國(guó)外頁(yè)巖層系石油勘探開發(fā)進(jìn)展及啟示

崔景偉，朱如凱，楊 智，白 斌，吳松濤，蘇 玲

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083;2.國(guó)家能源致密油氣中心，北京 100083)

1 國(guó)外頁(yè)巖層系石油勘探開發(fā)

1.1 勘探開發(fā)現(xiàn)狀

北美早在1821年就發(fā)現(xiàn)了頁(yè)巖氣，直到2000年才利用水平井和壓裂技術(shù)對(duì)Barnett富含硅質(zhì)頁(yè)巖中的頁(yè)巖氣進(jìn)行工業(yè)開采，并相繼擴(kuò)展到美國(guó)Fayetteville頁(yè)巖 (2004)、Woodford頁(yè)巖 (2005)、加拿大Muskwa頁(yè)巖 (2007)，富含黏土的Haynesville(2006)頁(yè)巖、富碳酸鹽的Marcellus(2004)頁(yè)巖和 Eagle Ford 頁(yè)巖 (2008)［1－3］。受天然氣價(jià)格降低和“頁(yè)巖氣革命”影響，2008年后，頁(yè)巖油成為主要勘探對(duì)象，主要尋找液態(tài)窗范圍內(nèi)的頁(yè)巖。據(jù)美國(guó)能源信息署 (EIA)統(tǒng)計(jì)［2］，俄羅斯頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為119.3×108m3，美國(guó)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為76.3×108m3，中國(guó)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量 (不包括鄂爾多斯盆地)為50.9×108m3(表1)。

表1 世界范圍內(nèi)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量表Table 1 Recoverable shale oil resources worldwide

北美地區(qū)是全球探明頁(yè)巖層系石油最豐富的地區(qū)，美國(guó)和加拿大在勘探開發(fā)理論、工程技術(shù)方面相對(duì)成熟，在頁(yè)巖層系“甜點(diǎn)”區(qū)篩選和壓裂工程技術(shù)方面具有優(yōu)勢(shì)［3－6］。目前，美國(guó)頁(yè)巖層系石油勘探主要是Bakken、Eagle Ford、Spraberry、Wolfcamp、Niobrara和Utica區(qū)帶;加拿大頁(yè)巖層系石油勘探區(qū)帶集中在西加盆地和阿巴拉契亞山脈地區(qū)，主要在Bakken/Exshaw、Cardium、Viking區(qū)帶［4－10］。北美之外，勘探主要集中在阿根廷、俄羅斯和中國(guó)。

依據(jù)盆地內(nèi)頁(yè)巖層系的鉆井?dāng)?shù)量、石油勘探大致分為商業(yè)開發(fā)型 (美國(guó)和加拿大，大于1000口井/盆地)、商業(yè)試點(diǎn)型 (阿根廷和中國(guó)，50～1000口井/盆地)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估型 (主要分布在俄羅斯、墨西哥等國(guó)家，小于 50 口井/盆地)［11－14］。

1.2 勘探開發(fā)進(jìn)展

據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)2012年針對(duì)頁(yè)巖層系石油鉆井17365口，2013年鉆井17822口，2014年鉆井達(dá)14575口;美國(guó)2012年頁(yè)巖油產(chǎn)量為0.97×108t，2013年頁(yè)巖油產(chǎn)量為1.4×108t，2014年頁(yè)巖油產(chǎn)量達(dá)到2.1×108t，其中 Bakken產(chǎn)量為5029×104t、Eagle Ford產(chǎn)量為6357×104t。目前Permian盆地成為美國(guó)頁(yè)巖油的熱點(diǎn)地區(qū)，包括Spraberry、Bonespring、Wolfcamp、Delaware、Yeso ＆ Glorieta 5 套產(chǎn)層 (圖1、表2)。

圖1 2000－2014年美國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)量數(shù)據(jù)圖Fig.1 Shale oil output in the United States from 2000 to 2014

