非常规能源开发利用现状及趋势

王淑玲，张 炜，张桂平，孙张涛

（中国地质图书馆，北京100083）

进入21世纪以来，随着常规能源的大量消耗，在全球能源资源分布不平衡以及国际投机资本炒作等因素的共同作用下，国际能源供需形势日趋紧张。世界主要国家从能源安全和经济发展的角度考虑，竭尽全力寻找各类可替代的能源。尤其是美国成功的开发页岩气，进一步促进各国对非常规能源的关注，并陆续加大科技投入，勘查开发本国的非常规能源资源。

1 世界非常规能源资源丰富，潜力巨大

这里的非常规能源，是指不能用常规的方法和技术手段进行勘探开发的另一类能源资源，其埋藏、赋存状态与常规能源有较大的差别，开发难度大、费用高。主要指油页岩、油砂矿、煤层气、致密砂岩气、页岩气、天然气水合物、干热岩等。在上述非常规能源中，除了潜力巨大的天然气水合物因生产技术尚处于研发阶段外，其他几类资源的勘查与开发活动非常活跃，与此相关的新技术研发在其中起了关键作用［1］（图1）。

据2010年中国首次非常规油气资源国际研讨会资料，权威专家估算的全球非常规天然气资源量为2338.2万亿m3，约为世界常规天然气资源量的4.6倍［2］。

1.1 页岩油

油页岩广泛产于寒武系至第三系，主要分布在美国、扎伊尔、巴西、意大利、摩洛哥、约旦、澳大利亚、中国和加拿大。世界页岩油资源量约为4539亿t，超过了目前世界石油储量。其中，美国就有3000多亿t，美国西部的绿河页岩油资源量约为2055亿t，东部泥盆系黑色页岩油约259亿t。中国排名第二位，页岩油资源量为476亿t［3］。但是，世界上大多数国家的油页岩地质勘探程度不够，研究程度很低，目前只有美国、中国、澳大利亚、瑞典、爱沙尼亚、约旦、法国、德国、巴西和俄罗斯等国的部分油页岩矿床做了详细勘探和评价工作，查明的油页岩资源储量还只占整个资源量的一小部分。

1.2 油砂

全球油砂资源量巨大。据美国地质调查局统计，世界油砂可采资源量约为1035亿m3［4］，占世界石油可采总量的30%以上，主要分布于中生代、新生代的环太平洋构造带和阿尔卑斯构造带，主要油砂资源国有加拿大、俄罗斯、委内瑞拉、尼日利亚和美国。据加拿大阿尔伯达省能源局估计，其油砂油远景资源量约有2200亿t，其中可采资源量约有410亿t。美国油砂资源也较丰富，主要富集于阿拉斯加州和犹他州，依美国能源部估计，目前已知美国油砂油资源量约有110亿t。

图1 常规能源与非常规能源分类图

1.3 煤层气

全球煤层气资源量为256.3万亿m3，约为常规天然气资源量的50%；其中俄罗斯、加拿大、中国、美国和澳大利亚5国的煤层气资源量占到了全球总量的90%［4］。

1.4 致密砂岩气

美国能源信息署（IEA）评估表明，世界致密气资源量超过209.7万亿m3，而有些估算超过了850万亿m3，技术可采的致密气储量介于10.5万～24万亿m3，而实际可生产天然气的比例将取决于关键技术（三维地震、水平钻井和水力压裂）的可用性、净成本和气体价格。美国的技术可采致密气资源量接近8.8万亿m3［4］。在美国，有着长期生产史的多个致密砂岩气项目正在进行［5］。而其他国家的致密砂岩气区块正处于试验和开发阶段，包括加拿大（西加拿大沉积盆地）；澳大利亚［帕斯（Perth）、吉普斯兰（Gippsland）和库珀（Cooper）盆地］；中国（鄂尔多斯盆地）和乌克兰［顿涅茨克－第聂伯（Donetsk－Dnepr）盆地］。

1.5 页岩气

美国能源信息署评估表明，截至2010年1月1日，全球页岩气资源量为456.2万亿m3，页岩气技术可采资源量为187.5万亿m3，主要分布在中国、美国、阿根廷、墨西哥、南非、澳大利亚、加拿大、利比亚、阿尔及利亚和巴西。页岩气的特点是：①分布范围广，主要分布在海相地层；②沉积厚度大，一般厚度介于300～500m，单层厚度大于50m；③有机质含量普遍在2%以上，成熟度（Ro）处于1.4%～3.0%区间；④开采寿命长，一般为30～50a，预测有些最高可达100a［6－7］。

