中國(guó)陸相頁(yè)巖油發(fā)展?jié)摿εc技術(shù)對(duì)策

胡素云，趙文智，侯連華，楊智，朱如凱，吳松濤，白斌，金旭

（中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院）

0 引言

通過(guò)從源外常規(guī)石油邁入源內(nèi)頁(yè)巖油的思路轉(zhuǎn)變和中高成熟度海相頁(yè)巖層系石油資源的技術(shù)革新，美國(guó)石油工業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展[1-7]，2018年美國(guó)頁(yè)巖層系石油產(chǎn)量為3.29×108t，占石油總產(chǎn)量的49%[8-9]，新的產(chǎn)量高峰正在形成，石油自給率大幅提升。美國(guó)源內(nèi)石油資源開(kāi)發(fā)利用成功經(jīng)驗(yàn)的借鑒以及中國(guó)特色陸相頁(yè)巖層系石油地質(zhì)理論和關(guān)鍵技術(shù)的探索，是保障國(guó)家石油安全的重要途徑[1-2,10-13]。

研究團(tuán)隊(duì)以成熟度控制富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖生排烴演化模式為依據(jù)，通過(guò)劃分陸相頁(yè)巖油類型和分析陸相頁(yè)巖油規(guī)模發(fā)育的地質(zhì)條件來(lái)預(yù)測(cè)陸相頁(yè)巖油未來(lái)發(fā)展前景，并根據(jù)發(fā)展可能面臨的挑戰(zhàn)提出具體技術(shù)對(duì)策，以期對(duì)中國(guó)陸相頁(yè)巖油發(fā)展提供參考。

1 陸相頁(yè)巖油規(guī)模發(fā)育地質(zhì)條件

1.1 概念內(nèi)涵

本文中陸相頁(yè)巖油是指埋藏300 m以深、Ro值大于0.5%的陸相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系中賦存的液態(tài)烴和多類有機(jī)物的統(tǒng)稱，包括地下已經(jīng)生成的石油烴、瀝青和尚未轉(zhuǎn)化的各類有機(jī)物質(zhì)[1]。

成熟度控制陸相頁(yè)巖資源的形成[14]。隨著熱演化程度的增加，頁(yè)巖層系中固態(tài)有機(jī)質(zhì)逐步轉(zhuǎn)化成烴類物質(zhì)，滯留液態(tài)烴量呈先增后減的變化趨勢(shì)：①Ro值小于0.5%，固態(tài)有機(jī)質(zhì)未轉(zhuǎn)化階段，滯留液態(tài)烴少，是油頁(yè)巖油賦存窗口；②Ro值為0.5%～1.0%，固態(tài)有機(jī)質(zhì)與滯留液態(tài)烴并存階段，未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)為40%～90%，滯留于頁(yè)巖中的液態(tài)烴占比5%～60%，是頁(yè)巖油賦存窗口之一；③Ro值為1.0%～1.5%，液態(tài)烴與氣態(tài)烴并存階段，一般油質(zhì)較輕、氣油比較高、地層能量較足，是陸相頁(yè)巖油氣賦存的最佳窗口；④Ro值大于1.5%，天然氣大量生成階段，是頁(yè)巖氣賦存的主要窗口（見(jiàn)圖1）。

1.2 頁(yè)巖油主要類型及特征

1.2.1 依據(jù)頁(yè)巖層系熱演化程度劃分

根據(jù)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度差異，中國(guó)陸相頁(yè)巖油可劃分為中高成熟度（Ro值一般大于1.0%）和中低成熟度（Ro值一般為0.5%～1.0%）兩種類型。不同成熟度區(qū)間的頁(yè)巖油，具有不同物質(zhì)組成與賦存特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)方式也不相同。

圖1 陸相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)生排滯留油模式圖（據(jù)文獻(xiàn)[1,5]修改）

中高成熟度頁(yè)巖油因熱演化程度高，具有已生成液態(tài)烴數(shù)量多、油質(zhì)較輕、可動(dòng)油比例較高的特點(diǎn)。①頁(yè)巖Ro值一般大于1.0%，處于液態(tài)烴與氣態(tài)烴并存窗口，以密度較小原油為主，尚未轉(zhuǎn)化的有機(jī)質(zhì)較少。②頁(yè)巖層系受熱演化程度影響，有機(jī)孔增加，孔滲條件變好，孔隙度多為3%～8%，微裂縫、水平頁(yè)理縫以及建設(shè)性成巖作用形成的次生孔隙成為液態(tài)烴賦存主要空間，因油質(zhì)較輕、氣油比較高、可流動(dòng)性好，依靠水平井體積壓裂技術(shù)可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)發(fā)。③陸相混積巖、含碳酸鹽質(zhì)頁(yè)巖地層脆性礦物含量高，利用人工壓裂改造技術(shù)形成有效人造縫網(wǎng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)較高單井產(chǎn)量和累計(jì)EUR（單井累計(jì)采出量）。因此，利用水平井體積壓裂技術(shù)，中高成熟度頁(yè)巖油實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)采的概率很大。

