美國重點(diǎn)頁巖油區(qū)勘探開發(fā)進(jìn)展及啟示

李倩文，馬曉瀟，高波，陳新軍

（中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 102206）

美國是世界上最早實(shí)現(xiàn)頁巖油商業(yè)開發(fā)的國家，也是目前頁巖油產(chǎn)量最高的國家。美國頁巖油的概念較為寬泛[1]，泛指蘊(yùn)藏在頁巖、致密砂巖、碳酸鹽巖等地層中的石油資源，即廣義頁巖油[2-4]。

美國頁巖油的勘探始于20 世紀(jì)50 年代的威利斯頓盆地Bakken 區(qū)帶，到20 世紀(jì)90 年代，隨著水力壓裂和水平井技術(shù)的不斷成熟，頁巖油開發(fā)才逐步開始，但很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)并沒有形成規(guī)模產(chǎn)能。2006 年位于墨西哥灣盆地西部的Eagle Ford區(qū)帶開始生產(chǎn)頁巖油，2007 年通過水平井分段壓裂等手段，Bakken區(qū)帶頁巖油年產(chǎn)量超過2×104桶，頁巖油開始進(jìn)入規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)階段。2010 年后美國頁巖油進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，僅用8 年時(shí)間產(chǎn)量就增長(zhǎng)了十多倍，部分時(shí)期增產(chǎn)每天超過百萬桶（相當(dāng)于年增產(chǎn)5 000×104t），創(chuàng)造了史無前例的增長(zhǎng)速度[5-6]。二疊盆地是近幾年美國頁巖油產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的地區(qū)，也是唯一在2014年下半年油價(jià)暴跌時(shí)仍然保持頁巖油產(chǎn)量增長(zhǎng)的地區(qū)，目前已成為美國頁巖油勘探開發(fā)的熱點(diǎn)[7]。2020年初，美國結(jié)束70 多年的石油凈進(jìn)口歷史，成為石油凈出口國[8]。盡管在2020 年新冠肺炎疫情和“OPEC+”談判破裂疊加造成的超低油價(jià)形勢(shì)下[9]，美國頁巖油的商業(yè)開發(fā)也面臨著較為嚴(yán)峻的形勢(shì)，但不可否認(rèn)，美國“頁巖油革命”改變了全球油氣供需格局[10-11]。

本文在對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行系統(tǒng)整理的基礎(chǔ)上，結(jié)合威利斯頓盆地Bakken 區(qū)帶、墨西哥灣盆地Eagle Ford區(qū)帶、二疊盆地Wolfcamp 區(qū)帶等頁巖油區(qū)帶的地質(zhì)特征，重點(diǎn)梳理了三大頁巖油區(qū)的儲(chǔ)量、產(chǎn)量、鉆井活動(dòng)、開發(fā)技術(shù)進(jìn)展等，尤其是2020 年新冠肺炎疫情以來的發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合典型文獻(xiàn)剖析，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)啟示，以期為中國頁巖油的快速發(fā)展提供借鑒。

1 美國頁巖油分布特征

美國頁巖層系分布廣泛，富含頁巖油氣資源，大部分頁巖層系都是油氣同產(chǎn)[4，12-13]。頁巖油資源主要分布于威利斯頓盆地Bakken 區(qū)帶，墨西哥灣盆地Ea?gle Ford 區(qū)帶，二疊盆地Bonespring、Wolfcamp 和Spra?berry 區(qū)帶，丹佛盆地Niobrara 區(qū)帶，阿帕拉契亞盆地Utica 區(qū)帶，阿納達(dá)科盆地Woodford 區(qū)帶等。其中，威利斯頓盆地Bakken 區(qū)帶、墨西哥灣盆地Eagle Ford 區(qū)帶和二疊盆地是近年來美國頁巖油勘探開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)。

1.1 威利斯頓盆地Bakken區(qū)帶

威利斯頓盆地Bakken 區(qū)帶是美國頁巖油商業(yè)開發(fā)的發(fā)源地，目前是美國第二大頁巖油產(chǎn)區(qū)[14]。Bak?ken區(qū)帶的頁巖油主要來自上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)Bak?ken 組[15]。Bakken 組縱向上可分為上、中、下3 段，呈典型的“三明治”結(jié)構(gòu)（圖1）。其中，中段厚15.24～45.72 m，孔隙度為8%～12%，是Bakken 區(qū)帶頁巖油的主力產(chǎn)層。上段和下段黑色泥巖有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，鏡質(zhì)體反射率為0.60%～0.90%，大部分地區(qū)至今仍處于生油高峰期，但由于富含光合綠硫菌等特殊生烴母質(zhì)，生成的原油油質(zhì)很輕（大于40 API）[16]。此外，Bakken 區(qū)帶地層發(fā)育超壓，是控制該區(qū)頁巖油高產(chǎn)的重要因素之一[7]。

