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非常规石油一般是指超重原油、油砂油和页岩油。这类石油的特点是：比重大、杂质多、粘度大、轻质烃类成分少，生产成本高。随着常规石油资源的减少和生产成本上升，非常规石油将得到开发利用。
1.油资源
我国也拥有重质油(即稠油)资源，稠油具有比重大(0.9以上)、黏度高(50℃时达到1700MPa·s)、轻馏分低(一般只有4%左右)、含蜡量少(低于5%)和凝固点不高(5～22℃)等特点。我国对稠油油藏的研究、开发和加工已日趋成熟，并形成相当大的开采规模。目前。全国各大油田针对其自身的特点。通过引进、消化、吸收和技术创新，形成了各具特色的开采技术，取得了新的进展和突破。胜利油田、辽河油田、大港油田、新疆油田均有稠油油藏。辽河油田是我国最大的稠油生产基地，2005年共生产稠油780万t，占油田总产量60%以上。
我国稠油加工已取得了一定经验。如克拉玛依石化公司稠油集中加工工程于2004年12月底投产，使该公司原油加工能力跃上500×104t / a的新台阶。该工程的投产,使新疆北疆地区重质稠油全部实现就地加工。该公司配套建设150×104t / a延迟焦化和90×104t / a汽油、柴油加氢装置，以三高(高酸值、高黏度、高密度)三低(低含蜡、低含硫、低凝点)、难采、难输、难炼的稠油为原料生产了变压器油、橡胶油、冷冻机油、沥青等特色产品。中国石化将投资50亿元在新疆维吾尔自治区巴州建300×104t / a稠油改质项目。到2010年，中国石化西北分公司的原油产量将达750万～800万t，天然气生产将达到14万～20亿m^3。在产出的原油中很大一部分是稠油。现巳对建厂生产30×104t合成氨、52×104t尿素和300× 104t稠油改质的项目进行前期工作。
2.油页岩资源
页岩油的炭氢比类似天然石油，含有较多的不饱和烃类及含有氮、硫、氧等非有机化合物，因此又是石油加工和化工生产的原料。
油页岩在我国的蕴藏量十分丰富。储量大约为2万亿t，相当于800亿t页岩油，仅次于美国、巴西、俄罗斯，居世界第四位。我国已探明和预测油页岩总储量为4831.7亿t。按含油率6%折算，页岩油的地质储量达289.9亿t。若按每33～35 t油页岩生产1t页岩油折算。可生产142亿t页岩油，接近我国到目前为止累计探明的天然石油储量总和。以抚顺为例，抚顺市已探明地质储量35亿t，仅东部露天矿可采储量就达4.3亿t，平均含油率7.01%，按年开采650万t计算。可以维持生产65年以上。我国油页岩开采已具有丰富的经验和成熟的技术，新兴的用页岩尾矿和废渣生产水泥、烧砖等产业更是蒸蒸日上。
抚顺矿业集团与澳大利亚洛克石油公司油母页岩综合利用开发项目合作协议于2005年7月签约。抚顺油母页岩资源丰富，为了充分利用这一资源，国家在抚矿建立了国内惟一的油母页岩综合利用示范基地，装置规模为年加工处理400万t油母页岩、产页岩油12万t。同时建有两条喷雾炭黑生产线，年产炭黑2 000t。2004年。该企业页岩油产量为13.2万t，实现利润9 000万元。为了加快油母页岩综合利用，抚顺市制订了年产50万t页岩油扩建计划。整个工程分二期，首期工程新增页岩原油10万t，投产后再建设新增页岩原油40万t生产能力的二期工程，两期工程建成后，抚顺将形成年产60万t页岩油的生产能力。与此同时。油母页岩的综合利用项目，页岩水泥、页岩制砖扩产扩建工程也将随之实施。