中低成熟度頁(yè)巖油因熱演化程度偏低，具有可轉(zhuǎn)化資源潛力大、油質(zhì)較稠、可動(dòng)油比例較低的特征。①頁(yè)巖層系熱演化程度不高，Ro值一般小于1.0%，以密度較大原油和尚未轉(zhuǎn)化固態(tài)有機(jī)質(zhì)為主。②頁(yè)巖層系孔隙度和滲透率低，有機(jī)孔一般不發(fā)育，主要為黏土礦物晶間孔、碎屑礦物粒間孔、層理縫、微裂縫等原生孔隙。③滯留液態(tài)烴油質(zhì)較黏稠、氣油比較低、可流動(dòng)性較差。④頁(yè)巖層系地層塑性大、脆性礦物含量偏低，人工壓裂改造難以形成有效的人造流動(dòng)通道，單井產(chǎn)量低，很可能難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)采。因此，中低成熟度頁(yè)巖油需探索新的開(kāi)發(fā)方式才能規(guī)模效益開(kāi)發(fā)。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年合作研究，提出地下原位加熱轉(zhuǎn)化可能是解決中低成熟度富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖油資源規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的首選（見(jiàn)表1）。

1.2.2 依據(jù)頁(yè)巖層系源儲(chǔ)組合類型劃分

根據(jù)頁(yè)巖層系烴源巖、儲(chǔ)集層以及源儲(chǔ)組合類型差異，將中國(guó)陸相頁(yè)巖油劃分為源儲(chǔ)共存、源儲(chǔ)分離和純頁(yè)巖3種源儲(chǔ)組合類型（見(jiàn)表1）。

①源儲(chǔ)共存型：頁(yè)巖層系發(fā)育的不同類型巖石，既有生油層系也有儲(chǔ)油層系，頁(yè)巖油分布具有剖面上巖性變化快、源儲(chǔ)互層頻繁，甜點(diǎn)段厚度不大、但平面分布范圍廣的特點(diǎn)，生烴增壓是頁(yè)巖油聚集主要?jiǎng)恿?。以北疆地區(qū)中二疊統(tǒng)蘆草溝組、渤海灣盆地古近系孔店組等為代表，受氣候韻律性變化和水動(dòng)力條件變遷、周緣火山、盆底熱液、海水侵入等多因素綜合影響形成的頁(yè)巖層系，一般紋層疊置、互層頻繁、發(fā)育多個(gè)甜點(diǎn)段。如北疆地區(qū)吉木薩爾凹陷鉆探的吉174井，厚60 m的頁(yè)巖段，識(shí)別出6個(gè)砂質(zhì)、白云質(zhì)儲(chǔ)集層甜點(diǎn)段，目前優(yōu)先開(kāi)發(fā)3個(gè)Ⅰ類甜點(diǎn)段。

②源儲(chǔ)分離型：頁(yè)巖層系源儲(chǔ)間互分布，源儲(chǔ)壓差控制頁(yè)巖油成藏富集。以鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組7段（后文簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)7段”）中上部、松遼盆地白堊系青山口組中上段為代表，陸源碎屑供給相對(duì)充足，一般具有砂泥互層、砂少泥多、源儲(chǔ)分離的特點(diǎn)，夾持于頁(yè)巖層系內(nèi)的薄層砂巖具有較好儲(chǔ)集物性，是頁(yè)巖油形成富集的主要儲(chǔ)集層。如鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁(yè)巖層系鉆探的陽(yáng)平7井，薄層砂巖儲(chǔ)集層孔隙度為6%～12%，目前已累計(jì)產(chǎn)油3.75×104t。

