Progress in research and exploration & development of shale oil in continental basins in China

  • Qian-ru WANG , 1, 2 ,
  • Shi-zhen TAO , 2 ,
  • Ping GUAN 1
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  • 1. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
  • 2. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083, China

Received date: 2019-08-06

  Revised date: 2019-10-03

  Online published: 2020-03-26

Supported by

The China National Science & Technology Major Project(2016ZX05046)

Highlights

Successful exploration of shale oil and gas in North America has brought new exploration ideas for oil and gas to the world. Shale oil resources in China's continental basins are abundant, however, the special complex geological and engineering conditions of China's continental basins have also brought many problems to the Chinese explorers. The concept of shale oil has been controversial in recent years. The formation conditions, occurrence forms, accumulation mechanism, resource potential and favorable development areas of China's continental shale oil have become the research hotspots in recent years. Two types of high-quality source rocks in freshwater and salt water environment have developed in China's continental lake basins. Studies have shown that high TOC shale can be developed in both freshwater and salt water environments. Micro-nano pores are important reservoirs for shale oil, mainly including intercrystalline pores, organic pores, layered joints, micro-cracks, etc. Lamellar lithofacies being a favorable lithofacies for shale oil exploration has become a consensus. The rich resources of shale oil have attracted the attention of major domestic oil companies. The related exploration and development of shale oil has also been carried out successively, which has made great progress. At present, there are still many problems in the exploration and development of shale oil in China. A series of problems such as chaotic shale oil concept, complicated geological conditions and limited engineering means need to be solved urgently. Overall, the shale oil revolution is coming.

Cite this article

Qian-ru WANG , Shi-zhen TAO , Ping GUAN . Progress in research and exploration & development of shale oil in continental basins in China[J]. Natural Gas Geoscience, 2020 , 31(3) : 417 -427 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2019.10.009

0 引言

页岩油是一种新兴的重要非常规能源,据美国能源信息署(EIA)评估结果,全球页岩油技术可采资源量为473×108 t[1,2]。2016 年美国平均日产页岩油53.3×104 t,占美国国内原油日产量的45%[3],2016 年页岩油总产量已达2.12×108 t,占美国石油总产量的52.6%,显示出了页岩油具有巨大的勘探开发前景[4]。2018 年美国页岩油产量达到了3.2×108 t,占石油总产量的64.7%,预测到2040 年页岩油日产量将达到129×104 t,在美国石油总产量中占比约为67.3%[5],页岩油目前已成为全球非常规油气资源勘探开发的热点。与美国大规模开发的海相页岩油相比,我国陆相页岩油储量丰富,前景可期[6],重点分布在准噶尔、鄂尔多斯、松辽、渤海湾等陆相盆地,纵向上页岩油主要分布在古近系、白垩系、侏罗系、三叠系和二叠系等5套层系中(图1)。页岩油资源丰富,勘探开发潜力巨大,实践表明,中国陆相盆地源内页岩油资源量远大于源外常规石油资源,源外向源内转变是石油工业持续发展的必然选择。美国在海相页岩油取得巨大突破,而中国的页岩油储层主要以陆相湖盆泥页岩为主,相关地质问题仍在探索之中。据自然资源部估算,中国页岩油地质资源潜力为397.46×108 t,可采资源潜力为34.98×108 t,是未来油气勘探的重点领域[7]。因此本文在充分调研国内外页岩油气最新勘探开发与研究进展的基础上系统总结页岩油的定义与基本内涵,简要阐述页岩油的烃源岩、储层及富集等基本地质特征,随后充分调研中国陆相页岩油的勘探开发进展,总结目前中国页岩油勘探开发所面临的问题,为中国未来的页岩油发展提供建议。
图1 中国典型页岩油盆地富有机质页岩时代分布

Fig. 1 Distribution of organic-rich shale ages in typical shale oil basins in China