加拿大商業(yè)化頁(yè)巖層系石油勘探主要集中在西加拿大盆地，2005年開始對(duì)Bakken區(qū)帶開發(fā)，2010年擴(kuò)展到其他區(qū)帶，目前主要勘探區(qū)帶包括Bakken、Cardium、Viking、Montney、Duvernay 和Lower Shaunavon(表3)。2012年鉆井 2998口，2013年鉆井3237口，2011年生產(chǎn)井超過(guò)25000口;2013年頁(yè)巖層系石油產(chǎn)量為1578×104t，占加拿大年度原油總產(chǎn)量的10%。Wood Mackenzie預(yù)計(jì)，Duvernay頁(yè)巖油在2015年產(chǎn)油量將達(dá)到139× 104t，2020年將達(dá)到603×104t。

表2 美國(guó)主要頁(yè)巖區(qū)帶近年鉆井?dāng)?shù)表 單位:口井Table 1 Drilled wells in major shale plays in the United States in recent years

表3 加拿大主要頁(yè)巖層系石油區(qū)帶及地質(zhì)資料表Table 3 Major shale oil plays and geologic data in Canada

阿根廷頁(yè)巖層系石油勘探集中在阿根廷西南部的Vaca Muerta頁(yè)巖 (表4)，第一口真正意義的頁(yè)巖油發(fā)現(xiàn)井是2010年11月的LL－479井。2011年在Loma La Lata區(qū)塊鉆6口直井和15口評(píng)價(jià)井，落實(shí)428km2區(qū)域內(nèi)含有94×104t原油;2012年估計(jì)Mendonaza區(qū)塊頁(yè)巖層系石油資源量為1.27×108t。2014年，阿根廷約一半鉆井平臺(tái) (20臺(tái))在Vaca Muerta作業(yè)，2014年月平均鉆井15～20口，目前生產(chǎn)井超過(guò)300口。2013年1月日產(chǎn)原油381t。2014年6月日產(chǎn)原油1526t，2014年9月日產(chǎn)原油 2671t，折合年產(chǎn) 97×104t。Vaca Muerta頁(yè)巖已成為阿根廷重要的產(chǎn)液態(tài)烴頁(yè)巖區(qū)帶。

表4 阿根廷主要頁(yè)巖層系潛在產(chǎn)油區(qū)帶排序及參數(shù)表Table 4 Potential shale oil plays and ranks in Argentina

俄羅斯頁(yè)巖層系石油勘探主要集中在西伯利亞盆地Bazhenov頁(yè)巖，早期主要是直井開發(fā)裂縫油藏。

2014年Shell公司和Gazprom Neft公司原計(jì)劃在Bazhenov頁(yè)巖鉆5口水平井，受西方國(guó)家對(duì)非常規(guī)油氣領(lǐng)域的制裁而擱置;目前外國(guó)油田服務(wù)公司在俄羅斯的石油業(yè)務(wù)份額為23%，俄羅斯國(guó)有企業(yè)占35%，俄羅斯私人企業(yè)占37%;2013年俄羅斯頁(yè)巖層系石油產(chǎn)量為557×104t，約占俄羅斯原油年產(chǎn)量的1%。

1.3 勘探趨勢(shì)

目前世界范圍內(nèi)頁(yè)巖層系石油勘探進(jìn)展呈現(xiàn)三大特點(diǎn)。

地域上，北美地區(qū)勘探生產(chǎn)活躍，美國(guó)國(guó)內(nèi)由Bakken和Eagle Ford向Niobrara、Permian盆地和Utica區(qū)帶擴(kuò)展，由美國(guó)向加拿大、阿根廷、墨西哥、哥倫比亞中瑪格達(dá)萊盆地、法國(guó)巴黎盆地、澳大利亞喬治尼亞盆地等擴(kuò)展 (圖2)。