山东龙口矿业集团经过100多天的试开采。截至2006年4月18日。依靠掌握的自有技术。每天可从地下300 m处开采出油页岩1 340 t，相当于日产原油200t。此举为中国能源多元化探索出新的途径。龙口矿区油页岩开采项目计划总投资17.6亿元，据介绍，龙口矿区经过38年的开采，煤炭储量濒临枯竭。而伴煤而生的陆地油页岩已探明经济储量近3亿t，油页岩层厚度达2.59～4.74 m。平均3.72 m，其平均含油率远远高于抚顺、茂名等地的油页岩矿。其品位在全国居首位，极具开采价值。按保守的油页岩提油率计算，相当于每天可产原’油201 t。按可比价格计算，相当于新发现一个储量5 000万t以上的油田。油页岩除了可以炼油外，还可直接用于发电、生产新型建材等，从而解决和减少环境污染问题。该集团通过引进国际先进的炼油技术，从油页岩中提炼石油.以炼油焦和筛选后的油页岩为燃料，建设配套2台20×104kW燃油页岩循环流化床机组的发电厂，改造投产后。年可增产原煤65万t以上、油页岩200万t，发电量达22亿kWh。
在新一轮全国油气资源调查评价中，吉林省的油页岩资源探明储量居全国首位。约占全国总量的一半以上。吉林省已探明油页岩储量为174亿t，预测资源总量接近3 000亿t。已探明储量的174亿t约占全国油页岩探明总量的55.5%.其舍油率最高可达21%~22%，平均为5%～6%。按平均含油率5%计算，可开采石油8.7亿t。吉林省油页岩资源有以下四大特点，一是已探明的储量贫矿多富矿少，约169亿t含油率在5.1%～5.95%之间；二是储量相对集中，主要在农安县和前郭县两地，保有储量约为169亿t，占全省总量的97%以上；三是适合露天开采的矿床少。大部分位于基本农田保护区之内；四是油页岩造岩矿物的灰分是烧制陶粒的理想材料。
吉林省将应用壳牌公司技术开发当地油页岩，壳脾公司拥有目前世界上最先进的地下转化工艺技术(ICP)，这种技术不需破土开矿，非常适合吉林省油页岩大部分埋藏于平原耕地之下的特点和生态省建设的要求。地下转化工艺技术是壳牌公司投入巨资研发出的一项最先进的开采油页岩及其他非常规资源的专利技术。它通过地下加温，使油页岩在地下进行裂解。再通过相关通道将油、气分别提取出来。这一方法不仅占地少(几乎不占耕地)，而且对环境破坏非常小，没有空气污染，成本更低而产品价值更高。尽管该项技术现在还未完全商业化。但关键的工艺、设备等技术问题都已解决，并在美国科罗拉多和加拿大艾伯塔省进行了商业示范。由吉林光正矿业开发有限公司和壳牌(中国)有限公司合作组建的壳牌吉林能源控股有限公司于2006年4月成立。该合作企业将勘探和开发吉林省的油页岩资源。由壳牌(61%)和吉林光正(39%)投资的吉林壳牌合作企业将进行为期两年的油页岩地质勘探工作。该合作企业的长远目标是实现油页岩资源的商业开发，以生产清洁、优质的运输燃料及其它能源和化工产品。根据壳牌公司在北美ICP技术的研发及对当地油页岩资源的勘察情况。预计该技术将于2006年进入商业示范阶段，合资公司将于2006年开始示范运作，经过2～3年时间的示范。2010年后开始全面商业生产，预计年产1 400万t轻油，总投资200亿美元。
总投资高达30亿元的内蒙古首个油母页岩开发项目于2005年10月在包头市固阳县开工建设，拉开了内蒙古油母页岩资源开发建设的序幕。该项目位于包头市固阳县窝尔沁壕矿区，将分两期工程进行，一期工程计划投资15亿元，生产规模为年产原油60万t；二期工程计划投资15亿元，在一期工程的基础上扩建一条年产原油60万t的生产线。这个项目已有辽宁抚顺矿业公司、内蒙古百金、准格尔乔窑渠煤矿、北京国环展览中心、北京新阳桥科技5家公司计划投资，并支付勘探费用。内蒙古地勘五院20世纪50年代即已在该地区施工时发现，当地油母页岩覆盖在煤层上，占地约15km2，油母页岩厚度在20～100 m之间，含油率达4%(有开采价值)以上的储量大约14亿t。根据有关科研机构的勘测。内蒙古油母页岩预测储量为2 085.40亿t，位居国内各省份之首。原地质部勘测的数据显示内蒙古表内储量为2.4l亿t，含油率为5.6%，此项目的建设将为大规模开发内蒙古油母页岩资源提供借鉴。
3.油砂资源
我国油砂资源也十分丰富，分布非常广泛，在准噶尔、柴达木、鄂尔多斯、松辽、四川、二连、塔里木、吐哈等盆地都发现了油砂的分布。我国油砂点多面广，且含油率高，有的地区油砂含油率高达12%以上，勘探前景十分喜人。