油然而声 第40期 | 页岩油藏——页岩气的孪生兄弟— 在“超致密磨刀石”中掘“黑金”

张烈辉 | 《油气简史》

（第二版 富媒体)

油燃而声 第40期

美国在进行页岩气革命之后，把页岩气革命的新技术和经验引入到曾被认为没有商业价值的页岩油资源，迅速刮起了页岩油开发的浪潮，并获得巨大的成功。

像页岩气一样，美国页岩油的成功引起了我国的高度关注和重视。我国的页岩油资源潜力巨大，页岩油开发一旦取得突破，将根本改变我国油气供应安全现状。

美国页岩油始于20世纪50年代的威利斯顿盆地，但初期产量低，直到八九十年代才逐步崭露头角——得益于页岩气新技术革命——从2005年开始页岩油产量取得重大突破，2007年开始进入规模化商业开发阶段，2010年后美国页岩油进入快速增长阶段，仅用8年时间产量就增长了十多倍，部分时期增产每天超过百万桶（相当于年增产5000×10⁴t），创造了史无前例的增长。据EIA数据，2020年，美国页岩油/致密油年产量已达3.66×10⁸t，占其原油总产量的65%，是目前页岩油产量最大的国家。依靠页岩油的生产，美国已经在2017年超越沙特阿拉伯，成为世界最大产油国。EIA评估，预计到2021年，美国将结束70多年的石油净进口历史，成为石油净出口国。

美国页岩油气开发改变了全球油气供需格局，对地缘政治也产生了深远影响。加拿大也是全球范围内的页岩油产量大国，页岩油产量在不断增加。其他国家如中国、俄罗斯、阿根廷等对页岩油的开发仍然处于早期阶段。

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与页岩气同为“孪生兄弟”的页岩油和第一章我们介绍的常规油生成有何不同呢？

如前所述，页岩气是指储存或居住在页岩层系中的天然气，类似地，页岩油(shaleoil)，就是存在于或居住在页岩层系中的石油资源。类似于页岩气，页岩储层致密、孔隙度低、渗透性差，发育大量的有机质纳米级孔隙，一般孔径大小为50~300nm的孔隙构成主要的储集空间，局部发育微米级孔隙；微裂缝在页岩储集层中也非常发育，类型多样，因此，页岩油主要储集空间类型是纳米孔隙和裂缝系统，其赋存状态有吸附态、游离态或溶解态，与页岩气有很多相似之处，这里不再赘述。页岩油可谓是存在于超致密岩石中的“黑金”。

需要指出，我国页岩油与美国有很大不同，我国以陆相页岩油为主。总体上，油层面积相对小，油层厚度偏小，有机质含量偏低，低成熟度、高黏度、低流动性等。同时，在地层能量、单井日产和单井累计采出量等方面存在先天不足。我国页岩油可分为两大类：中低成熟度页岩油（热成熟度在0.5%~1.0%，油质偏稠，可动油的比例偏低，以重质油、沥青和未转化的有机质为主）和中高成熟度页岩油（热成熟度在1.0%~1.5%，油质较轻，可动油的比例较高，气油比低）。中低成熟度页岩油在内涵、开采方式、开采技术与评价标准上，不仅与美国的页岩油不同，与中国的中高成熟度页岩油也不同，所以不具可比性。中高成熟度页岩油因地质特征、开采方式与核心技术等与美国页岩油大致相当，可以进行对比。

另外，页岩油渗流特征较低渗透—致密油更复杂，目前国内外这方面的研究成果很少。页岩油的流动蕴含了低渗透—致密油渗流特征，也具有与页岩气流动类似的多尺度流动组合输运的特点，具有非常复杂的非线性流动特征。认识页岩油的流动规律对于页岩油的有效开发、规模开发至关重要。目前，国内外关于页岩油流动规律的相关研究不多，成熟的、定性的认识很少。页岩油的流动机理研究是前沿、热点、难点，是我们当前面临的巨大挑战。我国对这方面的研究处于刚刚起步阶段，国家需加大投入，加强攻关力度，尽快实现这一领域研究的实质性突破，以建立新的开发技术。

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页岩油开发技术
“工厂化”密集钻水平井技术

美国页岩油水平井已超过10×104口。一个井场一般16口井左右，最多1个井场达到64口水平井。超长水平井技术。目前，最长已达6000m。

“一趟钻”钻井技术

一个钻头钻完一口水平井，美国实现了2500m以上水平段“一趟钻”。钻井用时从2008年的35~40天，减少到2018年的10天左右，效率提高了3~4倍。

水力压裂技术

目前，水平井压裂分段达30~65段，完井时间不到2周,单段压裂完井效率提高了5~6倍。整体钻完井周期从原来的7~8周降低到目前的3周左右。

“平台式”工厂化作业技术

通过上述技术进行开发生产，单井可实现较高的初期产量和较高的累计产量，快速实现规模化建产，效益比较好。我国的页岩油勘探开发起步晚，从2010年才开始，比美国晚30~40年，尚未进入工业性规模勘探开发（虽有个别井产量不错，但不容易稳住）。

中国陆相页岩油资源丰富，但与北美海相页岩油相比，在地质条件和地面条件上均存在较大的差异，不能照搬北美技术（用现在美国成熟的页岩油开发技术来开发我国的页岩油，没有获得成功），实现工业化效益开发面临很多重大挑战。

还需指出，对于中低成熟度的页岩油，目前尚未找到一条合适的开采技术。目前主要采用水平井、水平井分段压裂技术、地下水平井原位电加热改质（或转化）技术。地下原位电加热改质技术，可以改变原油流体性质，地下转化轻质油，增加可动油，改善油流通道等，这项技术不受地质条件局限，可实现从高能耗、高污染的“地上炼油厂模式”发展到优质清洁的“地下炼油厂”模式，若实现低成本工业化应用，将带来新一轮的页岩油革命。该类页岩油主要分布于我国陆相含油气盆地，埋深较浅，资源规模巨大，是“最具潜力”的页岩油资源。

对于中高成熟度页岩油，类似于页岩气的开采技术，目前采用长井段水平井和水平井分段压裂技术。同时，还可加强纳米剂驱油、二氧化碳与空气等气体驱油关键技术的攻关和现场试验。这类页岩大面积连续分布，含油性好，是中国石油工业长期探寻的目标。大港油田在渤海湾盆地成功建产两口页岩油井，实现陆相中高成熟度页岩油突破，对中高成熟度页岩利用水平井压裂技术开展页岩油勘探开发，探索出了一条更有效的技术。

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图文来源 |《油气简史》

绘图 | 侯雪梅

编辑 | 缪游佳

责编 | 缪游佳

审核 | 刘仲铭