中國迎來頁巖油氣革命了嗎?

金之鈞，白振瑞，高 波，黎茂穩(wěn)

(1.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)。2018年全球一次能源消費(fèi)總量已達(dá)135.1×108t油當(dāng)量，其中原油和天然氣的占比分別為34.2%和23.4%[1]。目前，油氣是全球最為重要的一次能源類型。據(jù)全球多家機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2040年油氣在一次能源供給中的占比仍將保持在50%以上[2-7]。油氣主體地位的保持在很大程度上將得益于頁巖油氣的貢獻(xiàn)。美國頁巖革命的成功使美國的油氣自給率大幅度提高，石油消費(fèi)對(duì)外依存度大幅度降低，天然氣則由進(jìn)口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮舫隹趪鳾5]。此外，它對(duì)于擴(kuò)大世界油氣資源，保障全球油氣供給也具有重要意義。近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，油氣需求大幅度增加，而國內(nèi)油氣產(chǎn)量增長(zhǎng)乏力。2018年，中國石油和天然氣對(duì)外依存度已分別達(dá)到了69.8%和45.3%。因此，大力推動(dòng)頁巖油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)于確保我國油氣安全與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有重要意義。

1 美國頁巖氣革命回顧

1.1 頁巖油氣的基本概念

賦存在富有機(jī)質(zhì)頁巖層系(包含頁巖中致密碳酸鹽巖和碎屑巖夾層)中的石油叫頁巖油，天然氣則叫頁巖氣。頁巖氣的概念業(yè)界基本統(tǒng)一。但頁巖油的概念還不一致，如美國地質(zhì)調(diào)查局采用頁巖油(“shale oil”)的概念；也有學(xué)者和機(jī)構(gòu)稱之為致密油，如美國石油工程師協(xié)會(huì)和EIA(Energy Information Administration，美國能源信息署)叫致密油(“tight oil”)，國內(nèi)學(xué)者或機(jī)構(gòu)采用致密油叫法的基本是由此翻譯而來。有意思的是，2011年筆者在訪問戴文能源公司(Devon Energy Corporation)時(shí)發(fā)現(xiàn)他們兩者并用。筆者更傾向于采用頁巖油術(shù)語，主要是其地質(zhì)意義更加清晰。

頁巖油氣藏以如下基本特征區(qū)別于常規(guī)油氣藏：①“自生自儲(chǔ)”，油氣運(yùn)移距離十分有限；②非構(gòu)造高點(diǎn)控制，往往分布于烴源巖發(fā)育的斜坡區(qū)或洼陷的中央?yún)^(qū)，分布范圍廣；③資源豐度低，必須經(jīng)過大規(guī)模人工壓裂改造才能實(shí)現(xiàn)油氣藏的經(jīng)濟(jì)、有效開發(fā)。頁巖革命首先是勘探理念的轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)的找儲(chǔ)層、找圈閉，到找烴源層、找“甜點(diǎn)”。這一觀念早在20世紀(jì)30年代就由美國石油地質(zhì)學(xué)家提出。但直到1987年，由George Mitchell領(lǐng)導(dǎo)的Mitchell能源公司經(jīng)過近20年的努力，才實(shí)現(xiàn)了頁巖氣商業(yè)開采。從這個(gè)意義上講，頁巖革命是典型的“灰犀?！笔录皇恰昂谔禊Z”事件。

