作者:本刊实习生 刘念 来源: 发布时间:2012-2-14 11:55:57
划时代的“纳米油气”

 
纳米技术对人们来说已是耳熟能详。
 
然而,将纳米技术与油气领域全面结合,提出“纳米油气”的全新概念,却属油气研究领域的一项创举。
 
中国石油勘探开发研究院的邹才能教授及其团队,首次发现了中国油气储层中的“纳米孔”,通过系统研究,率先叩响了通往“纳米油气”新时代的大门。“纳米油气”概念的提出也正是基于不同类型油气储层“纳米孔”孔喉系统的首次发现。
 
不容小觑的“纳米孔”
 
相当可观的油气资源蕴藏在油气储层的孔隙之中。油气储层的孔隙可分为毫米级孔、微米级孔和纳米级孔。
 
其中,毫米级孔、微米级孔,及其聚集的常规油气,属于百年来传统研究范畴,已被充分认知并得到世界范围内的工业开采。然而,孔喉直径属于纳米级的非常规“纳米孔”储集体,及其聚集的“纳米油气”,人们迄今所知甚少,在未来油气勘探开发潜力的评价中也付之阙如。
 
实际上,美国科学家几年前在页岩气开发过程中也曾注意到油气储层中的“纳米孔”,但未能系统证实“纳米孔”与“纳米油气”广泛存在于各类油气储层中。
 
运用场发射扫描电镜技术与Nano-CT等技术(纳米级X射线断层成像技术),邹才能团队将千姿百态的“纳米孔”制成三维纳米孔喉系统图像,直观呈现出来。
 
邹才能团队多年致力于非常规油气的相关研究。2010年,他们在中国第一口页岩气井——四川盆地威远地区“威201井”,发现了“纳米孔”。这也是中国首次在油气储层中直观发现“纳米孔”。
 
邹才能团队不仅在页岩气储层发现了“纳米孔”,更推而广之,在致密砂岩油和气,页岩油和气等非常规油气储集层中,观测到了多种类型的“纳米孔”,一般孔隙都在几十到几百个纳米大小。一系列的发现表明,“纳米孔”与“纳米油气”都广泛地存在于各类油气储层中。两篇相关论文分别发表在《石油勘探与开发》和《岩石学报》专业杂志上。
 
在门外汉看来,“纳米孔”或许微不足道。但作为科研工作者,邹才能却做到了见微知著,敏锐地察觉到了“纳米孔”不容小觑的重大科学价值。
 
“在以往的统计、预测和规划中,直径几十纳米到几百纳米的孔隙所含的油气储量并没有纳入考虑。”邹才能介绍说。他还表示,尽管单个“纳米孔”的空间有限,但“纳米孔喉系统”在数量上的庞大,足以使其达到“聚沙成塔”的效果,因此“纳米油气”的总量非常可观,“就像一笔未知的高额存款”。
 
另外,油气分子的大小一般都是纳米级的,像甲烷分子,直径只有0.38纳米,一般原油分子直径也只有几个纳米大小,比我们想象的要小得多。所以,纳米级孔喉系统中也存在着非常丰富的油气资源。”
 
另外,在常规圈闭油气聚集理论中,油气从烃源岩生成,运移到被称为圈闭的空间中聚集,圈闭因此也是研究和开采的核心对象。
 
而“纳米孔”的发现改变了毫米-微米孔是油气储层唯一孔隙的传统思维,突破了传统油气“生、储、盖、运、圈、保”六部曲的研究模式,拓展了100年来油气聚集的基本理论。邹才能研究认为,纳米孔储层的“油气连续分布、不受圈闭控制,使得生油母岩和近源“磨刀石”成为未来油气开采的重要对象。”
 
“这一发现有助于认识非常规油气聚集的特征和机理,且对增加全球油气资源也具有重要的意义。” 邹才能告诉《科学新闻》。
 
不仅如此,188体育app:院士戴金星认为:“通过连续型油气聚集理论的研究,以及在非常规油气储层中纳米孔隙的发现,我们才真正把致密砂岩和页岩当做勘探对象。这些基础性研究推动了油气勘探从常规向非常规油气战略性发展。”
 
开启未来“纳米油气”
 
得益于“纳米孔”的启示,邹才能遂提出了“纳米油气”的新概念。
 
根据他们的定义,“纳米油气”在狭义上是指储集在“纳米孔”中的油气,在广义上则是指一套完整的工业化体系,即用纳米为核心技术来研究、勘探和开采储集在“纳米孔”中的油气,包括页岩油和气,致密油和气等。
 
从这个定义中不难看出,纳米技术在“纳米油气”的研究、勘探和开采中,扮演着至关重要的角色。究其原因,是由于“纳米”语境之下的许多特殊问题,都有赖纳米技术这一杀手锏的攻克和解决。
 
以油气开采过程中的“驱油气”环节为例,仅这一个环节就面临着“纳米孔”所带来的诸多挑战。
 
首先,“纳米孔”本身的狭窄局促,使得驱油气剂的注入在速度和效果上大打折扣。其次,邹才能团队的研究还表明,“纳米孔”中的吸附油气与游离油气之比,远高于微米孔和毫米孔中的相应比例。这就意味着,“纳米孔”中油气分子之间的作用力更加牢固,油气也更难被驱散和开采,需要开采纳米级的采收率技术。
 
面对“纳米孔”与“纳米油气”带来的诸多工业化挑战,邹才能强调,随着新的科技革命的到来,石油工业中纳米等技术将成为工业化应用,所需要的不只是纳米驱油剂,还有纳米观测系统、纳米传输系统、纳米材料等,在石油工业全过程关键岗位作业的纳米机器人……在“纳米”的语境之下,这些在昨天尚显得“天马行空”的尖端科技,将登上未来的工业化应用。
 
邹才能强调,“纳米油气”概念的提出,需要发展纳米油气透视观测镜、纳米油气开采机器人等换代技术,油气智能化时代将随之到来。
 
尽管“纳米油气”的前景尚不完全明朗,“纳米油气”的研究和开发更面临着诸多的技术难题,但毫无疑问,邹才能团队已经站在了这一开发前沿,不断领跑,敢于面对这个潜藏着无限机遇与挑战的全新领域。
 
邹才能时常提醒自己,“常规的思想,找不到非常规的油气”,“思想的误区,就是油气的禁区”,“常规人,要有非常规的思想”。谈及今后的目标,他表示:“我们的目标就是将潜在的油气资源尽可能地挖掘出来,将现在的‘非常规油气’变成未来的‘常规油气’。”■
 
《科学新闻》 (科学新闻2012年第2期 学界)
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