圖2 北美頁(yè)巖層系石油勘探“熱點(diǎn)”區(qū)帶分布圖Fig.2 Distribution of hotspots in North America

區(qū)帶選擇上，首選已大量開采常規(guī)石油的盆地;單井產(chǎn)量遞減快，主要依靠新鉆井增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。鉆井?dāng)?shù)量增加，平臺(tái)數(shù)量增加，頁(yè)巖區(qū)塊交易活躍，產(chǎn)量達(dá)到新高。

勘探上，在盆地級(jí)別優(yōu)先選擇常規(guī)油氣勘探成熟的盆地，地質(zhì)資料了解程度高，管道運(yùn)輸方便，節(jié)約成本;區(qū)帶級(jí)別優(yōu)先選擇液態(tài)窗范圍和高壓區(qū)域，特別是凝析油范圍內(nèi)區(qū)帶，既有較高的地層能量，也具有較高的經(jīng)濟(jì)性;層段級(jí)別優(yōu)先選擇脆性礦物含量高的層段，便于壓裂改造。

1.4 經(jīng)濟(jì)考慮

經(jīng)濟(jì)角度存在稅務(wù)政策和開發(fā)“甜點(diǎn)”兩個(gè)。稅務(wù)政策集中在礦區(qū)土地使用費(fèi)、出口稅等領(lǐng)域;美國(guó)土地主要為農(nóng)場(chǎng)主私有，其土地使用費(fèi)是加拿大的3倍。美國(guó)主要實(shí)行稅收優(yōu)惠政策，一方面減稅，另一方面給予財(cái)政補(bǔ)貼，免征生產(chǎn)稅，增加額外補(bǔ)貼。阿根廷為加速頁(yè)巖層系石油勘探和開發(fā)，規(guī)定若國(guó)外石油公司投資超過(guò)10億美元，5年后可將20%的產(chǎn)品出口國(guó)外，不征收出口稅或強(qiáng)制返利。俄羅斯通過(guò)改革現(xiàn)有的石油政策，降低原石油政策中出口一桶油55美元石油出口稅和23美元的礦產(chǎn)開采稅，鼓勵(lì)企業(yè)開發(fā)Bazhenov頁(yè)巖層系石油。有利區(qū)帶內(nèi)存在“甜點(diǎn)”，取決于地質(zhì)“甜點(diǎn)”和工程“甜點(diǎn)”的疊合， “甜點(diǎn)”區(qū)原油產(chǎn)量可以增加數(shù)倍，提高最終采收率(EUR)。

2 “熱點(diǎn)”區(qū)帶解剖和“甜點(diǎn)”區(qū)選擇

2.1 “熱點(diǎn)”頁(yè)巖區(qū)帶地質(zhì)參數(shù)

目前國(guó)外的熱點(diǎn)頁(yè)巖層系均形成于海相沉積環(huán)境，埋深 1500～3500m，烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度(TOC)為4%～12%，有機(jī)質(zhì)成熟度集中在液態(tài)窗范圍內(nèi)，特別是凝析油范疇內(nèi)。地質(zhì)富集因素主要考慮構(gòu)造背景、埋深、烴源巖特征、儲(chǔ)集特征、流體特征 (表5)。

表5 國(guó)外“熱點(diǎn)”頁(yè)巖區(qū)帶地質(zhì)參數(shù)表Table 5 Geologic parameters of hotspot plays overseas

續(xù)表

2.2 “熱點(diǎn)”區(qū)帶實(shí)例解剖

2.2.1 Eagle Ford頁(yè)巖區(qū)帶

Eagle Ford頁(yè)巖是位于美國(guó)南得克薩斯州的晚白堊世沉積單元，頁(yè)巖層位于Buda石灰?guī)r之上，Austin Chalk白堊之下，埋深300～4000m;厚度從北向南變化區(qū)間為15～100m;Eagle Ford頁(yè)巖為超壓，產(chǎn)氣和凝析油，自生自儲(chǔ)，上覆Austin Chalk原油也來(lái)自Eagle Ford頁(yè)巖;Eagle Ford頁(yè)巖主要分布在Maverick盆地 (圖3)。

