摘要
人类的历史上曾出现过无数看似问题严重，要完蛋、要绝望的时刻。2015年，德国已经累计接纳了100万叙利亚难民。人类是否需要为眼下的难民危机担忧？回到同处困境的石油天然气工业中，我们将分别从三个层面看待人类对于石油工业的隐忧，我们是否将真的无路可走？
in the middle of nowhere?
1
人类历史上的「高光时刻」
Photo by UN Refugee Agency
人类看似有问题，要完蛋、要绝望的时刻有太多了，人类这一次面临的是数百万难民涌向欧洲。而比这次难民潮严重地多的情况，在人类的历史上发生过不下50次了，人类每一次看着都要不行了，问题最终都会被解决掉，有的时候是找到了新的出口，有的时候是强人/大师站了出来。
德国人肩上不仅扛着欧盟经济的发展，还在此次难民潮中接纳了百万以上的难民。有人说，德国人的心里装着对于他们的愧疚感，但有一点要注意，这并不来源于德国人对于穆斯林的负罪感。德国人如果是因为心里的愧疚感而接纳这些难民，那也是他们觉得愧对人类。否则，你根本无法解释一个只有300人口的德国村落为什么会诚恳地接纳200穆斯林难民，他们人种不同，信仰不同，生活方式不同，在社会群体中的排位不同。这种难民接纳并不是短暂的借住，难民潮对于任何国家都是一种困境。而我认为这一次，人类仍然会从困境中走出来，我并不觉得需要为人类无路可走担忧。
「看看如今房价还在涨，身边很多朋友就快坐不住了，但是看看历史，沪指5100点开始漫漫跳水之路之前，也是一路高歌猛进，最后的疯狂。」
很多你不曾认为会发生的事情，都在你眼前发生着。沪指站上5100点的时候也是一样，但当你看到它漫漫跳水的时候你会意识到波动的存在。波动的发生不是没有来由的，当你发现投资房产可以在一年内获得30%收益，投资实业只有5%时，傻瓜也会做这样的选择题。但我们还需要认识到以房产为抵押物的信用创造，其上行与下行都极为猛烈。对于这种体量的投资行为，任何金融体系都无法承受剧烈的波动，不单是中国，任何其他国家的金融体系也都是一样。经济每一次在信用体系遭遇过山车危机后，都会优先选择回归实业。实业的回归会带来更多经济体对能源的需求，也会加速石油工业的变革。
石油天然气工业在过去一些年中经历过快速的变革。这种变革指得不仅仅是工程研究所涉及的工具数量与种类的飞速演进，人们在石油天然气工业中的目标领域也发生了巨大的变革，看待资源的视角也变得更加宽广。
「This hard work will always be done by one kind of man; not by scheming speculators, nor by soldiers, nor professors, but by man of endurance—deep-chested, long-winded, tough, slow and sure, and timely.」
Ralph Waldo Emerson, 29 September 1858
「这项工作只可能由一种人来完成，不是处心积虑的投机者，不是士兵，不是教授，而是由一种拥有持之以衡精神的人，他们深沉、发自内心地愿意在平坦地道路上曲折前行，他们坚韧、有耐心，他们对自己的事业有一份坚定，这样的人适时地出现带给这项工作转机。」
回顾十八世纪三十年代美国农民们身上发生的情形，欧洲移民所倡导的瓦片排水技术带来了小麦产量五倍的攀升。在爱默生的「Society and Solitude」中，他描述道：你可以看到这些农民用一整车瓦片就可以取得的巨大成就。其中，就有农民发现一些更深层的土壤可以更好地培育谷物。
社会精英也为这种革新性的技术展开大规模讨论，他们认为一个崭新的面包无限的时代即将到来。人们一直以来持有的「土壤的地力不足以支撑大幅增加的人口」观念瞬间被颠覆。也有经济学家认为：人口增长超出农田生产能力的困境是因为先到者会占据最好的土地，而后来者只能在剩下的较差的蛋糕中分得一块，每一个后来者都拥有比先到者更糟的起点。
瓦片排水系统
我一直持有的观点是「科学问题应该科学地讨论」。爱默生的分析中，这些发生在农业领域的变化来源于人性层面，他认为农民的素质是这些变化发生的主因，农民们变得更加地坚忍。从今天来看，最好的耕种方式是对这些好的、不好的土地实施科学的技术和方法，同时要让耕种这些土地的人口拥有科学的素养。爱默生的想法无论如何都解释不了当时的全球人口如何可以在短期内快速升到十亿，如果人类坚持使用木材、炭火和农作物作为能源，拥有十亿人口的地球该如何运转？坚忍是不能够解释地球人口每一个十亿的增长，直到五十、六十亿规模的。
类似于使用瓦片排水这样的农田技术，作为科学技术领域的进展，在当时那个时代里成为了人类视角的中心。而大约900年前，人类发现了一种木材之外的新的燃料来源：化石燃料。化石燃料最初被发现的形式是煤，之后，化石燃料逐步的推广减少了人类对于林地的依赖，更多的林地被转化成为农田，人们也从此摆脱了取暖手段的局限。这是真正的人类历史上的「高光时刻」。
直到十九世纪初期，煤还是支撑人类增长的主要燃料来源。在二十世纪，石油和天然气资源让化石能源变得更加丰富，被更广泛的使用。而石油与天然气促进了医学、科学和工程技术的发展，促成了机械、化学、农业等领域的腾飞。煤、石油、天然气形式的燃料以其良好的可用性，支撑着世界上绝大部分地区现今拥有的高密度人口，人类社会几乎每一个方面都严重依赖着化石燃料。
History has a flair for a penchant for rhyming events.
