全球待发现油气资源分布及启示

2015-03-05余本善孙乃达

中国矿业 2015年1期

余本善，孙乃达

（中国石油经济技术研究院，北京100724）

化石能源是推动人类社会发展和文明进步的不可或缺的物质基础和重要力量。据国际能源咨询机构预测，未来数十年，全球能源消费结构会随着经济社会的发展而有所变化，太阳能、风能、核能等清洁能源应用会明显增加，但油气在全球一次能源结构中的主体地位不会改变，油气占世界一次能源消费的比重仍将长期保持在56%以上［1］。并且随着全球经济的复苏，能源需求将会不断增长（图1），2040年全球能源需求将比2010年增长30%，寻找未来油气资源已成为各国保障能源需求和维护能源安全的首要途径。

图1 全球油气需求变化情况［1］

大量的研究认为未来全球待发现的油气资源主要来自深层、深水、非常规、极地、天然气水合物等［1］。那这些待发现的油气资源主要分布在哪呢？又各有多少资源量呢？笔者结合美国地质调查局（USGS）、美国能源信息署（EIA）、国际能源机构（IEA）、BP世界能源统计、ExxonMobil等机构发布的最新研究资料，综合分析了目前全球待发现油气资源潜力分布及技术挑战。

1 深层油气资源

近年来，随着中浅层油气勘探开发程度不断提高，油气发现难度越来越大，业界对深层油气勘探开发的重视程度日益提高。深层油气资源的勘探开发，对老油气区（田）扩大储量、稳定产量有着非常重要的意义。目前关于深层油气藏尚没有一个统一的定义，不同国家、不同机构的认识有差异［2－8］，国际上相对认可的深层标准是其埋深大于等于4500m［5］。

据统计，在全球近1／4的含油气盆地中已发现了深层油气藏，深层油气的新增储量呈明显增长趋势（图2）。目前世界上已开发的最深油气田是美国西内盆地阿纳达科凹陷米尔斯兰奇气田（Mills Ranch Field），其目的层下奥陶统白云岩埋深超过8000m［12］。我国的塔里木、四川、鄂尔多斯等地区深层油气田开发也已取得巨大成功［5］。最新研究成果表明，我国东北地区上古生界发育大量的暗色泥岩和碳酸盐岩，且未发生大面积的区域变质［3］，具有形成油气资源的潜力，因此东北地区深层油气有可能成为我国油气储量上涨的重要来源之一。

图2 全球深层油气2P可采储量增长史

2 非常规油气资源

综合IHS、BP、IEA等多家能源研究机构的评价结果分析，截至2013年底，全球剩余常规油气可采资源总量约为7186亿t，其中剩余常规石油资源量约为3756亿t，约占52%，剩余常规天然气资源量约为427万亿m3，约占48%。中东／北非地区依然是全球油气资源最丰富的地区，拥有全球可采油气储量的39%，其次是中亚－俄罗斯地区，占22%。全球非常规石油可采资源量大约为6668亿t，其中致密油473亿t，重油资源838亿t，油砂1357亿t，油页岩4000亿t。全球非常规天然气可采资源量380万亿m3，其中页岩气187万亿m3，致密气106万亿m3，煤层气283万亿m3。包括非常规油气资源在内（但不包括油页岩、天然气水合物），北美地区约占全球的可采资源量的19%，南美地区约占全球的14%，即美洲油气资源将占有世界油气资源的33%，超过了中东地区。

2．1 页岩气

据美国能源信息署最新评估，全球页岩气储量约为207万亿m3，排名前三位的国家依次是中国、阿根廷、阿尔及利亚。按地区来分，约44%分布在美洲地区，19%分布在中国的西北地区。

美国是全球页岩气开发最早也是最为成功的国家，其2013年页岩气产量达到了2223亿m3，占美国天然气比重已由1996年的1．6%激增至2013年的34%。美国能源署预测美国页岩气产量在2013～2040年间还将呈现逐年增加的趋势，2040年的产量将在2013年的基础上再翻一番达到4729亿m3，届时页岩气产量将占据美国国内天然气产量的50%以上。

