松遼盆地頁巖油勘探前景與對策建議

周 志，閻玉萍，任收麥，喬德武，郭天旭，王 浩

(1. 中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京100029；2. 國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京100034；3. 中國地質(zhì)調(diào)查局，北京100037；4. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京100083)

松遼盆地頁巖油勘探前景與對策建議

周 志1，閻玉萍2，任收麥3，喬德武2，郭天旭1，王 浩4

(1. 中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京100029；2. 國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京100034；3. 中國地質(zhì)調(diào)查局，北京100037；4. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京100083)

松遼盆地內(nèi)多數(shù)老油田進(jìn)入開發(fā)的后期，面臨常規(guī)油氣后備資源接替不足的問題，迫切需要加大油氣地質(zhì)調(diào)查工作力度，尋找現(xiàn)實(shí)的可接替資源。國土資源部2013年發(fā)布的頁巖油氣調(diào)查評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)顯示，松遼盆地具有優(yōu)越的頁巖油成藏地質(zhì)條件，資源潛力大，是未來油氣勘探開發(fā)的重要接續(xù)領(lǐng)域。針對目前松遼盆地頁巖油勘探開發(fā)的制約因素，本文認(rèn)為通過加大投入，快速開展資源調(diào)查評(píng)價(jià)和選區(qū)工作；加強(qiáng)攻關(guān)和示范試點(diǎn)，引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)，部署勘探開發(fā)工程，實(shí)現(xiàn)綜合開發(fā)利用，頁巖油有望成為松遼盆地可供利用的重要油氣資源。

松遼盆地；頁巖油；勘探前景

松遼盆地油氣資源豐富，油氣產(chǎn)量占我國內(nèi)陸油田總產(chǎn)量的近四分之一，為中國石油工業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。經(jīng)過幾十年的開發(fā)建設(shè)，盆地內(nèi)多數(shù)老油田進(jìn)入開發(fā)的后期階段，常規(guī)油氣資源面臨后備資源接替不足，油田企業(yè)開發(fā)效益逐年變差等問題，難以滿足可持續(xù)發(fā)展的需要，迫切需要加大油氣地質(zhì)調(diào)查工作力度，尋找現(xiàn)實(shí)的可接續(xù)資源。頁巖油作為一種非常規(guī)油氣資源，近年來，隨著水平井和分段壓裂技術(shù)的應(yīng)用，美國和加拿大兩國實(shí)現(xiàn)了頁巖油的商業(yè)開發(fā)，促成了一批老油區(qū)重獲新生[1-4]。2013年，國土資源部初步估算松遼盆地及外圍地區(qū)頁巖油地質(zhì)資源潛力大，是未來油氣勘探重要接替領(lǐng)域。

1 松遼盆地油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

松遼盆地是我國東部大型中-新生代陸相含油氣盆地，橫跨黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古4省區(qū)，面積約26萬km2。根據(jù)全國第三輪油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果，松遼盆地石油潛在資源量約136億t，天然氣潛在資源量3萬多億立方米。截至2015年底，松遼盆地累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量77.84億t，資源探明率為石油57.24%。

目前，中國石油大慶油田公司和吉林油田分公司、中國石化東北石油局等單位在松遼盆地進(jìn)行油氣勘探開發(fā)工作。經(jīng)過幾十年的開發(fā)建設(shè)，盆地內(nèi)多數(shù)油田進(jìn)入開發(fā)的后期階段，石油產(chǎn)量徘徊不前。尤其大慶油田，自2003年以來原油產(chǎn)量持續(xù)遞減(圖1)。2003年原油產(chǎn)量為4 840.03萬t，2009年勉強(qiáng)維持4 000萬t，2015年則跌破4 000萬t，僅3 838.6萬t。采油難度也越來越大，目前油田綜合含水率超過93%，早已經(jīng)觸及產(chǎn)量遞減紅線，造成開發(fā)成本逐年攀升，效益逐年變差。大慶油田要實(shí)現(xiàn)原油4 000萬t持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，面臨綜合含水率高、剩余油高度分散、后備資源接替不足，剩余可采儲(chǔ)量不足2億t等諸多難題。迫切需要加大油氣地質(zhì)調(diào)查工作力度，力求在非常規(guī)石油領(lǐng)域中尋找到優(yōu)質(zhì)的石油儲(chǔ)量迫在眉睫。