1.2 美國頁巖氣革命的歷程

美國的頁巖氣發(fā)展歷程大致可以劃分為3個(gè)階段。第一個(gè)是偶遇發(fā)現(xiàn)階段(1821—1975年)。這個(gè)階段經(jīng)歷的時(shí)間比較漫長(zhǎng)，頁巖氣年產(chǎn)量小于10×108m3。第二個(gè)是探索階段(1976—2005年)。期間美國投入了大量的人力和物力開展頁巖氣開發(fā)探索和技術(shù)研發(fā)，到2005年頁巖氣產(chǎn)量突破了200×108m3。第三個(gè)是快速發(fā)展階段(2006年至今)。從2006年起，美國頁巖氣進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。到2018年，頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到了6 138×108m3，大致占美國天然氣總產(chǎn)量的64.4%[8]。據(jù)EIA預(yù)測(cè)，在基準(zhǔn)情形下，到2040年頁巖氣產(chǎn)量將達(dá)到9 443×108m3，大約占美國干氣總產(chǎn)量的75.8%[2]。

在頁巖氣開發(fā)取得成功后，相關(guān)的技術(shù)被引入到頁巖油的開發(fā)，帶動(dòng)了美國頁巖油的快速發(fā)展。美國頁巖油發(fā)展也可大致劃分為3個(gè)階段。第一個(gè)是探索階段(1953—1986年)，開發(fā)活動(dòng)主要集中在巴肯(Bakken)頁巖區(qū)，產(chǎn)量比較低。第二個(gè)是起步階段(1987—2006年)，以水平井技術(shù)的成功應(yīng)用為標(biāo)志，而且開發(fā)活動(dòng)擴(kuò)展到了伊格爾福特(Eagle Ford)頁巖油區(qū)。第三個(gè)是快速發(fā)展階段(2007年至今)，以水平井分段壓裂技術(shù)的應(yīng)用為標(biāo)志，開發(fā)活動(dòng)向其他頁巖區(qū)拓展。到2018年，美國頁巖油產(chǎn)量達(dá)到了23.49×108bbl，占美國石油總產(chǎn)量的64.7%[9]。據(jù)EIA預(yù)測(cè)，在基準(zhǔn)情形下，到2040年頁巖油產(chǎn)量將達(dá)到946×104bbl/d，在美國石油總產(chǎn)量中占比約為67.3%[2]。

1.3 美國頁巖氣革命的影響

美國頁巖革命帶動(dòng)了美國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也對(duì)世界能源格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。第一，改變了世界油氣貿(mào)易流向，影響著大國外交(圖1)。歐佩克石油出口流向發(fā)生了改變，向美國的出口量快速下降，向中國等亞洲主要石油消費(fèi)國的出口量增長(zhǎng)[1,10]。第二，改變了人們對(duì)油氣資源稀缺性的認(rèn)識(shí)。USGS(United States Geological Survey，美國地質(zhì)調(diào)查局)對(duì)美國主要頁巖區(qū)帶的重新評(píng)價(jià)得出了遠(yuǎn)大于以往認(rèn)識(shí)的資源量[11-12](圖2)。隨著世界其他含油氣盆地油氣資源的重新評(píng)價(jià)，油氣可能會(huì)從稀缺的資源轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^豐富的資源。第三，導(dǎo)致國際油價(jià)走低，促進(jìn)天然氣價(jià)格分化。第四，加快了美國能源獨(dú)立的進(jìn)程。第五，促進(jìn)了GDP增長(zhǎng)與政府收入增加。到2035年，美國油氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將為GDP貢獻(xiàn)(1.50～1.89)×1012美元[13]。第六，增加了就業(yè)崗位。2017—2035年間，美國油氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)預(yù)計(jì)每年將提供(82.8～104.7)×104個(gè)就業(yè)崗位(包括間接產(chǎn)生的崗位)[13]。

2 中國頁巖氣勘探開發(fā)歷程及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 勘探開發(fā)歷程

中國頁巖氣是在政府大力推動(dòng)下和國家石油公司積極實(shí)踐中快速發(fā)展起來的，其勘探開發(fā)大致經(jīng)歷了3個(gè)階段。

圖1 2006年(a)和2017年(b)全球天然氣貿(mào)易流向?qū)Ρ?BP，2007，2018)Fig.1 Comparison of global natural gas trade flow in 2006(a) and in 2017(b)(BP，2007，2018)

