中国陆相页岩油勘探开发现状及展望

能源阿阳 2022年8月8日浏览：2079 收藏：1

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来源 |《现代化工》2022年第3期

作者 | 张仁贵，刘迪仁，彭成，刘宇峰

摘要：中国陆相盆地地质条件复杂，地面条件十分苛刻，加之国内常规钻井、压裂工艺周期长、开发成本高、核心技术未突破等原因，导致我国的页岩油发展较为滞后。如何加快页岩油商业发展，全力打造页岩油这一新的战略增长点，是保障国家能源安全和经济平稳发展的重中之重。介绍了页岩油储量及分布、形成机理及资源类型，详细论述了国内外页岩油勘探与开发现状，着重总结了勘探与开发页岩油的关键技术，并指出其当前在潜力认识、技术装备及经济成本方面的挑战，同时提出相应对策，最后对其发展前景进行了展望。

随着全球常规能源的消耗逐渐加大，人们对开发清洁高效非常规能源的呼声日益强烈。页岩油作为一种新型能源登上了历史舞台，其具有分布稳定、厚度大及分布范围广等特点，已成为世界各国争相研究的热点。迄今为止，美国的页岩油革命成效显著，加拿大、澳大利亚等国相继对页岩油成功进行了商业性开发，未来其有望成为重要的能源衔接纽带。中国原油对外依存度高，且资源相对有限，因此高效开发以页岩油为主的非常规天然气是我国缓解能源紧缺局势、改善能源结构最有效的方式之一。

我国页岩油储量十分丰富，据不完全统计，其总可采储量为5.0×109 t位居世界前列。近年来，经过多年的勘探开发实践，页岩油先导试验在塔里木、渤海湾及松辽等示范区取得了重大突破。但由于受相关技术条件的限制，在页岩油开采方式及开发技术等方面尚未取得关键性突破，与美国等发达国家开发手段具有明显的差距。加快国内页岩油规模工业化开发，实现革命性战略接替是中国陆相页岩油革命之梦。

1 页岩油概况

1.1 储量及分布

世界页岩油的潜在资源量十分可观，总量可达1.1×1013～1.3×1013 t，主要分布在美国、俄罗斯、中国及澳大利亚等国家。根据美国能源信息局统计，美国、俄罗斯和中国三国页岩油储量占全世界页岩油储量的47.8%。中国页岩油资源量十分可观，总地质储量高达4.764×1010 t，经济技术可采总量高达1.597×1010 t。分布区域覆盖20个省和自治区，其中准格尔、鄂尔多斯及松辽等3个主要富集区占总储量的74.24%，中国主要盆地页岩油储量分布如表1所示。

表1 我国主要盆地页岩油资源量分布

盆地	层位	储集空间类型	分布面积/10⁵km²	资源量/10⁵t
鄂尔多斯	三叠系	基质孔、微裂缝	0.8～1.0	2.5～3.5
准格尔	二叠系	基质孔、微裂缝	0.6～0.8	2.0～2.5
四川	侏罗系	基质孔、微裂缝	0.7～0.9	1.5～2.0
渤海湾	沙河街组	基质孔、微裂缝	0.9～1.1	2.0～2.5
松辽	白垩系	基质孔、微裂缝	0.8～0.9	2.0～2.5
柴达木	第三系	基质孔、微裂缝	0.2～0.3	0.5～0.8
江汉	第三系	基质孔、微裂缝	0.02～0.03	0.1～0.2
苏北	第三系	微裂缝	0.02～0.03	0.1～0.2