圖1 威利斯頓盆地Bakken組地層柱狀剖面（據(jù)文獻(xiàn)［4］修改）Fig.1.Stratigraphic column of the Bakken formation in the Williston basin(modified from Reference[4])

1.2 墨西哥灣盆地Eagle Ford區(qū)帶

墨西哥灣盆地Eagle Ford區(qū)帶頁巖油主要產(chǎn)自上白堊統(tǒng)Eagle Ford 組富有機(jī)質(zhì)海相頁巖。Eagle Ford組頁巖在墨西哥灣盆地西部的大部分地區(qū)發(fā)育，平均厚度為76.20 m，頁巖礦物成分中含有大量的碳酸鹽，鈣質(zhì)含量為29%～40%，泥質(zhì)含量為15%～30%，硅質(zhì)含量為10%～29%，頁巖脆性較強(qiáng)，有利于水力壓裂[7]。Eagle Ford組頁巖可分為上、下2段[17]，下段富有機(jī)質(zhì)鈣質(zhì)泥巖是主要的勘探目的層，向東北部San Marcos 隆起逐漸變化為硅質(zhì)含量較高的Pepper組頁巖，其內(nèi)不連續(xù)的低滲砂巖是Eagle Ford區(qū)帶頁巖油主要的勘探目的層。由于Eagle Ford 組頁巖埋深變化很大，鏡質(zhì)體反射率為0.45%～1.40%，遠(yuǎn)高于Bakken 組頁巖的成熟度，其油氣分布平面分帶性明顯，從西北到東南形成黑油、濕氣/凝析油和干氣3個(gè)類型的烴類成熟度窗口[18]，氣油比逐漸變高（圖2）。部分學(xué)者認(rèn)為，目前Eagle Ford 區(qū)帶的頁巖油產(chǎn)量主要來自鏡質(zhì)體反射率為1.10%～1.30%的區(qū)域，主要類型是與濕氣伴生的輕質(zhì)油和凝析油[4]。此外，北部的黑油區(qū)也正在開發(fā)[19]。

圖2 墨西哥灣盆地西部Eagle Ford組頁巖油氣平面分布（據(jù)文獻(xiàn)［17］修改）Fig.2.Plane distribution of shale oil/gas in the Eagle Ford formation in the western Gulf of Mexico basin (modifed from Reference[17])

1.3 二疊盆地Wolfcamp區(qū)帶

二疊盆地位于德克薩斯州和新墨西哥州，發(fā)育于中石炭世的開闊海域?，F(xiàn)今的二疊盆地主要由3 個(gè)構(gòu)造單元組成，即特拉華盆地、中央臺(tái)地和米德蘭盆地（圖3），縱向上擁有多套頁巖油層系，如全盆分布的二疊系Wolfcamp 組、特拉華盆地的Bonespring 組和米德蘭盆地的Spraberry 組，其中Wolfcamp 組潛力最大[20]。近期Wolfcamp組的頁巖油產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，已成為二疊盆地頁巖油的主力來源[21]。Wolfcamp 組為一套復(fù)雜的地層單元，在盆地邊緣主要為富有機(jī)質(zhì)頁巖和泥質(zhì)碳酸鹽巖，由上到下分為A、B、C、D 共4 段，其中A 段和B 段是頁巖油的主要鉆探目的層（圖3），有利目的層厚度大于304.8 m，孔隙度4%～8%，總有機(jī)碳含量1.0%～8.0%。Wolfcamp 組頁巖油主要源于海相Ⅱ型干酪根，部分產(chǎn)自Ⅲ型干酪根。二疊盆地多套烴源巖目前均處于生油階段，Wolfcamp組處于生油高峰期，典型井的氣油比可從0到12 000以上，大部分地區(qū)為油氣同出的凝析油氣[22]。二疊盆地既有通過側(cè)向運(yùn)移和垂向運(yùn)移向上覆常規(guī)儲(chǔ)集層供油的良好條件，又有向緊鄰致密儲(chǔ)集層供油和原位頁巖油富集的物質(zhì)基礎(chǔ)，奠定了該地區(qū)巨大的資源潛力[4]。

圖3 二疊盆地典型區(qū)域地層柱狀圖Fig.3.Stratigraphic column of typical zones in the Permian basin