得益于页岩气的大规模开发，美国和加拿大天然气产量已超过世界天然气产量的25%。目前，页岩气勘探开发正由北美向全球扩展，中国、澳大利亚、法国、瑞典、波兰等国家都开始了页岩气的研究和勘探开发。页岩气已成为全球油气资源勘探开发的重要基地，未来必将对世界油气资源勘探开发格局产生更深远的影响。

2．2 致密油

最新评价结果显示，全球致密油技术可采资源量为473亿t，排名前五名的国家依次是俄罗斯（22%）、美国（16．7%）、中国（9．3%）、阿根廷（7．8%）、利比亚（7．6%），这五个国家占全球可采致密油资源总量的63．4%。

近年来致密油正成为全球非常规领域继页岩气革命后的又一热点领域。在过去的几年中，由于致密油的大量开采，美国石油生产也一直保持着欧佩克国家以外增长第一的位置，2012年美国致密油日产量为210万桶，2013年美国致密油的产量更是超过300万桶／d。加拿大致密油的产量也将很快达到100万桶／d。

2．3 致密气

据美国联邦地质调查局研究，全球已发现或推测发育致密砂岩气的盆地有70个左右，资源量约为210万亿m3；2008年全球致密砂岩气产量约432亿m3，大约占全球天然气总产量的七分之一。美国、加拿大在致密砂岩气勘探开发方面处于世界领先地位，已实现致密砂岩气的大规模商业化生产，目前美国在30个盆地中大约有900个气田生产致密砂岩气，可采储量13万亿m3左右，生产井超过4×104口，2010年产量达175．4亿m3，占美国当年天然气总产量（611亿m3）的30%。

2．4 煤层气

煤层气的主要成分与天然气相似，是一种在煤化作用过程中形成，蕴藏于煤层中，以甲烷为主的混合气体，也称煤层吸附气、煤层甲烷或煤层瓦斯（coal bed methane简称CBM）。全球煤层气技术可采储量约为283万亿m3。新一轮全国煤层气资源评价显示，我国埋深小于2000m的煤层气地质资源量约为36．81万亿m3，与中国陆上常规天然气资源量38万亿m3基本相当，仅次于俄罗斯113万亿立方米和加拿大76万亿m3居世界第三位，约占世界煤层气总资源量的13%。

2．5 油砂

据USGS评估，全球油砂地质资源26183亿桶，技术可采6507亿桶；其中北美地质资源16591亿桶，技术可采5309亿桶。世界上最大规模聚集区是加拿大艾尔伯达省的西加拿大盆地。据加拿大官方统计，加拿大的石油储量约为1740亿桶，位居世界第三，其中97% 来自于油砂，约为1690亿桶，主要集中在西部的匹斯河、冷湖和阿萨巴斯卡附近。

随着技术的发展、成本的降低，加拿大油砂开始作为能源资源被加以运用，并进入了大规模开采与提炼阶段。根据加拿大石油生产商协会（CAPP）2013年的统计，2013年加拿大油砂油产量约为190万桶／d，占其全部石油产量的54%；而到2030年这一数字预计将达到480万桶／d，约占加拿大石油产量的近80%。

2．6 重油

重油和油砂的成因基本一致，其差别是重油的密度和黏度相对较低，划分标准没有完全统一，但都采用密度（重度）和黏度二项指标。美国和加拿大把重油定义为在温度15．6℃密度为0．934～1．00g／cm3、黏度为100m～10000mPa．s的石油；把相同温度下密度大于1．00g／cm3、黏度大于10000mPa．s的天然沥青定义为油砂，这个标准已被国际石油界广泛采用。

据USGS的评价，世界重油地质资源32695亿桶，技术可采4343亿桶；其中南美地质资源20438亿桶，技术可采2657亿桶。世界上最重要的重油聚集区是委内瑞拉奥里诺科重油带，可采储量达到500亿t。重油和油砂必须原始盆地要有丰富的原油生成，而生成和聚集的原油受到后期的生物降解作用转变成为重油和油砂。盆地的早期阶段以被动缘盆地最为有利于油气的生成，而盆地的后期发生碰撞成为前陆盆地，适合于正常原油降解成为重油或油砂。研究表明，具有这种演化历史的盆地众多，在全球广泛分布。