1) 學(xué)習(xí)借鑒階段(2003—2008年)。2003年，我國學(xué)者開始關(guān)注美國頁巖氣的勘探開發(fā)及研究進(jìn)展[14-16]。隨后，中國石化石油勘探開發(fā)研究院?jiǎn)?dòng)了“中國頁巖氣早期資源潛力分析”項(xiàng)目，對(duì)我國南方海相古生界、華北地區(qū)石炭系-二疊系等重點(diǎn)領(lǐng)域主要烴源巖層系的頁巖氣形成條件進(jìn)行了研究，評(píng)價(jià)了頁巖氣資源前景，并初步指出了有利區(qū)。2007年，《石油地質(zhì)科技動(dòng)態(tài)》出版了頁巖氣?？绊搸r氣勘探開發(fā)研究的典型實(shí)例：美國得克薩斯州巴奈特頁巖”。2008年，對(duì)四川盆地頁巖氣成藏地質(zhì)條件和中國頁巖氣資源潛力研究有了初步的分析結(jié)果[17-18]。在這期間，中國石油勘探開發(fā)研究院?jiǎn)?dòng)了北美頁巖氣新進(jìn)展調(diào)研和中國頁巖氣有利區(qū)篩查工作。2008年，中國石油確定了以蜀南海相五峰組-龍馬溪組作為頁巖氣勘探的主要目的層系，并于當(dāng)年實(shí)施了頁巖氣地質(zhì)資料井——長(zhǎng)芯1井，這是中國針對(duì)頁巖氣實(shí)施的第一口井。

圖2 美國地質(zhì)調(diào)查局對(duì)伊格爾福特頁巖氣(a)和巴肯頁巖油(b)待發(fā)現(xiàn)技術(shù)可采資源量的評(píng)價(jià)結(jié)果變化情況示意圖(據(jù)USGS所發(fā)布的相關(guān)油氣資源評(píng)價(jià)報(bào)告)Fig.2 Schematic diagram showing the variation of the U.S. Geological Survey’s evaluation of the technologically recoverable reserves in the Eagle Ford shale gas(a) and Bakken shale oil(b)(according to the relevant oil and gas resources evaluation report issued by the USGS)

2) 選區(qū)評(píng)價(jià)與探井實(shí)施階段(2009—2012年)。原國土資源部于2009年組織實(shí)施了“中國重點(diǎn)地區(qū)頁巖氣資源潛力及有利區(qū)帶優(yōu)選”項(xiàng)目，并于2010年設(shè)置了川渝黔鄂頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)。2011年，原國土資源部將頁巖氣列為了新的獨(dú)立礦種，并先后于2011年5月和2012年9月面向社會(huì)進(jìn)行了兩輪頁巖氣探礦權(quán)招標(biāo)。2012年3月，國家發(fā)改委、財(cái)政部等多部委聯(lián)合制定了《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃(2011—2015)》，并聯(lián)合出臺(tái)“頁巖氣”開發(fā)補(bǔ)貼政策。

中國石化于2009年完成了中國石化南方探區(qū)頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)，明確保存條件對(duì)南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣富集具有重要的控制作用。2012年11月，涪陵焦石壩地區(qū)焦頁1HF井在下志留統(tǒng)龍馬溪組下部?jī)?yōu)質(zhì)頁巖段壓裂測(cè)試獲得日產(chǎn)20.3×104m3的頁巖氣流，實(shí)現(xiàn)了中國石化海相頁巖氣勘探的戰(zhàn)略突破。中國石油于2010年在四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)鉆探了頁巖氣直井評(píng)價(jià)井——威201井，在五峰組-龍馬溪組頁巖測(cè)試產(chǎn)量(0.3～1.7)×104m3/d。2011年，中國石油又鉆探了寧201-H1水平井，分10段壓裂試氣，測(cè)試產(chǎn)量15×104m3/d。延長(zhǎng)石油集團(tuán)2011年4月對(duì)柳評(píng)177井長(zhǎng)7段頁巖壓裂測(cè)試，獲得日產(chǎn)2 350 m3的頁巖氣流；隨后鉆探頁巖氣井16口，單井日產(chǎn)氣1 000～2 000 m3。