圖3 Eagle Ford頁(yè)巖區(qū)帶地質(zhì)構(gòu)造圖Fig 3 Geologic structure of the Eagle Ford shale zone

Eagle Ford頁(yè)巖層系劃分為上、下段，下段是顏色較深、紋層發(fā)育的富有機(jī)質(zhì)泥灰?guī)r，沉積于海侵背景，碳酸鹽含量較低;上段夾鈣質(zhì)泥巖、斑脫巖、石灰?guī)r及石英砂巖，為退積沉積，富含碎屑物質(zhì)，富含碳酸鹽巖紋層。Eagle Ford下段頁(yè)巖分布范圍廣［5，15］(圖4)。盆地模擬結(jié)果表明，生烴導(dǎo)致頁(yè)巖段超壓，超壓系數(shù)與生烴強(qiáng)度存在相關(guān)性，利用二維盆地模擬開展區(qū)帶壓力預(yù)測(cè)，與實(shí)際結(jié)果基本吻合［16］(圖5)。

圖4 Eagle Ford頁(yè)巖上下段厚度等值線圖Fig.4 Thickness contour map of upper and lower members of Eagle Ford shale

圖5 Eagle Ford頁(yè)巖埋藏史、油氣性質(zhì)與地層超壓分布圖Fig.5 Burial history，petroleum property and strata overpressure distribution of Eagle Ford shale

Eagle Ford頁(yè)巖生烴壓力與地層壓力的變化有利于孔隙保存。區(qū)帶東北部Karnes Trough原油存在兩個(gè)族群，一個(gè)為成熟度稍低的原位原油族群，另一個(gè)為成熟度較高的運(yùn)移原油族群［17］。根據(jù)區(qū)帶內(nèi)油氣產(chǎn)量和前3個(gè)月的產(chǎn)量劃出兩個(gè)“甜點(diǎn)”區(qū)，原油“甜點(diǎn)”位于Karnes Trough附近的Karnes、Dewitt和Gonzales郡，天然氣“甜點(diǎn)”主體位于Hawkvills盆地，即Edwards和Sligo兩陸架外緣線之間［15，18－19］(圖6)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，Eagle Ford頁(yè)巖區(qū)帶原油產(chǎn)量受水平井段與地層應(yīng)力方向夾角的影響，兩者夾角為30°～60°時(shí)產(chǎn)量較高，特別是凝析油產(chǎn)量 (圖7)。此外，當(dāng)水平井段參數(shù)相當(dāng)時(shí)，斷層影響產(chǎn)層厚度，并最終影響產(chǎn)量 (圖8)。

圖6 Eagle Ford頁(yè)巖“甜點(diǎn)”區(qū)分布圖Fig.6 Eagle Ford shale oil sweet pot distribution

總之，產(chǎn)量是“甜點(diǎn)”的重要指標(biāo)，影響因素包括裂縫特征 ［裂縫導(dǎo)流能力、巖石力學(xué)性質(zhì)(YM/PR)、斷層等］、完井指標(biāo) (水平井長(zhǎng)度和壓裂級(jí)數(shù)、油嘴尺寸)和油藏品質(zhì) ［物性、滲透率、GOR(TOC/Ro/SW/深度)、厚度、壓力等］［20－22］。應(yīng)用大量生產(chǎn)井地質(zhì)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)非線性分析和多變量分析技術(shù)，開展日產(chǎn)油量與地質(zhì)或工程參數(shù)相關(guān)性分析，篩選工程和地質(zhì)“甜點(diǎn)”控制因素。Eagle Ford頁(yè)巖最佳“甜點(diǎn)”區(qū)參數(shù)為水平井水平段長(zhǎng)度為1500m，壓裂級(jí)長(zhǎng)小于106.7m，井深大于3352.8m，厚度大于37m。

