頁巖油評價中的若干關鍵問題及研究趨勢（一）

在美國頁巖氣勘探開發取得巨大成功的同時，美國的勘探實踐也證實，頁巖油資源同樣具有巨大潛力。借鑒美國頁巖氣勘探開發的啟示和經驗，中國近年來對頁巖氣的勘探和開發也取得了重要的突破，但由于中國地質條件的復雜性及中美國情的差異，在頁巖氣的勘探開發上，難以復制美國的成果，還有漫長的道路需要探索。而且即使達到美國的技術水平，中國頁巖氣的產量也難以滿足經濟發展對能源需求的快速增長，因此亟需對頁巖油勘探開發進一步深入研究。

本文中頁巖油主要指賦存于以泥頁巖為主的層系（如中國東部湖相厚層泥頁巖層系）中的石油，其主要富集在成熟度位于油窗階段的泥頁巖和近源的致密砂巖中。中國東部陸相沉積泥頁巖發育厚度大、有機質豐度高、熱演化程度適中、常含有砂巖薄夾層、埋藏深度普遍淺于4000m，具備形成頁巖油的基礎。正因為如此，包括勝利、大慶、遼河、南陽、吉林、江漢油田等中國眾多東部老油田前期都開展了針對頁巖油的研究、評價及勘探工作。中國中西部也具有良好的頁巖油形成條件。初步研究揭示，中國也具有豐富的頁巖油資源。中國石油化工集團公司2012年完成的全系統頁巖油氣資源評價表明，中國石油化工集團公司所屬東部油區具有豐富的頁巖油資源，如勝利油田面積不到1000km²的渤南洼陷滯留在泥頁巖中的石油總量就高達88×10⁸t；中國石油天然氣集團公司所屬探區也有豐富的頁巖油資源，如大慶油田僅齊家—古龍凹陷青山口組泥頁巖中的滯留油總量就高達146×10⁸t，吉林油田青山口組一段滯留于泥頁巖中的石油總量也達到156×10⁸t。此外中國陸相頁巖油在湖相頁巖盆地連續聚集，初步預測可采頁巖油資源量為（30~60）×10⁸t。

事實上，以往常規油氣勘探過程中已經揭示了許多泥巖裂縫油藏或油流井的存在。如東部的渤海灣、松遼、江漢、南襄、蘇北盆地，西部的柴達木、吐哈、酒泉、準噶爾、塔里木盆地，中部的四川盆地，部分單井累計產油量可達數萬噸。另如勝利油田河54井在沙河街組三段下亞段的泥頁巖段累計產油27896t，羅42井沙河街組三段下亞段的灰褐色油頁巖段累計產油13605t。據初步統計結果，截至2010年底，濟陽坳陷共有320余口探井在頁巖中見油氣顯示，其中30余口井獲工業油流，頁巖油顯示廣泛分布于濟陽坳陷的東營、沾化和車鎮等凹陷，其地質層位主要集中在古近系沙河街組四段、沙河街組三段和沙河街組一段生油巖層系中。

但近些年來，部分專門針對頁巖油部署的鉆井（包括水平井），其效果并不如預期，也沒有達到美國頁巖油的產能，有些甚至還不如以往直井“無心插柳”鉆遇的泥巖（裂縫）油藏。如勝利油田的渤頁平1井，經過兩次壓裂后初期產量不過8.22m³/d，并很快降到1.6m³/d，累計產油量僅約100m³。即使是效果相對較好、中國陸相頁巖油首個重大突破區南陽油田泌陽凹陷的泌頁HF1井，其泥頁巖層分段壓裂后獲23.6m³/d的高產油流，但產量也很快降到約1m³/d。而且由于頁巖油鉆井/作業成本高，目前的產量還遠遠不具備經濟效益。這表明，雖然頁巖油資源非常豐富，但頁巖油的有效勘探開發還任重道遠。這其中的一部分重要原因在于：前期的工作重點放在了鉆井、完井、儲層改造等實物工作量及工程技術上，有關基礎性、科學性的研究并沒有跟上，因而無法從機理上解釋頁巖油勘探開發目前所面臨的困局。