圖1 2003～2015年大慶油田歷年原油與天然氣產(chǎn)量

2 頁巖油勘探前景

2.1 國內(nèi)外頁巖油勘探開發(fā)現(xiàn)狀

頁巖油主要指富集在頁巖地層中的石油資源，以游離(含凝析態(tài))、吸附及溶解(可溶解于天然氣、干酪根和殘余水等)態(tài)等多種方式賦存于泥頁巖中，具有勘探開發(fā)意義的液態(tài)烴類[1]。美國能源信息署(EIA)發(fā)布，全球頁巖油技術(shù)可采儲(chǔ)量為469億t[2]。其中，俄羅斯以105億t居首，美國67.2億t、中國44.8億t分列其后[3]。

近年來，隨著水平井和分段壓裂技術(shù)的應(yīng)用，美國和加拿大兩國實(shí)現(xiàn)了頁巖油的商業(yè)開發(fā)。美國在巴肯、鷹灘和巴內(nèi)特等海相頁巖地層中取得突破性進(jìn)展，促成了一批老油區(qū)重獲新生，使得自1985年以來一直持續(xù)遞減的石油產(chǎn)量于2009年止跌回升[2-3]。據(jù)美國能源信息署(EIA)資料，2012年美國平均日產(chǎn)頁巖油10.1萬t，2016年1月份達(dá)66萬t/d。與美國一樣，加拿大的頁巖油資源開發(fā)潛力巨大，現(xiàn)進(jìn)入商業(yè)開發(fā)階段。2011年的日產(chǎn)量為2.2萬t，在2014年12月達(dá)到了6.4萬t/d，主要來自巴肯盆地加拿大區(qū)域以及艾伯塔省的迪韋奈等頁巖區(qū)[3]。

我國廣泛發(fā)育中-新生代湖相暗色泥頁巖，頁巖油資源潛力巨大，已在東部斷陷盆地獲得初步發(fā)現(xiàn)。據(jù)新三輪全國油氣資源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，我國陸相地層總生油量為6萬億t，石油地質(zhì)資源量為1300億t[2]。這些資源除形成常規(guī)油氣、致密油氣以及破壞散失外，大部分滯留在生油巖(頁巖)內(nèi)。據(jù)國土資源部初步估算，我國頁巖油地質(zhì)資源潛力為397.46億t，可采資源潛力為34.98億t，資源豐富，是未來油氣勘探重要接續(xù)領(lǐng)域。2007年以來，國內(nèi)主要石油企業(yè)對東部斷陷陸相盆地頁巖油資源進(jìn)行了勘探，通過老井復(fù)查復(fù)試和水平井分段壓裂實(shí)踐，獲得了初步發(fā)現(xiàn)[1,5-6]。2011年，在遼河坳陷曙古165井沙河街組泥巖段壓裂獲日產(chǎn)油24t[1]。2012年，在泌陽凹陷泌頁HF-1井水平井分段壓裂獲最高日產(chǎn)油22.5t，為國內(nèi)第一口頁巖油水平井的成功壓裂試產(chǎn)[5]；另外，濟(jì)陽坳陷的沾化、東營凹陷多口直井泥頁巖中也獲得工業(yè)油氣流[6]。