圖7 Eagle Ford頁(yè)巖水平井與地應(yīng)力夾角與原油產(chǎn)量關(guān)系圖Fig.7 Correlation between the direction and the output of horizontal wells in Eagle Ford shale zone

圖8 Eagle Ford頁(yè)巖水平井產(chǎn)量與斷層關(guān)系圖Fig 8 Correlation between the output and the fault blocks of horizontal wells in Eagle Ford shale zone

總之，“甜點(diǎn)”區(qū)的關(guān)鍵指標(biāo):Ro為1.1%～1.3%，TOC大于3%，厚度大于25m，微裂縫發(fā)育，超壓，孔隙度大于4%。

2.2.2 Bakken致密油區(qū)帶

Bakken區(qū)帶主體位于美國(guó) North Dakota和Montana州，在加拿大Sakatchewan也有分布，屬于Williston盆地。上泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)Bakken組是全球著名的“三明治型”致密油區(qū)帶，烴源巖是Bakken上段和下段頁(yè)巖，儲(chǔ)層是中段粉砂巖、白云巖，構(gòu)成致密油主體 (圖9a)。Bakken組中段巖相劃分為6類 (包括黑色泥巖、鈣質(zhì)粉砂巖、生物擾動(dòng)鈣質(zhì)粉砂巖、紋層狀鈣質(zhì)粉砂巖、生屑砂巖、云質(zhì)粉砂巖)(圖9b)，在平面范圍Bakken組上段、下段黑色頁(yè)巖和中段A、B、C巖相向盆地邊緣變薄 (圖9c)［23－26］。

Bakken組下段分布范圍較廣，存在多個(gè)厚度區(qū);上段分布范圍較小，厚度集中在一個(gè)區(qū)域;中段主要集中在區(qū)域西北部和中部。Bakken組中段A—C巖相段最厚，其次是E—F巖相，最薄的是D巖相 (圖10)。

圖9 Bakken組構(gòu)造圖Fig.9 Structure of Bakken Formation

圖10 Bakken組各段厚度 (m)分布圖Fig.10 Thickness distribution of each member of Bakken Formation

Bakken頁(yè)巖總有機(jī)碳 (TOC)較高，分布于5%～10%。Bakken埋藏史分為4段:沉積早期至300Ma為快速埋藏、300—120Ma為緩慢埋藏、120—60Ma為快速沉降期、60Ma至今為抬升期。生烴導(dǎo)致中段發(fā)育超壓，最大壓力中心壓力梯度超過(guò)17.6MPa/km(圖11)。

圖11 Bakken組中段壓力梯度分布圖Fig.11 Formation pressure gradient distribution in middle Bakken Formation

區(qū)域背景下，Bakken組上、下段頁(yè)巖主要發(fā)育垂直裂縫，中段發(fā)育垂直和水平裂縫。成熟烴源巖分布區(qū)內(nèi)普遍具有較高含油飽和度;在Nesso背斜附近，含油飽和度較低 (圖12)。根據(jù)大量井3個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)乘以含油飽和度，推算出地質(zhì)“甜點(diǎn)”區(qū)域分布。此外，根據(jù)圖12可以判斷油藏形成地質(zhì)條件，突變型為巖性—地層圈閉，緩慢型為連續(xù)型聚集。初步判斷東部Sanish Parshall油田屬于巖性型圈閉，西部Elm Coulee油田屬于巖性—地層圈閉。地球化學(xué)參數(shù) ［4－/(4－+1－)MDBT］和TSA(注:MDBT為甲基二苯并噻吩;TSA為三甲基甾烷)裂解參數(shù)顯示，東部Sanish Parshall油田存在原油運(yùn)移的證據(jù)，Rough Rider油田屬于大面積連續(xù)聚集型，南部屬于天然裂縫型。綜合Bakken組上、下段烴源巖厚度、成熟度、含油飽和度、壓力梯度和最終采收率 (EUR)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)EUR與烴源巖生烴強(qiáng)度、超壓系數(shù)等具有一致性 (圖13)。

