页岩油气“侠客行”，在“江湖”，在“大海”

当前我国的页岩革命

正迎来新的发展阶段

即从中深层到深层

从超压到常压

从海相到陆相

陆相正成为

中国页岩革命新战场

Q1：海相&陆相,傻傻分不清楚？

作为油气小白

常常感到困惑

为什么渤海湾盆地的油气多是陆相的？

不靠海的四川盆地的油气多是海相的？

其实，这里说的是沉积相

专业解释：沉积相是沉积物的生成环境、生成条件及其特征的总和。

翻译一下：海相和陆相并不是指现在的地理位置，而是地层沉积时的环境。

沉积相主要分海相（浅海相、深海相等）、陆相（河流相、湖泊相等）、海陆过渡相（潟湖相、三角洲相等）。

也就是说，渤海湾盆地历史上多是陆地湖泊（如东营凹陷在4000万年前就是个面积近6000平方千米的巨大湖泊），所以陆相油气多。

而四川盆地历史上多是大海（如在距今4.4亿年前，现在的天府之国当时大片位于海平面之下的大陆架，水深在百米左右），所以海相油气多。

4.4亿年前“天府之国”大部分位于海下

Q2：啥是页岩？

页岩，用放大镜来看，就是呈书页状、似“千层饼”的薄层岩石。

页岩是由粒径小于0.0625毫米（人的头发丝直径约0.08毫米，人民币100元纸币的厚度约0.1毫米）的碎屑颗粒等组成。

页岩的成分与生活中常见的泥土相差无几，与泥土和泥岩的区别是具有薄薄的片状、层状特征，也更致密、更硬。

页岩有多致密？

我们知道岩石都是有孔隙的，常规油气储层，如克拉2气田的常规砂岩，孔隙度为18%，孔隙直径在10~200微米。

而致密油气储层，如新安边油田的致密砂岩，孔隙度为8%，孔隙直径在1~50微米，已被称为“磨刀石”；而页岩油气储层，如四川盆地海相龙马溪组，孔隙度仅为4%，孔隙直径仅为0.01~0.1微米，堪称“铁板一块”。

滑动图片⏩

<从左到右越来越致密>

新型冠状病毒的直径在100纳米左右

您觉着病毒能侵入页岩吗？

Q3：海相、陆相油气咋生成？

以四川盆地为例。在距今4.8亿~4.4亿年的奥陶纪，地球上汪洋一片，包括笔石在内的海生无脊椎动物空前繁荣。

含骨针放射虫笔石页岩放射虫含量30%左右

而在4.4亿年前的奥陶纪、志留纪之交，气候快速变冷+多次大规模火山爆发+一颗衰老恒星爆炸释放的伽马射线，导致地球第一次生物大灭绝，这就为油气生成提供了丰富的有机质。

在这一时期，当时在百米水深下的“天府之国”，在硫化缺氧沉积条件下形成了30~120米厚、面积达8万平方千米的富有机质黑色页岩。这就是四川盆地海相页岩气目前的主力产层——龙马溪组。

而在距今1.9亿~1.6亿年的侏罗纪时期，四川盆地又发生沧海桑田的变化，湖泊和沼泽遍布，浮游和游泳生物异常繁盛，伴随生物的竞争、死亡、分解，水体中形成一种较为缺氧、弱还原-还原的环境，大量植物、动物遗体与泥土一起被埋藏。