2 重點(diǎn)頁巖油區(qū)勘探開發(fā)進(jìn)展

2.1 頁巖油儲(chǔ)量進(jìn)展

2009 年以來，美國原油（包括凝析油）的探明儲(chǔ)量持續(xù)穩(wěn)步增加（圖4），上升趨勢(shì)一直持續(xù)到2014年，當(dāng)時(shí)原油價(jià)格出現(xiàn)大幅下跌；從2016 年一直到2019 年底，隨著原油價(jià)格的回升，原油探明儲(chǔ)量再次呈現(xiàn)上升趨勢(shì)[13，21，23]。據(jù)EIA（美國能源信息署）2021年1 月公布的數(shù)據(jù)，2019 年美國原油的探明儲(chǔ)量為471×108桶，約合65×108t，與2018年基本持平。

圖4 2009—2019年美國原油（包括凝析油）探明儲(chǔ)量變化Fig.4.Proven oil reserves(including condensate oil)in the USA from 2009 to 2019

據(jù)美國能源信息署統(tǒng)計(jì)，截至2019 年12 月31日，7 個(gè)主要的頁巖油區(qū)占據(jù)了美國原油（包括凝析油）總探明儲(chǔ)量的49.3%。其中，德克薩斯州的原油探明儲(chǔ)量遙遙領(lǐng)先其他州（表1），2019 年探明儲(chǔ)量約198×108桶，比2018 年增加約2×108桶，大部分增加的儲(chǔ)量都來自二疊盆地，包括Wolfcamp、Bonespring 和Spraberry 區(qū)帶。北達(dá)科他州是威利斯頓盆地Bakken組頁巖的核心發(fā)育區(qū)，2019 年原油探明儲(chǔ)量處于第二位，與2018 年持平。位于德克薩斯州的墨西哥灣盆地Eagle Ford 區(qū)帶排名第三，2019 年頁巖油探明儲(chǔ)量為43×108桶。

表1 2018—2019年美國主要頁巖油區(qū)探明儲(chǔ)量［23］Table 1.Proven oil reserves in major shale oil areas in the USA from 2018 to 2019[23]

2.2 頁巖油產(chǎn)量進(jìn)展

頁巖油勘探開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步驅(qū)動(dòng)了美國原油產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，加之美國原油需求的降低，2020 年初美國一度成為原油凈出口國，深刻影響著世界能源格局[8]。盡管由于新冠肺炎疫情的爆發(fā)，2020 年美國頁巖油產(chǎn)量較2019 年有所下降，但美國仍然是全球重要的原油出口國。據(jù)EIA 發(fā)布的2021 年世界能源展望統(tǒng)計(jì)，2020 年美國原油總產(chǎn)量為5.75×108t，其中頁巖油產(chǎn)量為3.78×108t，約占原油總產(chǎn)量的66%（圖5）。

圖5 2000—2020年美國頁巖油產(chǎn)量變化Fig.5.Shale oil production in the USA from 2000 to 2020

2020 年美國頁巖油產(chǎn)量主要產(chǎn)自Spraberry、Wolfcamp、Bakken和Eagle Ford 區(qū)帶[1]，分別占2020年美國頁巖油總產(chǎn)量的23%、22%、16%和14%（圖6）。從盆地范圍來看，二疊盆地的頁巖油產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大，占總產(chǎn)量的53%，主要產(chǎn)自二疊盆地的Spraberry、Wolfcamp 和Bonespring 區(qū)帶。阿帕拉契亞地區(qū)、德克薩斯州及其周邊地層的頁巖油產(chǎn)量也在持續(xù)增長(zhǎng)[7-8]。2020 年上半年受新冠肺炎疫情影響，各區(qū)帶頁巖油產(chǎn)量總體呈下降趨勢(shì)，目前正在恢復(fù)中。

圖6 2005—2020年美國重點(diǎn)區(qū)帶頁巖油產(chǎn)量變化Fig.6.Shale oil production from major zones in the USA from 2005 to 2020

2.3 鉆井活動(dòng)進(jìn)展

鉆機(jī)數(shù)量是未來產(chǎn)量的早期指標(biāo)[24]。根據(jù)EIA發(fā)布的鉆井生產(chǎn)日?qǐng)?bào)《Drilling Productivity Report》（2021 年2 月）[25]，2020 年全年美國主要頁巖油區(qū)平均每臺(tái)鉆機(jī)的新井頁巖油產(chǎn)量約為150～1 800 桶/d，均比2019年有所增長(zhǎng)，其中產(chǎn)量最高的是Eagle Ford、Bak?ken和Niobrara區(qū)帶（圖7a）。圖7b顯示了除新油井以外的所有老井的總產(chǎn)量變化，變化趨勢(shì)是由老井遞減規(guī)律及其他外部因素（如關(guān)井）共同決定的[25]，受提產(chǎn)措施等技術(shù)應(yīng)用的影響，2020 年老井產(chǎn)量遞減量比2019 年有所下降，老井產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的二疊盆地最為明顯。由于新冠肺炎疫情的影響，投資削減導(dǎo)致鉆機(jī)數(shù)驟降，2020 年美國頁巖油產(chǎn)區(qū)的總鉆機(jī)數(shù)較2019 年減少了近5 400 臺(tái)。綜合新井產(chǎn)量和老井遞減的影響，除二疊盆地外，2020 年各區(qū)帶頁巖油產(chǎn)量均較2019 年有所降低，其中Bakken 和Eagle Ford 區(qū)帶頁巖油產(chǎn)量降幅最大（圖7c）。