能否突破、如何突破這一困局是一個需要深刻研究的問題。雖然中國有關油田受頁巖氣革命鼓舞而興起的頁巖油勘探熱潮已經逐漸消退，針對頁巖油的勘探基本中止，但關于頁巖油的研究并沒有停滯，包括國家重點基礎研究發展計劃（973）、國家重大科技專項以及大量的國家自然科學基金項目都已立項。但是，頁巖油開發能否具有效益、下一步研究方向應該如何選擇和突破？學術界還有較大的分歧。為了把握頁巖油領域的研究方向，便于勘探學家和相關同行能夠盡快厘清頁巖油領域的研究現狀、問題和趨勢，并聚焦、突破幾個關鍵瓶頸問題，筆者在梳理國內外的相關研究成果及所屬研究團隊近5年的研究積累和思考的基礎上，試圖總結并提煉出這一領域需要重點探索、創新突破、深入解決的幾個關鍵問題及發展方向，以期能夠對推動頁巖油理論研究的深入和勘探開發的實質性進展有所裨益。

關鍵問題的提出

關鍵科學問題

導致頁巖油勘探開發落差的主要原因首先與地質條件的差別有關，美國的頁巖油其實主要指的是與泥頁巖互層的致密油，且一般油質較輕。泥巖裂縫油藏常常發育在砂質含量較高、因而脆性較高的地層中，天然發育的裂縫為石油的相對富集提供了運移通道和儲集空間。而中國東部湖相頁巖油更多富集在相對較純的泥頁巖中。那么，在理論上，該類典型的頁巖油能否流動？什么條件下可以流動？有多少可以流動？流動機制是什么？流動速率多高？對這些問題，即頁巖油的可流動性等問題的回答，事關中國湖相頁巖中賦存的極其豐富的頁巖油資源能否動用？有多少可以動用？是否可以有效益的動用？如果理論上不具有可動性或可動條件太過于苛刻或可動量太少，則后續的所有探討和研究都將失去意義。因此，頁巖油的可流動性及其定量表征是頁巖油有效勘探開發需要回答的第1個關鍵科學問題。

石油在頁巖儲層中的可流動性，首先與頁巖內孔隙空間的大小、分布及其連通性密切相關。即原來被視為源巖而不是儲集層的致密頁巖究竟能否作為石油的有效儲集層？在什么條件下能，在什么條件下不能？換句話說，需要認識頁巖的成儲機理、下限及分級評價標準。因此，致密頁巖的成儲機理及成儲下限是有效勘探開發頁巖油需要回答的第2個關鍵科學問題。

同時，頁巖油的可流動性還與其在頁巖中的賦存機理和狀態密切相關。不難理解，一般以游離態形式賦存的石油容易流動，吸附態的難以流動。而這又與油分子（相對于孔、喉）的大小、物理-化學性質（密度、黏度）、流-固相互作用（潤濕性）及其結合能有關。只有認識了其賦存機理，才能認識不同賦存狀態（吸附、游離、溶解）所占的比例及其相互轉化條件和定量表征方法。因此，油在頁巖中的賦存機理和狀態是有效勘探開發頁巖油需要回答的第3個關鍵科學問題。

上述關鍵的科學問題實際上涉及頁巖油理論上是否具有可動性、可采性。解決了上述問題之后，勘探家更為關注的是到哪里去開采的問題，即頁巖油“甜點”的識別和預測問題。這直接關系到頁巖油勘探開發的井位部署及成效。

關鍵技術問題

所謂頁巖油的“甜點”，應該包括2個方面的含義：①整體含油背景下相對來說更富含油的“甜點”，不難理解，在其他條件相同的情況下，含油性越好，被有效勘探開發的可能性就越高；②在整體致密、低滲背景下的孔、滲甜點，或可壓裂改造性（脆性）甜點，這關系到頁巖油的可采性。前者實質上涉及泥頁巖中有機質和石油分布的非均質性，后者則是指泥頁巖的總體組成（包括孔隙、喉道、裂縫）的非均質性。因此，需要分別將頁巖有機非均質性的評價和預測，以及無機非均質性的評價和預測視為頁巖油勘探開發中需要解決的第4個和第5個關鍵問題。所不同的是，前3個問題更偏向于機理、基礎，可將其稱之為頁巖油勘探開發中的關鍵科學問題，后2個問題更偏向于應用和技術，可稱之為關鍵技術問題。

只有客觀認識了關鍵科學問題的機理性和基礎性，并建立相應的表征方法，才有可能從理論上闡明頁巖油的流動機制、速率、條件及可流動量等問題。而且只有建立了評價和預測頁巖有機、無機非均質性的有效技術手段，才有可能提高頁巖油勘探開發的效益。

本期石油圈主要介紹了頁巖油評價中的若干關鍵問題及研究趨勢中的關鍵問題部分，下期石油圈將帶來關鍵問題的研究現狀及發展趨勢（點擊閱讀），敬請期待。

版權聲明 | 來源：《石油學報》，作者：盧雙舫等，版權歸原作者所有。

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