表1 中國(guó)陸相頁(yè)巖層系主要源儲(chǔ)組合類型、參數(shù)及技術(shù)路線

③純頁(yè)巖型：頁(yè)巖既是生油巖也是儲(chǔ)集巖，頁(yè)巖中尚未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)及滯留于頁(yè)巖內(nèi)的液態(tài)烴是主要資源類型。中高成熟度純頁(yè)巖型頁(yè)巖油，以四川盆地下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段、鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段下部、松遼盆地青山口組下段為代表，主體為半深湖—深湖相細(xì)粒沉積為主的頁(yè)巖層系，具有有機(jī)質(zhì)豐度高、頁(yè)巖層系紋層發(fā)育、黏土含量較高、孔隙度較低等特征。近期正在開(kāi)展中高成熟度純頁(yè)巖型頁(yè)巖油探索，如鄂爾多斯盆地采用混合水體積壓裂改造技術(shù)，完成試油井29口，13口井獲得工業(yè)油流，但穩(wěn)產(chǎn)難度大，效益開(kāi)發(fā)技術(shù)仍需探索。中低成熟度純頁(yè)巖型頁(yè)巖油，以未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)為主，需要技術(shù)革命才能有效開(kāi)發(fā)利用。

1.3 中國(guó)陸相頁(yè)巖油規(guī)模發(fā)育的地質(zhì)條件

中國(guó)陸相頁(yè)巖層系，地質(zhì)時(shí)代跨度較大。東部的松遼、渤海灣等盆地主要分布于白堊系和古近系，中部的鄂爾多斯、四川等盆地主要分布在三疊系和侏羅系，西部的準(zhǔn)噶爾、三塘湖、柴達(dá)木等盆地主要分布于二疊系、古近系和侏羅系（見(jiàn)圖2）[15]。目前，鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、松遼、三塘湖、渤海灣等盆地陸相主力生油層系已開(kāi)展大量攻關(guān)研究和工業(yè)試驗(yàn)，取得了重要成果認(rèn)識(shí)[15-28]。總體看，中國(guó)發(fā)育的陸相頁(yè)巖層系，地質(zhì)條件較為有利，具備規(guī)模發(fā)育陸相頁(yè)巖油資源的地質(zhì)基礎(chǔ)。

1.3.1 烴源巖條件

良好烴源巖發(fā)育環(huán)境奠定了頁(yè)巖油形成的地質(zhì)基礎(chǔ)。近期研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)陸相湖盆具有淡水和咸水兩類典型的烴源巖發(fā)育環(huán)境，無(wú)論是淡水環(huán)境，還是咸水環(huán)境，都可以發(fā)育高豐度頁(yè)巖（見(jiàn)表2）。淡水環(huán)境一般TOC值為3%～32%，S1值（游離烴含量）為0.2～7.1 mg/g，S2值（熱解烴含量）為0.3～46.1 mg/g；咸水環(huán)境一般TOC值為2%～14%，S1值為0.01～3.00 mg/g，S2值為0.06～110 mg/g。

淡水環(huán)境烴源巖以鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁(yè)巖為代表，其有機(jī)質(zhì)具有分段富集的特點(diǎn)。衣食村剖面發(fā)育4個(gè)有機(jī)質(zhì)富集段，紋層狀頁(yè)巖TOC值高，平均值為13.75%；塊狀泥巖TOC值相對(duì)偏低，平均值為3.74%。紋層狀頁(yè)巖TOC值是塊狀泥巖的近4倍。有機(jī)質(zhì)富集主要受兩大因素控制：①火山活動(dòng)、熱液作用造成湖泊富營(yíng)養(yǎng)化和藻類勃發(fā)。銅川露頭剖面研究發(fā)現(xiàn)，適宜的火山活動(dòng)，可以提供豐富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，利于生物勃發(fā)，銅川剖面凝灰?guī)r含量為5%～7%的層段發(fā)育的頁(yè)巖TOC值最高，一般大于20%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明熱液礦物含量與長(zhǎng)7段源巖有機(jī)質(zhì)豐度呈明顯的正相關(guān)，表明深部熱液活動(dòng)可以提供Fe、Mo、P等營(yíng)養(yǎng)元素，進(jìn)而促進(jìn)生物勃發(fā)。②低沉積速率和缺氧安靜還原環(huán)境，利于有機(jī)質(zhì)保存。鋯石測(cè)年與米蘭科維奇旋回分析表明，長(zhǎng)7段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段沉積時(shí)長(zhǎng)0.5 Ma，平均沉積速率為5 cm/1 000 a，沉積速率和陸源碎屑供給速度較低，降低了有機(jī)質(zhì)稀釋作用，而且黃鐵礦粒徑多數(shù)小于10 μm，指示長(zhǎng)7段源巖沉積時(shí)屬于缺氧或低氧安靜還原環(huán)境?？傮w看，長(zhǎng)7段烴源巖具有厚度大、分布范圍廣的特點(diǎn)，黑色頁(yè)巖疊合面積為4.3×104km2，頁(yè)巖厚平均為16 m，最厚達(dá)60 m；暗色泥巖疊合面積達(dá)6.2×104km2，厚度平均為17 m，最厚達(dá)124 m。優(yōu)質(zhì)烴源巖大面積分布，奠定了頁(yè)巖油規(guī)模發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖2 中國(guó)陸相頁(yè)巖油有利分布區(qū)（據(jù)文獻(xiàn)[15]修改）