3) 規(guī)模建產(chǎn)階段(2013年至現(xiàn)今)。中國石化分別于2013年和2015年啟動(dòng)了涪陵頁巖氣田一期和二期各50×108m3的頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)。2017年底，已經(jīng)建成產(chǎn)能100×108m3，累計(jì)產(chǎn)氣154.68×108m3。此外，在四川盆地及周緣的頁巖氣勘探也取得一批新發(fā)現(xiàn)。

中國石油于2013年啟動(dòng)長(zhǎng)寧威遠(yuǎn)和昭通兩個(gè)國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)建設(shè)。第一批頁巖氣開發(fā)方案，建設(shè)產(chǎn)能25×108m3。2016年，第二批頁巖氣開發(fā)方案獲得通過。2017年，年產(chǎn)120×108m3的開發(fā)方案獲批，當(dāng)年實(shí)現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量30×108m3。

2012年9月，陜西省延長(zhǎng)石油集團(tuán)設(shè)立了“延長(zhǎng)石油延安國家級(jí)陸相頁巖氣示范區(qū)”，云頁平3井區(qū)山西組單井日產(chǎn)量均在2×104m3左右。預(yù)計(jì)到“十三五”末，延長(zhǎng)石油集團(tuán)將建成頁巖氣產(chǎn)能10×108m3。

2.2 中國頁巖氣發(fā)展前景與挑戰(zhàn)

2.2.1 發(fā)展前景

不同單位采用類比法或體積法對(duì)我國頁巖氣資源進(jìn)行了初步估算，雖然結(jié)果相差較大，但可采資源量都在10×1012m3以上，說明我國頁巖氣資源比較豐富(表1)。預(yù)計(jì)在政策支持到位和市場(chǎng)開拓順利的情況下，2020年全國有望實(shí)現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量(200～300)×108m3，而到2030年可望達(dá)到(800～1 000)×108m3。

2.2.2 面臨的挑戰(zhàn)

中國的頁巖氣勘探開發(fā)面臨以下4個(gè)方面的重大挑戰(zhàn)：①深層頁巖氣地應(yīng)力高，頁巖脆性降低，壓裂難度大；②低壓和常壓頁巖氣單井產(chǎn)量低，一般小于5×

表1 不同單位采用類比法或體積法對(duì)我國頁巖氣資源進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果Table 1 Evaluation results of shale gas resources in China by analogy or volumetric method from different agencies

104m3/d；③陸相頁巖氣儲(chǔ)層相變快，粘土含量高，尚未形成適應(yīng)性工程工藝技術(shù)；④頁巖氣開發(fā)成本普遍較高[19-21]。

要解決這些難題，需要在理論、技術(shù)和體制機(jī)制方面進(jìn)行創(chuàng)新。在頁巖氣地質(zhì)理論方面，需重點(diǎn)形成復(fù)雜構(gòu)造區(qū)海相頁巖氣富集高產(chǎn)理論、陸相頁巖氣富集高產(chǎn)理論、頁巖氣田高效開發(fā)理論以及新一代智能氣田開發(fā)理論與技術(shù)。在技術(shù)研發(fā)方面，需集中力量攻關(guān)深層水平井分段壓裂技術(shù)、低壓常壓頁巖氣低成本水平井分段壓裂技術(shù)、無水或少水壓裂新技術(shù)以及頁巖氣開采環(huán)境評(píng)價(jià)與保護(hù)技術(shù)。在體制機(jī)制方面，需要?jiǎng)?chuàng)新管理模式，形成適應(yīng)頁巖氣勘探開發(fā)一體化的礦權(quán)管理機(jī)制、多種投資主體合作開發(fā)機(jī)制、鼓勵(lì)新技術(shù)試驗(yàn)和應(yīng)用機(jī)制以及頁巖氣安全和環(huán)保監(jiān)管機(jī)制，還要建立頁巖氣技術(shù)交流合作平臺(tái)。