1.6 天然气水合物

据美国、俄罗斯、日本等的研究结果，全球陆地天然气水合物总资源量为2830万亿m3，海洋为85000万亿m3，相当于已探明化石燃料总含碳量的2倍多，资源量巨大［4］，可采年限大于1000年［8］。天然气水合物资源主要存在于世界范围内的沟盆体系、陆坡体系、边缘海盆陆缘，尤其是与泥火山、热水活动、盐泥底辟及大型断裂构造有关的深海盆地中。另外，还包括扩张盆地和北极地区的永久冻土区。

1.7 干热岩

全球干热岩蕴藏的热能十分丰富，比蒸汽型、热水型和地压型地热资源大得多，比煤炭、石油、天然气的热能总和还要大。在较浅层的干热岩资源中，蕴藏的热能等同于100亿夸特（1夸特相当于18000万桶石油，而美国2001年能源消耗总量是90夸特）。干热岩的分布几乎遍及全球，世界各大陆地下都有干热岩。不过，干热岩开发潜力最大的地方，还是那些新的火山活动区，或地壳已经变薄的全球板块或构造地体的边缘地区。

2 世界非常规能源开发利用现状

近年来，石油资源短缺已成为制约全球经济发展的共同难题，世界各国都掀起了非常规油气勘探开发的热潮，开发非常规油气及油气替代品已成为各国非常规油气勘探开发研究的主要课题。非常规油产量超过7500万t／a，非常规天然气产量超过1800万 m3／a［10］。其中，美国非常规能源勘查开发居世界领先地位，是最早成功开发煤层气、致密砂岩气和页岩气的国家。2011年，美国致密气占天然气总产量的29.6%，页岩气占28%，煤层气占8.2%，常规气占34.2%。

2.1 页岩油

目前，世界年利用油页岩矿石2810万t，其中的69%用于发电、供热，25%用于提炼页岩油，6%用于建筑、农业等方面［4］。世界从事油页岩燃烧发电的国家主要有爱沙尼亚、中国、德国等，年发电量达2452MW，其中爱沙尼亚的油页岩发电量占本国电消费量的95%；世界从事油页岩干馏炼油生产的国家主要有爱沙尼亚、中国、巴西等，2000年全球页岩油产量50万t，2010年达120万t。

2.2 油砂

加拿大首先突破油砂油高产技术，是目前世界上唯一实现油砂商业化开采的国家，其油砂油产量增长迅速。1997年，加拿大油砂油产量占石油总产量约20%；2003年占其当年原油总产量的60%左右；2010年超过0.7亿t。油砂开采与提炼成本的大幅度下降和国际石油价格的持续上涨，使加拿大巨大的油砂资源成为国际石油大亨们竞相抢占的市场。

2.3 煤层气

煤层气是世界主要产煤国家积极致力开发利用的非常规气资源。目前，世界煤层气产量已经达到700亿m3左右。已有29个国家开展了煤层气的研究、勘探和开发活动。尤其是，美国、澳大利亚、加拿大、英国、俄罗斯、捷克、印度等国家正大力开展了煤层气的勘探、开发或规模性试验活动。美国是开发煤层气最早最成功、产业化规模最大的国家。其煤层气工业起步于20世纪70年代，大规模开发始于20世纪80年代，此后煤层气产量呈直线上升，2009年为542亿m3，2010年为550亿m3。加拿大、澳大利亚初步实现了煤层气产业化生产，2010年产量规模分别达到50.2亿m3和84亿m3。其他国家都还没有形成大规模的商业化开发，大部分处于探索和研究阶段。

2.4 致密气

致密气开发最成功的国家仍然是美国，其次是中国。美国900个气田中致密砂岩气生产井4万口。2008年，美国致密气年产量为1757万亿m3，约占其天然气总产量的30%［3］，2011年美国致密气占29.6%。2009年，中国致密气年产量约150万亿m3，主要是近几年发展较快。