圖7 美國主要頁巖油產(chǎn)區(qū)2019年和2020年產(chǎn)量對(duì)比Fig.7.Comparison of shale oil production of 2019 and 2020 in major shale oil zones in the USA

圖8分別統(tǒng)計(jì)了威利斯頓盆地Bakken區(qū)帶、墨西哥灣盆地Eagle Ford 區(qū)帶和二疊盆地3 個(gè)主力頁巖油產(chǎn)區(qū)的鉆機(jī)數(shù)量、新井產(chǎn)量、老井產(chǎn)量及總產(chǎn)量變化。2011 年以后，隨著頁巖油的規(guī)模開發(fā)和國際油價(jià)回升，美國鉆機(jī)總數(shù)迅速增加[24]，2011—2014 年鉆機(jī)數(shù)量保持較高的水平，每臺(tái)鉆機(jī)的新井頁巖油產(chǎn)量也逐年攀升，老井產(chǎn)量呈現(xiàn)較緩的規(guī)律性遞減，頁巖油產(chǎn)量逐年增加。2014 年全球油價(jià)暴跌，活躍鉆機(jī)數(shù)最先受到影響，2015—2016年大量鉆機(jī)關(guān)停[26]，隨后，新井產(chǎn)油量有所下降，頁巖油總產(chǎn)量也降低。2017—2019 年隨著油價(jià)逐漸回升，鉆機(jī)逐漸恢復(fù)作業(yè)，但Bakken 區(qū)帶和Eagle Ford 區(qū)帶的鉆機(jī)數(shù)量仍處于歷史低位，新井產(chǎn)量卻呈現(xiàn)一個(gè)較高的穩(wěn)定水平，主要原因是，此次超低油價(jià)致使作業(yè)者更加注重技術(shù)革新，采用新的鉆完井技術(shù)和長(zhǎng)水平段壓裂技術(shù)等提高新井產(chǎn)量，應(yīng)用重復(fù)壓裂技術(shù)提高老井產(chǎn)量，故三大產(chǎn)區(qū)頁巖油得以在較低油價(jià)水平下實(shí)現(xiàn)有效開發(fā)[14，27]。值得提出的是，2017 年油價(jià)回升后，二疊盆地成為更多作業(yè)者的優(yōu)先選擇，主要是因?yàn)樘瘘c(diǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)使得作業(yè)者優(yōu)先選擇單井產(chǎn)量更高、資源等級(jí)更好的甜點(diǎn)區(qū)[9，27-28]。2020 年新一輪超低油價(jià)影響下，三大產(chǎn)區(qū)鉆機(jī)被迫再次大量關(guān)停，Bakken 區(qū)帶和Ea?gle Ford 區(qū)帶的鉆機(jī)數(shù)量最低，僅有10 臺(tái)，二疊盆地的鉆機(jī)數(shù)也從2019 年的400 余臺(tái)減少至2020 年底的170 臺(tái)，頁巖油產(chǎn)量驟減。但此次影響僅持續(xù)了4 個(gè)月左右，2020 年下半年，鉆機(jī)已逐漸恢復(fù)至正常水平，新井產(chǎn)量提升，老井產(chǎn)量迅速增加，綜合來看，在歷史水平上，頁巖油產(chǎn)量?jī)糁挡⑽词艿教笥绊?。這也說明，此次低油價(jià)下作業(yè)者的抗風(fēng)險(xiǎn)能力比2014年明顯提升。

圖8 2011—2020年美國三大產(chǎn)區(qū)鉆機(jī)和頁巖油產(chǎn)量變化Fig.8.Variations of drilling rig amount and shale oil production in three key zones in the USA from 2011 to 2020

2.4 開發(fā)技術(shù)進(jìn)展

美國的頁巖油氣勘探開發(fā)經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，勘探開發(fā)理論和工程技術(shù)方面都相當(dāng)成熟，尤其在頁巖層系甜點(diǎn)區(qū)篩選和壓裂工程技術(shù)方面具有優(yōu)勢(shì)[29]。頁巖油區(qū)現(xiàn)階段勘探風(fēng)險(xiǎn)降低，整體開發(fā)效益大大提高，評(píng)價(jià)開發(fā)技術(shù)流程成熟，長(zhǎng)水平井巨型壓裂、加密布井、一體化工廠化運(yùn)作已成常態(tài)[30-32]。

