非常规油气勘探开发迈入“纳米时代”

据中国科学报，纳米地质学作为一个全新领域，有望解决纳米成藏成矿领域的关键前沿问题，推动非常规油气产业的快速发展。

1月8日，国土资源部召开新闻发布会，公布2013年我国非常规天然气煤层气和页岩气产量分别超过30亿立方米和2亿立方米，其中页岩气产量已超过200万立方米/天。预计到2030年，非常规油气开发将占油气总产量的1/3。

中国科学院大学地球科学学院教授琚宜文表示：“利用纳米科学理论与技术方法对我国非常规油气的形成、运移、聚集和开采进行创新性研究，将推动我国非常规油气产业的快速发展，增加国家能源战略储备。”

纳米孔隙中寻找油气

传统石油地质理论认为，毫米和微米级的裂隙、溶隙与孔隙系统是油气储层中的主要储集空间和渗流通道。而在极低渗透性的致密砂岩、煤层和页岩等非常规储层中，如何开采出有经济效益的油气，是困扰非常规油气发展的关键问题。

“纳米孔隙结构是煤层气和页岩气的主要吸附空间。”琚宜文介绍。他带领的科研团队曾于2003年运用X射线衍射、液氮吸附等方法对煤岩大分子结构和纳米级孔隙进行了系统研究，认清了煤岩结构与甲烷吸附和解吸作用的关系。

2007年，美国地质学者获取了福特沃斯盆地巴奈特页岩有机质纳米孔隙图像，首次发现页岩气在纳米级孔隙中储集。

中国石油勘探开发研究院副院长邹才能介绍：“我国页岩气储层孔隙直径为5～200纳米。”2010年，他领导的研究团队在我国第一口页岩气井中，首次直观获取了我国页岩气储层的纳米级孔图像。

此外，邹才能团队的研究还揭示了致密油气储层纳米孔隙的大小。“致密灰岩油、砂岩油、砂岩气储层孔隙直径分别为40～500纳米、50～900纳米、40～700纳米。”邹才能说。

纳米技术助力非常规油气开发

除了在纳米孔隙中寻找油气，纳米技术还将在非常规油气开采中发挥重要作用。“驱油气”是油气开采中的重要环节。非常规储层纳米孔隙中的油气与有机质和粘土矿物分子间作用力更强，不易开采。

目前，水力压裂是非常规油气开采的关键技术。通过向地层中注入压裂液，达到增产的目的。科学家正在利用纳米技术研发新的支撑剂，以替代传统砂粒作为压裂液中的支撑剂。“人工合成的一种球形程度高、密度小的压裂用支撑剂，能随压裂液运移到更深的地层。”中国科学院大学资源与环境学院教授郑建中解释。

郑建中还指出，目前，由于压裂液中的部分化学添加剂具有毒性，如果处理不当，会对水体造成严重污染。因此，非常规油气开采过程中，亟待开展地层含水结构以及地层产出水处理与利用的研究。

纳米地质学正在形成

琚宜文指出，我国非常规油气勘探与开发正迈入“纳米时代”，其研究重点将集中在纳米成藏理论及纳米孔隙油气开发方面，当前须立足正在形成的纳米地质学，针对国家重大战略需求开展深入研究。

中国地质大学（武汉）环境学院教授王焰新也指出：“纳米科技将给21世纪地质学的发展带来飞跃，从而获得地质学在超微观尺度上的重大突破。”

目前，研究者还将纳米科技引入了地质学的相关分支领域。“但是，纳米地质学的理论体系尚不完善，纳米成藏成矿的整体认识尚不深入。”琚宜文表示。

业内人士认为，纳米地质学作为一个全新领域，有望为矿物与碳基新型材料利用、能源与矿产资源勘探开发以及环境保护和灾害预测等提供理论基础。endprint