表2 中國(guó)陸上主要盆地富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積環(huán)境主要參數(shù)

咸化環(huán)境烴源巖以準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組為代表，有機(jī)質(zhì)分布非均質(zhì)性強(qiáng)，母質(zhì)類型縱向變化大、分層性明顯，髙豐度段以水生母質(zhì)為主，紋層狀頁(yè)巖TOC值平均為6.1%，塊狀泥巖TOC值平均為3.2%，頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度約為塊狀泥巖的2倍。兩大因素控制頁(yè)巖層系有機(jī)質(zhì)富集[18]：①早期火山碎屑物質(zhì)為生物繁盛提供充足的養(yǎng)料，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)富集。研究發(fā)現(xiàn)火山灰的快速水解，可以促進(jìn)水體中P、Fe、Mo、V等元素富集，巖性剖面揭示的沉凝灰?guī)r與藻紋層間互發(fā)育、藻類體呈層狀高度富集現(xiàn)象，表明火山物質(zhì)的加入，利于藻類勃發(fā)。②咸水水體促進(jìn)有機(jī)質(zhì)絮凝，提高有機(jī)質(zhì)捕獲效率。咸化湖盆細(xì)粒沉積與有機(jī)質(zhì)富集物理模擬實(shí)驗(yàn)揭示，鹽度從1%增加到3%，有機(jī)質(zhì)捕獲效率提高3倍；沉積物濃度從2%上升到4%，有機(jī)質(zhì)捕獲效率提高1倍，推測(cè)咸水環(huán)境有機(jī)質(zhì)絮凝作用可能是造成有機(jī)質(zhì)高度富集的重要原因之一。準(zhǔn)噶爾盆地中下二疊統(tǒng)廣泛發(fā)育咸化環(huán)境烴源巖，髙豐度烴源巖厚度為50～450 m，面積約為7×104km2。

1.3.2 儲(chǔ)集層條件

總體看，陸相頁(yè)巖層系廣泛發(fā)育陸源碎屑、混積巖、碳酸鹽巖、泥頁(yè)巖多種類型儲(chǔ)集體，為頁(yè)巖油富集提供了良好的聚集空間。

①頁(yè)巖層系具有陸源、內(nèi)源兩種沉積模式。陸源沉積為主的湖盆，以鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段及松遼盆地青山口組為代表，發(fā)育半深—深湖相砂質(zhì)碎屑流、滑塌體、濁流等碎屑巖儲(chǔ)集巖；內(nèi)源沉積為主的湖盆，以北疆地區(qū)蘆草溝組及大港滄東凹陷孔店組二段為代表，發(fā)育淺湖相灰?guī)r、云巖以及半深湖—深湖相混積巖、凝灰?guī)r等儲(chǔ)集體[18]。鉆探揭示，無(wú)論是陸源沉積為主的碎屑巖儲(chǔ)集體，還是內(nèi)源沉積為主的混積巖儲(chǔ)集體，都有較好的儲(chǔ)集物性，且單井初產(chǎn)較高[18]。

②頁(yè)巖層系紋層構(gòu)造發(fā)育。受氣候韻律和水動(dòng)力條件變化、物源混積、有機(jī)質(zhì)絮凝多因素綜合影響，陸相頁(yè)巖層系廣泛發(fā)育紋層構(gòu)造，為頁(yè)巖油大面積形成與富集創(chuàng)造了條件[18]。一是鏡下顯微觀察發(fā)現(xiàn)，陸相湖盆發(fā)育的不同巖性類型的頁(yè)巖均有紋層構(gòu)造發(fā)育，如鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組頁(yè)巖的頁(yè)理紋層發(fā)育程度與有機(jī)質(zhì)豐度可能存在正相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖3）。二是樣品分析表明，波狀紋層狀和水平紋層狀頁(yè)巖均具有較好的儲(chǔ)集性能，微納米級(jí)孔隙發(fā)育，但不同結(jié)構(gòu)類型頁(yè)巖儲(chǔ)集性能有差異，從紋層狀到層狀，再到塊狀頁(yè)巖儲(chǔ)集性能依次變差，紋層狀頁(yè)巖最有利（見(jiàn)圖4）。

