(dāng)今已均可成為具有可開發(fā)價值的儲集層,且分布廣泛。

2.1 世界上頁巖氣分布與潛能

據(jù)推測世界頁巖氣資源量達(dá)456×1012m3,主要分布于北美、南美、前蘇聯(lián)、中國、中亞、中東和北非等地區(qū)(表2)。

2.1.1 美國頁巖氣的發(fā)展

1976年美國能源部、能源研究和開發(fā)署(ER-DA)、國家地質(zhì)調(diào)查局、州級地質(zhì)調(diào)查局等多家機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起,實(shí)施了針對頁巖氣研究與開發(fā)的東部頁巖氣工程計(jì)劃(EGSP),這顯著擴(kuò)大了頁巖氣勘探開發(fā)范圍,促進(jìn)了頁巖氣產(chǎn)量大幅度增加,催生了一批科研成果,為美國頁巖氣的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1998—2007年美國非常規(guī)天然氣步入快速發(fā)展階段,產(chǎn)量增加65%。2015年年產(chǎn)量達(dá)4250×108m3,占全球頁巖氣產(chǎn)量的90.56%[52]。

表2 全球頁巖氣資源分布[51] 1012m3

美國頁巖氣主要產(chǎn)于泥盆系、石炭系、侏羅系,工業(yè)開發(fā)頁巖氣主要分布于中西部地區(qū)的古生界、中生界及新生界海相頁巖層系中,包括阿巴拉契亞、密西根、伊利諾斯等盆地,如威利斯頓Bakken、圣胡安丹佛、Barnett、Woodford、Marcellus和Haynesville頁巖等,產(chǎn)量可達(dá)930×108m3[45-46]。

2.1.2 美國之外的幾個主要國家頁巖氣的發(fā)展

加拿大是繼美國之后成功開發(fā)頁巖氣的第2個國家,目前其頁巖氣供應(yīng)量已占據(jù)北美市場的半壁江山,其頁巖氣資源主要分布于不列顛哥倫比亞省、阿爾伯塔省、薩斯喀徹溫省、南安大略地區(qū)、魁北克低地以及濱海諸省。不列顛哥倫比亞省東北部的霍恩河盆地將成為北美第三大頁巖產(chǎn)氣區(qū),僅次于美國的Marcellus和Haynesville頁巖氣藏。

歐洲非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)主要集中在波蘭、奧地利、瑞典、德國和英國等,其非常規(guī)天然氣產(chǎn)量據(jù)預(yù)測2030年高達(dá)600×108m3/年,其中波蘭產(chǎn)量最高。2009年在德國國家地學(xué)研究中心(GFZ)啟動了“歐洲頁巖氣研究計(jì)劃(GASH)”,旨在通過收集歐洲各地區(qū)的頁巖樣品、測井試井和地震資料,建立歐洲頁巖數(shù)據(jù)庫,并與美國含氣頁巖進(jìn)行對比研究。

澳大利亞頁巖氣可開采資源量約為11×1012m3,主要分布在Cooper,Perth,Amadeus,Georgina和Canning等盆地。依據(jù)20%采收率的保守估計(jì),Perth盆地可采頁巖氣為1.67×1012m3[53-55]。澳大利亞地層的鉆井、完井以及壓裂成本高于美國的大多數(shù)頁巖氣田,挑戰(zhàn)性大,商業(yè)生產(chǎn)需要在長水平井完井作業(yè)后進(jìn)行大規(guī)模水力壓裂。

2.2 中國頁巖氣能源的可能潛力概況與分布

據(jù)估計(jì),我國頁巖氣可采資源量可達(dá)26×1012m3,與美國大致相當(dāng)[56-58],主要分布在鄂爾多斯、四川、松遼、渤海灣、塔里木、準(zhǔn)噶爾、吐哈、江漢等含油氣盆地[29,59-64]。頁巖地層既有有機(jī)質(zhì)含量高的古生界海相頁巖、海陸交互相頁巖,也有有機(jī)質(zhì)較豐富的中、新生界陸相頁巖[62,65]。主要遠(yuǎn)景區(qū)位于川南、川東、渝東南、黔北、鄂西等上揚(yáng)子地區(qū)。

目前我國頁巖油、氣勘探開發(fā)總井?dāng)?shù)達(dá)到63口,在泌陽凹陷、東濮凹陷、遼河坳陷及濟(jì)陽坳陷等中新生界陸相泥頁巖層系獲得了工業(yè)油流。但是我國的頁巖氣勘探開發(fā)面臨著:①與美國頁巖、加拿大油頁巖和致密砂巖等世界頁巖氣強(qiáng)國相比,在頁巖類型、含氣豐度和采掘條件等方面均存在較大差異;②多處發(fā)現(xiàn)頁巖氣顯示,但不一定有工業(yè)價值;③氣含量是核心問題;④裂縫,水平鉆井技術(shù)、用水量與產(chǎn)能是關(guān)鍵;⑤液體返回地面的污染程度與防范;⑥經(jīng)濟(jì)投入與效益。