1 页岩油概念与内涵

近些年来,页岩油的定义在业内并未达成一致,2013年美国能源信息署(EIA)[8]定义页岩油(致密油)通常指产自特低渗的页岩、砂岩、碳酸盐岩地层中的石油资源。这里需要说明的是,EIA在2013 年前称之为页岩油,2014 年后称之为致密油[9,10]。加拿大自然资源协会(NRC)[11]将产自页岩层系中的石油称为致密页岩油(Tight shale oil)或致密轻质油(Tight light oil)。在一些区域石油是直接产自页岩的,但大多数情况下石油是产自作为源岩的页岩层系中的低孔渗性的粉砂岩、砂岩、灰岩和白云岩夹层。中石油将页岩层系内(源内)赋存的液态石油及尚未转化的各类有机物划归为页岩油,中石化则认为页岩油是赋存于富有机质泥页岩层系中的自生自储、连续分布的石油聚集。自然资源部油气资源战略研究中心2012 年将非烃源岩夹层单层厚度不到3 m、泥地比大于60%的地层纳入页岩油层系的评价范畴。
目前主流思想大致分为2种,一种是狭义页岩油,二是广义页岩油。石油界专家学者对于页岩油概念的认识主要集中在狭义页岩油,但对于具体如何界定狭义页岩油存在差异(表1)。自页岩油成为勘探热点之后,致密油与页岩油的概念内涵一直存在争议,早期部分学者将页岩油定义等同于致密油定义,近期则基本回归到页岩油是指赋存在以页岩为主的层系中的石油,致密油则是以致密砂岩、碳酸盐岩为主层系中的石油资源。页岩油本质上是从岩性角度定义,强调烃源岩的重要性;致密油是从物性角度定义,集中在储层与裂缝。目前多数观点认为页岩油源储一体特征是从页岩层系的角度而言的(图2),事实上页岩油均经过了短距离的运移,石油由富有机质纹层运移到相对贫有机质的孔渗条件相对好的夹层、薄夹层,也可以从生烃深洼区顺层通过层理缝等向斜坡带甚至构造区运移,但是没有穿层。
表1 不同学者对页岩油定义的描述

Table 1 Description of shale oil definition by different scholars

学者 定义 类别
邹才能等[12] 页岩油是以页岩为主的页岩层系中所含的原地滞留油气资源,圈闭界限不明显,无法形成自然工业产能。包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油资源,也包括泥页岩层系中的致密碎屑岩或碳酸盐岩夹层中的石油资源 狭义页岩油
张君峰等[13] 页岩油专指来自作为源岩的泥页岩层系中的石油资源,其特点是源储同层,即有效生烃泥页岩层系中具有勘探开发意义并以液态为主的烃类,主要以游离、吸附及溶解态等方式赋存于泥页岩基质孔隙、裂缝以及砂岩、碳酸盐岩等夹层中
武晓玲等[14] 页岩油是指泥页岩层系中主要以吸附态和游离态赋存在泥页岩及碳酸盐岩、砂岩等夹层的孔隙、裂缝中,通过水平井压裂技术等非常规技术手段才能实现规模经济开采的烃类资源
张金川等[15] 页岩油与页岩气相似,页岩油是以游离态、吸附态及溶解态等多种方式赋存于有效生烃泥页岩层系中具有勘探开发意义的非气态烃类
周庆凡等方正汇总行[16] 页岩油泛指蕴藏在具有低孔隙度和渗透率的致密含油层中的石油资源,其开发需要使用与页岩气类似的水平井和水平压裂技术,其概念内涵与致密油相同,美国与我国在估算页岩油资源量时均包括泥页岩层系中致密砂岩及致密碳酸盐岩中的石油 广义页岩油
图2 页岩层系石油聚集模式(据文献[17,18,19,20]修改)

Fig.2 Shale strata oil accumulation model(modified according to Refs.[17-20])