圖3 鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組不同有機(jī)質(zhì)豐度頁(yè)巖頁(yè)理紋層微觀照片[15]

1.3.3 形成與分布

陸相頁(yè)巖油具有近源聚集或源儲(chǔ)一體的特點(diǎn)，縱向上形成多類源儲(chǔ)組合，發(fā)育多個(gè)甜點(diǎn)段。①生烴增壓是頁(yè)巖油形成富集的主要?jiǎng)恿?。生烴模擬實(shí)驗(yàn)揭示，源巖生烴可增壓50～60 MPa，頁(yè)巖層系源儲(chǔ)壓差可達(dá)7～8 MPa。②紋層和微裂縫對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖排烴和運(yùn)聚有重要控制作用。一是生排烴模擬實(shí)驗(yàn)揭示，源巖結(jié)構(gòu)決定排烴效率。不同結(jié)構(gòu)類型頁(yè)巖排烴效率差異較大，Ro值大于0.9%時(shí)，紋層狀富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖排烴率高，紋層狀高TOC值、低黏土含量頁(yè)巖，排烴效率一般大于45%；次為準(zhǔn)紋層狀頁(yè)巖，排烴效率平均為30%～40%；層理狀富碎屑礦物頁(yè)巖排烴效率低，多小于20%[18]。二是薄片觀察發(fā)現(xiàn)，烴類熒光多分布于裂縫和紋層中，熒光強(qiáng)度先增后減，表明微裂縫、紋層是頁(yè)巖油有效運(yùn)聚通道。③頁(yè)巖層系縱向上源儲(chǔ)互層頻繁，儲(chǔ)集層的含油性普遍較好。如大港滄東凹陷孔店組二段厚400 m的高阻頁(yè)巖段，識(shí)別出21個(gè)儲(chǔ)集層段，目前優(yōu)選出7個(gè)優(yōu)質(zhì)甜點(diǎn)段作為勘探首選。

對(duì)比典型盆地已發(fā)現(xiàn)的陸相頁(yè)巖油，具有頁(yè)巖層系單一“甜點(diǎn)段”厚度不大，但“甜點(diǎn)區(qū)”平面分布范圍廣的特點(diǎn)。頁(yè)巖層系水平滲透率和垂向滲透率測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖水平滲透率是垂向滲透率的數(shù)十倍—數(shù)百倍，水平滲透率遠(yuǎn)高于垂向滲透率，利于源內(nèi)頁(yè)巖油橫向規(guī)模運(yùn)移聚集，這也是造就陸相頁(yè)巖油縱向上“甜點(diǎn)段”厚度不大，但平面上大面積含油的根本原因（見(jiàn)圖5）?？傮w看，中國(guó)發(fā)育的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的分布范圍，決定了頁(yè)巖油富集區(qū)的宏觀分布。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組不同類型頁(yè)巖儲(chǔ)集特征比較

2 中國(guó)陸相頁(yè)巖油發(fā)展前景

陸相頁(yè)巖油是中國(guó)陸上潛力最大、最具戰(zhàn)略性的石油接替資源。經(jīng)評(píng)價(jià)中國(guó)陸相頁(yè)巖油有利區(qū)分布面積約為8.5×104km2（見(jiàn)表3），其中，中低成熟度頁(yè)巖油是石油工業(yè)發(fā)展重大戰(zhàn)略性接替資源，如突破將會(huì)帶來(lái)陸相頁(yè)巖的真正革命；中高成熟度頁(yè)巖油是近期確保中國(guó)石油產(chǎn)量重上2×108t的重要接替領(lǐng)域[1-2]。

2.1 中高成熟度頁(yè)巖油是石油勘探重要接替領(lǐng)域

中高成熟度陸相頁(yè)巖油資源比較豐富。近年來(lái)，自然資源部、中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司（后文簡(jiǎn)稱“中國(guó)石油”）、中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司（后文簡(jiǎn)稱“中國(guó)石化”）等也啟動(dòng)了頁(yè)巖油勘探研究和資源評(píng)價(jià)工作。2015年，EIA估算中國(guó)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為43.7×108t；2019年，中國(guó)石化初步估算全國(guó)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為（74～372）×108t；近期中國(guó)石油評(píng)價(jià)全國(guó)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為145×108t（含油頁(yè)巖）[29-30]。從各個(gè)機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)結(jié)果看，中高成熟度陸相頁(yè)巖油資源比較豐富，分布也比較集中，主要分布于松遼、鄂爾多斯、渤海灣、四川、準(zhǔn)噶爾等大型盆地。