经过几百万年的地质演化，最终形成多套几十米到上百米厚的富有机质页岩。这就是陆相中的湖相页岩油气。

Q4：动植物死后咋变油气？

以陆相页岩气为例，分五步：

Step 1：在死水或厌氧环境中，部分有机质被分解转变成腐殖酸被保存下来。

Step 2：随着沉积物堆积，透气性差，经过一系列化学反应，腐殖酸变成干酪根。

Step 3：干酪根进一步反应，形成少量的轻质油和大量的烃类气体。

Step 4：进入热裂解成烃阶段，前面的“半成品”逐渐转化形成干气。

Step 5：高温裂解下形成气体，以干气为主，各类产物达到最稳定的结构。

Q5：铁板一样的页岩

油气是咋进去的？

刚才说到，龙马溪组页岩的孔隙直径为0.01~0.1微米，这么小的孔隙也能储油气。

龙马溪组高成熟页岩微观照片

有机孔呈蜂窝状发育在粒间孔内

其实，岩石能否储藏油气，关键看孔喉，也就是连接岩石孔隙的狭窄通道。

天然气的主要成分甲烷直径为0.38纳米，实验发现，甲烷进出页岩需要的最小孔喉直径是5纳米。

此外，致密油需要的最小孔喉直径是50纳米，页岩油需要的最小孔喉直径是20纳米。

在电子显微镜下观察，一块碳质笔石页岩中的笔石含量达85%。笔石表皮及体腔内发育大量的微纳米孔缝，就是重要的油气储集空间。

碳质笔石页岩中大量笔石顺层分布

笔石含量85%

Q6：页岩气和常规气

有啥不一样？

过去找油气藏，“生、储、盖、圈、运、保”六要素缺一不可，也就是说，油气先生成，然后沿断裂等通道运移出去，遇到合适的新家（储层）就停下来住进去，储层上面有非常致密的盖层，油气无法逃逸，从而形成圈闭型油气藏。

页岩油气与常规油气

富有机质的黑色页岩就是烃源岩（生油岩）。但是，过去，勘探家们发现黑色页岩后，并不把目光聚焦于此，而是在周围寻找生成并运移出去成藏的常规油气。

现在人们认识到，页岩本身也是储层，并由此建立了连续型“甜点区”理论，即页岩气是自生自储、源内聚集、大面积“连续型”分布，但找到最“甜”的区域开发才有效益，如四川盆地五峰-龙马溪组发育13个笔石段，在685万年间形成了20~40米厚的富笔石页岩段，这就是“甜点段”。

这一新认识改变了勘探家的思维模式。

中国科学院院士邹才能指出，发现常规油气，预示供烃方向有非常规油气共生；发现非常规油气，预示外围空间有常规油气伴生。

常规油气和页岩油气

Q7：页岩为什么能

形成一场革命？

因为页岩硬如铁板，所以常规手段很难效益开采页岩油气。

2005年以来，美国以“水平井+水力压裂”为主体的技术突破，使得页岩油气开采成本大幅降低，推动美国本土页岩油气产量快速增长。

2018年，美国超越沙特和俄罗斯成为全球最大原油生产国。2020年，美国自1949年以来首次变成石油净出口国，实现能源独立。

压裂技术进步推动美国页岩革命

2009年以来，中国业界借鉴北美经验，加快了页岩油气和长水平井+分段压裂技术的研究。

至2020年，形成了涪陵、威远、长宁等海相页岩气生产基地，探明储量超2万亿立方米，2019年产量154亿立方米，2020年产量超200亿立方米。

据预计，中国未来天然气产量增量的主力，来自页岩气。

主要页岩气生产国近年产量

Q8：陆相咋就成了

页岩革命新阵地？

页岩气方面来说，中国石化到目前已累计探明海相页岩气地质储量9400多亿立方米，但四川盆地及周缘地区海相中浅层页岩气有利目标储备不足。

剩下的是“不怎么甜”的海相页岩气——埋藏更深、压力更小，所以人们把目光转向陆相页岩气，但品位更低，需要更先进的开发技术降低成本。

2019年，中国石化在涪陵页岩气田北部的复兴地区钻探涪页10井，利用“超密布缝+暂堵转向+强化支撑+储层保护”压裂工艺，在侏罗系东岳庙段试获日产页岩气5.58万立方米、页岩油17.6立方米。

2020年，中国石化在复兴地区钻探泰页1井，利用“少段多簇+暂堵转向+大排量+中粗砂强加砂”压裂工艺，在侏罗系凉高山组试获日产页岩气7.35万立方米、页岩油58.9立方米。

2021年初，中国石化在元坝探区钻探元页3井，利用“超密切割+高强度加砂+暂堵转向+均衡压裂”压裂工艺，在侏罗系千佛崖组试获日产页岩油15.6立方米、页岩气1.18万立方米。

此外，陆相页岩油也是中国页岩革命新阵地。

与美国海相页岩油相比，我国多是品位更低的陆相页岩油。

中高成熟度页岩油，利用大平台+长水平井+体积压裂技术可以效益开发。

而中低成熟度页岩油，则需要攻关地下原位加热改质技术，其原理是，通过加热地层到330摄氏度以上，促使原地的干酪根或滞留油发生裂解及加氢反应，从而获得轻质原油，因此也被形象地称为“地下炼厂”。

非常规油气资源量远超常规油气

据评价，我国中高成熟度页岩油资源量为132亿吨，而中低成熟度页岩油技术可采资源量在700亿~900亿吨。地下原位加热改质技术一旦取得重大突破，将大幅提高我国原油产量。

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文字：程强

制作：张炅

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