2 页岩油研究进展

2.1 近年来页岩油研究集中领域

近些年来,中国的石油地质学者在关注美国页岩油研究成果的基础上,认识到美国海相页岩油与中国陆相页岩油存在差异(表2),因此研究了中国陆相页岩油的形成条件、赋存形式、成藏机理、资源潜力与有利发育区。对页岩油的评价体系大致分为有没有页岩油,包括烃源岩发育环境、有机质类型、有机质丰度(TOC)、有机质成熟度(R O)、烃源岩埋藏深度等;有多少页岩油,包括页岩岩相、孔隙类型、基质与夹层孔隙度等;有多少可流动页岩油,包括渗透率、原油密度、气油比、压力系数等;有多少技术可动页岩油,包括构造背景、脆性指数、脆性矿物含量等。在资源潜力研究方面,页岩油研究还处于大区域估计阶段。在有利区优选方面,相关学者依据页岩层的深度、厚度、TOC和热演化程度优选有利区[21]。因此,充分利用页岩油相关地质资料,综合分析页岩油发育的有利参数和条件,优选盆地内页岩油甜点区,是我国页岩油勘探开发的必经阶段。
表2 中美页岩油地质特征对比(据文献[22,23]修改)

Table 2 Comparison of geological characteristics between Chinese and North American shale oil(modified according to Refs.[22-23])

对比因素 美国 中国
盆地类型 稳定前陆盆地、克拉通盆地 断陷盆地、坳陷盆地,晚期构造活动强烈
沉积环境 海相(连续) 陆相(非均质性强)
TOC/% 2~20 0.4~16
R O/% 0.6~1.7(中高成熟度) 0.4~1.4(中低成熟度)
孔隙度/% 5~13 3~12
渗透率/(10-3μm2) <0.2 <0.1
脆性矿物含量/% 60~90 45~70
压力系数 1.35~1.78 0.70~1.80
原油黏度/(mPa·s) <1(黏度低) 6~20(高蜡油)
原油密度/(g/cm3 0.75~0.85 0.75~0.92
工程技术 较为成熟 仍在发展

2.2 地质认识

2.2.1 烃源岩特征

我国具备发育陆相页岩油资源的优质地质条件,良好的烃源岩发育环境奠定了页岩油形成的资源基础,中国陆相湖盆发育淡水、咸水环境2类优质烃源岩,2种环境烃源岩有机质丰度高,生烃潜力大,非均质性强(表3)。对于淡水湖盆,例如鄂尔多斯盆地长7段烃源岩黑色页岩与暗色泥岩互层,有机质分段富集,其中有机质富集主要受2大因素影响,一是湖盆深部火山活动与热液作用活跃,促进了湖盆内部的生物勃发。火山活动为湖盆的高生物生产力提供了丰富的营养元素,改善了成烃生物演化环境,促进藻类勃发,形成富营养水体;鄂尔多斯盆地湖盆内部发现硅质岩、磷锰矿、碳酸盐岩结核等热液沉积,其中具有高含量的锶、锰等元素,促进了生物繁盛,具有明显的“施肥”作用。二是低沉积速率和低陆源碎屑补偿速度降低了有机质的稀释作用,缺氧还原环境有利于有机质沉积埋藏后的保存,大面积分布的黑色页岩与暗色泥岩奠定了大规模页岩油的基础[20]。咸化湖盆以吉木萨尔凹陷芦草沟组为例,烃源岩中有机质分布非均质性强,有机质丰度高。其中有机质富集除受早期火山活动提供营养物质促进藻类勃发控制外,还受咸水水体影响,准噶尔盆地湖盆烃源岩发育在咸水环境,促进了有机质的絮凝,提高了有机质的富集效率,同时低能深水环境使得有机质相对富集,芦草沟组烃源岩区域上大面积分布,为准噶尔盆地页岩油发育创造了有利条件。目前成烃生物识别技术日趋成熟,能够更加明确浮游生物与藻类的生烃潜力差异[24],以及通过鉴定产甲烷菌、甲烷氧化菌能够判别沉积水体分层和优质烃源岩的形成条件[25]
表3 中国陆相各盆地烃源岩发育环境

Table 3 Developmental environment of source rocks in various continental basins in China