圖5 泥頁(yè)巖樣品水平滲透率和垂直滲透率比較（1-2、3-4方向?yàn)椴煌乃綄永矸较?，U-D方向?yàn)榇怪狈较颍琾p代表平均氣體壓力）

表3 中國(guó)主要含油氣盆地陸相頁(yè)巖特征參數(shù)表

近期勘探揭示，不同類型的頁(yè)巖油都有良好發(fā)展前景。2010年以來(lái)，中國(guó)石油長(zhǎng)慶、大慶、大港、新疆、吐哈以及中國(guó)石化勝利、江漢等油田不斷攻關(guān)頁(yè)巖油“甜點(diǎn)區(qū)（段）”預(yù)測(cè)、鉆完井降本提產(chǎn)等關(guān)鍵技術(shù)，積極開(kāi)展中—高成熟度頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，取得重要進(jìn)展。一是“源儲(chǔ)共存型”頁(yè)巖油探索，已經(jīng)形成規(guī)模建產(chǎn)區(qū)。新疆油田立足吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁(yè)巖油，近年計(jì)劃建產(chǎn)百萬(wàn)噸；大港油田立足滄東凹陷孔二段頁(yè)巖油，近年計(jì)劃新建產(chǎn)能十萬(wàn)噸。二是“源儲(chǔ)分離型”頁(yè)巖油的探索，發(fā)現(xiàn)規(guī)模儲(chǔ)量區(qū)。長(zhǎng)慶油田立足湖盆中心延長(zhǎng)組7段中上部頁(yè)巖油強(qiáng)化成因機(jī)理研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，落實(shí)儲(chǔ)量規(guī)模20×108t，開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)建產(chǎn)能200×104t，2018年產(chǎn)油約60×104t。三是純頁(yè)巖型頁(yè)巖油探索，初見(jiàn)成效。長(zhǎng)慶油田針對(duì)長(zhǎng)7段中下部頁(yè)巖，開(kāi)展混合水體積壓裂實(shí)驗(yàn)，多口井獲得工業(yè)油流；大慶油田針對(duì)青山口組中下部頁(yè)巖工業(yè)探索，多口井獲得工業(yè)油流。中國(guó)石油經(jīng)過(guò)近10年持續(xù)探索，證實(shí)源內(nèi)頁(yè)巖油有望成為重要石油接替領(lǐng)域。

2.2 中低成熟度頁(yè)巖油是未來(lái)發(fā)展重大戰(zhàn)略性接替資源

陸相中低成熟度富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖產(chǎn)油潛力巨大。根據(jù)烴源巖熱演化模式分析，髙豐度頁(yè)巖Ro值為0.5%～1.0%時(shí)，未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)占比達(dá)40%～90%[1]。中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院在殼牌石油公司原位轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)室完成了2組鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁(yè)巖模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明長(zhǎng)7段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)油量為68 kg/t、產(chǎn)氣量為26 m3/t，同時(shí)頁(yè)巖中滯留液態(tài)石油含量為68 kg/t[1]。鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段黑色頁(yè)巖Ro值為0.7%～0.9%，埋深為1 200～2 700 m；有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1、Ⅰ型，TOC值平均為13.8%，TOC值最高為38%；頁(yè)巖厚度平均為16 m，最厚達(dá)60 m，分布面積約為4.3×104km2，原位轉(zhuǎn)化潛力巨大。松遼盆地嫩江組發(fā)育的頁(yè)巖，其Ro值為0.4%～0.7%，埋深小于2 000 m；連續(xù)厚度為6～22 m，TOC值平均為5.5%～9.0%，其中TOC值大于6.0%的頁(yè)巖分布面積為3.02×104km2。

