我国相继在多个盆地陆相页岩油勘探中获得突破,展示了良好的发展前景。基于现阶段勘探认识,本文认为陆相页岩油富集主要条件是:(1)稳定且有规模和适宜热成熟度的富有机质页岩是重要物质基础,以TOC含量>2%,最佳为3%~4%、母质类型Ⅰ和Ⅱ₁型为主,R_o>0.9%或更高(咸化环境0.8%);(2)有一定容积规模的微纳米孔隙且具脆性的多类储层是重要条件,页岩储层有效孔隙度宜>3%~6%;成岩阶段偏低时,纯页岩段不是中高熟页岩油富集段,致密砂岩和混积岩黏土含量宜<20%;成岩阶段高时,页岩黏土含量可高至40%左右;(3)滞留烃数量大且品质好是重要保证,以S₁>2 mg/g为门限,最佳>4~6 mg/g;气油比>80 m³/m³,最佳150~300 m³/m³;(4)顶底板具封闭性保持超压且滞留足够多轻-中组分烃类。陆相页岩油分布特征是:(1)有外物质注入的深-半深湖相是页岩油主要富集区;(2)具备“四高一保”条件的页岩层系控制页岩油垂向富集分布;(3)页岩组构与岩性组合对富集区/段分布也有重要控制作用。初步评价我国陆相中高熟页岩油地质资源量(131~163)×10⁸ t,其中经济偏好的地质资源量(67~84)×10⁸ t,主要分布在鄂尔多斯盆地长7¹⁺²、松辽盆地古龙凹陷青一、二段、渤海湾盆地沧东、岐口凹陷和济阳坳陷孔店组、沙河街组与准噶尔盆地芦草沟组等层系。

全球非常规页岩层系油气资源丰富,富有机质页岩主要沉积在劳亚构造域和特提斯构造域的上侏罗统、渐新统—中新统、白垩系和上泥盆统4套页岩层系内。交汇分析北美典型页岩油区块产量与R_o数据关系,提出R_o为0.7%作为低熟页岩油和中高熟页岩油的界限,系统评价了全球116个盆地157套页岩层系中高熟页岩油、低熟页岩油技术可采资源量约2 512亿t,主要分布在北美洲、南美洲、北非和俄罗斯,以前陆盆地中新界、克拉通盆地古生界、裂谷盆地和被动大陆边缘盆地的中生界为主。海相页岩油受显生宙以来的海侵影响,富集在稳定克拉通和前陆等类型盆地中,具大面积稳定分布、成熟度适中等特征;陆相页岩油受暖室期气候影响,主要在坳陷、断陷等类型盆地中发育,以微纳米级无机孔隙和微页理裂缝为主要储渗空间通道,具有沉积相横向变化大、“甜点区段”局部富集等特征。中国石油工业正经历从“陆相页岩生油”向“陆相页岩产油”转变,初步形成源岩油气“进源找油”地质理论、陆相页岩油高效勘探及低成本开发技术体系,推动中国陆相页岩油取得重要突破。着力加强应用基础理论研究与关键技术攻关,构建地质-工程一体化模式,强化全生命周期管理理念,加快中高熟页岩油“压裂人工油藏”工业化发展,加强低熟页岩油“加热原位转化”技术攻关与工业化试验,推动实现中国“陆相页岩油革命”,夯实“稳油增气”资源基础。

延长石油集团在鄂尔多斯盆地大力推动石油、天然气、页岩气勘探开发理论研究和技术攻关,多类型资源协同发展,取得显著效果。在石油勘探方面,提出延长组特低渗石油“交替式”成藏理论认识,建立盆地中生界多期差异性成藏新模式,近10年特低渗石油年均探明地质储量超1×10⁸ t。建立细粒沉积风暴、地震等控砂理论,以及甜点预测方法,致密油累计探明地质储量2.1×10⁸ t。针对致密气田砂体成因机理不明、天然气运聚成藏规律不清等主要难题,揭示了“浅水环境岸线频繁迁移控砂”机制,建立了致密砂岩气优质储层成储模式,明确纯石英砂岩和富石英低塑性颗粒岩屑砂岩是致密气分布的“甜点”,形成了基于多要素、全过程天然气运聚模拟的目标优选技术。经勘探实践,发现了延安气田,累计探明天然气地质储量7 635×10⁸ m³。页岩气方面,提出陆相页岩气“三元”成藏富集地质理论的创新认识,认为湖相优质页岩是陆相页岩气富集高产的物质基础,多类型、跨尺度的复杂孔隙网络决定页岩气赋存条件,厚层页岩自封闭能力及高压是保存的关键,实现陆相页岩气产量突破。未来延长石油将继续坚持“稳油、增气、强化非常规”战略,推进“地质工程一体化”勘探开发模式,保障企业可持续发展。