Bekken組中段楊氏模量和泊松比均優(yōu)于上、下段頁(yè)巖段，適合壓裂。西部 Elm Coulee地區(qū)［27－30］富含白云巖的地層孔隙度和滲透率較高，是重要的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層;區(qū)域裂縫對(duì)滲透率和產(chǎn)量具有重要作用，孔隙度大于6%及裂縫集中地帶累計(jì)產(chǎn)量較高 (圖14)。

總之，Bakken“甜點(diǎn)”區(qū)的關(guān)鍵指標(biāo):緊鄰生油窗內(nèi)烴源巖，孔隙度大于6%，脆性礦物含量大于50%，厚度大于20m。

2.3 “甜點(diǎn)”區(qū)選擇技術(shù)和主要參數(shù)

圖12 含油飽和度乘以3個(gè)月原油產(chǎn)量分布圖Fig.12 Oil saturation multiplied by crude oil output in three months

目前，國(guó)際上主要基于錄井與巖石實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)約束，開展疊前地震數(shù)據(jù)分析，獲取巖石性質(zhì)關(guān)鍵參數(shù) (聲阻抗、楊氏模量和泊松比等)，結(jié)合巖性、孔隙度、總有機(jī)碳、礦物組成及已有產(chǎn)量數(shù)據(jù)，優(yōu)選“甜點(diǎn)”區(qū)，預(yù)測(cè)單井產(chǎn)量，注重盆地模擬技術(shù)和地震數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

綜合國(guó)外“甜點(diǎn)”區(qū)分布規(guī)律，頁(yè)巖層系石油核心區(qū)優(yōu)選需要分別考慮致密油、頁(yè)巖油的標(biāo)準(zhǔn)(表6)。頁(yè)巖油屬于源內(nèi)滯留，主要滯留條件是發(fā)育微裂縫、孔隙等儲(chǔ)集空間;致密油屬于近源聚集，富集的核心是源儲(chǔ)配置關(guān)系和烴源巖生烴條件。

表6 致密油和頁(yè)巖油核心區(qū)優(yōu)選指標(biāo)表Table 6 Selected indicators of core tight oil and shale oil areas

圖13 “甜點(diǎn)”區(qū)與相應(yīng)的地質(zhì)條件圖Fig.13 “Sweet spots”and corresponding geologic conditions

圖14 Elm Coulee油田Bekken組高產(chǎn)量井分析圖Fig.14 High－production wells in Bakken Formation of Elm Coulee Oilfield

3 國(guó)外頁(yè)巖層系石油勘探對(duì)中國(guó)的啟示

3.1 頁(yè)巖層系石油研究領(lǐng)域

高有機(jī)質(zhì)豐度頁(yè)巖集中發(fā)育在海侵階段和最大海侵期，如何認(rèn)識(shí)有機(jī)質(zhì)形成機(jī)制及其與硅酸鹽礦物、碳酸鹽礦物、黏土礦物的關(guān)系是一個(gè)重要研究領(lǐng)域。目前已在孔隙有效性、微觀孔隙內(nèi)的流體賦存狀態(tài)及流動(dòng)機(jī)制方面取得了重要進(jìn)展［31－34］。致密油近源聚集，普遍具有較高的含油飽和度。例如，Bekken致密油主要儲(chǔ)集空間是粒間孔，孔隙含油下限達(dá)到20nm;Eagle Ford和Duvernay致密油主要儲(chǔ)集空間為有機(jī)質(zhì)孔;俄羅斯Bazhenov頁(yè)巖有效儲(chǔ)集空間為晶間孔和微裂縫［13，34］。通過(guò)單井EUR分析技術(shù)可采資源量和有效流動(dòng)孔隙下限是未來(lái)重要的研究領(lǐng)域，是開展各級(jí)孔喉有效性評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。