中國(guó)陸相中低成熟度富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖油原位加熱現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)即將進(jìn)入啟動(dòng)期。中低成熟度頁(yè)巖油是頁(yè)巖層中賦存的有機(jī)質(zhì)和滯留油氣的總稱，利用水平井和體積改造等成熟技術(shù)，目前還難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)，目前看原位轉(zhuǎn)化技術(shù)有望是實(shí)現(xiàn)中低成熟度頁(yè)巖油有效開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)[31-32]。中低成熟頁(yè)巖油發(fā)展?jié)摿σ呀?jīng)得到業(yè)界普遍關(guān)注，國(guó)際上殼牌、?？松梨凇⒌肋_(dá)爾等多家油公司都在開(kāi)展原位轉(zhuǎn)化技術(shù)研發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)。中國(guó)石油與殼牌合作，針對(duì)鄂爾多斯盆地的長(zhǎng)7段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，以殼牌實(shí)驗(yàn)室完成的模擬實(shí)驗(yàn)及近期新完鉆的2口井密閉取心樣品分析和巖心熱模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，開(kāi)展了中低成熟度（Ro值小于1.0%）頁(yè)巖油原位加熱轉(zhuǎn)化潛力與選區(qū)可行性研究[31]，提出的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)方案通過(guò)專家論證，頁(yè)巖油原位轉(zhuǎn)化技術(shù)攻關(guān)試驗(yàn)即將進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施階段。試驗(yàn)如獲成功，可將巨量頁(yè)巖油資源轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的原油儲(chǔ)、產(chǎn)量，對(duì)中國(guó)國(guó)內(nèi)原油長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)乃至上產(chǎn)將發(fā)揮重要推動(dòng)作用。

3 面臨難題與技術(shù)對(duì)策

中國(guó)陸相頁(yè)巖油與北美海相頁(yè)巖油相比差異明顯。北美海相頁(yè)巖油油層厚度較大，連續(xù)性較好、處于輕質(zhì)油—凝析油窗口，油氣比高，因而具有較高的地層能量，單井可以實(shí)現(xiàn)較高初產(chǎn)、較高累產(chǎn)，同時(shí)地面條件支撐平臺(tái)式工廠化作業(yè)生產(chǎn)，規(guī)模建產(chǎn)速度快，開(kāi)發(fā)效益好；而中國(guó)陸相頁(yè)巖油總體上儲(chǔ)集層橫向變化大，熱演化程度大多偏低，加之陸相原油含蠟量偏高、油層厚度偏小，在地層能量、單井日產(chǎn)與單井累計(jì)采出量（EUR）等方面存在先天不足。總體上，中國(guó)頁(yè)巖油“甜點(diǎn)區(qū)（段）”評(píng)價(jià)優(yōu)選難度較大，尚未形成配套適用技術(shù)，未來(lái)發(fā)展面臨較多挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)[33]。

3.1 面臨的難題與挑戰(zhàn)

潛力認(rèn)識(shí)挑戰(zhàn)：研究基礎(chǔ)薄弱，成因機(jī)理認(rèn)識(shí)不清；基于常規(guī)方法技術(shù)，將TOC值大于0.5%的頁(yè)巖、泥巖一并評(píng)價(jià)，頁(yè)巖油起評(píng)標(biāo)準(zhǔn)不明，資源潛力有待評(píng)價(jià)落實(shí)；頁(yè)巖層系儲(chǔ)集物性差，以微納米孔喉系統(tǒng)為主，在溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)演化條件下的烴類流體與孔縫介質(zhì)耦合關(guān)系尚不明確；頁(yè)巖油“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)缺少針對(duì)性方法技術(shù)支撐，甜點(diǎn)區(qū)評(píng)價(jià)優(yōu)選難度大。

技術(shù)裝備挑戰(zhàn)：中國(guó)陸相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地層時(shí)代跨度大、相變頻繁、有機(jī)質(zhì)類型復(fù)雜、熱演化程度偏低。不同盆地、不同類型頁(yè)巖油具有黏土含量高、脆性指數(shù)低、壓力系數(shù)低、驅(qū)動(dòng)能量不足等問(wèn)題，中高成熟度頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)利用面臨“壓不開(kāi)、撐不住、返排低、穩(wěn)產(chǎn)難”的挑戰(zhàn)。中低成熟度頁(yè)巖油原位轉(zhuǎn)化技術(shù)，國(guó)際上都在探索，缺少控制和監(jiān)測(cè)地下原位生排烴、熱場(chǎng)及傳熱、孔滲性及裂縫、催化及防腐蝕、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境等動(dòng)態(tài)演化的核心技術(shù)與裝備支撐，面臨技術(shù)突破滯后和高端裝備制造的挑戰(zhàn)。