盆地 准噶尔盆地 塔里木盆地 柴达木盆地 四川盆地 鄂尔多斯盆地 渤海湾盆地 松辽盆地
层系 二叠系 三叠系—侏罗系 古近系 侏罗系 三叠系 古近系 白垩系
烃源岩发育环境 咸水—半咸水 淡水环境 咸水环境 淡水—微咸水 淡水—微咸水 咸水—半咸水 淡水—微咸水
中国陆相盆地页岩油资源潜力巨大,陆相页岩层系烃源岩有机质类型多为Ⅰ—Ⅱ1型(表4),有机质丰度各盆地分布不均,纵向上有机质分布非均质性也较强,分层性明显,页岩中有机碳含量是泥岩的几倍;有机质成熟度普遍偏低,多为中低成熟度页岩油,埋深分布多样(图3图5)。
表4 中国陆相主要页岩油盆地地质参数(据文献[12]修改)

Table 4 Geological parameter table of major continental shale oil basins in China(modified according to Ref.[12])

盆地 主要发育层位 烃源岩特征 储集特征 脆性特征
埋深/m 有机质丰度(TOC)/% 有机质成熟度(R O)/% 有机质类型 沉积相 储集空间类型 孔隙度/% 渗透率/(10-3 μm2) 脆性指数/%

松辽盆地

北部

白垩系泉头组、青山口组 1 500~2 500 0.7~8.7 0.7~1.4 Ⅰ—Ⅱ1 半深湖—深湖 微裂缝、溶蚀孔、晶间孔、有机质孔 2~12 <1 30~60

松辽盆地

南部

白垩系泉头组、青山口组 1 750~2 650 0.5~4.5 0.5~1.2 Ⅰ—Ⅱ1 半深湖—深湖 微裂缝、晶间孔、有机质孔、溶蚀孔 5~12 <1 30~50

渤海湾盆地

辽河坳陷

古近系沙河街组三段 1 800~4 500 2~12.8 0.4~0.9 Ⅰ—Ⅱ1 浅湖—半深湖 溶蚀孔、晶间孔、层理缝、黏土间微孔 2~8 <1 40~60
渤海湾盆地黄骅坳陷 古近系孔店组二段 2 600~4 200 1.9~5.4 0.7~1.0 Ⅰ—Ⅱ 半深湖 晶间孔、粒内孔、溶蚀孔、层理缝、压实缝、构造缝 3.1~5.8 <1 80~85
渤海湾盆地济阳坳陷 古近系沙河街组三段下亚段、四段上亚段 1 500~5 000 2~10.5 0.5~1.4 Ⅰ—Ⅱ1 滩坝、半深湖 晶间孔、溶蚀孔、有机质孔、微裂缝 3~16 <1 40~80
渤海湾盆地冀中坳陷 古近系沙河街组三段 2 200~4 300 0.5~4 0.9~1.2 Ⅰ—Ⅱ1 半深湖—深湖 晶间孔、溶蚀孔、有机质孔、微裂缝 0.5~5.6 <1 45~80
苏北盆地 古近系阜宁组 1 200~3 500 0.5~4.4 0.5~1.3 Ⅰ—Ⅱ1 半深湖—深湖 片理孔、溶蚀孔、晶间孔、粒间孔、有机质孔、微裂缝 2~7 <1 38~52
江汉盆地 古近系潜江组、新沟嘴组 1 000~3 500 1~3.5 0.6~1.3 Ⅰ—Ⅱ1 半深湖—深湖 晶间孔、溶蚀孔、粒间孔、层理缝、微裂缝 4~12 <1 30~90
四川盆地 侏罗系沙溪庙组,自流井组大安寨段、凉高山组 1 500~4 500 0.5~4.8 0.9~1.5 1—Ⅱ2