历史总是惊人的相似。
就像土地生产农作物的能力有上限一样，地球所拥有的化石燃料总量也有一个相对固定的上限。于是，我们发现上个世纪里大量的媒体不断地预测地球还剩余多少化石燃料，化石燃料何时将被耗尽。人们通常更容易注意到那些容易被勘测到并且容易被提取的化石燃料，因此会倾向于认定人类不会再有木材燃烧时代里煤的出现的那种「高光时刻」的到来，也倾向于认为从油田中提取剩余的油气资源更加地困难或者代价高昂而失去经济性。
最近的报告显示，世界矿物燃料资源基础仍然足以支持现有生产水平的提高。十多年来，我们预计全球剩余石油储量将供人类使用50年。而从现在来看，尽管每一年的化石燃料消费量都在增长，远比过去10年的平均消费水平要高得多，这样的预期同样是可靠的。我们在未来的50年内仍有足够的石油资源，已经被证实的天然气储量足够供应60年，煤炭储量足以供应130年。
北美地区对于非常规石油天然气资源开发的快速发展不就是另外一个「使用瓦片排水技术同时发掘更深层土壤带来产量攀升」的例子吗？水平井与水力压裂技术不就是前述中的「深沉、发自内心地愿意在平坦地道路上曲折前行，坚韧、有耐心，坚定，时机」吗？大量的非常规石油天然气资源的提取需要的正是那些科学的技术手段和大量具有科学素养的人群。
曾有一些带有倾向性的言论把关注引向了化石燃料的供需紧张、水资源污染和能源安全问题，将石油天然气推向了国际政治的前沿。而我们必须承认，我们在不断地将石油天然气勘探和开发推向了一个难度更大、埋藏更深的维度。可是，我们也要追问自己，人类是否已经到了一个糟糕的「人口与能源使用比率」的节点？我们又有哪些努力可能带来新的「高光时刻」？
瓦片排水与发掘深层土壤的故事只是一个类比，它象征着自然的巨大回馈，也印证了人类意识的无限可能。这样的潜能依赖于科学技术和大量的高素质人群。我们不必担心新的时代会出现的大崩溃，我们来自这片土壤，我们都是这些曾经在这片土壤上耕种的农民的子孙。人类在所有面对危机的时刻都会产生新的变革。
2
技术格局与发展现状
非常规油气资源的开发，尤其是页岩资源的开发兴起于2006年。以美国和加拿大为代表，油气工业开始复苏。受惠于水平井和水力压裂技术的大规模应用，凝析油、页岩气、致密气资源得到了有效的开发。以美国为代表，这些技术的应用改善了非常规油气资源开发的经济性，并为2009年美国成为世界最大的天然气生产国做出了巨大贡献。2007年10月到2013年10月间，美国每月的原油产量增加270万桶，其中约92%来自德克萨斯州和北达科他州的页岩和致密储层。
图中展示了油气产量的增长形态
从图中看到的这些发生在美国的油气开发活动，主要是由一些独立甲方油气公司主导的，他们引领了这场成千上万的水平井和水力压裂作业的革命，直到几家大规模的国家石油公司和跨国石油公司陆续入场。页岩革命涉及到的大多数技术与决策都是以统计学为基础的，在发展的过程中知识传递、技术发展和经验使用已经有了明显的变化，不同案例中涉及的开发过程也略有不同，但都集中了无数人类的智慧。这一系列的文章的使命就是要以体系化的逻辑结构向非常规油气开发的日常用户和决策者介绍页岩革命中涉及的知识、应用的技术和形成的经验。
我期望通过这一个文章系列介绍到非常规储层开发的各个层面，从非常规资源的基本了解开始深入研究地层评价（地球物理、地质力学）及相关的解释成果，同时还包含钻井、完井、增产、生产、油藏工程、监测手段，提供可借鉴的非常规油气开发的工作流程。希望这一系列的文章能够满足地质师、地球物理研究者、岩石物理工程师、地质力学工程师和钻井、完井、生产、油藏工程师的需求。
对于任何想要更进一步地研究非常规油气资源开发的专业人士，我都希望这个系列可以成为值得你参考的完整的资料。如果，你想在特定的领域内开展更深入的研究，我认为这个系列会是你的很好的起点。我也将在文章中提供更多的参考文献和资料来源，供你直接地去参考某些技术细节。
3
关于「非常规资源 」的定义
3.1
传统理解