3 煤炭與煤層氣及其轉(zhuǎn)化乃能源持續(xù)供給之本

20世紀(jì)40年代,德國學(xué)者認(rèn)識到煤層中存在大量天然氣,且可成為工業(yè)氣田[66],之后,這大為促進(jìn)了煤氣工業(yè)的發(fā)展,并發(fā)現(xiàn)了一系列大型煤層氣田。當(dāng)今,煤層氣在煤儲層中主要有3種形式的存在相態(tài),即吸附相、游離相和溶解相,這3種相態(tài)的甲烷氣體處在一個動態(tài)平衡中。當(dāng)煤層中的流體壓力降低時,以物理吸附的形式吸附在煤基質(zhì)空隙內(nèi)表面的煤層氣發(fā)生解吸作用變?yōu)橛坞x態(tài)煤層氣,而后這游離態(tài)的煤層氣經(jīng)過煤基質(zhì)擴(kuò)散滲流進(jìn)入天然裂隙,這時天然裂隙中呈游離態(tài)的煤層氣通過滲流抵井筒而產(chǎn)出[67-72]。煤層氣是非常規(guī)天然氣勘探與開發(fā)的重要領(lǐng)域,從機(jī)理上向斜構(gòu)造對煤層氣富集十分有益[73]。煤系天然氣中有非常規(guī)“連續(xù)型”和常規(guī)圈閉型兩種主要類型,它們在聚集形態(tài)、機(jī)理、分布、勘探和開發(fā)方式諸多方面均具有明顯差異。

3.1 國外煤層氣與分布概況

根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)[52]的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),估測俄羅斯、加拿大、美國、中國、澳大利亞、英國、哈薩克斯坦等國家是全球煤層氣資源量較大的國家,其資源量可達(dá)256.1×1012m3。在這些國家中俄羅斯的煤成氣資源量居世界第一位[74-76]。

在全球范圍內(nèi)的天然氣儲量中,煤成氣占有重要地位,截止2017年底世界上發(fā)現(xiàn)煤成超大氣田13個,總原始儲量49.99528×1212m3,為該年世界總剩余可采儲量193.5×1012m3的25.8%。2017年世界有產(chǎn)氣大國15個,共產(chǎn)氣28567×108m3,其中6個以產(chǎn)煤成氣為主的國家共產(chǎn)氣11369×108m3,占產(chǎn)氣大國總產(chǎn)量的39.8%。

世界主要產(chǎn)煤國都十分重視開發(fā)煤層氣專項(xiàng)勘探和測試,美國、英國、德國、俄羅斯等國煤層氣的開發(fā)利用起步較早。2001年美國天然氣研究所公布美國煤層氣資源為21.19×1012m3。20世紀(jì)70年代至80年代初,美國開始進(jìn)行地面煤層氣開采并獲得成功,從1983年到1995年,美國煤層氣年產(chǎn)量從1.7×108m3猛增到250.0×108m3,迅速形成了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。2005年產(chǎn)量已超過500×108m3,占美國天然氣總產(chǎn)量的8%～10%,成為美國重要的能源資源[76]。加拿大從1978年開始進(jìn)行煤層氣開采試驗(yàn),2002年煤層氣年產(chǎn)量約1.0×108m3,2004年增加到15.5×108m3,預(yù)計(jì)2020年可達(dá)到207×108m3,2024年將達(dá)到310×108m3[77]。

3.2 我國煤層氣資源量與分布概況

我國煤層氣開發(fā)起步較晚,自1994年開始煤層氣專項(xiàng)勘探以來,已在沁水盆地實(shí)現(xiàn)了煤層氣工業(yè)產(chǎn)量,目前我國正步入煤層氣開發(fā)突破階段,2010年我國煤層氣生產(chǎn)能力達(dá)到25×108m3,將實(shí)現(xiàn)我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。下面分別討論發(fā)展概況、深度影響和分布[76,78]。

3.2.1 我國煤層氣勘探與開發(fā)發(fā)展迅速

1978年,我國天然氣地質(zhì)儲量為2284×108m3(其中煤成氣203×108m3),年產(chǎn)氣137×108m3(其中煤成氣3.43×108m3);至2016年底,我國天然氣地質(zhì)總儲量為118951.2×108m3(其中煤成氣為82889.32×108m3,占全國的69.7%),年產(chǎn)氣1384×108m3(其中煤成氣742.91×108m3,占全國的53.7%)。天然氣儲量、煤成氣儲量、天然氣產(chǎn)量和煤成氣產(chǎn)量分別是1978年的52倍、408倍、10倍和216.6倍,使中國從貧氣國邁入世界第6產(chǎn)氣大國[79]。

