致密油與頁巖油的概念與應用

周慶凡，楊國豐

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

致密油與頁巖油的概念與應用

周慶凡，楊國豐

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

通過國內外大量的文獻調研，了解和分析了致密油和頁巖油術語的不同含義與應用情況，對比了它們之間的異同點，并提出了應用和完善致密油和頁巖油概念的建議。致密油含義有廣義與狹義之分;頁巖油除用于指油頁巖加工的石油外，其含義也有廣義和狹義之分。致密油與頁巖油異同點表現為3種情況:①致密油與頁巖油概念完全不同，屬于不同的非常規(guī)石油資源類型;②致密油與頁巖油含義完全相同，可以互換使用;③致密油與頁巖油概念既有關系，也有差別。在應用致密油和頁巖油術語時，要遵循“尊重習慣、方便交流”的原則。致密油和頁巖油有不同含義，不要只從字面上機械理解，要真正理解它們的實際內涵。對于致密油和頁巖油術語使用中遇到的問題，應采取“不斷完善，適時修正”的原則，不斷完善致密油和頁巖油術語的定義，使它們的定義和應用更加科學、規(guī)范，同時也要方便、適用和與國際接軌。

概念;致密油;頁巖油;非常規(guī)資源

美國頁巖氣革命的成功使美國天然氣產量快速增長，改變了美國能源市場，也影響了全球能源格局。受頁巖氣成功經驗的啟發(fā)和天然氣價降低的影響，美國又把頁巖氣開發(fā)的新技術和經驗引入了開發(fā)曾被認為沒有商業(yè)開采價值的低滲透頁巖及相關層系中的石油資源，這種石油資源被稱之為致密油（tight oil）或頁巖油（shale oil）。致密油（頁巖油）的開發(fā)在美國威利斯頓盆地巴肯組（Bakken）率先取得成功，并不斷向其他地區(qū)擴展，也取得了可喜的進展，導致此類油藏產量的大幅度增長，使美國扭轉了連續(xù)二十多年石油產量下滑的頹勢。從2009年開始，美國的石油對外依存度逐年降低，2011年已降至約45%［1］。因此，像頁巖氣一樣，美國致密油（頁巖油）開發(fā)成功也引起我國的關注，頁巖油、致密油也在成為熱門話題。但是由于目前人們對頁巖油、致密油的涵義有不同理解，所以在頁巖油和致密油術語的使用上存在誤解和爭論，也給人們在這方面的研究和工作帶來了一些混亂和麻煩。那么頁巖油和致密油究竟是什么涵義、它們有何異同呢?本文試圖通過美國和加拿大主要能源機構、AAPG和SPE組織以及相關公共媒體等發(fā)表和收錄的大量相關文獻的調研，來了解和分析頁巖油和致密油的涵義以及它們異同點，為正確理解和使用頁巖油和致密油這兩個術語提供幫助。

1 致密油（tight oil）

致密油是英文“tight oil”的中文譯名，其英文同義詞還有“tight light oil”。致密油（tight oil）作為一般性的描述詞在20世紀40年代就出現在AAPG Bulletin雜志中，用于描述含油的致密砂巖［2］，與“tight gas”幾乎同時出現，但是致密油作為一個專門術語，代表一種非常規(guī)油氣資源，并有明確的定義則是近幾年的事。盡管目前對致密油還沒有一致認可的嚴格定義，不同機構和學者對致密油的定義也有差異，但是對致密油含義也形成一些共識，即致密油中原油的品質與常規(guī)油藏一致，都是屬于成熟的原油，不同的是致密油儲層致密，滲透性極差，用常規(guī)的技術不能經濟開發(fā)，需要利用水平鉆井和多段水力壓裂等技術才能經濟開采。綜合文獻調研來看，人們對致密油含義有兩種理解:一是廣義致密油;二是狹義致密油。