3 中國頁巖油勘探開發(fā)歷程及發(fā)展前景

3.1 勘探開發(fā)歷程

中國陸相頁巖油勘探開發(fā)大致經(jīng)歷了“常規(guī)石油”兼探和“非常規(guī)頁巖油”探索兩個(gè)階段。

1) “常規(guī)石油”兼探階段(2010年以前)。這一時(shí)期在鄂爾多斯、渤海灣和江漢等盆地?zé)N源層系均發(fā)現(xiàn)了泥頁巖裂縫型油氣。如渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷在常規(guī)油氣鉆探過程中320余口井在泥頁巖發(fā)育段見到油氣顯示，其中30余口井試獲油氣流，單井最高日產(chǎn)量達(dá)到93 t；東營凹陷河54井在沙河街組三段下亞段2 962～2 964.4 m井段中途測(cè)試，日產(chǎn)油91.4 t，日產(chǎn)氣2 740 m3[22-23]。但總體上，該階段儲(chǔ)產(chǎn)量規(guī)模有限，發(fā)展較為緩慢。

2) “非常規(guī)頁巖油”探索階段(2010—2014年)。中國石化和中國石油選取了若干典型盆地，在凹陷邊緣構(gòu)造高部位部署了一批頁巖油專探井。早在2010年，中國石化引入北美頁巖油勘探開發(fā)理念和體積壓裂技術(shù)，在河南油田的泌陽凹陷，針對(duì)核桃園組三段實(shí)施了2口頁巖油水平井：泌頁HF-1井垂深2 450 m，在近1 000 m水平井段實(shí)施15級(jí)分段壓裂后獲工業(yè)油流，最高日產(chǎn)油23.6 m3；泌頁2HF井垂深2 816 m，在1 276 m水平井段實(shí)施22級(jí)分段壓裂，最高日產(chǎn)油28 m3。但是，由于地層壓力系數(shù)僅為0.9左右，驅(qū)動(dòng)力弱，導(dǎo)致高產(chǎn)期短，累計(jì)產(chǎn)油量低，致使整體經(jīng)濟(jì)效益差。在勝利油田部署的渤頁平1和渤頁平2井分段壓裂均獲得低產(chǎn)油流。但由于布井仍遵循常規(guī)勘探思路，優(yōu)選高部位埋藏較淺區(qū)域，導(dǎo)致儲(chǔ)層內(nèi)有機(jī)質(zhì)整體成熟度較低，原油粘度大、流動(dòng)性差，加之工程工藝不適應(yīng)，單井產(chǎn)量遞減快、穩(wěn)產(chǎn)困難，無法形成規(guī)模有效動(dòng)用。由于上述原因，加之2014年下半年油價(jià)斷崖式下跌，2015—2017年中國石化頁巖油勘探無實(shí)物工作量投入。