对于任何事物的理解都离不开现今的工业发展现状。我们对于非常规资源的经典定义也在这些年中随着时间的推移不断改变。在十年前,「页岩油气」的概念几乎还未出现。几十年里我们一直在使用的一个术语「源岩」（source rock)，如今成为了我们不曾设想过能够实现商业化生产的资源种类。
我们曾有一个对非常规油气资源非常宽泛的定义: 使用常规油气井方法以外的技术生产或提取的油气。根据2001年EIA（Energy Information Administration）的报告，非常规油气包括页岩油气，油砂合成基原油及一些衍生物如重油，煤基液体，生物基液体和气体化学处理过程得到的液体。
EIA定义的常规石油包括原油和天然气及其冷凝物。2011年原油产量约为每日7000万桶。一般来说，常规油气生产比非常规油气生产更容易也更经济。然而，常规与非常规的类别划分并不固定。随着经济和技术条件的发展，以前被认定的非常规资源种类可能会随着行业发展被迁移至常规油气类别当中。随目前的工业发展来看，行业内并未对非常规油气进行非常严格的定义。总体来讲非常规油气储层包括致：密油气、煤层气、天然气水合物和页岩油、气。
目前普遍的观点认为：不能以具有经济性的流量生产或者在不使用人为增产措施的情况下不能以具有经济性的流量生产的碳氢化合物资源，被统称为非常规油气资源。
常规的砂岩与非常规的页岩、致密砂岩对比
在此文章系列中，我们着重介绍页岩油气的开发。图中展示的是常规砂岩与非常规的页岩、致密砂岩，煤层气储层的对比。页岩始终是我们这个系列讨论的核心。
3.2
源岩
在典型的石油地质学中，源岩是指在某些条件下已经产生或者能够产生烃的岩石，它们含有丰富的有机沉积物，沉积在各种环境中，包括深海、湖泊和三角洲，它们是形成石油资源必备的要素。
干酪根是构成沉积岩中有机成分的一部分有机化合物的混合物。干酪根控制着可能产生的烃的类型，例如：
- 第一种：源岩由在深水、缺氧（海水、淡水或贫溶解氧的地下水）条件下的藻类沉积物形成，它们倾向于在埋深期间受到热应力的影响形成蜡质原油。
- 第二种：源岩由海洋浮游生物和细菌在缺氧条件下的海洋环境中形成，这些源岩在埋深期间发生热裂解形成油和气。
- 第三种: 源岩由陆生植物材料形成，已在含氧或亚氧状态下被细菌和真菌分解。在埋深期间发生热裂解时，这些类型的源岩主要产生轻质的油或气。大多数煤和煤质页岩属于这一种。
第一种表征油存在的潜在可能，第三种主要表征气体，在一些特定情况下表征冷凝物的存在。而第二种表征的是油和气体之间的过渡地带，两相可以并存，通常含有冷凝物。
3.3
非常规油气盆地
这类盆地遍布全球，但是非常规资源的开发却取决于具体的国家政策，普遍涉及到勘探开发公司的政策优先级以及服务提供商的技术实力。目前，在北美以外的新兴市场中，非常规油气井与总油气井数的比率不超过10%，页岩资源的开发还将在北美地区占据主导地位。但随着工业发展的推进，目前的发展模式可能会大规模地被推广至世界其他地区，目前的格局还会发生更微妙的变化。
每一个后来者分到的都是先来者挑选过后剩下的蛋糕，我们在油气工业发展中面临的局面也是如此。就目前我国的页岩气资源开发情况，相较于北美的页岩资源，虽有明显的劣势，比如埋藏深，勘探难度大。但从技术角度来看，我们掌握的开发技术还远不完善：面对压实程度较高的地层，钻头选型不当，机械钻速过慢; 在应力状况复杂的地层实施压裂增产时，气井管柱频繁失效，导致工程失败。虽然在目前大致1:1的钻完井与增产投入比的条件下，由于低水平的油价，很多页岩气开发项目失去了其经济性，但我们对于实现页岩气合理工业化开发的理解还远不成熟。
在近期的文章推送中，我将陆续从三个层面介绍非常规储层开发的相关内容：
1.非常规油气资源主要特点
2.非常规油气开发的主要工作流程
3.世界主要地区非常规油气盆地、区块介绍
参考文献
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