1.1 廣義致密油

所謂廣義致密油，是用致密油泛指蘊藏在具有低的孔隙度和滲透率的致密含油層中的石油資源，其開發(fā)需要使用與頁巖氣類似的水平井和水力壓裂技術。目前大多機構、學者和媒體使用“致密油”這一術語多是指廣義致密油，它包括了下文中的狹義致密油和狹義頁巖油。如美國EIA在其發(fā)布的《年度能源展望2012》報告中，對致密油的定義是“利用水平鉆井和多段水力壓裂技術從頁巖或其他低滲透性儲層中開采出的石油”［3］。美國國家石油委員會（NPC）的一個研究組在其2011年9月發(fā)布的北美地區(qū)油氣資源評價中有關致密油表述是:“一般來說，致密油蘊藏在那些埋藏很深，不易開采的沉積巖層中，這些巖層具有極低的滲透率（故而稱其為“致密”）;在有的致密油區(qū)，石油直接產自頁巖層，不過大多數的致密油則是產自與作為烴源巖的頁巖具有密切關系的砂巖、粉砂巖和碳酸鹽巖”［4］。加拿大自然資源協會（NRC）將產自頁巖層系的石油稱為致密輕質油（tight light oil）或致密頁巖油（tight shale oil），它是蘊藏在滲透性極差的沉積巖中的石油資源，這類油藏中從地層流入井筒的油流受致密產層顆粒細、滲透性差的限制。在一些致密輕質油區(qū)，石油是直接產自頁巖的，不過多數情況下致密油是產自作為源巖的頁巖層系中的低孔滲性的粉砂巖、砂巖、灰?guī)r和白云巖夾層。這類石油資源的產層物性相對很差，開發(fā)需要利用水平井和水力壓裂技術［5］。加拿大國家能源委員會（NEB）也認為致密油涵蓋的范圍要比頁巖油（指狹義頁巖油，見下文）大，除頁巖油外還包括致密砂巖、粉砂巖、灰?guī)r及白云巖等致密儲層中的石油［6］。加拿大非常規(guī)資源協會（CSUR）對致密油定義似乎更廣，它明確把在已發(fā)現常規(guī)油田周邊的含油區(qū)因為儲層致密而未納入常規(guī)油田產區(qū)的區(qū)域歸屬于致密油范疇，稱之為“halo play”（邊緣區(qū)帶）。在這些邊緣區(qū)帶，石油通過應用水平井、水壓裂等新技術得以開采。西加拿大盆地的Cardium組和Viking組就是屬于這一類的致密油藏實例［7］。我國學者賈承造等在其2012發(fā)表的“中國非常規(guī)油氣資源與勘探開發(fā)前景”一文中，指出“致密油主要是指與生油巖層系互層共生或緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖儲集層中聚集的石油資源”［8］。

1.2 狹義致密油

與廣義致密油不同，狹義致密油與致密氣（tight gas）對應，是指來自頁巖之外的致密儲層（如粉砂巖、砂巖、灰?guī)r和白云巖等）的石油資源，它不包括廣義致密油中的狹義頁巖油那部分。目前北美地區(qū)大多致密油區(qū)帶都可劃歸狹義致密油范疇。加拿大國家能源委員會（NEB）2012年在其發(fā)布的“Tight oil developments in the Western Canada sedimentary basin”報告中，明確地把致密油（廣義）劃分為兩個主要類型［6］:1）在作為源巖的頁巖中的石油資源，與頁巖氣相似，通常稱其為頁巖油（shale oil）。由于頁巖的滲透性差，且其中的微孔隙常不能很好的連通，故頁巖油藏的儲層物性很差。2）從源巖中排出，并運移至附近或遠處的致密砂巖、粉砂巖、灰?guī)r或白云巖等地層中的石油資源，與致密氣（tight gas）類似，但這類油藏的儲層物性比頁巖的好很多。其中第一類就下文將提到的狹義頁巖油，第二類就是狹義的致密油。加拿大非常規(guī)資源協會（CSUR）對致密油進一步細分中也有類似描述，其中“halo play”和“geo-stratigraphic play”兩類就屬于狹義致密油范疇［7］。我國學者鄒才能等把致密油定義為“致密油是致密儲層油的簡稱，是指覆壓基質滲透率小于或等于0.1 ×10－3μm2的砂巖、灰?guī)r等儲集油層［9］”，這里顯然是指狹義的致密油。另外李玉喜、張抗在文章中的使用致密油概念也屬于狹義致密油［10－11］。值得注意的是，盡管有狹義致密油含義的存在，但是狹義致密油含義實際應用并不廣泛，目前主要是有些機構和學者在討論致密油概念時用到。北美有關致密油勘探開發(fā)利用方面的統計數據所使用的致密油基本都是指廣義致密油，還沒有見到把狹義的致密油作為一個單獨資源類別進行資源量和儲產量統計的報道。

2 頁巖油（shale oil）

頁巖油對應的英文是“shale oil”?！皊hale oil”在英文文獻中出現比“tight oil”早很多，可能有100多年的歷史。在20世紀20年代，AAPG Bulletin雜志中發(fā)表的文章就有“shale oil”出現［12］，早期的頁巖油（shale oil）與油頁巖有關，是指來自油頁巖中的石油，屬于一種人造石油，用“頁巖油”來代表頁巖層系中輕質原油則是近幾年的事。通過查閱相關文獻，我們發(fā)現“頁巖油”一詞有3種含義:一是與油頁巖有關的頁巖油;二是廣義頁巖油;三是狹義頁巖油。第二、第三種含義相關，都是指頁巖及相關層系中的輕質原油;而第一種與第二、第三種含義的頁巖油只是同名而已，它們無論是成因還是開采方式都完全不同，屬于不同的非常規(guī)資源類型。但是由于同名，因此經常有人混淆，甚至把它們視為一回事，尤其在應用外文資料一定要注意，要弄清楚“shale oil”所代表的具體含義，否則就會張冠李戴。