1.2 形成机理及资源类型

页岩油的形成与烃源岩的生烃转化密不可分，不同阶段页岩油生成量与组分差异显著，主要分为4个阶段：①低成熟阶段，微生物作用较强，产生少量的生物甲烷气，饱和烃以碳数较高的重质烷烃为主，生成油与稠油性质相近。②成熟阶段，大量干酪根及重质组分在热催化作用下降解，生油量达到高峰，随后生成的油逐渐发生裂解，长链烷烃向短链烷烃转化，生油量逐渐降低，该阶段形成油密度和粘度较低，流动性较好。③高成熟阶段，干酪根和生成的原油热解生气，随着轻烃组分的增加，汽油比显著增大。④过成熟度阶段，干酪根中侧链甲基断裂缩合成更大质量分子的焦沥青，与此同时，湿气逐步开始裂解，CH4含量逐渐上升。其中有利于页岩油形成的成熟度区间为液态烃大量生成的生油窗阶段。液态烃类石油以游离态、吸附态和溶解态3种方式赋存于储层中。前者一般赋存于储层孔隙中，其饱和烃组分含量较高，在一定的工艺措施下能够被开采出来，也被称为可动页岩油。后两者物化性质与干酪根或固态沥青密切相关，非烃组分含量较高，极难开采。

根据裂缝发育程度，页岩油可分为3种类型:①裂缝型，主要表现为储层物性较好，裂缝发育程度高，开发难度低。②混层型，由富含有机质的泥页岩与贫有机质的碳酸盐岩夹层构成。③基质型，此类型页岩油储层以厚层泥页岩为主，储层物性差，裂缝基本不发育。按地质储量和可采性进行划分，裂缝型页岩油储量较小但可开采程度最高，基质型页岩油资源量最大，但可开采程度最低。

1.3 国内外页岩油勘探与开发现状

美国的页岩油勘探开发历史可追溯至20世纪初期，早在1910年，在San Joaquin Basin盆地的中新统Monterey 组地层中首次发现了裂缝型页岩油藏，至今该油气区已有近100年的产油史。随后，由于缺乏一定的技术和工艺支撑，美国页岩油开发进入了一个相当长的筹备期，直至1980年，随着钻井压裂工艺的不断完善，页岩油的开发才逐步形成规模产能。之后相继在中西部及南部地区的不同页岩层系中开发了页岩油，其页岩油革命逐步进入规模商业化发展阶段。

2010年后，在8年时间内美国的页岩油产量递增了十几倍，部分地区年增产高达5×107 t，创造了史无前例的增长。在2014年原油暴跌的国际环境下，美国页岩油发展呈现出前所未有的魄力，不仅助其顺利度过了油价低潮，还依旧能保持产量的增长。预测至2025年，美国有望结束近70多年的原油进口历史，跻身原油出口国行列。美国页岩油的爆发式增大得益于多重方面关键技术的创新，包括地质理论和开采技术的突破、开发成本的降低及商业模式的革新等。除美国外，俄罗斯、加拿大及澳大利亚等国页岩油开发也呈现出良好的发展趋势，未来页岩油在世界范围内的勘探开发情况将十分乐观。

与美国海相页岩地层相比，我国陆相页岩储层呈现出非均质性强、地质条件苛刻、与实际可开发程度较低等问题，不能完全参考和照搬国外页岩油的开采经验。我国陆相页岩油资源集中富集在准格尔、鄂尔多斯及渤海湾等区域，近年来国内中石油、中石化等企业陆续开展了多项页岩油勘探开发工作，相继在新疆、长庆及大庆等油田进行了页岩油储层评价、地质甜点预测等相关探究。

2011年，新疆油田在多个区块进行了页岩油试采，均获得了工业油流，拉开了我国页岩油勘探开发的序幕。杨智等采用地质甜点预测技术评价了鄂尔多斯盆地长7段的页岩油储量，指出分布在长73亚段的Ⅲ类页岩油是水平井开发首要目的层。柳波等在可采系数为10% 的情况下，利用体积类比法计算得出松辽盆地页岩油可采储量可达1.056×109 t。截至2018底，已在渤海湾沧东凹陷的800多口探井中的泥页岩发育段中探测出油气显示，其中有15口井成功获得工业油流。中国陆相页岩油主要勘探进展见表2。目前我国已在多个盆地区块获取了工业油流，预计2025年将迎来页岩油开发高速发展期。