3.2.2 我國煤層氣儲藏盆地的技術(shù)可開采儲量

塔里木盆地庫車凹陷至今已發(fā)現(xiàn)煤成氣田和凝析氣田12個,煤成油田2個(依奇克里克,大宛齊[80-81])。泌水盆地、吐哈盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和鄂爾多斯盆地的煤層氣的可開采儲量均大于10000×108m3,總計(jì)可采儲量為85825.9×108m3,占總量的61.8%,其它盆地為53150.8×108m3,占總量的38.2%[76]。

鄂爾多斯盆地煤層氣技術(shù)可開采資源量最大,為42346.78×108m3,占全國煤層氣技術(shù)可開采資源量的30.42%;泌水盆地煤層氣資源量為15939.60×108m3,占全國可開采資源量的11.47%;吐哈盆地排第3位,為14275.56×108m3,占全國可開采資源量的10.27%;準(zhǔn)噶爾盆地煤層氣資源量為13263.96×108m3;松遼盆地煤層氣資源量僅為12.60×108m3[82]。

3.2.3 鄂爾多斯盆地蘇里格煤成超大型氣田

鄂爾多斯盆的氣田至2017年底歷年共產(chǎn)氣3783×108m3,其中煤成氣占90%以上,其中蘇里格氣田占鄂爾多斯盆地歷年總產(chǎn)氣量的41.3%,占全國年產(chǎn)氣量的14.2%。蘇里格超大型氣田的勘探和開發(fā)對中國成為世界第6產(chǎn)氣大國起到了重大作用。伊陜斜坡西南部油區(qū)深部具有有利的成藏條件,今后應(yīng)加強(qiáng)煤成氣的勘探開發(fā)[83-90]。

3.2.4 煤層氣優(yōu)勢地域

煤層氣的勘探、開發(fā)和利用已為我國能源中不可輕視的工作。應(yīng)當(dāng)說,我國煤田區(qū)確實(shí)存在相應(yīng)的煤層氣。為此,在煤成氣田的分析中首先要服從于煤炭存儲的分布,我國的華北、華南當(dāng)屬首位,這兩個區(qū)域可占比81.74%,更為重要的是在2000m乃至深層范圍內(nèi)尚有待勘探、開發(fā)和發(fā)現(xiàn)的大型、超大型煤田,且更具潛力。

一個非常重要的問題是,四川已在第二深度空間(5000～10000m)發(fā)現(xiàn)了龍崗和元壩兩個煤層氣大氣田,除新深1井和元壩222井產(chǎn)油型氣,其它均產(chǎn)煤層氣[79]。為此,無論在四川盆地,還是在我國西部、東部等地區(qū),對頁巖氣,特別是煤層氣的勘探與開發(fā)必須十分重視第二深度空間的深地。

3.3 我國煤炭資源乃主體化石能源

我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,煤炭比重遠(yuǎn)高于其它國家。據(jù)統(tǒng)計(jì),1990年、2002年、2005年、2011年和2013年,我國煤炭消費(fèi)在能源消費(fèi)構(gòu)成中所占比例分別為76.2%,68.0%,70.8%,77.8%和66.0%,至今仍占到整個能源結(jié)構(gòu)配置中的65%左右。我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)難以改變,現(xiàn)有能源資源的分布決定了我國目前以煤炭為主體的能源消費(fèi)相關(guān)結(jié)構(gòu)。

3.4 我國煤炭高質(zhì)高效的利用

煤炭為我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與工業(yè)化進(jìn)程提供了能源保障,但給生態(tài)環(huán)境帶來了問題。必須制定出適應(yīng)我國國情的煤炭工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,實(shí)現(xiàn)煤炭資源的多元化高效利用,達(dá)到在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中煤炭工業(yè)與生態(tài)環(huán)境的平衡。我們必須發(fā)展?jié)崈羯a(chǎn)技術(shù)、潔凈加工技術(shù)、高效潔凈轉(zhuǎn)化技術(shù)、高效潔凈燃燒與發(fā)電技術(shù)、燃煤污染排放治理技術(shù)等潔凈煤技術(shù)[3-4,15]。另外,在深部煤炭燃燒氣化輸氣方面,德國、加拿大、波蘭、俄羅斯、美國、英國等已進(jìn)行了場地試驗(yàn),取得了一定成效,有了一定的技術(shù)積累[91-100],值得借鑒,我國應(yīng)加大研究。