浅湖—半深湖、

滩坝、河道砂、

席状砂

有机质孔、溶蚀孔、黏土矿物晶间孔、微裂缝 0.2~7 <1 32~75

鄂尔多斯

盆地

三叠系延长组7段 1 000~3 500 3~22 0.7~1.2 Ⅰ—Ⅱ1

半深湖—深湖、

河道砂、重力流

砂体

粒间孔、溶蚀孔、伊利石晶间孔、微裂缝 2~12 <1 75~90
准噶尔盆地 二叠系芦草沟组 1 500~4 500 3~9 0.5~1.5 Ⅰ—Ⅱ1

浅湖—半深湖、

滩坝、远砂坝、

席状砂

粒间孔、溶蚀孔、粒内孔、晶间孔、微裂缝 5~16 <1 70~95
三塘湖盆地 二叠系芦草沟组、条湖组 1 000~4 500 2~8 0.6~1.2 Ⅰ—Ⅱ1

半深湖—深湖、

火山岩相

粒间孔、溶蚀孔、有机质孔、微裂缝 3~13 <1 55~90
柴达木盆地 古近系下干柴沟组、新近系上干柴沟组 2 700~4 800 0.4~1.2 0.6~1.8 Ⅰ—Ⅱ 滩坝、灰云坪 晶间孔、溶蚀孔、有机质孔、微裂缝 3~12 <1 50~60
图3 典型页岩油盆地页岩有机质丰度

Fig.3 Shale organic matter abundance in typical shale oil basins

图4 典型页岩油盆地页岩有机质成熟度

Fig. 4 Shale organic matter maturity in typical shale oil basins

图5 典型页岩油盆地页岩埋藏深度分布

Fig.5 Depth distribution of shale in typical shale oil basins

2.2.2 储层特征

中国陆相盆地页岩油储层具有源储共生的特征,同时页岩层系中广泛发育陆源碎屑、碳酸盐岩、混积岩等夹层储集体,也为页岩油富集提供了良好的储集空间。以往认为大多油田泥页岩无储集性能,仅为烃源岩,未作为勘探的目的层,后经研究得出夹层发育对页岩油产出是积极因素。泥页岩层系中所含大量微—纳米孔隙是页岩油重要的储集空间,其中页岩油最主要的储集空间类型有粒间孔、晶间孔、有机质孔、溶蚀孔、微裂缝、层理缝等,富有机质纹层状泥页岩游离油含量高,具有较大孔径、较好连通性等良好的页岩油储集条件,因此,纹层状岩相是页岩油勘探的有利岩相[4]。纳米级喉道连通微米级孔隙形成簇状复杂孔喉单元,具有较好的三维连通性,有效提高了储集性,而页岩油赋存形式和富集程度与泥页岩储集空间类型及形成机制有很大关系,页岩中游离烃主要赋存在微裂缝和基质孔中,而束缚烃含量受岩相、有机质丰度和成熟度控制[26]。姜在兴等[27]认为页岩油储层分为2种:一是大规模天然裂缝发育的泥页岩储层,即裂缝型;二是裂缝不发育、基质孔隙为主要储集空间的泥页岩储层,即基质型。张金川等[15]则根据页岩油的赋存空间、开发生产等条件将页岩油划分为基质含油型、夹层富集型和裂缝富集型3类。泥页岩基质孔隙度小、孔喉半径小,渗透率低,属于典型的致密储层物性,基质孔及裂缝是页岩油赋存的主要储集空间类型,当裂缝十分发育时,渗透率将大大增加,页岩油富集及采出条件好,有利于页岩油的规模开采,因此现广泛认为页岩油大量存储在纹层、裂缝发育的物性较好的储层中。
由于页岩油研究仍处于发展之中,对于页岩油储层的表征技术体系尚不完善,因此形成规范的实验技术工作流程是研究页岩储层当前紧要的工作目标。目前对于页岩储层的孔喉表征常用方法有光学显微系统与电子显微系统分析方法,其中场发射扫描电镜(FESEM)是页岩储层常用的观察手段。对于页岩储层的定量分析目前有气体吸附法、压汞分析法、核磁共振分析法、中子小角散射(SANS)等方法,需要注意的是,在探索新技术新方法的同时,应注意实验技术的适用范围,例如在使用高压压汞技术分析泥页岩时,存在泥岩柱塞样品难制、泥页岩进汞饱和度低等问题。同时,裂缝也是页岩储层的重要储集空间与运移通道,因此需形成一套系统的针对页岩油储层的裂缝体系分析方法。