2011年以來，中國石油則高度重視致密油勘探。2011年，在鄂爾多斯盆地西233井區(qū)長(zhǎng)7油層利用水平井+體積壓裂技術(shù)開展致密油提產(chǎn)增效試驗(yàn)取得成功；隨后，在單井點(diǎn)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，先后成功建立了鄂爾多斯盆地安83、莊183和松遼盆地北部垣平1等9個(gè)致密油開發(fā)試驗(yàn)區(qū)，多井獲較高產(chǎn)量，展示了良好的開發(fā)前景。其中，西233實(shí)驗(yàn)區(qū)開發(fā)效果良好，采用體積壓裂技術(shù)實(shí)施10口井，初期單井平均日產(chǎn)原油13.9 t，目前平均單井產(chǎn)量9.6 t，有6口井試采累計(jì)產(chǎn)量已超過萬噸。截至2016年底，累計(jì)生產(chǎn)原油近200×104t。在準(zhǔn)噶爾盆地，優(yōu)選吉木薩爾凹陷、瑪湖凹陷西斜坡和沙帳-石樹溝為頁巖油重點(diǎn)勘探領(lǐng)域，分別部署吉25、火北2和風(fēng)南7井，3口井二疊系均獲工業(yè)油流，拉開了頁巖油勘探序幕。隨后，根據(jù)烴源巖、儲(chǔ)層、構(gòu)造背景及保存等條件綜合評(píng)價(jià)，聚焦吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組。該地層厚度為25～300 m，有上、下兩個(gè)頁巖油甜點(diǎn)段；內(nèi)部發(fā)育微、納米孔喉系統(tǒng)，平均孔隙度在10%以上，平均滲透率在0.01×10-3μm2左右，具有中低孔、特低滲特征；含油飽和度超過70%，地層壓力系數(shù)為1.3，且脆性較好；雖然地面原油質(zhì)稠、流度低，但地層原油粘度適中，資源可動(dòng)用基礎(chǔ)較好。評(píng)價(jià)認(rèn)為，該區(qū)頁巖油相對(duì)優(yōu)質(zhì)資源為4.8×108t。但由于受2015年以來低油價(jià)影響，實(shí)際工作量投入不足，產(chǎn)能建設(shè)緩慢。

2014年以來，盡管受低油價(jià)影響，中國石油和中國石化兩大石油公司頁巖油勘探開發(fā)投入銳減，但是在國家“973”計(jì)劃項(xiàng)目和油氣重大專項(xiàng)支持下，陸相頁巖油地質(zhì)評(píng)價(jià)及開采關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)全面啟動(dòng)，并取得了可喜進(jìn)展。地質(zhì)評(píng)價(jià)研究明確了紋層狀頁巖是最有利巖相、干酪根成熟度大于0.9%是有效開采的必要條件，認(rèn)識(shí)了受構(gòu)造和熱演化控制的頁巖油多種賦存模式，建立了陸相頁巖油兩類富集模式，提出了3種不同類型陸相頁巖油高產(chǎn)要素，為有利區(qū)優(yōu)選提供了依據(jù)(黎茂穩(wěn)，“973”計(jì)劃項(xiàng)目“中國東部陸相頁巖油富集機(jī)理與分布規(guī)律”結(jié)題報(bào)告)。在工程技術(shù)方面也取得了新突破[24-27]。中國石化提出了東部探區(qū)新一輪頁巖油選區(qū)評(píng)價(jià)方案建議，已經(jīng)開始實(shí)施4口評(píng)價(jià)井。中國石油在渤海灣盆地滄東凹陷孔二段部署2口專探井。