從甜點(diǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)來看，在低油價(jià)下，美國從事頁巖油作業(yè)的公司通常會(huì)調(diào)整策略，在壓縮勘探開發(fā)總體投資的同時(shí)，把有限投資集中到頁巖油的核心區(qū)[32-33]。早期威利斯頓盆地Bakken頁巖的甜點(diǎn)區(qū)很容易識(shí)別，但畢竟甜點(diǎn)區(qū)可鉆井的位置有限，也限制了該盆地的上行空間，未來將轉(zhuǎn)向資源稟賦相對(duì)較差的區(qū)域開展油氣鉆探活動(dòng)[7]。Eagle Ford 區(qū)帶作為非常規(guī)油氣區(qū)已經(jīng)比較成熟，目前效益最好的地方還是位于油田西部的濕氣和凝析油氣，但是同Bakken 區(qū)帶一樣，甜點(diǎn)區(qū)可鉆井的位置也開始減少。長(zhǎng)期來看，北部成熟度較低、油質(zhì)較差的黑油區(qū)將成為原油產(chǎn)量的重要貢獻(xiàn)區(qū)[21]。從不同頁巖油產(chǎn)區(qū)對(duì)比來看，二疊盆地由于資源潛力更好，將成為更多作業(yè)者優(yōu)先涌入的區(qū)域，Wolfcamp和Spraberry區(qū)帶是勘探開發(fā)甜點(diǎn)區(qū)。

從鉆完井技術(shù)來看，由于鉆具的改進(jìn)，過去鉆完1 口水平井要多次更換鉆頭，現(xiàn)在“一趟鉆”即可完成鉆井；鉆井用時(shí)從2008 年的35～40 d，減少到2018年的10 d 左右，效率提高了3～4 倍[32]。完井設(shè)計(jì)從最初的裸井一段壓裂，發(fā)展到多段分割投球滑套、多段橋塞分簇射孔壓裂；完井時(shí)間從原來的3～4 周，發(fā)展到目前的不到2 周，單段壓裂完井效率提高了5～6 倍；在不斷增加完井難度和復(fù)雜性的前提下，整體鉆完井周期卻從原來的7～8 周降低到目前的3 周左右[27]。在經(jīng)歷2015—2016 年的油價(jià)暴跌后，為應(yīng)對(duì)油價(jià)的低迷環(huán)境，油公司采取了先鉆井延遲完井的策略[7]，2020 年新冠肺炎疫情促使油公司應(yīng)用先進(jìn)的完井設(shè)計(jì)技術(shù)，每臺(tái)鉆機(jī)的新井產(chǎn)量穩(wěn)定在不錯(cuò)的水平[13]。鉆完井一體化設(shè)計(jì)、高精度地震指導(dǎo)鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向、準(zhǔn)確處理頁巖層理以及應(yīng)力各向異性指導(dǎo)鉆完井設(shè)計(jì)等技術(shù)是頁巖油藏持續(xù)增效開發(fā)的重要方向[34]。

從水平井壓裂技術(shù)來看，超長(zhǎng)水平井技術(shù)、“一趟鉆”鉆井能力提高、立體井網(wǎng)布井技術(shù)、多分支井技術(shù)、細(xì)切割水力壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)的快速發(fā)展奠定了頁巖油高效開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)[34-37]。例如，Bak?ken 和Eagle Ford 區(qū)帶的水力壓裂工藝主要是裸眼封隔器滑套分段壓裂技術(shù)和連續(xù)油管水力噴射壓裂技術(shù)[38]。水平井同步壓裂技術(shù)大量節(jié)約了壓裂成本，如Bakken 區(qū)帶作業(yè)者在相隔152～305 m 范圍內(nèi)鉆2 口平行的水平井，并同時(shí)進(jìn)行壓裂[38]。二疊盆地的水平井長(zhǎng)度逐漸增加，Wolfcamp 區(qū)帶最長(zhǎng)已達(dá)3 962 m，平均長(zhǎng)度超過了2 166 m；壓裂設(shè)計(jì)向大液量、大砂量以及更小的壓裂簇間距和階段間距方向發(fā)展。此外，“井工廠”式的壓裂技術(shù)大大降低了生產(chǎn)成本[39]，超級(jí)井場(chǎng)成為發(fā)展趨勢(shì)[10，27]。

