页岩油评价中的若干关键问题及研究趋势（一）

在美国页岩气勘探开发取得巨大成功的同时，美国的勘探实践也证实，页岩油资源同样具有巨大潜力。借鉴美国页岩气勘探开发的启示和经验，中国近年来对页岩气的勘探和开发也取得了重要的突破，但由于中国地质条件的复杂性及中美国情的差异，在页岩气的勘探开发上，难以复制美国的成果，还有漫长的道路需要探索。而且即使达到美国的技术水平，中国页岩气的产量也难以满足经济发展对能源需求的快速增长，因此亟需对页岩油勘探开发进一步深入研究。

本文中页岩油主要指赋存于以泥页岩为主的层系（如中国东部湖相厚层泥页岩层系）中的石油，其主要富集在成熟度位于油窗阶段的泥页岩和近源的致密砂岩中。中国东部陆相沉积泥页岩发育厚度大、有机质丰度高、热演化程度适中、常含有砂岩薄夹层、埋藏深度普遍浅于4000m，具备形成页岩油的基础。正因为如此，包括胜利、大庆、辽河、南阳、吉林、江汉油田等中国众多东部老油田前期都开展了针对页岩油的研究、评价及勘探工作。中国中西部也具有良好的页岩油形成条件。初步研究揭示，中国也具有丰富的页岩油资源。中国石油化工集团公司2012年完成的全系统页岩油气资源评价表明，中国石油化工集团公司所属东部油区具有丰富的页岩油资源，如胜利油田面积不到1000km²的渤南洼陷滞留在泥页岩中的石油总量就高达88×10⁸t；中国石油天然气集团公司所属探区也有丰富的页岩油资源，如大庆油田仅齐家—古龙凹陷青山口组泥页岩中的滞留油总量就高达146×10⁸t，吉林油田青山口组一段滞留于泥页岩中的石油总量也达到156×10⁸t。此外中国陆相页岩油在湖相页岩盆地连续聚集，初步预测可采页岩油资源量为（30~60）×10⁸t。

事实上，以往常规油气勘探过程中已经揭示了许多泥岩裂缝油藏或油流井的存在。如东部的渤海湾、松辽、江汉、南襄、苏北盆地，西部的柴达木、吐哈、酒泉、准噶尔、塔里木盆地，中部的四川盆地，部分单井累计产油量可达数万吨。另如胜利油田河54井在沙河街组三段下亚段的泥页岩段累计产油27896t，罗42井沙河街组三段下亚段的灰褐色油页岩段累计产油13605t。据初步统计结果，截至2010年底，济阳坳陷共有320余口探井在页岩中见油气显示，其中30余口井获工业油流，页岩油显示广泛分布于济阳坳陷的东营、沾化和车镇等凹陷，其地质层位主要集中在古近系沙河街组四段、沙河街组三段和沙河街组一段生油岩层系中。

但近些年来，部分专门针对页岩油部署的钻井（包括水平井），其效果并不如预期，也没有达到美国页岩油的产能，有些甚至还不如以往直井“无心插柳”钻遇的泥岩（裂缝）油藏。如胜利油田的渤页平1井，经过两次压裂后初期产量不过8.22m³/d，并很快降到1.6m³/d，累计产油量仅约100m³。即使是效果相对较好、中国陆相页岩油首个重大突破区南阳油田泌阳凹陷的泌页HF1井，其泥页岩层分段压裂后获23.6m³/d的高产油流，但产量也很快降到约1m³/d。而且由于页岩油钻井/作业成本高，目前的产量还远远不具备经济效益。这表明，虽然页岩油资源非常丰富，但页岩油的有效勘探开发还任重道远。这其中的一部分重要原因在于：前期的工作重点放在了钻井、完井、储层改造等实物工作量及工程技术上，有关基础性、科学性的研究并没有跟上，因而无法从机理上解释页岩油勘探开发目前所面临的困局。