2.2 松遼盆地頁巖油地質(zhì)條件及勘探現(xiàn)狀

松遼盆地是我國東部大型陸相含油氣盆地，發(fā)育大面積中、新生代地層，具備形成頁巖油成藏的地質(zhì)條件。近幾年，國內(nèi)學(xué)者對松遼盆地頁巖油發(fā)育層段的面積、有效厚度、埋深、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)熱演化程度、含油量及保存條件等進(jìn)行了研究，認(rèn)為上白堊統(tǒng)青山口一段和嫩江組一段、二段富有機(jī)質(zhì)泥頁巖厚度大，分布面積廣，生油能力強(qiáng)，具有良好的頁巖油成藏地質(zhì)條件[7-10](表1)。其中青山口組一段暗色泥頁巖有機(jī)碳含量(TOC)整體較高，介于0.5%～14%之間，平均2.15%，達(dá)到一般-較好泥頁巖的標(biāo)準(zhǔn)；干酪根類型主要為I型、II1型，有機(jī)質(zhì)熱成熟度(Ro)在0.4%～1.45%，處于未熟到較高成熟演化階段；脆性礦物含量30.7%～63%，均值58%，以石英和斜長石為主，含量達(dá)到陸相頁巖由開采的最低標(biāo)準(zhǔn)；有效厚度為40.5～80.0m，埋深在1200～2 400 m范圍，其中有機(jī)碳含量大于1.5%的分布面積達(dá)35 859 km2。嫩江組一段、二段均普遍發(fā)育I-II型干酪根的泥頁巖，熱演化程度比青山口組一段低，Ro為0.4%～0.8%，處于低熟到成熟演化階段，脆性礦物含量33.4%～68%，平均值54.4%，以石英和長石為主，含量在27%～63%之間。其中嫩江口組一段泥頁巖有機(jī)碳含量介于0.5%～8.6%，全區(qū)范圍內(nèi)幾乎都大于2.5%，局部地區(qū)大于4.0%，為優(yōu)質(zhì)泥頁巖；有效厚度為41.6～98.0m，埋深在800～1800m范圍，有機(jī)碳含量大于1.5%的分布面積為26373km2。嫩江口組二段泥頁巖有機(jī)碳含量主要分布在0.7%～13%之間，平均2.25%，達(dá)到一般～好泥頁巖的標(biāo)準(zhǔn)；有效厚度為32.13～33.83m，埋深在700～1 600 m范圍；有機(jī)碳含量大于1.5%的分布面積為20 328 km2。2009～2012年，國土資源部初步估算松遼盆地及其外圍地區(qū)頁巖油地質(zhì)資源量131.93億t，可采資源量11.61億t，是未來的重要油氣接續(xù)領(lǐng)域。

表1 松遼盆地頁巖油地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)

截至2015年底，松遼盆地累計(jì)完成油氣探井近7 500口，二維地震超過2.7萬km2，三維地震4萬km2。在常規(guī)油氣勘探中，多口井在青山口組、嫩江組泥頁巖段見到良好的油氣顯示，部分井獲得工業(yè)油氣流[10]。據(jù)不完全試油資料統(tǒng)計(jì)和老井復(fù)查結(jié)果，在青山口組一段已有英12井和古105井等7口井獲工業(yè)油氣流，哈14井、英112井、臺(tái)2井、古535井、古平1井等16口井獲低產(chǎn)油氣流。其中，英12井在青山口組一段日產(chǎn)油3.83t/d、天然氣441m3/d。嫩江組頁巖多口井也獲得不同產(chǎn)量的工業(yè)油流。嫩江口組一段頁巖層段普遍具有較好的錄井氣測異常顯示，如英24井、英13井、英72井等探井。嫩江口組二段泥頁巖段多口井鉆獲工業(yè)油氣流，如古605井、大407井、英16井和杏淺3井等探井。以上鉆井證實(shí)，松遼盆地具有良好的頁巖油成藏地質(zhì)條件，頁巖油的勘探開發(fā)將為松遼盆地油氣資源戰(zhàn)略接替打下良好基礎(chǔ)。

3 勘探開發(fā)技術(shù)難點(diǎn)

3.1 資源潛力及有利區(qū)有待落實(shí)

