在星罗棋布的含油气盆地中，海上钻探高渗透油藏能喷出石油，陆上钻探低渗透油藏也能抽出石油，其实超低渗透的页岩里也能“榨”出石油。2023中关村论坛开幕式上，中国陆相页岩油革命及战略突破正式发布。成果创新了中国陆相页岩油富集地质理论，解决了陆相页岩“生油”“储油”“产油”的世界科学难题；创建了中国陆相页岩油关键技术体系；形成了一批自主知识产权，国家标准3项、行业标准8项、发明专利168件、技术秘密35项；建设了鄂尔多斯盆地陇东、准噶尔盆地吉木萨尔、松辽盆地古龙等国家级示范区与基地。
关注:从页岩“榨”油, 中国开启新一轮“石油革命”
据介绍，中国陆相页岩引发了两次“石油革命”。第一次是“陆相页岩生油”，发现了大庆等一批大油田，打破了“中国贫油说”，支撑了我国常规石油工业发展，媲美“两弹一星”；第二次是“陆相页岩产油”，工作的对象从资源占比20%的“单体型”常规石油向80%的“连续型”非常规石油迈进，开启了新一轮“石油革命”，有望支撑我国未来非常规石油工业发展。
过去，人们普遍认为页岩似“磨刀石”“铁板”一般没有孔隙，只可作为常规油藏的盖层。其实它蕴藏着更大面积的巨量石油资源，特别是“甜点体”中也能富含油，经过大型体积压裂后，可以获得工业产量。
所谓页岩是指含油气盆地中具有页片状的泥质岩，当它富含有机质时又称为烃源岩，也就是常说的生油岩。按照关键参数成熟度，页岩油可划分为未成熟、中低成熟和中高成熟三种类型。不同于常规油藏依靠自然能量、常规手段直接开发,页岩油需利用非常规手段人工制造油藏开发。打个比喻，如果将椰汁比作常规石油，那椰肉里榨出来的汁就是非常规石油，页岩油就是从页岩里“榨”出来的。
中国石油报曾报道，根据美国能源信息署的评价，全球46个国家104个盆地的170多套页岩层系中的页岩油技术可采资源量约为570亿吨。北美是页岩油资源最丰富的地区，其次为东欧和亚太地区。美国、俄罗斯、中国、阿根廷是页岩油资源最丰富的四个国家，约占全球资源的一半，美俄页岩油资源潜力巨大，两国资源量相当，约占全球的1/3。2022年，美国页岩油产量达3.99亿吨，约占美国原油产量的53%。据中国石油2017年测算，中高成熟度页岩油资源量为132亿吨，中低成熟度页岩油原位转化技术可采资源量为700亿吨—900亿吨。
公开报道显示，北美多以海相页岩油为主，面积大，分布稳定，有机质含量高，成熟度高，油气丰度高，可压裂性强，技术先进，开发成本低。我国主要为陆相页岩油资源，与美国海相资源相比，存在着非均质性强、地层压开难、原油粘度大等一系列挑战。我国页岩油主要分布于鄂尔多斯、松辽、准噶尔、渤海湾、四川等大型盆地以及许多“小而肥”的中小型盆地，以陆相页岩油为主，连续分布面积偏小，成熟度偏低，黏土含量偏高，油质偏重，同时我国页岩油勘探开发起步晚，研究程度低，钻井压裂周期长，施工费用高。中西部盆地中高成熟页岩油资源，普遍埋藏较大，目前最大页岩油层埋深已达5000米，钻完井、压裂等工程实施难度大，投资大，风险大。
进展: 产量破300万吨,中国陆相页岩油十年实现从无到有
西方地质学家曾给页岩油开采“扣帽子”:海相生油,陆相不能生油。世界上发现的石油资源大都处在海相地层,陆相地层的潜力不被看好。之前,国内多个油田尝试开采页岩油,可单井出油有限,一直未能实现工业化生产。对页岩油的工业化开采,既然没有经验可循,就需要大胆探索。
常规与非常规油气聚集类型分布图