3.2 發(fā)展前景

3.2.1 資源潛力

據(jù)EIA(2015)估算，中國頁巖油技術(shù)可采資源量為43.7×108t，這一評(píng)價(jià)明顯偏低。根據(jù)我國第三輪全國油氣資源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)盆地主要生油層系的生油量、排油量和殘留油量分別為7 851.70×108，4 129.67×108和3 722.10×108t。中國石化石油勘探開發(fā)研究院研究團(tuán)隊(duì)在執(zhí)行國家“973”計(jì)劃項(xiàng)目“中國東部陸相頁巖油富集機(jī)理與分布規(guī)律”研究過程中，針對(duì)渤海灣和江漢盆地古近系陸相泥頁巖樣品進(jìn)行熱釋烴和溶劑抽提試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中低分子量飽和烴占8.53%～46.85%，平均為32.8%，它們是泥頁巖中最可動(dòng)的組分。這一研究成果與北美多個(gè)海相頁巖油單井控制的最終采收率在2%～8%基本相當(dāng)。由此認(rèn)為，頁巖油采出2%，5%甚至10%都是可能的。因此，我們以新一輪油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果中殘余油為基數(shù)，權(quán)且采用成因法，分別乘以2%，5%和10%，來估算我國頁巖油資源量。按上述方法，初步估算中國陸上主要盆地頁巖油資源量分別為74×108，186×108和372×108t。從大區(qū)分布看，中國頁巖油資源主要分布在東部地區(qū)和中西部地區(qū)。按照5%采收率計(jì)算的資源量，東部和中西部地區(qū)頁巖油資源量分別為98.27×108t和84.69×108t，分別占中國頁巖油資源量的52.8%和45.5%，勘探開發(fā)潛力巨大；從資源豐度比較，東部頁巖油資源豐度為3.373×108t/km2，中西部為1.54×108t/km2，東部頁巖油勘探開發(fā)前景好于中西部。頁巖油資源量相對(duì)集中在幾個(gè)大型含油氣盆地中?？v向上，頁巖油主要分布在古近系、白堊系、三疊系和二疊系4套層系中。

3.2.2 面臨的挑戰(zhàn)

中國陸相頁巖油與北美海相頁巖油地質(zhì)條件差異巨大(表2)，面臨以下6個(gè)方面的挑戰(zhàn)：①陸相頁巖油沉積相變快，非均質(zhì)性強(qiáng)，賦存機(jī)理認(rèn)識(shí)不清，評(píng)價(jià)手段亟待完善；②儲(chǔ)層礦物成分和孔隙結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜多變，甜點(diǎn)構(gòu)成要素不清，預(yù)測(cè)技術(shù)尚不完善；③不同賦存狀態(tài)的原油流動(dòng)機(jī)理和有效動(dòng)用條件不明，開發(fā)參數(shù)難以確定；④大部分儲(chǔ)層韌性強(qiáng)，難以形成有效的壓裂縫網(wǎng)；⑤有機(jī)質(zhì)成熟度低、流體粘度高和驅(qū)動(dòng)能力不足等因素導(dǎo)致流動(dòng)能力差、采出困難；⑥井深、異常高壓、儲(chǔ)層強(qiáng)敏感及鹽間儲(chǔ)層失穩(wěn)帶來一系列工程技術(shù)復(fù)雜問題[28-29]。

3.2.3 發(fā)展對(duì)策與路徑

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面開展攻關(guān)研究：①查明重點(diǎn)地區(qū)盆地陸相頁巖油形成條件和富集主控因素，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，優(yōu)選有利區(qū)帶及勘探目標(biāo)；②針對(duì)陸相頁巖油儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、非均質(zhì)性、強(qiáng)各向異性和力學(xué)特性，明確甜點(diǎn)地球物理響應(yīng)特征，建立甜點(diǎn)地球物理識(shí)別與預(yù)測(cè)有效方法和技術(shù)系列；③揭示陸相頁巖油流動(dòng)機(jī)理，形成優(yōu)快鉆完井技術(shù)、復(fù)雜裂縫改造優(yōu)化技術(shù)、頁巖油井?dāng)?shù)值模擬技術(shù)及鹽間頁巖油有效開采增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)，探索頁巖油流動(dòng)性改善技術(shù)；④在松遼、渤海灣及鄂爾多斯等盆地重點(diǎn)區(qū)帶開展有利目標(biāo)優(yōu)選及勘探、評(píng)價(jià)井位部署，建立勘探開發(fā)試驗(yàn)區(qū)。

表2 中國陸相頁巖油與北美海相頁巖油地質(zhì)條件對(duì)比Table 2 Comparison of geological conditions between Chinese continental shale oil and North American marine shale oil