2.2.3 富集特征

陆相湖盆页岩油富集的控制因素有很多,例如高有机质丰度、高热演化程度、好的物性条件、地层超压等。页岩油的富集不受浮力作用控制,属于非常规油气资源,具有储层物性致密,源内分布,突破常规的二级构造带圈闭理论等特点,页岩油没有明显的油水界面和圈闭界限,因此在研究页岩油形成条件时不需要考虑其运移模式与输送体系。例如鄂尔多斯盆地致密砂岩储集体与烃源岩互邻共生,在异常高压的持续作用下,油气就近持续充注,形成了大面积连续分布的高含油饱和度页岩油藏。中石油总结出了3种页岩油源储组合,分别为源储一体型、源储分异型、纯页岩型[28],现均已获油气发现。页岩油一般由本套烃源岩生成,运移过来的外来油气很难在本套泥页岩层系中聚集并具有普遍含油性。根据Tissot模型,从腐泥型(Ⅰ型)干酪根到腐殖型(Ⅲ型)干酪根,有机质的生油能力逐渐减弱。陆相半深湖、深湖相是页岩油生成并聚集的有利沉积相环境[15],因此,盆地沉降与沉积中心以及斜坡凹陷区往往是页岩油形成与富集的有利区域(图6)。
图6 陆相湖盆页岩油发育模式(据文献[15,20,29]修改)

Fig.6 The shale oil development model of the continental lake basin(modified according to Refs.[15,20,29])

尽管页岩油资源丰富,但如何有效开采是目前非常重要的研究方向之一,其中脆性矿物含量与页岩油可采性密切相关。泥页岩中黏土矿物含量越低,脆性矿物含量越高,越容易形成天然裂缝,利于页岩油的富集,同时岩石脆性指数越高,越容易对其进行压裂改造,有利于页岩油的开采。