表2 中国陆相页岩油主要勘探进展简表

盆地	地区	层系	勘探进展
准格尔	吉木萨尔凹陷	芦草沟组	井控储量为 1.112×10⁹t，已产油2.292×10⁵t
准格尔	玛湖凹陷	风城组	4500m 以浅资源量为4.2×10⁸t，钻获5 口工业油流井
鄂尔多斯	陇东地区	延长组长7段	钻获13 口工业油流井
松辽	南部地区	青山口组	资源量达1.5×10⁹t，钻获多口工业油流井
渤海湾	东濮坳陷	古近系	钻获7 口工业油流井
	济阳坳陷	沙三段、沙四段	资源量达4.0×10⁹t，钻获37 口工业油流井
	沧东凹陷	孔二段	资源量超过8×10⁸t，钻获15 口工业油流井

2 勘探与开发页岩油关键技术

2.1 甜点识别与定量评价技术

页岩油甜点早期勘探开发关注的重要参数，是地质、工程甜点的综合体现，如何快速直观精确地识别页岩油甜点是实现后期页岩油规模开发的物质基础。我国陆相页岩油地层非均质性强、储层物性差且含油性较差，常规的测井技术势必不能满足其开发需求。经过多年的探索和研究，形成了基于常规测井曲线的页岩油甜点识别与定量评价技术，以求准确认识复杂储层，降低测井作业成本。基于常规测井曲线的多信息融合测井甜点识别与评价方法如图1所示，其主要识别评价流程为：①精确分析测井曲线敏感性；②转化为标准化曲线并赋值；③确定RGB空间特征值；④显示RGB颜色值并为其设定显示宽度；⑤获取测井信息融合可视化结果。此方法已成功应用于我国多个富含页岩油层系储层评价中，测井解释结果与生产动态特征高度匹配，可精准确定潜在的页岩油勘探目标。

中国陆相页岩油勘探开发现状及展望的图1

图1 基于常规测井曲线的多信息融合测井

甜点识别与评价方法

2.2 长水平段水平井高效钻井技术

页岩储层具有低渗低孔等特征，只有通过水平井精确钻遇其甜点并合理实施压裂改造才能获得稳定产能。我国陆相断陷盆地构造复杂，纵向上确定的页岩油甜点横向差异较大，针对页岩油藏钻井存在诸多难点：其一页岩水平井水平段较长，需严格控制造斜段的斜率；其二储层磨阻大，钻进过程中压力传递弱；其三由于缺乏可靠的地质资料，加之经验不足，无法精确捕捉目标层；其四我国陆相页岩油藏储层中矿物易膨胀，常规钻井液体系并不适用。

针对以上难点，国内外学者提出了一套包含多项有效钻井举措的长水平段水平井高效钻井工艺，该技术囊括丛式“井工厂”立体开发、超大规格电驱动钻机、长水平段水平井井眼轨迹控制、钻井参数实时优化等多项子技术，该系统在钻井过程中可实时调整和优化井眼轨迹，确保页岩油甜点被精准钻遇。

2.3 水平井+密切割体积压裂技术

页岩油水平井投产前需进行体积压裂，常规水平井体积压裂波及面积小，裂缝间距大，很难实现连续稳产。为进一步挖掘页岩油井的潜能，引入了水平井+密切割体积压裂技术。该技术不仅能够起到扩大裂缝波及范围，缩短页岩储层渗流距离的作用，同时可以实现补充地层压力，提升采出程度，增大单井产能的目的，一举双效。庆城油田自将密切割体积压裂技术与长7油层组页岩油现场先导试验相结合以来，水平井压裂实现了从“大排量打碎储集体”到“密切割剁碎储集体”的思路转变，配合其自主研发的低成本EM30滑溜水压裂液，实现了对该区块页岩油储层的有效改造。