從老井提產(chǎn)措施來看，三大油氣產(chǎn)區(qū)的許多老井并未采用目前的完井設(shè)計(jì)，并且油藏在壓裂后壓力衰竭快，穩(wěn)產(chǎn)效果不佳[40-41]。目前頁巖油藏平均采收率基本低于10%，仍有大量原油滯留于地層中，后期增產(chǎn)需要依靠提高采收率技術(shù)[42-43]。注入二氧化碳、油田伴生氣、化學(xué)驅(qū)等是目前美國常用的老區(qū)提高采收率的措施，其中注氣是頁巖油藏開發(fā)過程中補(bǔ)充地層能量的主要方法[44-45]。Eagle Ford區(qū)帶由于含有較多的頁巖氣和凝析油，溶解氣驅(qū)是提高油井產(chǎn)量的重要手段[46]。在2014和2020年2次超低油價(jià)的沖擊下，主力產(chǎn)區(qū)的許多老井被迫關(guān)停，在新鉆井逐漸減少的情況下，大規(guī)模體積壓裂和重復(fù)壓裂仍然是頁巖油藏增產(chǎn)改造的主要手段，且主要集中應(yīng)用于以前沒有經(jīng)過高強(qiáng)度壓裂改造的老井[44-45]。此外，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘的手段分析不同生產(chǎn)參數(shù)對(duì)于產(chǎn)量的影響權(quán)重，從而更好地配置生產(chǎn)參數(shù)，也是提高老井生產(chǎn)能力的重要手段[27]。

3 美國頁巖油勘探開發(fā)進(jìn)展及啟示

迄今，全球大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的頁巖油還僅限于美國海相地層的凝析油或高含氣的揮發(fā)油，這類頁巖油的高成熟度、低黏度以及頁巖高脆性、高孔隙度、高壓是成功的基礎(chǔ)[12]。美國的成功引起其他產(chǎn)油國的高度重視，并競(jìng)相模仿其頁巖油氣開發(fā)模式。當(dāng)前，中國在相關(guān)政策的引領(lǐng)下，正在如火如荼地開展頁巖油勘探開發(fā)，盡管已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域和層系取得了勘探突破，但是頁巖油沉積環(huán)境和賦存特點(diǎn)與北美有很大差別，離大規(guī)模商業(yè)開發(fā)還有很長(zhǎng)的一段路要走[47-48]。

通過以上對(duì)美國重點(diǎn)頁巖油區(qū)帶勘探開發(fā)進(jìn)展的跟蹤分析，總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)和啟示，以期為中國頁巖油的快速發(fā)展提供借鑒。

3.1 輕質(zhì)油與凝析油是當(dāng)前頁巖油勘探開發(fā)的優(yōu)選類型

通過剖析美國重點(diǎn)頁巖油區(qū)的地質(zhì)特征發(fā)現(xiàn)，目前已經(jīng)投入規(guī)模商業(yè)開發(fā)的頁巖油區(qū)帶大多處于中—高成熟階段的生烴凹陷區(qū)，這是因?yàn)榘枷輩^(qū)含油率高，流動(dòng)性好，是頁巖油勘探的核心區(qū)域。烴源巖多處于大量生油階段，生成的烴類具有油質(zhì)較輕、含油飽和度高、氣油比高、地層壓力系數(shù)高、流動(dòng)性好等特點(diǎn)[4]。與之相比，中國陸相頁巖油的成熟度整體偏低且油質(zhì)較重，流動(dòng)性偏差，開采具有一定的難度。盡管如此，中國中—高成熟度頁巖油資源規(guī)模仍較為可觀，據(jù)統(tǒng)計(jì)，鏡質(zhì)體反射率大于0.90%的較高成熟度頁巖油資源量約占47%，鏡質(zhì)體反射率為0.70%～0.90%的中等成熟度頁巖油資源量約占33%[48]。借鑒美國成功的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)先選擇在濟(jì)陽、松遼、準(zhǔn)噶爾、四川等盆地中—高成熟度甜點(diǎn)區(qū)展開勘探部署，已取得了一定的實(shí)踐效果。尤其是四川盆地侏羅系頁巖成熟度高、油藏類型以凝析油氣為主[49-50]，與Eagle Ford區(qū)帶頁巖油藏類型相似，更具借鑒意義。因此，需要持續(xù)跟蹤學(xué)習(xí)美國凝析油氣藏的開發(fā)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上提高單井產(chǎn)能和開發(fā)效果。

3.2 甜點(diǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)是頁巖油高效開發(fā)的基礎(chǔ)