“与北美海相页岩油相比，中国陆相页岩油有4个‘美中不足’：一是油质偏重，流动难度大；二是甜点区偏小，预测难度大；三是黏土含量高，压开难度大；四是连续分布偏差，作业难度大。”中国石油勘探开发研究院致密油研究所副所长、中国石油“十四五”页岩油前瞻性基础性重大科技项目执行项目长杨智教授向北京青年报记者介绍，常规油藏储存岩石孔隙尺度比较大，尺度可以达到毫米级厘米级，但现在陆相页岩油相当于从70微米左右的头发丝尺度的页岩颗粒中找油产油，孔隙尺度是微米级纳米级，勘探开发难度极大，在科技和生产上都是一个巨大的挑战，用到的理论技术和工艺装备与以往明显不同，需要重新探索、研发、制造。从勘探的角度来讲，在地下几千米深度范围，钻探找准几米十几米的薄富集层，这对于预测的精度是非常高的，经过非常艰难的探索，目前能达到90%以上的有利储层钻遇率。从开发的角度来讲，一般都是打一口直井下去，在自然能量条件下，石油就可以自己通过井筒流动到达地面，但页岩油没有自然流动的条件，需要人为干预、打碎铁板页岩，创造流动条件。然后还需要通过人工干预的方式，比如利用水平井钻井和水力压裂技术将非常致密的页岩层打碎形成一个可供石油流通的通道，这就需要新的配套技术、作业流程。“从陆相页岩生油到陆相页岩产油，虽然难度很大，我们除了目前可操作的水平井压裂技术，也在考虑采用其他的超前研发的技术。”
开采难度大、成本高，为何还要开采页岩油？对此，杨智教授表示，我们国家一段时间以来一直是一个缺油少油的国家，每一份石油资源都非常珍贵。新中国成立以来，我们依靠陆相生油理论开发陆相常规石油，实现了石油自给，建立了独立自主的石油工业体系；新时期，尽力保障石油安全，我们仍需依靠陆相地层，依靠科技自立自强进源找油，探索形成适用理论技术，推进陆相页岩产油，保障国家石油安全。页岩层系石油是战略接替石油资源，其规模效益开发具有重要战略意义。十年来，陆相页岩油从无到有，2022年中国石油矿权区陆相页岩油产量已突破300万吨。
揭秘: 4项关键技术,中国破解页岩产油3项世界难题
杨智教授表示，近十年，中国石油在页岩油领域，先后经历了纳米孔发现、国家973研发、国家实验室建设、国际合作研究、勘探风险井部署、开发先导试验、国家示范区建设等一系列重大标志性事件，实现了“陆相页岩产油”革命性创新，形成了特色理论技术系列。
陆相源内石油聚集“体积开发”模式图
杨智教授介绍，第一方面，创新了中国陆相页岩油富集地质理论，解决了陆相页岩“生油”“储油”“产油”3项世界科学难题。第1项：创建陆相富有机质页岩沉积模式。一是明确了不同盐度湖盆生烃母质类型差异，提出了中国“页岩生油模式”。例如在鄂尔多斯长7页岩，发现10余种金藻孢囊，勃发—消亡促进有机质富集。二是揭示了火山灰与热液等重大事件对有机质富集的控制机理，造成的湖泊富营养化、藻类勃发、水体分层导致缺氧环境，促进黑色页岩形成。三是创建了陆相富有机质页岩沉积模式，提出了混源页岩沉积陆源碎屑、内源沉积、火山灰、热液活动4个控制因素，预测了富有机质黑色页岩的空间分布。第2项：发现了页岩纳米级孔喉储油系统。一是2011年，我们首次发现了陆相页岩纳米级孔喉系统，提出页岩油流动孔喉下限20nm；二是明确了页岩油“微纳米孔储油，微页理与裂缝渗流”的微观机理。第3项：揭示了页岩油“连续型”甜点区、甜点段富集规律。一是揭示了区域构造事件、湖平面升降、火山活动、缺氧事件、重力流事件5大地质事件控制有机质富集，近源中低有机质丰度层为页岩油富集段；二是提出页岩油甜点区/段 总有机质丰度、孔隙度、地层压力系数、微裂缝及页理发育程度、气油比等5个关键指标，制订了《页岩油地质评价方法》国家标准；三是评价预测了我国重点探区页岩油“甜点区”分布，指明了陆相页岩油勘探的主攻方向。