2.4 微地震井中监测技术

微地震井中监测技术是近几年兴起的多学科交叉融合技术，与其他监测方法相比，其具有监测信息多、精度高及实时性强等优点。如图2所示，在对页岩储层进行压裂施工时，在压裂井相邻的监测井，下方耐高温高压的高敏感度检波器，收集岩石破裂时发出的微地震信号，经数据分析得出破裂带的空间位置。该技术最大优点是噪音的干扰相对于地面监测要小，采用纵横波时差法对微地震信号进行精准定位，可实现对压裂产生裂缝的精细刻画，实现对页岩储层改造效果进行评价，同时亦可实时调控储层改造方案，优化井轨迹布设，为合理设计页岩油水平井井间距提供参考信息。

中国陆相页岩油勘探开发现状及展望的图2

图2 页岩油储层改造中微地震井中

监测技术示意图

2.5 物探–地质–工程一体化技术

中国页岩油开发在物探选址、开采方式及技术设备研发等方面尚未取得真正突破，如果没有系统全面的一体化指导方法，页岩油开发就会呈现出产量递减过快或单井产能较低等问题。将物探、测井、钻井等工艺相结合，基于生产动态数据，对页岩油藏进行综合评价与工程设计。该体系的主要特点是：①前期地质勘探与中期油藏研究同时兼顾，进行整体化工程设计，大幅度缩短建井周期，降低开发成本，加快发展进度；②“前”设计与“后”评估相辅相成，结合生成数据与指标，不断完善新井设计，优化开发方案；③同时兼顾典型井剖析与区块整体探究，以从点到面为思路优化总体部署。

3 挑战与对策

3.1 面临的挑战

中国陆相页岩油整体上热演化程度不高，加之其含蜡量偏高，储层厚度偏小，在地层能量、井均日产及预测最终可采气量等方面存在明显不足。

（1）理论认识领域，我国陆相页岩油研究起步较晚，对其储层结构、赋存机理及富集规律等的认识尚不清晰，前期资源勘探选址难度大。

（2）技术领域，由于受构造条件、储层物性等因素的影响，我国尚未形成一种切合国内国情的页岩油开采技术，许多关键的开发技术仍需突破，高端精密设备的研发严重滞后。

（3）经济领域，页岩油开发面临投资大、见效慢的风险，随着国内诸多页岩油区压裂、钻井等大型施工作业的展开，如何降低投资成本是未来实现页岩油商业开发的重中之重。

3.2 相应对策

不断革新的开发理念是关键，合理参考国外页岩油勘探开发的关键理论和技术，综合考虑我国页岩油的勘探开发基本国情，加强对页岩油藏储层地质、结构及物性方面的研究，为实现其规模化开发垫定基础。

逐步提升的各项勘探开发技术是核心，充分借鉴页岩气开采的成功经验，加强页岩油藏甜点识别、钻完井、微地震监测等技术攻关，积极开展先导试验，建立比较完备且适合国情的开采工艺技术。

开放的市场机制和优惠政策是保障，现阶段我国虽已突破页岩油出油关，但技术成本较高，尚未实现商业生产。建议从国家层面上，出台一系列优惠政策，为油气田企业勘探开发页岩油提供资金支持和政策补贴。

4 展望

我国对于页岩油开发关键技术的探索起步较晚，研究程度较低，一些页岩油富集区仍处于加深地质认识和技术适用阶段，受相关理论和技术等方面因素的制约，中国页岩油的发展仍有很长的一段路要走。建议在合理参考美国页岩油勘探开发的关键理论和技术，充分借鉴页岩气、致密气开采成功经验的基础上，采取与高校、科研院所及油气田企业联合攻关页岩油研究和开发力度，同时加大现场先导试验攻关力度，开展技术和降本增效攻关，从物探-工程-开发-经济-废弃地复垦等多方面考虑，探索形成一套成熟系统的陆相页岩油提速、提产、提效技术体系，为中国页岩油革命的成功铺平道路。

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