2.5 页岩气

目前，全球已有30多个国家积极开展页岩气研究和勘查开发工作。美国是世界上最早卓有成效开发页岩气的国家，迄今已有190多年的页岩气勘探开发历史。2009年，美国页岩气勘探开发更是取得了惊人的发展速度，发生了革命性的变化，页岩气生产井数达98590口，产量878亿m3，占美国天然气总产量的13%，其中仅Barnett页岩的产量就达到了560亿m3。美国已取代俄罗斯成为世界最大的天然气生产国，2011年产量1720亿m3，占其天然气年总产量的28%。

加拿大西部与美国西部地质条件相近，黑色页岩广布，近年来也开展了页岩气的勘探及实验研究，2009年页岩气产量达到72亿m3。此外，澳大利亚、德国、法国、瑞典、波兰等30多个国家也开始了页岩气研究和勘探开发。欧洲有多个盆地正在开展页岩气勘查。中国页岩气勘探开发工作仍处于起步阶段。

2.6 天然气水合物

目前全球有30多个国家都在研究天然气水合物的开采和利用等相关问题。虽然全世界天然气水合物资源量非常可观，但除了小型现场试验之外，目前唯一实现开采的只有俄罗斯的麦索亚哈天然气水合物气田，全球未来的天然气水合物产量尚不确定。

2.7 干热岩

目前，人们对干热岩的开发利用，主要是发电。通过国际合作和各国不断努力，美国、日本、英国、法国、德国、澳大利亚、瑞士、瑞典等国家在过去30年相继进行了有关方面的实验，基本掌握了干热岩发电各个环节的技术。随着技术的熟练，试验电厂的发电量也逐渐由300万W增大到1100万W，更加接近商业开发的规模。

3 世界非常规能源发展趋势

3.1 非常规能源勘查开发越来越受到世界各国的重视

随着世界经济发展对能源需求的不断增加，常规能源资源已不能满足经济社会需求的快速增长，人们纷纷把目光转向非常规能源。非常规能源以其储量大、分布集中、开发技术不断进步等特点成为世界能源市场的新宠。

3.2 页岩气作为油气勘探的一个新领域越来越受到各国的重视

由于环境保护和经济发展推动了天然气需求的快速增长，低气价助推了天然气的需求增长，技术发展提高了页岩气生产的经济性，加之政府的激励政策和措施，未来全球页岩气市场发展前景广阔［10］。美国页岩气的成功开发在世界范围内掀起了一场页岩气革命。页岩气已成为一些发达国家大力开发的非常规能源。美国2011年度能源远景报告指出，预计到2035年美国页岩气生产量几乎较2009年翻了四番，约占美国天然气生产总量的47%。

3.3 天然气水化物

天然气水合物资源勘探备受世界瞩目，将成为21世纪石油天然气的理想替代资源，据近年试验性开采成果和技术进步，2015～2020年发达国家实现工业规模开采天然气水合物在技术上是可行的，但实现商业开采则值得探讨。

3.4 干热岩前景无限

随着全球化石燃料总量的减少及其开发利用带来的环境恶化程度加剧，开发利用无污染且少受诸如气候等外界条件变化干扰的新能源——干热岩，成了很多发达国家积极开展试验研究的新课题。干热岩这种能源取之不尽、用之不竭，被证明是对人类十分友好的未来洁净新能源。目前，国际上干热岩的开发利用还处于试验阶段。不过，科学家预测，2030年左右人类可以利用干热岩大规模发电，开发利用前景十分诱人。而在我国的干热岩尚是沉睡的宝贝，对其研究尚处初级阶段。

［1］闫存章，黄玉珍，葛春梅，等.页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源［J］.天然气工业，2009，29（5）：1－6.

［2］胡文瑞.开发非常规天然气是利用低碳资源的现实最佳选择［J］.天然气工业，2010，30（9）：1－8.

［3］胡文瑞，翟光明，李景明.中国非常规油气的潜力和发展［J］.中国工程科学，2010，12（5）：25－29，63.

［4］雷群，王红岩，赵群，等.国内外非常规油气资源勘探开发现状及建议［J］.天然气工业，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］肖钢，唐颖.页岩气及其勘探开发［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［9］翟光明.关于非常规油气资源勘探开发的几点思考［J］.天然气工业，2008，28（12）：1－3.

［10］方小美，陈明霜.页岩气开发将改变全球天然气市场格局——美国能源信息署（EIA）公布全球页岩气资源初评结果［J］.国际石油经济，2011（6）：40－44.