前期松遼盆地頁巖油氣資源調(diào)查工作取得了一定的進(jìn)展，但由于涉及多家油田企業(yè)和單位，仍存在盆地整體地質(zhì)認(rèn)識(shí)不足，對頁巖油賦存狀態(tài)、可流動(dòng)性、保存條件和富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)存在分歧等突出問題。當(dāng)前，針對頁巖油的勘探開發(fā)投入較少，勘探程度很低，缺乏可靠的符合陸相特點(diǎn)的頁巖油資源評(píng)價(jià)方法和參數(shù)體系，造成頁巖油選區(qū)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，參數(shù)不明確，估算資源量數(shù)據(jù)偏差大，難以落實(shí)有利區(qū)和發(fā)現(xiàn)規(guī)模儲(chǔ)量。

3.2 頁巖油形成地質(zhì)條件差異較大

與美國頁巖油發(fā)育的地質(zhì)條件相比[4,11-14]，松遼盆地湖相頁巖油形成的地質(zhì)條件差異較大。美國頁巖油主要分布于構(gòu)造相對穩(wěn)定的前陸或克拉通盆地的海相地層中，分布廣，泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，處于成熟-高成熟階段，頁巖油密度與黏度均較小，流動(dòng)性好，可壓裂性和保存條件均較好，同時(shí)由于構(gòu)造抬升，目的層埋藏淺[4,14]。松遼盆地泥頁巖則形成于中生界斷陷湖盆中，埋深跨度大，縱向和橫向的非均質(zhì)性強(qiáng)，相變快，雖然富有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育較好，總有機(jī)碳含量一般大于2%，但成熟度整體偏低，以低熟-成熟油滯留為主，含蠟量高，密度與黏度均較大。

3.3 勘探開發(fā)技術(shù)亟需攻關(guān)

與海相頁巖相比，松遼盆地陸相頁巖的石英、碳酸鹽礦物等脆性礦物多為無機(jī)成因[15]，粘土礦物含量較高。如青山口組一段泥頁巖粘土礦物含量28%～59.4%，均值53.6%，以伊/蒙混層和伊利石為主，伊利石含量16%～58%，平均40%，水敏性較強(qiáng)，傳統(tǒng)的水基壓裂改造難以適應(yīng)，后期的壓裂改造技術(shù)難度大，二氧化碳?jí)毫训冗m用性的勘探開發(fā)亟待試驗(yàn)攻關(guān)。受油的流體性質(zhì)決定，頁巖油受有機(jī)質(zhì)熱成熟度范圍控制，低成熟油具有高密度、高黏度的物性特點(diǎn)，其流動(dòng)性將受到限制，可開發(fā)性降低。頁巖中石油分子遠(yuǎn)大于天然氣分子，擴(kuò)散能力弱，要維持高的產(chǎn)能則需要較高的地層壓力，而一定的氣油比則是改善流動(dòng)性的必要條件。目前對頁巖油的賦存機(jī)理尚不明晰，尚未針對頁巖油儲(chǔ)層的特殊性建立起系統(tǒng)有效、針對性強(qiáng)的頁巖油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法。對頁巖儲(chǔ)集空間的類型、有效性和分布特征，及頁巖油滯留成藏機(jī)理、保存條件、勘探評(píng)價(jià)體系等未建立起科學(xué)合理、系統(tǒng)有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對頁巖油“核心區(qū)”評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素認(rèn)識(shí)也不統(tǒng)一。

4 對策建議

松遼盆地作為我國最大的陸相含油氣盆地，具有豐富的頁巖油資源。為了摸清松遼盆地頁巖油氣資源家底，攻關(guān)勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)石油企業(yè)加快頁巖油勘探開發(fā)，形成對大慶等老油田常規(guī)油氣的有效接續(xù)，建議采取以下措施。

1)加大投入，開展資源調(diào)查評(píng)價(jià)和選區(qū)工作。組織實(shí)施頁巖油資源潛力調(diào)查評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選等油氣基礎(chǔ)性地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)工作，利用好常規(guī)油氣勘探中獲取的資料，針對頁巖油適當(dāng)補(bǔ)充測試，深入研究盆地頁巖油地質(zhì)條件與富集規(guī)律，掌握資源分布特征，采用整盆分層評(píng)價(jià)的原則，開展松遼盆地頁巖油層系的整體資源調(diào)查評(píng)價(jià)和選區(qū)工作，評(píng)價(jià)頁巖油資源量，優(yōu)選出勘探開發(fā)有利區(qū)。