甜點(diǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)和部署是美國頁巖油勘探開發(fā)的重要策略，根據(jù)資源品質(zhì)分級(jí)可以使得開發(fā)商根據(jù)油價(jià)變化靈活掌握開發(fā)的節(jié)奏。Wood Mackenzie 公司認(rèn)為若原油價(jià)格下降至80 美元/桶時(shí)，減少勘探投資是石油公司的普遍做法；下降至60美元/桶時(shí)，開發(fā)投資仍可持續(xù)，而勘探投資將盡可能減少[51]，因此在目前低油價(jià)的現(xiàn)狀下，借助開發(fā)技術(shù)水平的提高，通過采取甜點(diǎn)優(yōu)選措施，在大幅提升原油產(chǎn)量的同時(shí)，也相應(yīng)使原油盈虧平衡價(jià)格大幅下降[33]。2020 年新冠肺炎疫情期間，美國重點(diǎn)區(qū)帶大量頁巖油氣鉆機(jī)被關(guān)停，只留下資源等級(jí)更高、更“甜”區(qū)域的鉆井，因?yàn)檫@些甜點(diǎn)區(qū)單井產(chǎn)油量更高，更能提高單井效益，許多開發(fā)商都開始轉(zhuǎn)向頁巖油資源品質(zhì)更好的二疊盆地。頁巖油開發(fā)的這種特性使市場(chǎng)的作用獲得了空前提升，當(dāng)2020 年下半年油價(jià)開始回升后，頁巖油產(chǎn)量隨即大幅提高，對(duì)沖了前期“OPEC+”減產(chǎn)協(xié)議所減少的產(chǎn)量，使得低油價(jià)對(duì)產(chǎn)量的影響降到最低。

3.3 頁巖油開發(fā)降本增效有一個(gè)過程

美國頁巖油區(qū)的降本增效經(jīng)歷了較長(zhǎng)的過程。早期階段，三大主力產(chǎn)區(qū)的頁巖油成本在80 美元/桶以上，隨后幾年平衡油價(jià)持續(xù)降低，目前保本成本大致在45～55 美元/桶[39]。單井鉆完井成本2012—2016年持續(xù)下降，低油價(jià)以來尤為明顯，2017—2018 年略有上升，但仍低于油價(jià)下跌前。開發(fā)成本的下降主要受技術(shù)進(jìn)步、學(xué)習(xí)曲線建立、甜點(diǎn)優(yōu)選、經(jīng)營(yíng)管理和市場(chǎng)因素等影響[34，52]。此外，隨著鉆井?dāng)?shù)量的增多，不同地區(qū)水平井段平均長(zhǎng)度都明顯快速增加，也表明頁巖油開發(fā)相關(guān)技術(shù)的成熟應(yīng)用及成本降低也需要時(shí)間[28]。中國部分油田企業(yè)也測(cè)算了頁巖油平衡油價(jià)，在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，以內(nèi)部收益率達(dá)到8%標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)算，大港油田平衡油價(jià)需達(dá)到66.8 美元/桶，長(zhǎng)慶油田平衡油價(jià)為61.0 美元/桶。由此反推，在目前油價(jià)較低的階段，中國頁巖油要實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)還有很大距離，只有通過持續(xù)的開發(fā)降本才能提高頁巖油經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 技術(shù)進(jìn)步是頁巖油降低成本的核心

技術(shù)進(jìn)步是頁巖油等非常規(guī)油氣資源從無效資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮虡I(yè)開發(fā)有效資源的關(guān)鍵因素，技術(shù)組合是油氣上游增產(chǎn)降本提效的關(guān)鍵[53]。2011 年以來，鉆井效率提高及水平段長(zhǎng)度快速增大，并以工廠化叢式井井場(chǎng)模式開發(fā)，優(yōu)化了工程及管理，使原油盈虧平衡成本相應(yīng)下降，原油產(chǎn)量大幅提高。經(jīng)歷2015—2016 年的全球油價(jià)暴跌后，油公司優(yōu)化了水平井壓裂技術(shù)，提高了頁巖油單井產(chǎn)量，2020 年新冠肺炎疫情和超低油價(jià)下，美國各大油公司開始新一輪的降低成本，主要途徑就是提高技術(shù)水平，采用先進(jìn)的完井作業(yè)、開展多級(jí)分段壓裂、提高老井采收率等。由此可見，技術(shù)的進(jìn)步為頁巖油開發(fā)降低成本提供了關(guān)鍵支撐，在2014年低油價(jià)和2020年新冠肺炎疫情以來，技術(shù)進(jìn)步對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)體現(xiàn)的尤為明顯，也是美國主力頁巖油區(qū)產(chǎn)量能夠迅速恢復(fù)的主要原因之一。