4 討論與結(jié)語

當(dāng)今世界人口增長、經(jīng)濟(jì)騰飛,人民生活水平不斷提升,對能源的需求日益劇增。我國目前面臨著油氣能源對外依存度不斷攀升的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)格局,2018年油、氣對外依存度已分別達(dá)到71%和43%。然而一次性化石能源的消耗當(dāng)比穩(wěn)定增速,特別是第二深度空間(5000～10000m)的潛在油氣勘探、開發(fā)和利用必須強(qiáng)化。與此同時,在非常規(guī)油氣資源快速發(fā)展的今天,對我國來講重點(diǎn)應(yīng)放在煤層氣、頁巖油和頁巖氣上,特別是前者?；谖覈庇汀⑸贇?、富煤的總體格局,在高效、清潔、低碳、安全利用的進(jìn)程中煤炭的轉(zhuǎn)化潛能必將是能源戰(zhàn)略長遠(yuǎn)思考的必然選擇,潛能是巨大的。為此,在本世紀(jì)中葉前后,常規(guī)和非常規(guī)的能源同步發(fā)展路線圖是適宜于國家能源戰(zhàn)略需求的。切莫一時“腦熱”,也不能只是“跟隨”世界大潮,而是要遵循國情和理念,基于不同種類能源發(fā)展的邊界條件和目標(biāo)“函數(shù)”去創(chuàng)造我國能源的未來。

為此,我國能源在戰(zhàn)略上必須是以我國實(shí)際家底為基石,對引進(jìn)理念、技術(shù)的真正理解和消耗,并在多元利用世界能源的同時,強(qiáng)化立足本土并創(chuàng)建中國能源的合理科學(xué)配置與發(fā)展走向,依據(jù)當(dāng)今的技術(shù)水平及能力,存儲條件及開發(fā)利用的分維、建立起安全的、穩(wěn)定的且可保障長期供給的能源戰(zhàn)略后備基地。

1) 強(qiáng)化第二深度空間(5000～10000m)常規(guī)和非常規(guī)油氣能源勘探、開發(fā)和利用的并行路線圖,主指:①我國陸相、海相,即雙相沉積建造潛力巨大,是本世紀(jì)中葉前后常規(guī)油氣勘探和開發(fā)中的重要能源;②非常規(guī)油氣中的頁巖氣乃能源勘探與開發(fā)的重要導(dǎo)向,應(yīng)量化研究,科學(xué)計(jì)算客觀資源量(包括數(shù)量和質(zhì)量),并加強(qiáng)示范研究,且在將污染和投入均減少到最低限度情況下踐行和大力開發(fā)。

2) 強(qiáng)化第二深度空間煤炭(500～2000m)和煤層氣(5000～10000m)的勘探、開發(fā)和利用。①我國2000m以淺煤炭資源潛力巨大,是我國能源結(jié)構(gòu)中的主體,是我國能源安全長期保障的基石。②煤炭生產(chǎn)過程與其所形成的大量天然氣煤層氣是我國能源的未來。我國煤層氣資源量居世界前四位,但勘探程度、技術(shù)水平和工藝水平均尚低,在技術(shù)引進(jìn)的過程中必須加強(qiáng)高新技術(shù)投入和創(chuàng)新,以達(dá)大力勘探、開發(fā)和提高產(chǎn)能。③煤炭高效利用與轉(zhuǎn)化乃必然軌跡,煤制油、煤制氣、地下燃燒發(fā)電、向地面輸電、輸氣和煤化工多樣化等技術(shù)及工藝過程已基本可行,應(yīng)實(shí)施與發(fā)展。

3) 扎實(shí)加強(qiáng)油、氣、煤勘探、開發(fā)和高效利用的理論、技術(shù)、產(chǎn)能提升的基礎(chǔ)研究,并從我國的理念、技術(shù)、產(chǎn)能提升的基礎(chǔ)上探求新路、從我國實(shí)際出發(fā)創(chuàng)新我國能源未來。①大力引入和應(yīng)用國內(nèi)外相關(guān)學(xué)科的高新技術(shù)成果,以達(dá)最大限度地減輕能源開采過程中的各種對環(huán)境的破壞、污染并強(qiáng)化示范研究,為人民營造一個良好的生活與生存空間。②我國未來能源結(jié)構(gòu)、能源開發(fā)利用和潛力要從建設(shè)世界能源科技強(qiáng)國出發(fā),奮力創(chuàng)新。因?yàn)?理念、方法、技術(shù)乃致他人的經(jīng)驗(yàn)的引進(jìn)不等于引進(jìn)了創(chuàng)新思維,更不等于引進(jìn)了創(chuàng)新能力。在多元化共享世界能源的同時必須立足本土,建立起安全的、穩(wěn)定的且可保障長期供給的能源戰(zhàn)略后備基地及人才。

4) 我國能源匹配的基本模式應(yīng)為“第二深度空間常規(guī)油氣”+“煤層氣與煤能型轉(zhuǎn)換”+“非常規(guī)頁巖油氣”。