2)示范試點(diǎn)，部署勘探開發(fā)鉆探工程。在優(yōu)選頁巖油有利區(qū)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，開展二氧化碳儲(chǔ)層壓裂改造實(shí)驗(yàn)，力求獲得產(chǎn)能，總結(jié)示范工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，為推進(jìn)全國頁巖油勘探開發(fā)和綜合利用提供借鑒。

3)加強(qiáng)攻關(guān)，完善勘探開發(fā)技術(shù)體系和規(guī)范。組織全國優(yōu)勢力量，聯(lián)合開展頁巖油勘探開發(fā)核心技術(shù)的攻關(guān)，重點(diǎn)研究頁巖油的賦存機(jī)制和滲流機(jī)理、資源評(píng)價(jià)與地質(zhì)選區(qū)、二氧化碳儲(chǔ)層壓裂改造、頁巖油實(shí)驗(yàn)測試分析等相關(guān)技術(shù)。通過頁巖油資源勘探技術(shù)與勘探模式研究，制定頁巖油勘探規(guī)范和開發(fā)利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、資源量預(yù)測評(píng)價(jià)規(guī)范、儲(chǔ)量評(píng)定規(guī)范等相關(guān)規(guī)范，為頁巖油開發(fā)利用提供技術(shù)支持。

4)強(qiáng)化合作，引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)，形成人才隊(duì)伍。跟蹤國外頁巖油勘探開發(fā)技術(shù)進(jìn)展，引進(jìn)和消化頁巖油勘探開發(fā)技術(shù)，積極參與頁巖油國際組織，促進(jìn)雙邊合作，探索和創(chuàng)建適合于我國陸相頁巖油地質(zhì)特點(diǎn)的勘探開發(fā)技術(shù)系列。通過松遼盆地頁巖油資源調(diào)查評(píng)價(jià)和選區(qū)工作，培養(yǎng)出一批頁巖油領(lǐng)軍人才和業(yè)務(wù)骨干，建立頁巖油勘探開發(fā)的專業(yè)人才隊(duì)伍。

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Prospects and strategy for shale oil exploration in Songliao basin, China

ZHOU Zhi1, YAN Yuping2, REN Shoumai3, QIAO Dewu2, GUO Tianxu1, WANG Hao4

(1. Oil & Gas Survey, China Geological Survey, Beijing 100029, China; 2. Oil & Gas Strategy Research Center, the Ministry of Land and Resources, Beijing 100034, China; 3. China Geological Survey, Beijing 100037, China;4.China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China)

Most old oilfields in Songliao basin have entered the last period of development and facing the difficulty of shortage of conventional oil reserve resources. So it is necessary to strengthen the oil and gas geological survey and look for the potential substitutable resource. The data which were published by the Ministry of Land and Resources of China in 2013, suggest that the Songliao basin has good geologic conditions for the formation of shale oil with great potential resource. Thus, it will be a main relay exploration domain of petroleum and natural gas resources in the future. Based on analyze the constraints of exploration and development of shale oil in Songliao basin, the paper puts forward the corresponding strategy , the resources investigation and evaluation and constituency are carried out rapidly by increasing investment; to achieve comprehensive development and utilization by strengthening research and demonstration pilot, introducing key technologies, deploying exploration and development projects, shale oil can be used as an important oil and gas resources.

Songliao basin; shale oil; exploration prospect

2016-10-11

國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法與勘探技術(shù)攻關(guān)”資助(編號(hào)：2016ZX05034)

周志(1983-)，男，碩士，工程師，主要從事頁巖油氣勘探和評(píng)價(jià)工作，E-mail：zhouzhi-2008@126.com。

任收麥(1973-)，男，博士，研究員，主要從事構(gòu)造磁學(xué)和頁巖氣地質(zhì)學(xué)研究，E-mail：realshaw@vip.sina.com。

TE132.1

A

1004-4051(2017)03-0171-04