能否突破、如何突破这一困局是一个需要深刻研究的问题。虽然中国有关油田受页岩气革命鼓舞而兴起的页岩油勘探热潮已经逐渐消退，针对页岩油的勘探基本中止，但关于页岩油的研究并没有停滞，包括国家重点基础研究发展计划（973）、国家重大科技专项以及大量的国家自然科学基金项目都已立项。但是，页岩油开发能否具有效益、下一步研究方向应该如何选择和突破？学术界还有较大的分歧。为了把握页岩油领域的研究方向，便于勘探学家和相关同行能够尽快厘清页岩油领域的研究现状、问题和趋势，并聚焦、突破几个关键瓶颈问题，笔者在梳理国内外的相关研究成果及所属研究团队近5年的研究积累和思考的基础上，试图总结并提炼出这一领域需要重点探索、创新突破、深入解决的几个关键问题及发展方向，以期能够对推动页岩油理论研究的深入和勘探开发的实质性进展有所裨益。

关键问题的提出

关键科学问题

导致页岩油勘探开发落差的主要原因首先与地质条件的差别有关，美国的页岩油其实主要指的是与泥页岩互层的致密油，且一般油质较轻。泥岩裂缝油藏常常发育在砂质含量较高、因而脆性较高的地层中，天然发育的裂缝为石油的相对富集提供了运移通道和储集空间。而中国东部湖相页岩油更多富集在相对较纯的泥页岩中。那么，在理论上，该类典型的页岩油能否流动？什么条件下可以流动？有多少可以流动？流动机制是什么？流动速率多高？对这些问题，即页岩油的可流动性等问题的回答，事关中国湖相页岩中赋存的极其丰富的页岩油资源能否动用？有多少可以动用？是否可以有效益的动用？如果理论上不具有可动性或可动条件太过于苛刻或可动量太少，则后续的所有探讨和研究都将失去意义。因此，页岩油的可流动性及其定量表征是页岩油有效勘探开发需要回答的第1个关键科学问题。

石油在页岩储层中的可流动性，首先与页岩内孔隙空间的大小、分布及其连通性密切相关。即原来被视为源岩而不是储集层的致密页岩究竟能否作为石油的有效储集层？在什么条件下能，在什么条件下不能？换句话说，需要认识页岩的成储机理、下限及分级评价标准。因此，致密页岩的成储机理及成储下限是有效勘探开发页岩油需要回答的第2个关键科学问题。

同时，页岩油的可流动性还与其在页岩中的赋存机理和状态密切相关。不难理解，一般以游离态形式赋存的石油容易流动，吸附态的难以流动。而这又与油分子（相对于孔、喉）的大小、物理-化学性质（密度、黏度）、流-固相互作用（润湿性）及其结合能有关。只有认识了其赋存机理，才能认识不同赋存状态（吸附、游离、溶解）所占的比例及其相互转化条件和定量表征方法。因此，油在页岩中的赋存机理和状态是有效勘探开发页岩油需要回答的第3个关键科学问题。

上述关键的科学问题实际上涉及页岩油理论上是否具有可动性、可采性。解决了上述问题之后，勘探家更为关注的是到哪里去开采的问题，即页岩油“甜点”的识别和预测问题。这直接关系到页岩油勘探开发的井位部署及成效。

关键技术问题

所谓页岩油的“甜点”，应该包括2个方面的含义：①整体含油背景下相对来说更富含油的“甜点”，不难理解，在其他条件相同的情况下，含油性越好，被有效勘探开发的可能性就越高；②在整体致密、低渗背景下的孔、渗甜点，或可压裂改造性（脆性）甜点，这关系到页岩油的可采性。前者实质上涉及泥页岩中有机质和石油分布的非均质性，后者则是指泥页岩的总体组成（包括孔隙、喉道、裂缝）的非均质性。因此，需要分别将页岩有机非均质性的评价和预测，以及无机非均质性的评价和预测视为页岩油勘探开发中需要解决的第4个和第5个关键问题。所不同的是，前3个问题更偏向于机理、基础，可将其称之为页岩油勘探开发中的关键科学问题，后2个问题更偏向于应用和技术，可称之为关键技术问题。

只有客观认识了关键科学问题的机理性和基础性，并建立相应的表征方法，才有可能从理论上阐明页岩油的流动机制、速率、条件及可流动量等问题。而且只有建立了评价和预测页岩有机、无机非均质性的有效技术手段，才有可能提高页岩油勘探开发的效益。

本期石油圈主要介绍了页岩油评价中的若干关键问题及研究趋势中的关键问题部分，下期石油圈将带来关键问题的研究现状及发展趋势（点击阅读），敬请期待。

版权声明 | 来源：《石油学报》，作者：卢双舫等，版权归原作者所有。

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