2.1 與油頁巖有關的頁巖油

與油頁巖有關的頁巖油是指加工油頁巖生產的石油，也稱干酪根石油（kerogen oil）或油頁巖石油（oil-shale oil），它是通過油頁巖的熱解、加氫或熱液溶解作用從油頁巖中提煉得到的一種非常規(guī)石油資源。這一用法歷史較長，其含義清楚，沒有爭議，得到普遍認可和使用，現在仍在使用，只是有些機構和學者不局限于這用法，同時用“頁巖油”一詞來表示頁巖油的其他含義，如大英百科全書認為頁巖油既可以指油頁巖加工生產的石油，也可以指頁巖層系中開采的石油。在化石燃料生產中，頁巖油有兩種含義，一是指利用熱解等方法從油頁巖（oil shale）生產出的石油，有時也稱其為人造（合成）原油;二是指利用水壓技術從地下頁巖層中采出的石油［13］。但是部分機構和學者只用“頁巖油”一詞代表與油頁巖有關的頁巖油，對于頁巖層系中的正常原油用“致密油”稱之。如美國國家石油委員會（NPC）一個研究組的報告對頁巖油和致密油有清楚的定義，頁巖油指利用油頁巖生產的石油，而頁巖層系所產的石油應稱為致密油［4］。在賈承造等發(fā)表的“中國非常規(guī)油氣資源與勘探開發(fā)前景”一文中，頁巖油僅指與油頁巖有關的頁巖油，而頁巖層系所產的輕質石油劃歸了致密油的范疇［8］。

2.2 廣義頁巖油

所謂廣義頁巖油，其含義與廣義致密油一致，都是泛指蘊藏在具有低的孔隙度和滲透率的致密含油層中的石油資源，其開發(fā)需要使用與頁巖氣類似的水平井和水力壓裂技術。只是由于使用者的習慣和偏好，有的用“頁巖油”，有的用“致密油”。部分使用者應用這兩個術語時很隨意，一會用“頁巖油”，一會用“致密油”，有時候在同一地方同時出現這兩個術語，后面的用括號標上，表明“頁巖油”與“致密油”是同一含義。但是有一點需要指出的是，在細分廣義致密油類型是時，一般都把頁巖油作為廣義致密油其中的一個亞類，而對于廣義頁巖油往往沒有這樣的進一步劃分，并沒有明確廣義頁巖油包括狹義的致密油。這反映出有用致密油替代頁巖油作為這類非常規(guī)油的統稱觀點。如Chris Nelder認為，致密油的范疇要比頁巖油大，頁巖油指的是產自致密頁巖層中的石油，而致密油除了頁巖油外，還包括產自頁巖氣區(qū)的天然氣液，且開發(fā)中都要利用水平井和水力壓裂技術［14］。

2.3 狹義頁巖油

狹義頁巖油與頁巖氣對應，頁巖油（shale oil）專指來自作為源巖的泥頁巖層系中的石油資源，其特點是源巖與儲層同層，如西加拿大盆地的Duvernary/Mukwa組。加拿大非常規(guī)資源協會（CSUR）對致密油細分了3類，其中的第三類“shale oil play”就是狹義的頁巖油。這類致密油藏巖石組成主要為富含有機質的頁巖，該巖層不僅是源巖而且也是儲層，其致密程度比砂巖、碳酸鹽巖致密油藏更致密。上文中提到的加拿大國家能源委員會（NEB）把致密油劃分為兩個主要類型，其中第一種類型也屬于狹義的頁巖油。我國學者張抗、李玉喜文章中使用的頁巖油也屬于狹義頁巖油［10－11］。值得注意的是，不能按字面意思理解，簡單地認為頁巖油就一定是產自頁巖層系的石油（即狹義頁巖油），來自其他巖層的石油就不是頁巖油。與狹義致密油一樣，盡管有狹義頁巖油含義的存在，但是狹義頁巖油含義實際應用并不普遍，主要是有些機構和學者在討論致密油概念時用到。目前北美有關頁巖油勘探開發(fā)利用方面的統計數據所使用的頁巖油也基本都是指廣義頁巖油，也還沒有見到把狹義的頁巖油作為一個單獨的資源類別進行資源量和儲量產量統計的報道。實際上，北美地區(qū)真正意義上的狹義頁巖油藏實例不多見。