3 页岩油勘探开发进展

美国非常规革命正重塑全球油气版图,目前美国页岩油广泛分布于东部阿帕拉契亚盆地犹提卡(Utica)区带、威利斯顿盆地巴肯(Bakken)区带、丹佛盆地奈厄布拉勒(Niobrara)区带、阿纳达科盆地伍德福德(Woodford)区带、二叠盆地伯恩斯普林(Bone Spring)和沃夫坎(Wolfcamp)区带、以及墨西哥湾盆地西部伊格尔福特(Eagle Ford)区带。美国尤因塔盆地绿河组薄层白云岩成为北美首个陆相盆地页岩油成功开发的层段。通过水平井压裂改造技术,盆地中北部凹陷已实现页岩油商业开发,水平井井段最长超过3 300 m[30]
我国陆相页岩油资源非常丰富,主要分布在准噶尔、鄂尔多斯、松辽及渤海湾等盆地。近些年来,国内各大石油企业开展了一系列有关页岩油的勘探开发工作。中石油分别在新疆、长庆、大庆、吉林、大港等油田陆续开展了页岩油研究;同样地,中石化在胜利、中原等油田也开展了页岩油老井复试等相关工作。
准噶尔盆地中、下二叠统普遍发育一套云质岩与湖相暗色泥质岩互层为主的沉积,是北疆的主力烃源岩,同时也是新疆页岩油勘探最主要的领域。中国石油新疆油田公司根据构造背景、烃源岩及保存条件等综合评价,优选出吉木萨尔凹陷、玛湖凹陷西斜坡和帐北断褶带—石树沟凹陷3个区块作为重点勘探区域。2011 年新疆油田在这3个区块部署吉25井、火北2井、风南7井,均获得工业油流,拉开了页岩油的勘探序幕[31,32]。准噶尔盆地二叠系芦草沟组是中国陆相最为古老的液态烃页岩层系之一,纵向上芦草沟组发育2套甜点体,含油饱和度高、全区分布较为稳定[33]。如果按照3%的采收率计算,吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油技术可采资源量约为1.10×108 t,其中“上甜点段”页岩油为0.51×108 t,“下甜点段”页岩油为0.59×108 t[34],目前几十口井已完钻,均获得油气显示,上下甜点体井控程度高,已达探明程度,是近期开发动用的主体,吉木萨尔凹陷即将成为我国首个百万吨级页岩油生产基地。
鄂尔多斯盆地长7段页岩油总资源量约为20×108 t[35],杨智等则利用“甜点区”分布预测法评价出长7段页岩油原地资源总量为42.3×108 t,平均资源丰度为15×104 t/km2,分布面积为2.9×104 km2 [36]。鄂尔多斯盆地中生界延长组长7段发育4种类型页岩油储层,Ⅰ类、Ⅱ类页岩油主要分布于长71亚段、长72亚段,主要为粉砂岩和细砂岩,部分区块现已取得勘探突破。Ⅲ类页岩油主要分布于长73亚段,与优质烃源岩源储共生,以薄层细砂岩、泥质粉砂岩为主,是页岩油水平井风险勘探的主要目标。Ⅳ类页岩油以泥页岩为主,主要开展页岩油原位改质试验。
松辽盆地青山口组页岩油资源丰富,2009—2012 年,国土资源部估算松辽盆地及其外围地区页岩油地质资源量约为131.93×108 t,可采资源量为11.61×108 t,是松辽盆地未来的重要油气接续领域,大庆油田、吉林油田积极开展页岩油勘探开发工作,截至2016 年底,松辽盆地北部钻遇青山口组的井有1 330 口,见油气显示井68 口,试油井31 口,获工业油流井6 口,最高日产油可达3.931 t[37]。柳波等[38]采用概率体积法计算出松辽盆地北部青一段页岩油地质资源量为105.6×108 t,在可采系数为10%的情况下按照类比法计算其可采资源量为10.56×108 t,按照蒙特卡洛法估算得到松辽盆地北部青一段页岩油有效资源量为96.41×108 t[39]。目前古105井和英12井等已获工业油流,英112井、台2井、古平1井、古535井、哈14井等探井获低产油流[7],2006 年中国地质调查局松科1井在青山口组也见良好的油气显示。松辽盆地南部青一段页岩油主要集中在乾安次凹、大安次凹,松南新北油田若干口井已开采10余年,累计产油超3×104 t[40],黄文彪等[41]评价松辽盆地南部页岩油总资源量达156.03×108 t,富集资源达48.08×108 t。
渤海湾盆地黄骅坳陷页岩油资源潜力巨大,沧东凹陷古近系孔二段一亚段下部纹层状页岩层系是页岩油的富集层段,累计厚度达70 m,埋藏深度为2 800~4 200 m,平均含油饱和度为50%,甜点分布面积达260 km2[3],孔二段页岩油储层属于源储一体型,岩性为湖相深灰色、灰黑色泥页岩,周立宏等[42]根据储层厚度、岩石组合类型及上下烃源岩有机质丰度(TOC)、成熟度(R O)等指标,将平面划分为3类甜点区,近年来在甜点区部署页岩油探井13口,均获得成功,其中GD6x1井甜点段油层为47.2 m,试油垂深为4 135.5~4 164.8 m,试采日产油为28.49 t。G1608井甜点段油层为78.9 m,试油3 753~3 832 m,日产油约为7 t,初步计算孔二段页岩油资源量达3×108 t[42]。中石化于2010 年开始展开了页岩油老井复查复试和评价工作,截至2017 年,老井复查复试工作中1 559 口井页岩层段见油气显示,103 口井获得工业油流[43]。据估算中石化页岩油资源量达64.76×108 t,其中东部为46.17×108 t,西部为18.59×108 t[44]。20世纪60年代中石化在渤海湾盆地济阳坳陷的页岩中发现油气,其中页岩油有利面积为1 105 km2,资源量为40.45×108 t,各凹陷中均见工业油气流,平面上以沾化凹陷、东营凹陷最多,其次为车镇凹陷,惠民凹陷最少,层位为沙三下亚段、沙四上亚段2套主力烃源岩层系。截至2016年底,济阳坳陷已在800余口探井泥页岩发育段中见油气显示,其中37口探井获得工业油气流,济阳坳陷估算理论可动油量为39×108 t。截至2018 年底,济阳坳陷68口井页岩发育段见油气显示,其中40口井初产已达工业油气流标准,累计产油超过11×104 t[4,45]。中原油田近年来对渤海湾盆地东濮凹陷沙河街组三段进行老井复查复试,油气显示井74 口,工业油流井7 口。经预测,东濮凹陷沙三段Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类储层的页岩油资源量分别为6.7×108 t、1.95×108 t、2.02×108 t,页岩油资源总量为10.67×108 t[46]。东濮凹陷沙三段泥页岩厚度大,含油率高,盐岩广泛发育,有机质类型好,丰度高,热演化程度适中,这些都为页岩油富集提供了良好的保存条件[47]