3.5 全生命周期管理和地質(zhì)工程一體化管理模式

雖然2020 年新冠肺炎疫情期間全球油價(jià)持續(xù)低迷，但是美國油公司采取了有效的措施，使得頁巖油產(chǎn)量迅速恢復(fù)，除了技術(shù)進(jìn)步，較優(yōu)的管理模式也是重要的原因之一。全生命周期管理是目前非常規(guī)資源高效動(dòng)用有效的組織模式，可以使頁巖油勘探開發(fā)各階段無縫連接，一體化運(yùn)行取得效益最大化[54]。中國頁巖油整體研究程度較低，在新技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)大幅提高開發(fā)效果和效益之前，以非常規(guī)開發(fā)方式大量動(dòng)用儲(chǔ)量，將使頁巖油可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，要從根本上改變被動(dòng)局面，就要從初始階段加強(qiáng)勘探開發(fā)一體化組織管理[55]。此外，非常規(guī)油氣勘探開發(fā)需要采用以地質(zhì)評(píng)價(jià)為中心的地質(zhì)工程一體化思路，有針對(duì)性地應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，這是實(shí)現(xiàn)油氣資源高質(zhì)量勘探和高效益開發(fā)的必經(jīng)之路[56-57]，也是目前美國頁巖油氣公司低油價(jià)時(shí)期鉆井實(shí)現(xiàn)降本的主要做法[36]。中國涪陵頁巖氣田地質(zhì)條件較北美更復(fù)雜，初期無可借鑒的成熟技術(shù)，面臨技術(shù)、成本、環(huán)保等多方面挑戰(zhàn)，為解決諸多困難，科研人員通過地質(zhì)工程一體化科技攻關(guān)，全力推進(jìn)涪陵國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)建設(shè)，高效建成了全球除北美以外最大的頁巖氣田[58]。準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷頁巖油通過地質(zhì)工程一體化攻關(guān)實(shí)踐，初步建立了頁巖油工程技術(shù)體系，為后續(xù)頁巖油的規(guī)模開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[59-63]。借鑒相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，中國有望通過開展頁巖油地質(zhì)工程一體化攻關(guān)，探索出一條頁巖油高效開發(fā)、迅速降本增效的新路。

4 結(jié)論

（1）美國頁巖油探明儲(chǔ)量主要分布在二疊盆地的Wolfcamp 區(qū)帶、威利斯頓盆地的Bakken 區(qū)帶以及墨西哥灣盆地西部的Eagle Ford 區(qū)帶。二疊盆地Spraberry 和Wolfcamp 區(qū)帶的頁巖油產(chǎn)量占美國頁巖油總產(chǎn)量的45%，使二疊盆地成為目前美國頁巖油第一大產(chǎn)區(qū)。在2020 年新冠肺炎疫情導(dǎo)致全球油價(jià)暴跌時(shí)，二疊盆地也是美國唯一保持頁巖油產(chǎn)量增長(zhǎng)的地區(qū)，在未來頁巖油的勘探開發(fā)中將處于愈加重要的地位。

（2）受新冠肺炎疫情影響，二疊盆地、Bakken 區(qū)帶和Eagle Ford區(qū)帶三大主力頁巖油產(chǎn)區(qū)的鉆井?dāng)?shù)量整體呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢(shì)，且鉆井恢復(fù)正常后單井產(chǎn)油能力明顯提升，主要是由于超低油價(jià)促使油公司開展技術(shù)革新，較好地完井技術(shù)使新井產(chǎn)能得到最大發(fā)揮，甜點(diǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)使目前探井主要活躍在頁巖油資源核心區(qū)，未來在老井中應(yīng)用提高采收率和重復(fù)壓裂技術(shù)來提產(chǎn)的措施將更為廣泛。

（3）從美國“頁巖油革命”的經(jīng)驗(yàn)中，可得出如下啟示：一是輕質(zhì)油與凝析油是當(dāng)前頁巖油勘探開發(fā)的優(yōu)選類型，中國頁巖油應(yīng)優(yōu)先選擇成熟度較高區(qū)域展開部署；二是甜點(diǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)是頁巖油高效開發(fā)的基礎(chǔ)，在低油價(jià)下體現(xiàn)尤為明顯；三是頁巖油開發(fā)降本增效有一個(gè)過程，中國頁巖油要實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)還有很大距離；四是技術(shù)進(jìn)步是頁巖油降低成本的核心，中國頁巖油開發(fā)要重視技術(shù)攻關(guān)；五是建議中國油公司開展全生命周期管理和地質(zhì)工程一體化技術(shù)管理模式，為頁巖油高效開發(fā)、迅速降本增效奠定基礎(chǔ)。

致謝：在本文完成過程中，中國石化石油勘探開發(fā)研究院黎茂穩(wěn)首席專家和孫川翔工程師給予了悉心指導(dǎo)，在此表示感謝！