經(jīng)濟(jì)成本挑戰(zhàn)：頁(yè)巖油資源開(kāi)發(fā)具有投資規(guī)模大、投資回收期長(zhǎng)等特點(diǎn)，國(guó)家政策支持和企業(yè)降本增效是實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。美國(guó)頁(yè)巖油規(guī)模效益開(kāi)發(fā)在國(guó)家政策強(qiáng)力扶植前提下，經(jīng)歷了10余年艱辛的降本增效探索，才實(shí)現(xiàn)現(xiàn)今的頁(yè)巖油成本與常規(guī)石油成本基本相當(dāng)。中國(guó)“地面”、“地下”條件更為復(fù)雜，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與管理機(jī)制、財(cái)稅優(yōu)惠與國(guó)家補(bǔ)貼政策不完善，能否效益開(kāi)發(fā)可能是頁(yè)巖油資源開(kāi)發(fā)利用面臨的又一挑戰(zhàn)。

3.2 發(fā)展對(duì)策

摸清資源家底及有利區(qū)帶，建設(shè)示范區(qū)和試驗(yàn)區(qū)，加強(qiáng)示范引導(dǎo)。設(shè)立重大攻關(guān)項(xiàng)目，開(kāi)展頁(yè)巖油基礎(chǔ)地質(zhì)研究與潛力評(píng)價(jià)，深化頁(yè)巖油富集機(jī)制研究，摸清資源家底，優(yōu)選有利富集區(qū)，評(píng)價(jià)“甜點(diǎn)區(qū)（段）”。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)勘探、試驗(yàn)區(qū)探索和示范區(qū)建設(shè)，檢驗(yàn)形成適用技術(shù)規(guī)范，樹(shù)立頁(yè)巖油規(guī)模效益勘探開(kāi)發(fā)模板，支撐陸相頁(yè)巖油領(lǐng)域工業(yè)進(jìn)程。

加強(qiáng)科技攻關(guān)，著力突破“卡脖子”技術(shù)。組建頁(yè)巖油產(chǎn)學(xué)研用一體化技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，加快頁(yè)巖油實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，加快核心技術(shù)、顛覆性技術(shù)、重大裝備的研發(fā)與應(yīng)用，攻關(guān)形成適合中高成熟度頁(yè)巖油效益開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)與中低成熟度頁(yè)巖地下原位轉(zhuǎn)化核心技術(shù)和裝備，解決頁(yè)巖油發(fā)展面臨的核心技術(shù)與裝備難題。

制定發(fā)展戰(zhàn)略，配套政策支持，集聚各方力量。國(guó)家層面強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，制定中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，出臺(tái)財(cái)政激勵(lì)政策，制定稅收扶持政策，探索金融支持政策，逐步完善和解決配套政策支持問(wèn)題，推動(dòng)頁(yè)巖油產(chǎn)業(yè)有序快速發(fā)展。油公司積極開(kāi)展理論、技術(shù)、成本革命，充分利用市場(chǎng)機(jī)制，最大限度降本增效，推動(dòng)頁(yè)巖油規(guī)模效益發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

基于成熟度控制富有機(jī)質(zhì)陸相頁(yè)巖生排油演化模式，頁(yè)巖油可劃分為中低成熟度和中高成熟度兩種類型。中國(guó)陸上擁有規(guī)模陸相頁(yè)巖油的資源基礎(chǔ)，發(fā)育淡水和咸水兩類湖盆優(yōu)質(zhì)烴源巖，存在碎屑巖、混積巖及沉凝灰?guī)r、碳酸鹽巖、泥頁(yè)巖等多類有利儲(chǔ)集層，形成多套近源聚集的“甜點(diǎn)段”和連片分布的“甜點(diǎn)區(qū)”。評(píng)價(jià)提出中高成熟度頁(yè)巖油是石油勘探重要接替領(lǐng)域、中低成熟度頁(yè)巖油是未來(lái)發(fā)展重大戰(zhàn)略性接替資源的新認(rèn)識(shí)。

中國(guó)陸相頁(yè)巖油工業(yè)發(fā)展仍面臨一系列重大科技難題，需要針對(duì)性突破“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)優(yōu)選、水平井體積壓裂工程技術(shù)、布井方式與開(kāi)采工藝、原位加熱轉(zhuǎn)化技術(shù)裝備等核心理論技術(shù)，持續(xù)推進(jìn)陸相“頁(yè)巖油革命”。

致謝：本文在撰寫(xiě)和研究中得到中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司和各油氣田企業(yè)，以及致密油專項(xiàng)研究團(tuán)隊(duì)的幫助和支持，在此一并致謝。