依據(jù)資源品位和開發(fā)難易程度將攻關(guān)目標(biāo)劃分為3個(gè)層次：

1) 層次一為中-高成熟度生烴洼陷高壓區(qū)頁巖油層系，如濟(jì)陽坳陷深洼區(qū)、潛江凹陷和川北下侏羅統(tǒng)等。美國頁巖油勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)表明，隨著成熟度的增加，頁巖油氣油比逐漸增大，因此儲(chǔ)層的能量應(yīng)該較為充足，該類資源應(yīng)成為甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的重點(diǎn)方向。針對(duì)該類資源應(yīng)優(yōu)選富有機(jī)質(zhì)紋層和異常高壓疊合帶，兼探低幅度正向構(gòu)造及薄砂條夾層。同時(shí)，由于該類資源通常埋藏較深，存在異常高壓，必須加強(qiáng)鉆完井及儲(chǔ)層改造等工程實(shí)施中的儲(chǔ)層保護(hù)工作。

2) 層次二為中-高成熟度生烴洼陷常壓、低壓區(qū)，如松遼盆地、鄂爾多斯盆地和泌陽凹陷等。這類頁巖油儲(chǔ)層壓力系數(shù)正常或偏低，單純依靠彈性能量開采通常效果不佳。因此，針對(duì)該類資源應(yīng)重點(diǎn)研究提高驅(qū)動(dòng)能量方法，發(fā)展儲(chǔ)層增能技術(shù)，提高開發(fā)效率。

3) 層次三為中-低成熟度頁巖油層系，如松遼盆地、渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和蘇北盆地等。對(duì)應(yīng)的烴源巖為中-低成熟度，儲(chǔ)層原油通常表現(xiàn)為粘度高、含蠟量高，目前單獨(dú)開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益較差。因此，應(yīng)在勘探常規(guī)油氣藏的同時(shí)，兼探該類頁巖油氣資源，重點(diǎn)研究改善流動(dòng)性方法，發(fā)展化學(xué)、加熱及注氣等技術(shù)，提高儲(chǔ)層原油流動(dòng)性。

4 結(jié)語

世界一次能源已展現(xiàn)出“多元化”供給的發(fā)展趨勢(shì)，但一種能源對(duì)另外一種能源的替代所需時(shí)間都以數(shù)十年甚至百年計(jì)。預(yù)計(jì)到2050年，油氣在世界一次能源消費(fèi)中的占比仍然在50%上下。頁巖油氣是石油工業(yè)未來的重要發(fā)展方向之一，由于開發(fā)難度大，只能通過技術(shù)進(jìn)步大幅度降低生產(chǎn)成本才能實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)。美國的頁巖革命已取得成功并在全球產(chǎn)生廣泛影響，中國也正迎來頁巖氣革命，頁巖油革命處于突破前夜。要加快中國頁巖氣革命前進(jìn)的步伐和盡早迎來頁巖油革命，需要政府的激勵(lì)政策，需要產(chǎn)、學(xué)、研的密切合作，更需要全社會(huì)的大力支持。建議國家在專項(xiàng)和基金方面加大投入，支持關(guān)鍵技術(shù)和新技術(shù)的攻關(guān)；加大安全環(huán)保監(jiān)督機(jī)制創(chuàng)新，確保頁巖油氣的綠色開發(fā)；建立國家實(shí)驗(yàn)室，形成國家層面技術(shù)交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)成果共享。石油公司應(yīng)持續(xù)推進(jìn)國家頁巖氣示范區(qū)建設(shè)，加快建立頁巖油示范區(qū)。通過各方的共同努力，形成常規(guī)油氣與頁巖油氣共促發(fā)展的新格局，確保國家油氣能源安全和油氣工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

致謝：在本論文準(zhǔn)備過程中，鄒才能院士和朱如凱教授提供了中國石油頁巖油氣基本情況，李志明研究員和牛駿高級(jí)工程師幫助查閱核實(shí)了部分?jǐn)?shù)據(jù)和資料，作者對(duì)他們的幫助表示衷心感謝！