2．7 油页岩

油页岩是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，由干酪根和黏土矿物等无机物混合组合，含少量沥青，它和煤的主要区别是灰分超过40%。油页岩形成于浅海相、湖相和沼泽，在相应的沉积环境中形成海相油页岩、湖相油页岩和沼泽油页岩。油页岩实际上是潜在的烃源岩，在地质历史过程中没有经历过深埋和高温环境，有机质没有转化为油气。要使油页岩加温到500℃左右，才能转化为油，需要足够的热能。

美国能源部的评估，全世界油页岩的资源量为2．6万亿桶，且较为集中地分布在政局相对稳定的美洲地区，其中以美国的储量最为丰富，比全球储量的三分之二还要多。美国最大的油页岩矿为皮申斯盆地，地质资源量1719．7亿t，可采资源量964．7亿t；面积260km2，厚度312．7m，含油率8．3%。

3 深水油气资源

自20世纪70年代初期以来，随着北海、墨西哥湾、西非、巴西等深水油气田的勘探发现，人们对深水油气勘探开发热情不断高涨，目前，全球已有60多个国家在进行深水油气的勘探开发活动。当前浮式钻井装置、浮式生产装置和海底完井的作业水深已达到3174m、2500m和2934m，在建深水浮式钻井装置的最大额定作业水深已逼近4000m。未来随着深水装备技术的不断进步，深水作业水深还将会不断攀高。

据雪佛隆－德士古公司估计，截至到2012年全球深水储量占全球储量7%，2017年将占到10%。2013年全球深水油气产量超过5亿t油当量，占全球海上油气产量的20%以上，预计到2025年这一比例将升到30%以上。

全球已探明的深水油气主要分布在墨西哥湾、巴西海域和北非邻海，这三个地区被称为深水油气勘探开发的“金三角”，集中了全球约70%的深水勘探开发活动。近些年东非和亚太地区深水油气勘探投资也有明显增长趋势，并且不断有新的油气发现，未来也有潜力发展成为深水油气重点勘探开发领域（图3）。我国南海油气资源极为丰富，整个南海盆地群石油地质资源量约在230亿～300亿t之间，天然气总地质资源量约为16万亿m3，占中国油气总资源量的三分之一，其中70%蕴藏于153．7万km2的深水区域。随着国家对海洋油气资源重视程度不断加深，未来我国深水油气产量也将会快速增长。

图3 全球深水重要区块分布地理位置

4 北极油气资源

北极地区是指北纬66°34′N北极圈以内的地区，总面积2100万km2，其中陆地部分占800万km2，主要包括北冰洋和8个环北极国家（加拿大、丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典、俄罗斯和美国）的北方领土（图5）。北极地区蕴含着丰富的油气资源，根据美国地理调查局（USGS）的北极评估成果，北极地区油气资源总储量相当于4120亿桶石油，大约含有世界上22%的未开发的油气资源，其中包含世界上30%的天然气资源，13%的石油资源和20%的天然气水合物。目前，北极地区仍有近半数盆地未进行油气勘探，已发现的油气田由于气候、基础设施以及技术等原因仅有部分投入开发，是地球上拥有大量剩余资源且勘探开发程度最低的地区之一。

北极地区已探明的油气储量主要分布在俄罗斯西西伯利亚盆地、季曼—伯朝拉盆地和美国阿拉斯加北部斜坡盆地。自从1962年俄罗斯的Tazovskoye气田的发现开始（图4），北极圈内的俄罗斯、阿拉斯加、加拿大西北部、挪威已经发现了61个大型油气田。这61个油气田中，有43个分布在俄罗斯，6个分布在阿拉斯加，11个在加拿大西北部，1个在挪威。俄罗斯的43个油气田，有35个分布在西西伯利亚海盆，5个分布在秋明－伯朝拉海盆，2个在南巴伦支海盆，1个在Ludlov Saddle。目前北极地区累计产油约400亿桶，2013年油气日产量约为800万桶油当量，天然气1100万亿立方英尺，产油区主要集中在俄罗斯和美国的阿拉斯加。