古龙凹陷青山口组页岩油的,地质资源量达151亿t,是重要后备的油气资源。用电子背散射(HDBSD)发现了古龙页岩油储层中纳米孔和纳米缝非常发育,电子探针表明这些纳孔纳缝均被沥青充填。纳米孔的直径多在10~50 nm,中位数在20~30 nm,形态多不规则,多呈多角形,主要是一种E-F纳孔,其次为E-E纳孔,多与纳米缝联结。纳缝宽度多在10~50 nm,中位数也在20~30 nm。它们主要是由黏土片(黏土域)的F-F凝聚形成的。黏土的凝聚与有机质密切相关。黏土胶体由于同晶置换会带负电荷,使得其周围会吸附带正电的金属阳离子,形成一个带正电的黏土团。这种带正电的黏土团又会吸附带负电的腐殖酸(有机质)和初步降解的藻,形成一个有机黏土絮凝体。这种有机黏土絮凝体进入生排烃门限后,由于生排烃有机质体积会收缩,体积收缩最高可达87%。生排出的烃会就近充填在这种收缩形成的孔隙中,又由于纳孔纳缝的毛细阻力(约12 MPa)等使得排出的烃无法运移出去便形成了古龙页岩油的特殊连续原位油藏。

近源找油、进源勘探是未来油气勘探的方向。目前近源找油、进源勘探还面临很大的风险,主要原因是对烃源岩附近,尤其是烃源岩内的油气成藏条件、成藏机理、分布规律认识不到位。重新定义了烃源岩系统和烃源岩油气藏的概念,认为一个烃源岩系统就是一个独立的油气成藏单元,而烃源岩油气藏为赋存于烃源岩系统内的油气聚集。划分出常规油气藏与非常规油气藏两大类,泥岩裂缝油气藏等6种烃源岩油气藏,受构造控制,造就了它们独有的形成机制和特定的分布规律,形成了横向并列成圈、纵向有序成串、上下分层过渡、常规与非常规差异机理成藏和有序共生的圈层结构特征:即从内圈的深湖相页岩油气藏、浊积砂岩性油气藏,到中圈的半深湖相的致密油气藏,再到外圈的浅湖-半深湖过渡相的岩性尖灭油气藏分布序列。成藏机制上,也形成了内圈的页岩油气藏以原地连续性“滞留”与微运移“停留”,中圈的致密油气藏以大面积初次运移“停留”、外圈的岩性尖灭油气藏以浮力二次运移“截流”为特征的有序成藏机理序列。明确了页岩油气藏甜点区位于深盆区内圈前三角洲相带的具有“优势组构-滞留烃超越效应”的区域;致密油气藏甜点区位于深盆区中圈三角洲前缘相带的具有“优势孔缝耦合”的区域;岩性尖灭油气藏有利分布区位于深盆区外圈三角洲平原相带具有汇聚脊优势运移通道的圈闭区域。烃源岩油气藏类型众多、潜力巨大,人类对烃源岩油气藏的勘探、开发、利用才刚刚开始。

在原位改质技术开发中,对低熟页岩的巨大的油气资源潜力的技术可行性质疑不多,但由于致热页岩耗能巨大,经济可行性还面临重重质疑,也缺乏有力的定量论证。本文从能量守恒原理出发,对致热页岩过程中生成油气的获能和裂解有机质的耗能、页岩吸热耗能、围岩散热耗能分别进行了定量评价,得到了不同条件下的能耗比及其影响因素,结果表明:能耗比随TOC含量的升高快速增大,对倾油性的页岩,能耗比为3时对应的TOC含量≈4.2%,表明,当TOC含量较高时,有望通过大规模作业摊薄工程成本,使考虑工程成本之后的能耗比>1,即原位加热改质技术可以具有经济效益。从有关因素对能耗比的影响幅度来看,提高经济可行性的增效途径之一是探寻高效致热页岩、减少围岩传导耗热的技术;途径之二是探寻高效转化有机质为油气的技术,即探索具有催化效应/能力的技术,减少页岩吸热和致热时间;途径之三是探寻综合考虑能耗比、时间成本、工程成本的水平井综合布井技术。