4 勘探开发研究存在问题

(1)目前国内页岩油概念内涵混乱、分类方法不统一,页岩油与致密油在使用上存在混淆,需要权威机构给出一套合适统一的页岩油定义评价方法。
(2)中国陆相盆地页岩油地质条件复杂,陆相页岩形成的地质条件差异大,页岩油储层致密、非均质性强,储集空间和油气水关系复杂,储层划分标准不一;页岩油有效动用条件不明,导致无裂缝基质页岩油未形成规模产量,评价手段亟待完善。
(3)中国页岩油资源潜力有多大,是否能规模有效开发仍未达成共识。虽然在鄂尔多斯、准噶尔、松辽、渤海湾、江汉等盆地得到页岩油层位出油,但是目前陆相页岩油甜点构成要素没有达成统一认识,系统的预测技术尚未建立。
(4)工程技术手段亟待更新。中国陆相页岩成岩作用弱,塑性强,可压裂性差,页岩油开发地层能量补充难题亟需攻克。同时中国陆相页岩油黏度高、油质重等因素导致流动性差,采出困难,以及井深、异常高压、储层强敏感等带来的一系列工程问题也需要解决。

5 中国陆相页岩油勘探前景

页岩油是重要的非常规石油资源,也是石油行业的革命性接替领域。页岩油能否获得工业化突破,主要取决于页岩油的地质理论创新、工业化技术突破的发展情况,这将是中国未来几十年重大的油气发展方向[48]。目前各大石油公司针对页岩油的勘探开发问题采取了一系列积极有效的应对措施,常规与非常规油气资源具有共生关系,因此需要加强同一盆地的多种油气协同勘探开发,使得资源开采与经济效益最大化。目前,大多数油田持续扩大Ⅰ类、Ⅱ类页岩油勘探开发规模,加强Ⅲ类、Ⅳ类页岩油理论研究,同时积极开展Ⅳ类页岩油原位改质试验。未来,中国在进行页岩油大规模勘探开发的同时,应增加页岩油勘探开发补贴,降低成本以期实现规模性商业开发,推进地质与工程一体化研究:地质方面应加强优质泥页岩源储一体表征,可动性分析、可压裂性评价,甜点预测等,工程技术方面应关注复杂缝网、通道压裂、有效支撑、助排压裂技术等方面。

6 结语

由于中国陆相盆地页岩油研究仍处于起步阶段,文中对部分地区的分析可能较为疏浅,更精细的探索研究还需要后期资料的不断补充和完善。页岩油拥有巨大的勘探开发潜力,是石油领域的革命性接替能源,目前的勘探趋势是从源外油气转到源内油气,从顺源找油延伸至进源找油。尽管中国陆相盆地页岩油的勘探开发存在诸多问题,但中国各大石油企业正不断克服困难,砥砺前行。总体来看,中国油气行业将迎来页岩油革命。
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