5 天然气水合物

天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称 Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。据估算，全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍，具有广阔的开发前景（图5），我国南海天然气水合物的资源量为700亿t油当量，约相当中国目前陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。

天然气水合物是地球上尚未商业化开采的新能源，目前全球至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。天然气水合物开采主要是采用升温或减压的方法，破坏天然气水合物稳定区平衡而释放天然气。2012～2013年，美国、日本等国对水合物开采试验均取得成功，意味着天然气水合物的开采迈出了重要的一步。可以预见，不久的将来，天然气水合物大规模商业开发将会成为现实。

图4 北极油气资源分布

图5 全球天然气水合物分布概况

6 结论和建议

全球油气资源丰富，但是易开采的常规资源比例越来越小，勘探主要区域由简单地貌区转到沙漠、高山、极地等复杂地区，由浅层转到深层、超深层，由陆地转到海域深水、极地等新区，由常规油气转到致密油、煤层气、页岩油等非常规油气，未来的能源挑战主要表现在三个方面：一是需要开发的资源类型更加多样化，且不同类型的资源都面临着一定的技术挑战（表1）；二是降低成本和提高效率的压力越来越大；三是管理安全与环境风险的任务越来越重。

为此，建议加强以下技术研究。

1）对于深层油气，近年来塔里木油气田、四川深层气田等的成功开发为我国在深层勘探开发方面积累了大量的技术经验，高温高压钻完井、窄密度窗口等诸多难题部分走在了国际前列，但仍面临着高温高压工具准备不足、钻速慢、严重漏失、钻井周期长、套管磨损严重、开发成本高等诸多挑战。建议业界加强与中国科学院、高等院校和国外研究机构等机构的合作，加强基础地质理论研究和工程技术攻关，并大力实施跨界合作，利用我国航天工业在高温高压领域积累的丰富经验，开发适应石油工业的高温高压产品，如电子芯片、测量仪器、油井材料等，以推动我国深层技术领域跨越式发展。

表1 深层、深水、极地和非常规油气开发主要面临的技术挑战

2）对于深水油气，建议国家相关部门以《全国海洋经济发展“十二五”规划》为指导，制定我国深水工程技术能力发展规划及实施方案，并明确相应的机构组织推进实施，鼓励支持三大油公司通过合资合作、参股、公司并购等方式逐步介入国际深水项目开发，积累经验，培养人才，加强深水关键装备的研发、设计与制造，采用购买、合作设计等多种方式尽快攻克大型半潜式钻井平台、多缆物探船、大型海工作业船等重大海工装备的设计，推动我国核心装备产业升级。

3）对于非常规油气，从储量及开采技术成熟度来说，致密油、煤层气、页岩气等是我国目前最为现实的非常规油气资源，需要认真学习北美先进的经验，在现有基础研究和勘探试验已获突破的基础上，研究不同类型非常规油气相应的开发配套工艺技术，制订科学有序的非常规油气资源总体发展战略，大力发展水平井钻井技术、大型压裂技术和物探技术，包括工程装备攻关、专业队伍建设等，并把其作为未来工程技术装备发展的战略重点。

4）对于北极油气，业界要高度重视其重要性和战略性。IEA预测到2035年全球常规油气产能缺口将达到300万桶／d，拥有全球近四分之一待发现油气资源量的北极在全球油气格局中地位不言而喻。国际石油巨头如埃克森美孚、壳牌、挪威石油、俄罗斯国家石油公司等已将北极列入公司未来发展规划。我国开发北极油气不但有助于国家能源供应渠道多元化，对缓解国家油气资源紧缺压力，保障国家能源安全也具有重要意义，而且北极油气勘探开发项目技术含量高，还有利于推动区域高新技术产业化和技术进步。目前北极油气开发处于产品生命周期中的“导入期”，市场割据尚未形成，需求低、投入大、成本高，但竞争对手少，容易树立先入优势，建议业界重视北极地区进入策略研究。

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