第二方面，创建了中国陆相页岩油实验研究、勘探评价、开发工程和超前创新4项关键技术体系，形成了一批自主知识产权。第1项：创建了页岩油实验研究技术系列，包括数字岩石智能化定量评价、综合矿物分析、孔隙—裂缝多尺度融合—演化模拟、微纳米孔石油赋存地球化学表征、有机质原位高分辨率定量分析、可动流体核磁共振分析、微纳米尺度流体流动模拟、成岩物理模拟与孔隙保持评价、岩石薄片智能鉴定等9项关键技术。其中数字岩石智能化评价技术实现了从米到纳米“9”个数量级融合。第2项：创建了页岩油甜点综合评价技术系列，包括高精度地震预测甜点区、高分辨测井预测甜点段和甜点区/段“六性”评价等3项核心技术，“甜点区/段”预测符合率达90%以上。第3项：创建了页岩油开发工程技术系列，主要包括体积开发、大平台—井工厂开发、长水平段水平井优快钻井、水平井一趟钻、原位转化、水平井旋转导向技术、高性能钻井液与体积压裂技术、顶部驱动与安全下套管技术等8项核心技术。特别是创建了陆相页岩油“体积开发”理论技术，实现多层一次性动用与提速增效。形成了人造复杂缝网干扰、水平与纵向流动耦合复合流动2项核心开发理论认识。水平井优快钻井，细分割体积压裂与工厂化作业，水平井提速40%以上。第4项：启动了中低成熟页岩油原位转化攻关，基本解决了资源评价与选区、动态油藏数值模拟、加热器及辅助系统设计、小井距水平井簇高精度钻完井、高温高腐蚀油气采油、高温高腐蚀油气处理与集输等关键技术难题。准备启动鄂尔多斯盆地页岩油原位转化先导试验，验证技术可行性。研发形成了一批具有自主知识产权的成果，包括科技论文358篇、学术专著25部、国家标准3项、行业标准8项、发明专利168件、软件著作权68项、技术秘密35项。
聚焦:3方面突破, 中国陆相页岩油成国家战略资源
杨智教授进一步介绍，理论技术创新，引领推动中国陆相页岩油实现3方面战略突破。第1方面：在鄂尔多斯、准噶尔、松辽、渤海湾、四川、柴达木等盆地获得了一批重大勘探发现。第2方面：建设了陇东、吉木萨尔、古龙国家级示范区与基地。中部鄂尔多斯盆地页岩油开发示范基地，建成了我国目前规模最大的页岩油整装油田；西部准噶尔盆地吉木萨尔，是我国第一个国家级陆相页岩油示范区；东部大庆古龙陆相页岩油国家级示范区，已取得具有战略意义的重大突破。第3方面：创新成果推动，陆相页岩油成为国家战略资源。
中国陆相页岩油革命，具有资源的战略性、理论的革命性和技术的颠覆性。资源的战略性：陆相页岩油资源包括油页岩、中低熟页岩油和中高熟页岩油三种类型，是我国石油工业未来发展的战略接替资源。理论的革命性：从常规石油到非常规石油，从“陆相页岩生油”到“陆相页岩产油”，解决了陆相页岩油的基础科学难题，突破了理论误区。技术的颠覆性：针对中高熟页岩油，形成了“地下水力压裂人造油藏”自主颠覆性技术；针对中低熟页岩油和油页岩两种资源类型，形成了“地下电力加热炼厂”颠覆性技术。
中国石油陆相页岩油理论技术创新，突破了“理论误区”，打破了“勘探禁区”，攻破了“开发无人区”，找到了从页岩中开采石油的“金钥匙”，在世界上引领推动陆相页岩油革命。
杨智教授表示，页岩油开采出来后还需要在市场条件下尽可能控制成本，形成规模效益的开发。公开报道显示，中国石油大港油田公司旗下页岩油效益开发示范平台——沧东凹陷5号平台，已正式投入生产。平台内共有9口页岩油井，日产能稳定在280吨左右，形成了10万吨的年生产能力。这标志着我国首个10万吨级页岩油效益开发示范平台在大港油田正式建成投产。据测算，平台前期部署的4口井，合计日产油40余吨。新部署的5口井产量进一步提升，单井日产油稳定在40吨到50吨，预测单井首年产油可超1万吨，单井的最终采收量有望达到4.1万吨，实现陆相页岩油的效益开发。
杨智教授介绍，沧东平台是其中的一个成功案例。长庆油田在黄土塬，率先建成国内首个百万吨级整装油区，页岩油产量位居全国第一，去年的产量已突破200万吨。新疆油田在吉木萨尔戈壁，正在建设全国第一个国家级页岩油示范区，去年产量已突破50万吨。还有就是受广泛关注的大庆油田古龙页岩油，相对来说开发难度更大，去年产量也突破了10万吨油当量。
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文/北京青年报记者 宋霞
编辑/樊宏伟