3 總結與建議

綜上所述，致密油和頁巖油異同點有3種情形。

1）致密油與頁巖油概念完全不同，屬于不同的非常規(guī)石油資源類型。頁巖油只是指加工油頁巖生產的石油，這種頁巖油的概念歷史長，但沒有過時，還一直在應用。強調不應將致密油與頁巖油或油頁巖混淆，因為它與后兩者的流體密度和粘度以及開采方法完全不同。

2）致密油與頁巖油含義完全相同，可以互換使用，都是泛指蘊藏在具有低的孔隙度和滲透率的致密含油層中的石油資源，其開發(fā)需要使用與頁巖氣類似的水平井和水力壓裂技術。這種理解和用法目前最為常見，相關機構和媒體發(fā)布的報道中所提到的致密油或頁巖油，如果沒有特別注明，基本都是代表廣義的致密油或廣義的頁巖油，兩者含義一致。這一點還可從有關北美地區(qū)致密油/頁巖油的報告或文章中得到印證，不論報告或文章中是叫“致密油”還是叫“頁巖油”，只要列舉具體實例，幾乎都是一致的，如 Bakken，Eagle Ford，Montrery，Niobara，Cardium，Montney，Viking，Exshaw，Duvernay，Muskwa 等［6－7，15］。盡管有的機構和學者傾向用致密油術語替代頁巖油來定義這類石油資源，但是這一做法目前并沒有被廣泛認可和采納。

3）致密油與頁巖油概念既有關系，也有差別。它們都屬于非常規(guī)的輕質油，但是致密油與頁巖油儲集巖層巖石類型不同，頁巖油僅指來自泥頁巖層系的石油（狹義頁巖油），來自砂巖、碳酸鹽巖等其他致密儲層的石油則稱為致密油（狹義致密油）。這種用法目前并不普遍。

盡管目前致密油和頁巖油術語含義與使用情況有不足之處，術語定義不夠科學規(guī)范，頁巖油甚至出現同名而含義相差甚遠的情況，易于產生混亂，給人們的理解和使用帶來不少麻煩。但是要想改變這種狀況卻不容易，尤其是約定俗成的習慣用法即使不科學也難以改變，如頁巖油不只是指產自頁巖層系的石油，它還指產自其他致密巖層中的石油。在應用致密油和頁巖油術語時，我們要遵循“尊重習慣、方便交流”的原則，由于致密油和頁巖油有不同的含義，不要只從字面上機械理解，要真正理解致密油和頁巖油所代表的實際內涵，也不要急于改變已經習慣的用法，以免造成信息對比和交流的混亂。目前使用普遍使用的還是廣義的致密油或廣義的頁巖油概念，建議近期無論是采用致密油還是頁巖油術語，都定義為廣義的致密油或廣義的頁巖油，兩者內涵相同，這樣有利于與國際對比。對于致密油和頁巖油術語使用中遇到的問題，應采取“不斷完善，適時修正”的原則，不斷完善致密油和頁巖油術語的定義，在條件成熟時推廣應用，使致密油和頁巖油術語的定義和應用更加科學規(guī)范，同時也要注意方便適用和與國際接軌。

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Definition and application of tight oil and shale oil terms

Zhou Qingfan and Yang Guofeng

（SINOPEC Exploration＆Production Research Institute，Beijing100083，China）

Based on a thorough literature investigation and a detailed analysis of the meanings and applications of the tight oil and shale oil terms，this paper compares their similarities and differences，and presents suggestions for a better understanding and application of the two terms.Though shale oil also refers to the crude generated through processing kerogen from shale rocks，both terms bear broad and narrow senses when used to indicate the oil from shale or shale-like formations.The current usage of the two terms can be summarized and described in the following three scenarios:（1）They refer to different kinds of unconventional resources，therefore are regarded as totally different from each other;（2）They are thought to be identical and are used alternatively;（3）They are different but also inherently connected.It is suggested that when using the terms，we shall follow the rule of“showing respect to customs and facilitating communications”and try to understand fully their connotations and extensions instead of only reading the lines.To tackle problems encountered during using or understanding the terms，we also shall adapt the policy of“continuous perfecting and timely modification”so as to achieve a more objective definition of the terms.Meanwhile，their international applicability shall also be taken into consideration.

definition，tight oil，shale oil，unconventional resource

TE122.1

A

0253－9985（2012）04－0541－04

2012－06－10。

周慶凡（1962—），男，教授級高級工程師，油氣發(fā)展戰(zhàn)略與勘探規(guī)劃部署。

（編輯 高 巖）