微觀賦存狀態(tài)研究集中在狀態(tài)方程模擬、數(shù)值模擬和分子模擬，表明低相對(duì)分子質(zhì)量烴在孔隙內(nèi)密度變化大于重?zé)N組分，邊緣部位原油密度大于孔徑中間部分［35－37］。Exxon Mobil公司非常規(guī)油氣研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)數(shù)值模擬研究了不同狀態(tài)原油(黑油、凝析油、天然氣)在致密儲(chǔ)層中的流動(dòng)性，認(rèn)為黑油在滲透率小于0.1mD的儲(chǔ)層內(nèi)幾乎不動(dòng)，并分析了不同GOR流體的產(chǎn)出規(guī)律。國(guó)內(nèi)頁(yè)巖孔隙的有效性、流動(dòng)性的數(shù)值和分子模擬研究尚處于起步階段［38］。

巖性非均質(zhì)性、裂縫發(fā)育程度差異和工程工藝差異等均導(dǎo)致原油EUR評(píng)價(jià)困難，應(yīng)加強(qiáng)可動(dòng)資源評(píng)價(jià)技術(shù)和方法體系是的研究領(lǐng)域。此外，在勘探區(qū)帶尺度上，國(guó)外比較注重測(cè)井和地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程技術(shù)一體化，數(shù)字化成圖，在常規(guī)有機(jī)質(zhì)豐度、厚度等基礎(chǔ)上特別強(qiáng)調(diào)裂縫和脆性礦物分布預(yù)測(cè)。目前已經(jīng)在Eagle Ford、二疊盆地Wolfcamp區(qū)帶開展工作，最終開展 “甜點(diǎn)”區(qū)預(yù)測(cè)［39－40］。

在新型的壓裂工藝和支撐劑方面，國(guó)外一般在一個(gè)區(qū)帶選擇幾個(gè)小區(qū)域，在保證壓裂級(jí)數(shù)和壓裂長(zhǎng)度等工藝基礎(chǔ)上，改變支撐劑類型，最終根據(jù)試油產(chǎn)量?jī)?yōu)選石英砂和陶粒的最優(yōu)組合。通過(guò)數(shù)字模擬等技術(shù)合理選擇壓裂級(jí)數(shù)、壓裂長(zhǎng)度及井間距。如Bekken組優(yōu)選出混合支撐劑 (石英砂∶陶粒=2∶1)效果最好;Eagle Ford頁(yè)巖最佳壓裂級(jí)數(shù)為15級(jí)，水平井長(zhǎng)度為1500m;二疊盆地Wolfcamp目前井間距為0.16km，正在測(cè)試井間距為 0.08km 的效果［27－43］。

大規(guī)模體積壓裂，特別是對(duì)淺層水的污染及地震誘發(fā)作用已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。美國(guó)學(xué)者認(rèn)為，頁(yè)巖油氣的開采與地震活動(dòng)存在一定聯(lián)系。加拿大已經(jīng)將壓裂液對(duì)淺層地層水的污染作為重要研究?jī)?nèi)容。工程壓裂對(duì)環(huán)境污染，主要體現(xiàn)在耗水、返排液對(duì)環(huán)境的影響等。目前研發(fā)新型的壓裂劑取代水進(jìn)行壓裂的工作也已在美國(guó)開展，科羅拉多礦業(yè)學(xué)院已經(jīng)在二氧化碳?jí)毫杨I(lǐng)域開展大量工作，并取得良好效果［44－45］。

3.2 中國(guó)開展頁(yè)巖層系石油勘探的建議

從目前勘探開發(fā)效果看，國(guó)外尚未在真正的富黏土頁(yè)巖層系中實(shí)現(xiàn)石油的突破，主要進(jìn)展集中在富硅質(zhì)和鈣質(zhì)頁(yè)巖中的頁(yè)巖油、與烴源巖鄰近或以?shī)A層存在于頁(yè)巖中的致密砂巖油。國(guó)內(nèi)已對(duì)液態(tài)窗—凝析窗內(nèi)碳酸鹽、紋層狀泥灰?guī)r、混積巖等進(jìn)行勘探開發(fā)。

渤海灣盆地古近系沙河街組的泥灰?guī)r與美國(guó)Eagle Ford頁(yè)巖在巖石類型 (碳酸鹽含量大于60%)、有機(jī)質(zhì)豐度 (1%～4%)等指標(biāo)上具有可比性，建議優(yōu)先在相應(yīng)洼陷中尋找凝析油區(qū)帶，開展水平井壓裂測(cè)試。

松遼盆地青山口組頁(yè)巖與Eagle Ford頁(yè)巖在時(shí)代上基本相同，需要加強(qiáng)對(duì)凝析油窗范圍內(nèi)的泥巖裂縫發(fā)育帶預(yù)測(cè)，來(lái)尋找頁(yè)巖油 (TOC為1%～5%，黏土礦物含量為40%～60%)。同時(shí)在液態(tài)窗范圍內(nèi)的頁(yè)巖中尋找砂巖夾層，開展水平井測(cè)試。

準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆組草溝混積巖 (含白云巖)和四川盆地侏羅系大安寨組介殼石灰?guī)r應(yīng)優(yōu)先尋找液態(tài)窗范圍內(nèi)高有機(jī)質(zhì)豐度段進(jìn)行突破。

鄂爾多斯三疊系長(zhǎng)7油層組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖應(yīng)在開發(fā)致密油的基礎(chǔ)上，選擇微裂縫發(fā)育的頁(yè)巖層段和薄夾層砂巖發(fā)育段，開展先導(dǎo)性測(cè)試。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)外頁(yè)巖層系石油勘探開發(fā)呈現(xiàn)從美國(guó)向加拿大、阿根廷等國(guó)家外延的趨勢(shì)。頁(yè)巖層系石油勘探盆地尺度優(yōu)先選擇常規(guī)油氣勘探成熟的盆地開展工作;區(qū)帶尺度上優(yōu)先選擇液態(tài)窗范圍和高壓區(qū)域，特別是凝析油范圍內(nèi)區(qū)帶;層段尺度上優(yōu)先選擇脆性礦物含量高的層段。

Eagle Ford和Bakken區(qū)帶解剖顯示，頁(yè)巖層系石油存在“甜點(diǎn)”區(qū)，產(chǎn)量高低主要受地質(zhì)和工程因素控制。地質(zhì)參數(shù)涵蓋烴源巖成熟度、流體組成和裂縫分布等;工程因素包括地應(yīng)力大小、壓裂級(jí)數(shù)及方向等。

國(guó)內(nèi)已經(jīng)在頁(yè)巖層系石油勘探開發(fā)領(lǐng)域進(jìn)行理論研究和實(shí)踐探索。而在烴源巖發(fā)育機(jī)理、孔隙內(nèi)流體賦存狀態(tài)、可采資源量的評(píng)價(jià)、“甜點(diǎn)”區(qū)預(yù)測(cè)、新型壓裂技術(shù)和工藝、原油壓裂開采對(duì)環(huán)境地層水的影響等領(lǐng)域仍存在不足。國(guó)內(nèi)頁(yè)巖層系石油的勘探需要區(qū)分致密油和頁(yè)巖油兩類資源，應(yīng)結(jié)合我國(guó)頁(yè)巖層系發(fā)育的地質(zhì)背景和特殊性，借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選各盆地的“甜點(diǎn)”區(qū)，制訂相應(yīng)的開發(fā)策略。

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